Navier–Stokes computation of heat transfer and aero-heating modeling for supersonic projectiles

In supersonic flight, Armor Piercing Fin Stabilized Discarding Sabot (APFSDS) projectiles are submitted to a high level of heating and structural loading. We have developed a numerical approach based on 3-D RANS and 2-D coupled aero-heating/conduction computations in order to understand and predict this severe aero-thermal environment. Experimental external aerodynamic and heating load tests have been conducted in a high speed wind tunnel. Computations were compared to experimental results, semi-empirical formulations and evaluations carried out in similar studies elsewhere. A very close agreement was obtained.

RésuméLes projectiles flèches en vol sont soumis à des niveaux d'échauffement et de contraintes thermo-mécaniques très élevés. Cet article présente deux approches permettant de caractériser cet environnement et ses conséquences thermiques sur l'engin. Une première approche, basée sur la résolution 3-D des équations de Navier–Stokes RANS, conduit à la caractérisation du flux de chaleur pariétal. Une deuxième approche, simplifiée traitant le couplage aérodynamique-conduction en 2-D, permet de déterminer l'échauffement au sein du projectile. La simulation numérique est comparée à des résultats d'essais aérodynamiques et aérothermiques réalisés à cet effet. Les résultats de validation obtenus, qui incluent l'utilisation de formulations semi-empiriques et des comparaisons avec des travaux publiés en littérature ouverte, sont globalement très satisfaisants.