Modelling of a cold gas ( GH2 ) SCATE ( attitude control and propellants settling system ) for A5ME

The main challenge for the A5ME Program is to develop and qualify a launcher that is able to deal with the many difficulties of a re-ignitable cryogenic upper-stage and several ballistic phases, during which the propellant must be properly managed to optimize the available propulsive resources along the mission, and to provide the suitable conditions for the VINCI re-ignition. This work has the goal of improving a tank model developed by CNES in order to allow further studies on the behaviour of the fluids in the tank. In order to do so, the addition of a stratified gaseous domain and the accurate evaluation of the evaporation phenomena at the interface between the gas and the liquid have been implemented in a pre-existing numerical model. A study conducted by Air Liquide has therefore been analysed and then reproduced. The created model has been validated by comparison with the results obtained by Air Liquide.

La sfida principale per il Programma A5ME è sviluppare e qualificare un lanciatore che sia in grado di affrontare le molte difficoltà derivanti dall’utilizzo di uno stadio superiore criogenico ri-accendibile e il cui profilo di missione sia caratterizzato da diverse fasi balistiche, durante le quali la posizione del propellente deve essere gestita correttamente per garantire l’ottimizzazione delle risorse per tutta la durata della missione e per fornire le condizioni adatte per la riaccensione del motore VINCI. Questo lavoro ha lo scopo di migliorare un modello serbatoio sviluppato dal CNES così da consentire ulteriori studi sul comportamento dei fluidi nel serbatoio stesso. Per fare ciò, l'aggiunta di un dominio gassoso stratificato e la valutazione accurata dei fenomeni di evaporazione all'interfaccia tra il gas e il liquido è stato implementato in un modello numerico preesistente. Uno studio condotto da Air Liquide è stato quindi analizzato e poi riprodotto. Il modello realizzato è stato convalidato tramite confronto con i risultati ottenuti da Air Liquide.