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RÉSUMÉ
La propulsion aérospatiale est basée sur des modèles et des lois physiques qui régissent les déplacements et la vitesse des engins. Cet article propose de détailler les différentes formules et lois à maîtriser (formules de Bréguet et Tsiolkovski, par exemple) pour concevoir efficacement un système de propulsion. Il indique la manière d'utiliser des estimations, des niveaux de référence et des lois de conception simplifiées pour une croisière, une accélération, un vol balistique initialement propulsé. La compréhension de ces différentes données a pour but de facilier l'acquisition de certains « réflexes » de calcul. Afin de bien assimiler ces éléments, quelques exercices d'application (missiles antichar, restitution de lanceurs...) sont également expliqués dans l'article.
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Marc BOUCHEZ : Diplômé de l'École catholique d'arts et métiers de Lyon et de l'École supérieure des techniques aérospatiales - Ingénieur au département aérodynamique, propulsion, létalité de MBDA France - Professeur vacataire de propulsion dans plusieurs universités et grandes écoles
INTRODUCTION
Le présent article établit et utilise dans différents exemples (fusées, missiles mais aussi avions…) les lois de conception simplifiées pour une croisière, une accélération, un vol balistique initialement propulsé.
Trois formules sont en effet utilisées pour le cas d'un vol non propulsé (avec une vitesse initiale en général obtenue par la propulsion initiale), en vol plané ou balistique.
Les deux autres formules correspondent à deux cas particuliers d'utilisation de la propulsion : une accélération d'une vitesse à une autre ou un vol de croisière (avec deux expressions dont les auteurs sont restés célèbres : les formules de Tsiolkovski et Breguet).
Les expressions simplifiées du présent article permettent ainsi un prédimensionnement fiable mais estimatif, qui sera confirmé ensuite lors d'un projet par des modèles plus précis et des calculs de trajectoires détaillés.
Les exemples et les données fournies sont tirés de la littérature ouverte, les applications de ces moteurs conduisant forcément à des restrictions sur certains points particuliers de ces systèmes propulsifs d'un point de vue commercial ou militaire.
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- Version courante de déc. 2025 par Marc BOUCHEZ
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Exercices d'application des lois simplifiéesArticle inclus dans l'offre
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1. Lois simplifiées pour la conception
Les systèmes de propulsion aérospatiaux sont en général de deux grands types, les réacteurs et les propulseurs à hélice (voir également article [BM 3 000]. Pour simplifier, les uns expulsent à grande vitesse la masse des ergols qu'ils ont ingérés (on pense au poulpe par exemple) tandis que les autres brassent un débit important de l'air ambiant (on pense à la nage ou à l'aviron).
La plupart du temps, l'énergie qui sert à créer la force propulsive provient d'un dégagement de chaleur dans une chambre de combustion, que l'on sait modéliser [BM 3 001].
Les disciplines en jeu dans la propulsion sont essentiellement celles de la mécanique : thermodynamique, balistique, chimie, thermochimie, thermique, résistance des matériaux, mécanique des fluides, mécanique générale, dynamique…
La conception d'un système propulsif fait appel à de nombreux compromis et ne doit pas se réduire aux performances (poussée, consommation) et à la masse (nécessairement à minimiser puisqu'il s'agit de voler !). Les paramètres économiques et de plus en plus écologiques (pour l'aviation civile mais aussi pour les lanceurs spatiaux et les missiles, au moins pour la fin de vie du produit) ont pris une place importante sinon prépondérante.
Parmi les tendances actuelles, outre les aspects écologiques, on peut noter la diminution du nombre de pièces (pour réduire le coût et augmenter la fiabilité).
Pour...
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Lois simplifiées pour la conception
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ANDERSON (J.D.) Jr - Introduction to Flight. - Fourth Edition, Mc Graw Hill (2000).
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(2) - Recherche et technologie dans le groupe Snecma, propulsion aéronautique. - Revue Scientifique et Technique de la Défense, no 59, mars 2003.
-
(3) - Collectif, sous la direction de JENSEN (G.E.), NETZER (D.W.) - Tactical Missile Propulsion. - Progress in Astronautics and Aeronautics, vol. 170, AIAA (1996).
-
(4) - GORDON (S.), McBRIDE (B.) - Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications. - NASA Reference Publication 1311 (1994).
-
(5) - RAYMER (D.P.) - Aircraft Design : a conceptual approach. - AIAA education series, second edition (1992).
-
(6) - ISAKOWITZ (S.J.) - International Reference Guide to Space Launch Systems. - AIAA, second edition (1991).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Effet de la propulsion pour quelques missiles et classifications des différents propulseurs.
-
Lois simplifiées pour le dimensionnement et exercices d'applications.
-
Combustion en écoulement supersonique - Turbulence. Applications.
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ANNEXES
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