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RÉSUMÉ
Les systèmes de propulsion aérospatiaux (des avions, fusées, missiles, sondes, satellites...) sont généralement de deux types : les réacteurs et les propulseurs à hélice. Les réacteurs fonctionnent grâce à l'expulsion à grande vitesse du produit de la combustion d'ergol, tandis que les autres utilisent le brassage d'un débit important de l'air ambiant (au moyen d'hélices, par exemple). Cet article présente différentes catégories de propulseurs et définit les principales grandeurs utilisées dans le domaine de la propulsion, par exemple l'impulsion spécifique ou l'indice constructif. Les grandes tendances industrielles sont également évoquées.
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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 - Professeur vacataire de propulsion dans plusieurs universités et grandes écoles - Membre émérite de l’Association Aéronautique et Astronautique de France - Ingénieur, Expert technique pour la Direction « Aérodynamique, Propulsion et Létalité » de MBDA, Bourges, France
INTRODUCTION
La propulsion aérospatiale permet la mise en mouvement, l’accélération ou le maintien de la vitesse d'un véhicule volant dans l’atmosphère terrestre ou dans l’espace. Elle est obtenue en produisant une force de poussée orientée et modulable, dans une certaine mesure. Le propulseur – le système propulsif – est le moteur qui fournit cette poussée au véhicule volant. Il en existe différents types, les plus connus étant le moteur-fusée, le moteur à hélice, le turboréacteur, le statoréacteur.
Le présent article fait partie de la série [BM 3 001], [BM 3 002] et [BM 3 003].
Il fournit le minimum indispensable pour une introduction aux systèmes propulsifs d’avions, fusées, missiles, sondes, satellites…
Quels sont ces moteurs principaux ? Quels sont les principes, les avantages des moteurs-fusée, des propulseurs à hélice, des turboréacteurs, des statoréacteurs ?
Que traduit le mur du son, où le nombre de Mach de vol est proche de l’unité ? Pourquoi utilise-t-on la pression dynamique plutôt que simplement parler d’altitude et de vitesse de vol ? Quels sont les ordres de grandeur de l’impulsion ou de la consommation spécifique à avoir en tête ?
Comment classer ou combiner les différents cycles ou systèmes propulsifs suivant la mission à réaliser ? Qu’appelle-t-on moteur aérobie (airbreathing engine) ?
Si les principes de la propulsion aéerospatiale sont connus depuis longtemps, observe-t-on de nouvelles tendances dans la conception basée sur des essais et sur des calculs, comment réagissent les acteurs industriels ou scientifiques devant l’évolution du monde ?
Un intérêt particulier est porté dans son contenu au lien avec la conception du véhicule volant dont on veut étudier la propulsion et aux ordres de grandeur des paramètres liés à un niveau donné de technologie.
Les exemples et les données fournis sont tirés de la littérature ouverte, parfois volontairement laissés en langue anglaise, les applications de ces moteurs conduisant forcément à des restrictions sur certains points particuliers des systèmes propulsifs d’un point de vue commercial ou militaire.
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2010 par Marc BOUCHEZ
- Version archivée 2 de oct. 2018 par Marc BOUCHEZ
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Concevoir un système de propulsion aéronautique ou spatial
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 voire militaire , 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 (figure 10).
Parmi les tendances actuelles (§ ...
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Concevoir un système de propulsion aéronautique ou spatial
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COLLECTIF, sous la direction de, JENSEN (G.E.), NETZER (D.W.) - Tactical Missile Propulsion. - Progress in Astronautics and Aeronau- tics, vol. 170, AIAA (1996).
-
(2) - COMMISSION TECHNIQUE PROPULSION 3AF - Propulsion spatiale 2015-2050. - Document technique de référence édité par l’Association Aéronautique et Astronautique de France (2013).
-
(3) - HILL (P.), PETERSON (C.) - Mechanics and Thermodynamics of Propulsion. - Addison & Wesley ed. (1992).
-
(4) - DAVENAS (A.) - Technologie des propergols solides. - Éd. Masson (1989).
-
(5) - SUTTON (G.P.), BIBLARZ (O.) - Rocket Propulsion Elements – Seventh Edition. - A Wiley-lnterscience Publication ISBN 0-471-32642-9 (2001).
-
(6) - FLEEMAN (E.L.) - Tactical missile...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Chambres de combustion aéronautiques – Partie 1 : fonctionnement et principaux phénomènes physiques.
-
Chambres de combustion aéronautiques – Partie 2 : modélisation et simulation numérique.
-
Propulsion aérospatiale – Outils mathématiques et physiques.
-
Propulsion aérospatiale – Classification et utilisation de différents systèmes propulsifs.
-
Propulsion aérospatiale – Lois simplifiées pour le dimensionnement et exercices d’applications.
-
Statoréacteur – Propulsion aérobie moyenne ou grande vitesse.
-
...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Safran
https://www.safran-group.com/fr
https://www.safran-aircraft-engines.com/fr
https://www.safran-power-units.com/fr/systemes-propulsifs/
ArianeGroup
Roxel
Bayern-Chemie
MBDA
Nammo
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association aéronautique et astronautique de France (3AF) ( https://www.3af.fr/)
National Aeronautics and Space Administration (NASA) ( ...
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