Présentation
RÉSUMÉ
Plusieurs types de propulsion spatiale existent, selon la façon dont la masse propulsive est accélérée. Quel que soit la méthode retenue, la conception du système de propulsion fait appel à de nombreux principes et théories mécaniques. La connaissance et la maîtrise des outils mathématiques et physiques sont nécessaires pour le dimensionnement et la réalisation du dispositif. Cet article permet de rappeler les notions essentielles du vol (régimes, atmosphère standard...), les formules d'aérodynamique et de thermodynamique utilisées en propulsion, au stade d'avant-projet, ainsi que les différents niveaux de modélisation de l'air et de la combustion.
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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
Les quatre articles [BM 3 000] [BM 3 001] [BM 3 002] et [BM 3 003] sur la propulsion aérospatiale est une introduction détaillée aux systèmes propulsifs d’avions, fusées, missiles.
Le présent article permet donc de rappeler les notions essentielles du vol (régimes, atmosphère standard…), les formules d’aérodynamique et de thermodynamique utilisées en propulsion, au stade d’avant-projet, ainsi que les différents niveaux de modélisation de l’air et de la combustion.
Les définitions principales sont discutées : indice constructif, taux de dilution, impulsion spécifique.
Qu’appelle-t-on Mach de vol ? Comment définit-on et utilise-t-on la température d’arrêt ou la pression génératrice ? Quelles sont les spécificités des domaines de vol supersonique ou hypersonique ? Comment calculer les évolutions du gaz propulsif dans un moteur ? Quels sont les paramètres utilisés pour chiffrer la performance d’un système propulsif ? Au-delà de sa poussée ou de sa consommation, comment chiffrer les autres aspects utiles. La plupart des moteurs utilisent une énergie obtenue par combustion, comment la modéliser ?
Dans le présent article, un intérêt particulier est porté 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 parfois volontairement laissés en langue anglaise 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.
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2010 par Marc BOUCHEZ
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4. Glossaire
aérobie ; airbreathing
Système qui utilise l’air comme comburant, en le puisant dans l’atmosphère terrestre (via une ou plusieurs entrées d’air).
ergols ; propellants
Réactifs (comburant et combustible) utilisés pour la propulsion : propergol(s).
flux de dynalpie ; momentum
Exprimée en Newton, quantité de mouvement du flux de gaz admis ou éjecté.
impulsion spécifique(s) ; specific impulse(s)
Rapport entre la poussée et le débit poids des ergols embarqués ayant servi à la créer, cette grandeur de performance de la dimension d’un temps est le paramètre rendant compte de la consommation en masse d’un système propulsif. Il est utile d’en connaître la définition, les ordres de grandeur suivant les moteurs, et l’utilisation pratique.
indice constructif, coefficient structural ; structural index, mass factor, mass ratio
Avec des définitions et des périmètres variables, coefficient sans dimension servant à mesurer le rapport entre les ergols et le système complet qui les met en œuvre.
nombre de Mach ; Mach number
Rapport entre la vitesse du gaz (de l’air pour le Mach de vol) et sa célérité du son locale (300 à 340 m.s−1 pour l’atmosphère libre). Si le gaz est comprimé, chauffé, s’il réagit, la célérité du son peut être très différente. Mach 1 (écoulement sonique) définit la limite entre les régimes subsonique (où les informations vont dans les deux sens) et supersonique (avec l’apparition des ondes de choc). Mach vient du nom du chercheur qui a inventé le nombre adimensionnel, et ne prend donc jamais de S et toujours une majuscule. Il est généralement abrégé M. M0 désigne souvent le Mach de vol (flight Mach number).
moteur-fusée ; rocket engine
Système propulsif à réaction utilisant comme réactifs un comburant et un combustible embarqués, généralement, sous forme solide (« poudre », propergol solide, Solid Rocket Motor) ou liquides (Liquid Rocket Engine). À ne pas confondre avec les moteurs ou les cycles combinés.
propulsion hybride ; hybrid propulsion
Deux acceptions existent (uniquement) sous ce nom dans le domaine aerospatial :
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système propulsif...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KOFF (B.L.) - Gas Turbine Technology Evolution – a Designer’s Perspective. - TurboVision, Inc., Palm Beach Gardens, Florida, AIAA-2003-2722.
-
(2) - ANDERSON (J.D.) Jr - Introduction to Flight. - Fourth Edition, Mc Graw Hill (2000).
-
(3) - RAYMER (D.P.) - Aircraft Design : a conceptual approach. - AIAA education series, second edition (1992).
-
(4) - Collectif, sous la direction de JENSEN (G.E.), NETZER (D.W.) - Tactical Missile Propulsion. - Progress in Astronautics and Aeronautics, vol. 170, AIAA (1996).
-
(5) - Recherche et technologie dans le groupe Snecma, propulsion aéronautique. - Revue Scientifique et Technique de la Défense, n° 59 (2003).
-
(6) - COLLECTIF - Joint Exercise on IR Signature Prediction. - Technical...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Chambres de combustion aéronautiques – Partie 1 : fonctionnement et principaux phénomènes 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.
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...
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association aéronautique et astronautique de France (3AF)
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Centre national d'études spatiales (CNES)
DLR (office de recherche aerospatial allemand)
Bureau technique et scientifique de l’OTAN :
https://www.sto.nato.int/pubications/Pages/default.aspx (nouveau nom de l’ancien AGARD OTAN)
HAUT DE PAGE1.2 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Magazine technoscientifique aerospatial « aeronews » :
Revue de l’ONERA « aerospacelab » :
http://www.aerospacelab-journal.org/
Page web « CFD on line » sur les simulations numériques...
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