Bibliographie & annexes
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 est nécessaire pour le dimensionnement et la réalisation du dispositif. Le présent article permet donc de rappeler les notions essentielles du vol (régimes, atmosphère standard...), les formules d'aérodynamique et de thermodynamique qui sont 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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Several types of space propulsion exist according to the way the propulsive mass is accelerated. Regardless of the chosen method, designing propulsion systems involves a significant number of mechanical principles and theories. The dimensioning and production of the devise requires the knowledge and mastery of mathematical and physical tools. This article thus reviews the essential notions of the flight (regime, standard atmosphere, etc.), the aerodynamic and thermodynamic formulae which are used in propulsion in the planning stages, as well as the various level of air and combustion modeling.
Auteur(s)
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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
Ce dossier de quatre articles sur la propulsion aérospatiale se veut une introduction de plus en plus 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 qui sont 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.
Dans le présent exposé, 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 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 de ces systèmes propulsifs d'un point de vue commercial ou militaire.
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Conclusion2. Rappels et définitions
2.1 Performances (poussée, impulsions...)
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Commençons par rappeler les forces en présence et les axes conventionnels associés au vol [1].
Les équations simplifiées (en trois degrés de liberté) de la balistique extérieure (appellation artillerie et fusée plutôt) ou de la mécanique du vol (appellation avion) permettent de décomposer les forces et les accélérations du mobile considéré sur différents axes. La somme du torseur des efforts (résultante aérodynamique de la portance et de la trainée, poussée, poids mg) est égale au vecteur accélération. On remarque que dans cette représentation simplifiée, dite du point matériel équilibré, toutes les forces sont supposées s'appliquer au même point.
On peut décomposer la force de résistance aérodynamique (traînée et portance) en projetant soit :
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suivant les axes liés à la vitesse aérodynamique (« axes vent », en traits mixtes sur la figure 15), les coefficients sont alors notés habituellement Cx ou Cz ;
-
suivant les axes liés au véhicule (« axes engin », en pointillés sur la figure 15), les coefficients sont alors notés habituellement Ca ou CA (de force axiale) ou Cn ou CN (de force normale).
Sur cet exemple de la figure 15, la poussée se fait suivant l'axe du véhicule, à la différence de la figure 16.
On passe d'un repère à l'autre par une rotation de l'incidence α.
La pente notée ici γ est l'angle entre le véhicule et le repère terrestre local (horizontale géographique).
On considère en général, pour des études simplifiées, que le torseur des efforts propulsifs et celui des forces aérodynamiques sont réduits au même point, confondu avec le centre de gravité mais il faut en réalité les distinguer, notamment pour étudier la stabilité aérodynamique et les effets d'un braquage de la tuyère du moteur (figure 16).
Ce schéma est également fait dans le plan du vol, l'angle β est ici choisi pour...
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Rappels et définitions
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ANDERSON (J.D.) Jr - Introduction to Flight. - Fourth Edition, Mc Graw Hill (2000).
-
(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).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Outils mathématiques et physiques.
-
Effet de la propulsion pour quelques missiles et classifications des différents propulseurs.
-
Lois simplifiées pour le dimensionnement et exercices d'applications.
-
Matériaux énergétiques
-
Combustion en écoulement supersonique - Turbulence. Applications....
ANNEXES
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