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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.
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- Version archivée 1 de févr. 2010 par Marc BOUCHEZ
- Version archivée 2 de oct. 2018 par Marc BOUCHEZ
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7. Glossaire
aérobie ; airbreathing
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 de 300 m.s−1. 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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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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