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1 - RAPPELS ET GRANDEURS UTILES

2 - RAPPELS ET DÉFINITIONS

3 - CONCLUSION

4 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BM3001 v2

Rappels et définitions
Propulsion aérospatiale - Outils mathématiques et physiques

Auteur(s) : Marc BOUCHEZ

Date de publication : 10 nov. 2025

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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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Auteur(s)

  • 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.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-bm3001


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2. Rappels et définitions

2.1 Performances (poussée, impulsions…)

  • Commençons par rappeler les forces en présence et les axes conventionnels associés au vol .

    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 traînée, poussée, poids) 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 [TRP 4 046] :

    • suivant les axes liés à la vitesse aérodynamique (« axes vent », en traits mixtes sur la figure 15), les coefficients sont alors notés habituellement Cx (CD en anglais) ou Cz (CL en anglais) ;

    • suivant les axes liés au véhicule (« axes...

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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...

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

Association aéronautique et astronautique de France (3AF)

( https://www.3af.fr/)

National Aeronautics and Space Administration (NASA)

( http://www.nasa.gov/)

Centre national d'études spatiales (CNES)

( http://www.cnes.fr)

DLR (office de recherche aerospatial allemand)

http://www.dlr.de/dlr/en/

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 PAGE

1.2 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)

Magazine technoscientifique aerospatial « aeronews » :

http://www.aeronewstv.com/fr/

Revue de l’ONERA « aerospacelab » :

http://www.aerospacelab-journal.org/

Page web « CFD on line » sur les simulations numériques...

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