Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La propulsion aérospatiale est basée sur des modèles et des lois physiques qui régissent les déplacements et la vitesse des engins. Cet article propose de détailler les différentes formules et lois à maîtriser (dont les formules de Bréguet et de Tsiolkovski) pour concevoir efficacement un système de propulsion. Il indique la manière d'utiliser des estimations, des niveaux de référence et des lois de conception simplifiées pour une croisière, une accélération, un vol balistique initialement propulsé. La compréhension de ces différentes données a pour but de faciliter l'acquisition de certains « réflexes » de calcul. Afin de bien assimiler ces éléments, quelques exercices d'application (missiles antichar, restitution de lanceurs...) sont également expliqués dans l'article.
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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, Expert Technique de la Direction « Aérodynamique, Propulsion et Létalité » de MBDA France - Professeur vacataire de propulsion dans plusieurs universités et grandes écoles
INTRODUCTION
Le présent article établit et utilise dans différents exemples (fusées, missiles mais aussi avions…) les lois de conception simplifiées pour une croisière, une accélération et un vol balistique initialement propulsé.
Trois formules sont en effet retenues pour le cas d'un vol non propulsé (avec une vitesse initiale en général obtenue par la propulsion initiale), en vol plané ou balistique. Des exemples montrent combien il faut en connaître les hypothèses et vérifier qu’elles sont applicables avant de se tromper considérablement en les appliquant. Ces formules permettent d’introduire la finesse aérodynamique et le coefficient balistique.
Les deux autres formules correspondent à deux cas particuliers d'utilisation de la propulsion : une accélération d'une vitesse à une autre ou un vol de croisière (avec deux expressions dont les auteurs sont restés célèbres : les formules de Tsiolkovski et Breguet). La première permet de dimensionner la masse de propergol pour le « booster » d’un missile ou la vitesse atteinte par une fusée à plusieurs étages. La seconde permet de calculer la portée en fonction de la propulsion et de l’aérodynamique d’un missile ou d’un avion.
Les expressions simplifiées du présent article permettent ainsi un prédimensionnement fiable mais estimatif, qui sera confirmé ensuite lors d'un projet par des modèles plus précis et des calculs de trajectoires détaillés.
Les exemples et les données fournies 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. Il s’agit ici d’un missile antichar, d’avions de ligne plus ou moins rapides, de la fusée Saturn V du programme Apollo et d’un ancien missile balistique de portée intermédiaire.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés.
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MOTS-CLÉS
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- Version archivée 1 de juil. 2010 par Marc BOUCHEZ
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Lois simplifiées pour la conception4. 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).
étagement ; staging/stage définition
Proportion de l’accroissement de vitesse apporté par plusieurs étages propulsifs fonctionnant sucessivement, nombre d’étages correspondant.
finesse (aérodynamique) : lift to drag ratio L/D
Rapport sans dimension entre la portance et la traînée aérodynamiques. Ce terme de performance aérodynamique est plus faible en supersonique qu’en subsonique. Dépendant de la forme et des conditions de vol, il caractérise la capacité à planer. Il existe une incidence où, pour chaque Mach de vol, un corps portant maximise sa finesse aérodynamique.
Ne pas la confondre avec l’anglais « fineness » qui correspond à l’allongement (longueur/calibre d’un corps élancé comme un obus, une fusée ou un missile).
impulsion spécifique (s) ; specific impulse (s)
Généralement, 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. On l’abrège à l’écrit comme à l’oral « Isp » (« I-esse-pé »).
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...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ANDERSON (J.D.) Jr - Introduction to Flight. - Fourth Edition, Mc Graw Hill (2000).
-
(2) - Collectif, sous la direction de JENSEN (G.E.), NETZER (D.W.) - Tactical Missile Propulsion. - Progress in Astronautics and Aeronautics, vol. 170, AIAA (1996).
-
(3) - RAYMER (D.P.) - Aircraft Design : a conceptual approach. - AIAA education series, second edition (1992).
-
(4) - ISAKOWITZ (S.J.) - International Reference Guide to Space Launch Systems. - AIAA, second edition (1991).
-
(5) - BENHAMOU (P.) - L'histoire de l'aviation pour les nuls. - Éditions First-Gründ (2010).
-
(6) - FLEEMAN (E.L.) - Tactical missile design. - AIAA education series, ISBN 1-56347-494-8, American Institute of Aeronautics and Astronautics (2001).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Chambres de combustion aéronautiques – Partie 1 : fonctionnement et principaux phénomènes physiques.
-
Propulsion aérospatiale – Outils mathématiques et physiques.
-
Propulsion aérospatiale – Classification et utilisation de différents systèmes propulsifs.
-
Statoréacteur – Propulsion aérobie moyenne ou grande vitesse.
-
Matériaux composites à matrice céramique et à renfort par fibres longues.
-
...
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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