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WP3 – PROPULSION PRINCIPALE
Etude d’une propulsion par turboréacteur et statoréacteur
(WP3 – Propulsion Principale)
Thomas ELIA - Henri FERIEN - Mathias GHESTEM - Antoine MOSNAY
Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers - Châlons-en-Champagne
Objectif
Les travaux sur la propulsion principale d'un
VSH lancé depuis un avion porteur sont en
général basés sur l'étude de moteurs fusée.
Ces modes de propulsion excluent, pour
des raisons de sécurité liées au stockage
des propergols, un décollage depuis un
aéroport classique. Motivés par l'esprit
novateur du défi, nous avons décidé de
proposer un nouveau mode de propulsion
rendant le VSH entièrement autonome, lui
permettant d'utiliser du kérosène avion, de
décoller depuis un aéroport classique, et de
se passer d'avion porteur. Ainsi, nous avons
été amenés à combiner un turboréacteur
avec un statoréacteur, et à statuer sur la
viabilité de cette solution.
Démarche globale
Pré-dimensionner un système de propulsion
aérobie nécessite de connaître tous les
paramètres influant sur le vol, ainsi que de
connaître les bouclages à prendre en
compte :
Ces bouclages permettent de mettre en
évidence les couplages forts entre les
paramètres.
Notre étude porte donc tout d'abord sur la
phase balistique. Nous déterminons les
performances moteur à atteindre : Mach 4,1
à 32000 mètres d'altitude et avec une pente
de 80°. Nous caractérisons ensuite
l'aérodynamique du VSH. Le choix d'un
profil d'aile NACA nous conduit à la
modélisation du VSH, en nous inspirant du
Lockheed SR-71 et du Concorde.
L'application d'une démarche empirique
utilisée pour les avions de chasse nous
permet
d'estimer
les
coefficients
aérodynamiques jusqu'à Mach 2,5. Au-delà,
nous nous appuyons sur des simulations
numériques sous Star-CCM +.
Un algorithme de pré-dimensionnement des
réacteurs
utilisant
les
résultats
aérodynamiques, le calcul des paramètres
atmosphériques et l'étude approfondie des
équations moteur, est ensuite implémenté.
Nous procédons par itération, afin de
converger vers la section d'entrée d'air
nécessaire aux performances escomptées.
L'intégration pas à pas du PFD nous donne
le profil de vol. Dans une première
approche, nous nous plaçons sur une
trajectoire rectiligne à pente constante lors
de la phase propulsée. Ce pré-
dimensionnement
étant
fait,
nous
proposons une méthode d'optimisation
globale de notre VSH. Cette méthode joue
sur la géométrie du VSH, et utilise une
impulsion spécifique corrigée prenant en
compte la traînée, influant ainsi sur le plan
de vol et la consommation de carburant.