• À paraître
La propulsion des VTOL. Hélicoptères, drones, eVTOL, …
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Cet ouvrage est accessible à un très large public possédant des connaissances scientifiques et techniques du niveau terminale et curieux d’aéronautique. 

 

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Rubrique : Avion
ISBN : 9782383951728
Référence : 2172
À paraître

Cet ouvrage est accessible à un très large public possédant des connaissances scientifiques et techniques du niveau terminale et curieux d’aéronautique. Cours professé en écoles d’ingénieur, ses objectifs sont de montrer les paramètres principaux qui conditionnent le vol stationnaire et d’avancement d’un appareil à décollage et atterrissage vertical (VTOL) tel qu’un petit hélicoptère ou un drone et ses dérivés modernes destinés au transport de personnes ; également, de dégager une compréhension d’ensemble des projets actuels et de leur réponse aux différents enjeux. Le lecteur intéressé sera capable de prolonger la réflexion et bâtir ses propres modèles en utilisant les concepts exposés.

Il dégage les caractéristiques pertinentes des systèmes de propulsion thermiques ou électriques (hybrides ou autres), compare ces systèmes dans leur état actuel, dégage leurs conditions d’évolution pour faire progresser les performances dans les différentes phases de vol et partant, les différentes missions envisageables en termes de durée du vol et de distance franchissable.

Il s’appuie sur des modélisations simples des besoins de puissance dans ces phases de vol, à partir des caractéristiques physiques (massiques, volumétriques, énergétiques) globales des aéronefs et de leurs systèmes de propulsion (moteurs, propulseurs, stockage et transformation d’énergie). Des illustrations graphiques et des vidéos montrent les différentes architectures possibles de ces appareils et leurs propriétés et l’on découvre de manière pédagogique les différentes problématiques de ces nouvelles machines volantes passionnantes (chaîne de puissance, transition entre phases de vol, bruit, opérations…).

Référence : 2172
Nombre de pages : 120
Format : 16x24 cm
Reliure : Broché
Rôle
Mercier Christian Auteur

Sommaire 

Préface 

1 Préliminaire 

2 Introduction aux notions utilisées dans les comparatifs 

2.1 Formule de Froude : performance en stationnaire (« hover power ») 

2.2 Formule de Breguet : performance en vol d’avancement 

3 Pourquoi envisager une propulsion électrique ? 

3.1 La raréfaction des énergies fossiles 

3.2 Les progrès des systèmes électriques 

3.3 Quelques réalisations emblématiques 

3.3.1 Premiers appareils expérimentaux 

3.3.2 Des projets complets 

3.4 Rappel sur l’intérêt de la ‘formule’ hélicoptère 

3.5 Un bon début : une machine biplace 

3.5.1 « Électrification » d’un hélicoptère biplace 

3.5.2 Évolutions 

3.5.3 Conclusion 

4 Les multirotors, une solution élégante ? 

4.1 Un exemple amusant…et son analyse 

4.2 La tentation des multirotors 

4.3 Conclusion 

5 Hybridation de la ‘formule aérodynamique’ 

5.1 Revenons à Breguet : un peu, beaucoup…de finesse 

5.2 Quelques exemples récents 

6 Les challenges des eVTOL 

7 Comparaison des systèmes de propulsion

7.1 Évaluation de la masse d’un système propulsif 

7.2 Comparaison des systèmes actuels 

7.2.1 Moteurs thermiques 

7.2.2 Motorisations électriques 

7.2.2.1 Hybride distribuée 

7.2.2.2 Électrique pure 

7.2.2.3 Comparaison des deux solutions électriques 

7.2.2.4 Pile à Combustible (PAC) 

8 Conclusion 

9 Annexe 1 (TD) Froude (stationnaire) et Breguet (d’avancement) 

9.1 Froude : puissance nécessaire en vol stationnaire 

9.2 Breguet : distance franchissable (« range ») fonction de l’énergie disponible à bord, de la finesse et de la masse appareil 

9.3 Démonstration des formules de Froude et Breguet 

9.3.1 Froude 

9.3.2 Breguet 

9.3.2.1 Si la masse de l’aéronef est constante (énergie contenue dans une batterie par exemple) 

9.3.2.2 Si la masse de l’aéronef varie avec le temps (motorisation thermique consommant un carburant liquide par exemple) 

9.4 Consommations comparées d’aéronefs et autres véhicules 

10 Annexe 2 (TD) analyse de la « baignoire volante » 

11 Annexe 3 (TD) besoin de puissance en stationnaire des multirotors 

12 Annexe 4 (TD) Électrification d’un hélicoptère type Cabri

12.1 Masse de la motorisation : 

12.2 Expression du range fonction de l’énergie contenue 

12.3 Tracé de la courbe range = f (masse de l’énergie stockée à bord)

12.4 Faisabilité de l’hélicoptère électrique 

12.5 Hybridation aérodynamique : effet de la finesse 

13 Annexe 5 (TD) Comparaison des systèmes de propulsion

13.1 Éléments constitutifs, représentation 

13.2 Moteurs thermiques 

13.3 Motorisation électrique pure avec batterie 

13.4 Pile à combustible (PAC) « fuel cell » en anglais 

13.5 Propulsion hybride distribuée, sans batterie 

14 Annexe 6 la motorisation HCE 

14.1 Introduction à l’installation motrice alternative HCE 

14.1.1 Une forte densité de puissance pour un moteur à pistons 

14.1.2 Une consommation très basse au prix d’un système de refroidissement élaboré 

14.1.3 Architecture du « powerpack » 

14.2 Logique des essais de développement 

14.2.1 Évaluation de sous-ensembles 

14.2.2 Essais du « powerpack » 

14.2.3 Essais d’intégration hélicoptère 

14.3 Résultats « powerpack » 

14.3.1 Puissance 

14.3.2 Rendement moteur et puissances évacuées 

14.3.3 Rapport masse / puissance

14.3.4 Consommation et émissions 

14.3.5 Emissions sonores 

14.3.6 Capabilité avion

14.4 Résultats des vols sur hélicoptère 

14.4.1 Oscillations de couple 

14.4.2 Vibrations moteur 

14.4.3 Régulation de vitesse rotor 

14.4.4 Système de refroidissement

14.4.4.1 Conditions de vol et dimensionnement 

14.4.4.2 Architecture 

14.4.4.3 Essais sur banc du principe de refroidissement 

14.4.4.4 Résultats des essais en vol 

14.5 Conclusion 

15 Annexe 7 Hybridation électrique de l’hélicoptère 

15.1 Catégories d’hybrides 

15.2 Spécificités de l’hybridation hélicoptère comparée à l’automobile 

15.3 L’électrification du système de propulsion 

15.4 Quelques exemples 

15.4.1 Microhybride sur turbomoteur pour boost d’OEI30s 

15.4.2 Engine Backup System pour hélicoptère léger monomoteur (mild hybrid) 

15.4.3 Mild hybrid avec SIO ou SEO 

15.4.4 Rotor anticouple électrique (mild hybrid) 

15.4.5 Hybride série avec turbomoteur (« full hybrid ») 

15.4.6 « Full electric » (électrique pur) 

15.5 Contraintes thermiques et de volume 

15.5.1 Thermiques 

15.5.2 Volume 

15.6 Distance à la cible 

15.7 Conclusion 

16 Annexe 8 Données de base 

17 Annexe 9 vidéos eVTOL