Logo ÉTS
Session
Cours
Responsable(s) Saïd Hany Moustapha

Se connecter
 

École de technologie supérieure
Département de génie mécanique
Responsable(s) de cours : Saïd Hany Moustapha


PLAN DE COURS

Hiver 2019
MEC758 : Système de propulsion et turbomachines (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 50,0 % 50,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours
Acquérir des notions fondamentales sur le fonctionnement et la conception des systèmes de propulsion utilisés en aéronautique. S’initier à l'analyse et à la conception d'éléments constituant des systèmes de propulsion opérant sous diverses conditions. Comprendre les interrelations existant entre les lois de la mécanique des fluides, de la thermodynamique, du transfert de chaleur et de la résistance des matériaux dans le fonctionnement d'un moteur d'avion et les limitations imposées lors de la conception.

A la fin du cours l’étudiant sera en mesure :
• de décrire les divers types de turbomachines aéronautiques;
• d’expliquer les principes de base du fonctionnement d’une turbomachine aéronautique;
• d’analyser les différents composants et les performances d’un système de propulsion;
• de dimensionner une turbomachine aéronautique à partir des relations de base de thermodynamique et de mécanique des fluides.

Introduction aux systèmes de propulsion. Concepts de base de la dynamique des gaz. Sélection du cycle thermodynamique. Géométrie et performance des diffuseurs. Transfert d'énergie dans les turbomachines. Choix du nombre d'étages. Méthodologie du design et de prédiction de la performance des turbines axiales, des compresseurs et des centrifuges. Limitations mécaniques. Transfert de chaleur dans les systèmes de combustion et de refroidissement. Systèmes de contrôle.

Séances de laboratoire portant sur la réalisation en équipe d'un projet de conception. Utilisation de logiciels.



Objectifs du cours

Ce cours de 3 crédits a pour objectif d’introduire les étudiants aux principaux éléments des systèmes de propulsion en général et des turbines à gaz en particulier, et ce, dans le but de développer plus spécifiquement leurs compétences dans la conception et la caractérisation de ces dernières. De même, ce cours vise aussi à développer chez les étudiants une bonne synthèse des éléments de la mécanique des fluides, de la thermodynamique, du transfert de chaleur et de la résistance de matériaux nécessaires à la conception et l’analyse des turbines à gaz. Finalement, au terme du cours les étudiants devraient être en mesure:

 

  • De concevoir et de caractériser les principales composantes d’une turbine à gaz;
  • D’interagir professionnellement avec des praticiens spécialistes du domaine; Et
  • De pouvoir progresser de manière autonome dans un des champs de spécialisation du domaine des systèmes de propulsion et plus particulièrement des turbines à gaz.

Voici les différents thèmes que nous aborderons :

 

Conception d’aéronefs : Dimensionnement préliminaire –  Portance, traînée et poids – Dimensions de la cabine, vitesse de croisière et distance franchissable – Distance d’atterrissage – Considérations structurales.

 

Cycles des turbines à gaz : Cycle idéal et cycle réel – Refroidissement intermédiaire, postcombustion et régénération – Puissance massique et consommation de carburant – Effet du taux de compression et de la température d’entrée de turbine.

 

Propulsion : Poussée et rendement propulsif – Facteurs influençant la poussée – Turboréacteur, turbosoufflante et turbopropulseur – Tuyère de propulsion et augmentation de la poussée.

 

Transfert d’énergie et écoulement dans les turbomachines : Équation d’Euler – Triangles des vitesses – Réaction – Rothalpie – Terminologie des aubages – Portance et traînée – Écoulement tridimensionnel.

 

Pertes aérodynamiques : Types – Mécanismes – Coefficients de pertes – Rendement par étage et rendement global – Pertes de profil, à la chambre annulaire, secondaires et par débit de fuite – Réduction des pertes.

 

Turbines : Caractéristiques et applications – Turbines axiales et radiales – Coefficient de charge d’aubage, par étage et global – Vitesse spécifique – Turbines de compresseur et turbines de puissance – Modèles de refroidissement.

 

Compresseurs : Composants et équations – Compresseurs axiaux et centrifuges – Aubes directrices d’entrée – Facteur de glissement – Diffuseur – Marge de décrochage et d’étranglement.

 

Caractéristiques de performance : Groupes adimensionnels – Caractéristiques des étages – Diagrammes de performance – Facteurs de limitation – Pompage – Appariement des composants.

 

Processus de conception : Corde moyenne, écoulement traversant et profil aérodynamique – Sélection des paramètres – Conception bidimensionnelle et tridimensionnelle – Tendances en conception – Évolution de la conception et de la technologie.

 




Stratégies pédagogiques
  • Pratique et étude de cas de l’industrie;
  • Démonstration d’exemples concrets pouvant se produire en industrie;
  • Présentation des grandes tendances de l’industrie;
  • Travail en équipe des étudiants sur un projet réel de conception.



Utilisation d’appareils électroniques

NON.




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Vendredi 08:30 - 10:30 Travaux pratiques



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Saïd Hany Moustapha Activité de cours Hany.Moustapha@etsmtl.ca A-2122
01 Jean-François Viau Activité de cours cc-Jean-Francois.Viau@etsmtl.ca
01 Pascal Doran Activité de cours cc-pascal.doran@etsmtl.ca
01 Sitraka Razanamparany Activité de cours sitraka.razanamparany.1@ens.etsmtl.ca



Cours

Date

Contenus traités dans le cours

Heures

03/01/2019

Cycles des turbines à gaz

 

  Hany Moustapha

-     Relations de l’écoulement compressible

-     Cycle de Brayton : rendement thermique et travail spécifique

-     Configurations d’arbre : arbre unique et arbres multiples

-     Modifications du cycle : refroidissement intermédiaire, postcombustion et régénération

-     Rendement : global, par étage et polytropique

-     Rendement de combustion, pertes de pression et variation des chaleurs spécifiques

-     Applications des turbines à gaz

 

3h

10/01/2019

Propulsion

Hany Moustapha

       -    Moteurs de propulsion

-     Poussée brute et nette

-     Rendement propulsif, thermique et global

-     Consommation spécifique rapportée à la poussée et poussée spécifique

-     Entrée d’air

-     Tuyères de propulsion

-     Facteurs influençant la poussée : paramètres du cycle, vitesse de croisière, altitude et climat

-     Turboréacteur, turbosoufflante et turbopropulseur

-     Augmentation et inversion de la poussée

-     Suppression du bruit et protection contre le givrage

 

3h

17/01/2019

Écoulement dans les turbomachines

Pascal Doran (Pratt & Whitney Canada)

       -     Étapes de la conception d’une turbine à gaz

-     Types de turbomachines : à écoulement axial, radial et mixte

-     Équation d’Euler

-     Terminologie des aubages : incidence et écart

3h

24/01/2019

Écoulement dans les turbomachines

Pascal Doran (Pratt & Whitney Canada)

 

-     Profil de turbine et de compresseur

-     Répartition du nombre de Mach du profil

-     Paramètres admiensionnels

-     Écoulement tridimensionnel

-     Caractéristiques de performance

 

3h

   31/01/2019

Familiarisation au moteurs d’avion

 

Avrum Goldman (Pratt & Whitney Canada)

 

3h

07/02/2019

Pertes aérodynamiques

 

Pascal Doran (Pratt & Whitney Canada)

-     Classification

-     Coefficients de pertes et relations avec le rendement

-     Évaluation des pertes : expériences, corrélations et analyses

-     Pertes de profil et pertes à la chambre annulaire

-     Pertes secondaires

-     Pertes par débit de fuite en extrémité

-     Autres pertes : par choc, refroidissement, incidence, etc.

-     Classification : haute et basse pression, sans carénage et avec carénage

3h

14/02/2019

Turbines axiales

Hany Moustapha

-     Transfert d’énergie et degré de réaction

-     Caractéristiques des étages : charge sur l’étage et coefficient de débit

-     Charge du profil : coefficient de Zweifel

-     Performance hors conception

-     Équations régissant le refroidissement des turbines

-     Modèles de refroidissement de turbine : interne, externe, rendement, etc.

 

3h

28/02/ 2019

Conception d’aéronefs

 

Jean-François Viau (Bombardier)

-     Processus de conception

-     Concept et conception préliminaire

-     Lancement et conception détaillée

-     Assemblage, essais et homologation

3h

  07/03/2019

Conception d’aéronefs

 

Jean-François Viau (Bombardier)

-      Design conceptuel

-     Processus itératif

-     1er essai et méthodes

-     Exemple

-     Dimensionnement et fonctions des moteurs

-     Régimes moteur

-      Installation des moteurs (nacelle, inverseur de poussée)

3h

14/03/ 2019

Compresseurs axiaux

Pascal Doran (Pratt & Whitney Canada)

-     Composants et types

-     Transfert d’énergie, triangles des vitesses et réaction

-     Aubes directrices d’entrée

-     Caractéristiques des étages

-     Performance hors conception

-     Marge de décrochage et d’étranglement, pompage, compresseur

-     Exemple

3h

21/03/2019

Projet conception

Hany Moustapha

3h

28/03/2019

Compresseurs centrifuges

Pascal Doran (Pratt & Whitney Canada)

-     Composants et types

-     Transfert d’énergie

-     Entrée du rouet : pré-tourbillonnement

-     Sortie du rouet : facteur de glissement

-     Diffuseur : lisse et aubé

-     Exemple

3h

04/04/2019

Processus de conception aérodynamique

Hany Moustapha

-     Procédure de conception, établissement de la corde moyenne préliminaire

-     Sélection des paramètres : vitesse, réaction, numéro du profil, veine gazeuse, etc.

-     Écoulement traversant, distribution radiale du travail

-     Profil aérodynamique

-     Optimisation d’empilement

-     Conception bidimensionnelle et tridimensionnelle : analyse multi-étage

-     Tendances en conception

3h

 

Total

39




Laboratoires et travaux pratiques

Date

Description

Heures

04/01/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

11/01/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

18/01/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

25/01/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

01/02/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

23/02/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

08/02/2019

Examen Intra

2

15/02/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

01/03/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

08/03/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

15/03/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

22/03/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

29/03/2019

Mise en pratique du cours précédent

2

Total

24




Utilisation d'outils d'ingénierie
  1. MatLab
  2. Excel



Évaluation
Activité Description %
Intra  Examen intra de mi-parcours 30 %
   Projet et examen final 70 %

 

CLAUSE PARTICULIÈRE.

Une note de 50 % ou plus dans les examens est nécessaire pour passer le cours.




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Sans objet.




Absence à un examen
• Pour les départements à l'exception du SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).

• Pour SEG :
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de son enseignant. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Manuel de cours :

 

COHEN H., ROGERS G.F.C. et SARAVANAMUTTOO H.H.I., « Gas Turbine Theory », Longman, DIXON S.L., « Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery », Pergamon Press.




Ouvrages de références
  1. SHEPHERD D.G., « Principles of Turbomachinery », MacMillan.
  2. VAVRA H., « Aerothermodynamics & Flow in Turbomachines », J. Wiley.
  3. YOSHINAKA Y., SAMPATH P. et MOUSTAPHA H., « Gas Turbines – Handbook of Fluid Dynamics and Fluid Machinery », J. Wiley.
  4. « Sawyer’s Gas Turbine Engineering Handbook », Volume 1.
  5. « The Aircraft Gas Turbine Engine and its Operation », United Technologies – Pratt & Whitney.
  6. HILL P.G. et PETERSON C.R., « Mechanics and Thermodynamics of Propulsion », Addison-Wesley Publishing.
  7. MOUSTAPHA H., ZELESKY M., BAINES N. et JAPIKSE D., « Axial and Radial Turbines », Concepts NREC.
  8. LAKSHMINARAYANA B., « Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery », J. Wiley.
  9. HORLOCK J.H., « Axial Flow Turbines », Krieger.
  10. HORLOCK J.H., « Axial Flow Compressors », Butterworths.
  11. « Turbine Design & Applications », NASA SP-290, Volumes 1, 2 et 3.
  12. « Aerodynamic Design of Axial Flow Compressors », NASA SP-36.



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

www.ena.etsmtl.ca




Autres informations

MEC758 – SYSTÈMES DE PROPULSION ET TURBOMACHINES

ANNEXE I

 

  1. Caractéristiques du cours

 

·   Responsable(s) du cours : Hany Moustapha

·   Coordonnées de l’enseignant :

Groupe 01: Saïd-Hany Moustapha (Hany.Moustapha@etsmtl.ca)

·   Préalables : MEC335

·   Crédits : 3

 

2.     Descriptif officiel du cours

 

Acquérir des notions fondamentales sur le fonctionnement et la conception des systèmes de propulsion utilisés en aéronautique. S’initier à l'analyse et à la conception d'éléments constituant des systèmes de propulsion opérant sous diverses conditions. Comprendre les interrelations existant entre les lois de la mécanique des fluides, de la thermodynamique, du transfert de chaleur et de la résistance des matériaux dans le fonctionnement d'un moteur d'avion et les limitations imposées lors de la conception.

 

Introduction aux systèmes de propulsion. Concepts de base de la dynamique des gaz. Sélection du cycle thermodynamique. Géométrie et performance des diffuseurs. Transfert d'énergie dans les turbomachines. Choix du nombre d'étages. Méthodologie du design et de prédiction de la performance des turbines axiales, des compresseurs et des centrifuges. Limitations mécaniques. Transfert de chaleur dans les systèmes de combustion et de refroidissement. Systèmes de contrôle.

 

Séances de laboratoire portant sur la réalisation en équipe d'un projet de conception. Utilisation de logiciels.

 

 

3.  Répartition des unités d’agrément du BCAPG

 

 

Maths

 

Sciences naturelles

 

Études complémentaires

 

Science du génie

 

Conception en ingénierie

 

 

Total

 

0,0

 

0,0

 

0,0

 

29,4

 

29,4

 

58,8

 

4.     Qualités (Qx) et compétences (Cy) enseignées et/ou évaluées

 

5.     Évaluation (voir section évaluation)