Au terme de ce cours, l'étudiant ou l'étudiante aura acquis 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.

À la fin du cours l’étudiant ou l'étudiante 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.

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 turbomachines aéronautiques durables.

Chaque semaine, 3 heures d’enseignement magistral sont prévues ainsi que 2 heures de travaux pratiques en classe ou en laboratoire. Ces périodes d’enseignement et de travaux pratiques (TP) devraient être complétées par de l’étude et du travail personnel correspondant à environ 5 heures par semaine en moyenne.

En complément aux notions théoriques vues en classe, on présentera des exemples (en classe et/ou en TP) pour permettre aux étudiants de bien assimiler les concepts présentés. Une série d’exercices supplémentaires, à faire sur une base individuelle, pourra être également proposée. Au besoin, une période de temps pourra aussi être réservée, en classe ou en TP, pour discuter et répondre aux questions concernant les exercices suggérés.

• Matlab
• Python

La note finale sera établie à partir des travaux et examens en fonction de la pondération suivante :

La note de passage est fixée de manière globale à 50 %, mais une moyenne d’au moins 50 % aux examens est nécessaire pour passer le cours.

ABSENCE À UN EXAMEN. Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence auprès de la Coordonnatrice - Affaires départementales (Génie mécanique) pour un examen durant le trimestre et auprès du Directeur du Service de la gestion académique pour un examen final. 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. Tout étudiant ou groupe d’étudiants qui pose ou participe à un acte de plagiat ou de fraude décrit à l’article 10.2 est sujet à des sanctions pouvant aller jusqu’à l’exclusion de l’École.

Remarques

• L’examen partiel est d’une durée prévue de 3 heures et se déroulera durant une période de cours (date à confirmer).
• L’utilisation des calculatrices est permise aux examens.
• La date du projet sera confirmée en classe.
• Les travaux remis en retard et sans justification valable seront pénalisés.

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Manuel de cours :

FAROKHI, S. 2009, Aircraft Propulsion. John Wiley & Sons

CUMPSTY, N. 1997, Jet Propulsion, Cambridge Univ. Press

Çengel, Y.A. & Boles, M.A., 2008  Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill, 6^th ed.

Çengel, Y.A. & Cimbala, J.M., 2006  Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications, McGraw-Hill.

Flack, R.D.  2005  Fundamentals of Jet Propulsion with Applications, Cambridge Univ. Press.

Hill, P. & Peterson, C., 1992  Mechanics and Thermodynamics of propulsion, Addisson-Wesley Publ. Co., 2^nd ed.

Incropera, F.P., Dewitt, D.P., Bergman, T.L., & Lavine, A.S., 2007  Fundamentals of Heat and Mass Transfer.  John Wiley & Sons, 6^th ed.

Lefebvre, A.H.  1999  Gas Turbine Combustion.  Taylor & Francis, 2^nd ed.

Mattingly, J.D.  1996  Elements of Gas Turbine Propulsion.  McGraw-Hill.

Munson, B.R., Young, D.F., & Okiishi, T.H.  2006  Fundamentals of Fluid Mechanics.  John Wiley & Sons, 5^th ed.

Peng, W.W.  2008  Fundamental of Turbomachinery.  John Wiley & Sons.

Saravanamuto, H.I.H., Rogers, G.F.C., & Cohen, H.  2001  Gas Turbine Theory.  Pearson Education Ltd, 5^th ed.

Traeger, I.E.  1995  Aircraft Gas Turbine Technology.  Glencoe/McGraw-Hill, 3^rd ed.

Zucker, R.D. & Biblarz, O.  2002  Fundamentals of Gas Dynamics.  John Wiley & Sons, 2^nd ed.

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