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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : François Garnier


PLAN DE COURS

Automne 2014
MEC775 : Systèmes de propulsion (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.

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 turbomachines aéronautiques.



Stratégies pédagogiques

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.




Utilisation d’appareils électroniques

N/A




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mercredi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Vendredi 08:45 - 10:45 Travaux pratiques et laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 François Garnier Activité de cours Francois.Garnier@etsmtl.ca A-2118
01 Pascal Doran Travaux pratiques et laboratoire CC-PASCAL.DORAN@etsmtl.ca



Cours
Semaine Description Lecture suggérée* Exercices suggérés**
01

1. Systèmes de propulsion

  1. Introduction et historique
  2. Classification et terminologie
  3. Données générales sur le transport aérien
  4. Défis technologiques
(En gris) (En gris)
02

2. Cycles des turbines à gaz

  1. Rappel de thermodynamique
  2. Cycle simplifié: rendement
  3. Chambre de combustion: bilan de puissance
   
03-04

3. Écoulements dans les turbomachines

  1. Rappels de mécanique des fluides
  2. Rappels de transferts de chaleur
  3. Aérodynamique supersonique
  4. Prises d'air et tuyères
   
05-06

4. Principe de propulsion: conception et application aux           turbomoteurs

  1. Poussée et aérodynamique avion
  2. Rendements propulsif, thermique et global
  3. Consommation spécifique
  4. Turboréacteurs, tubosoufflantes et turbopropulseurs
  5. Nouveaux concepts
   
08-09

5. Aérodynamique des turbomachines I: Compresseurs axiaux et centrifuges

  1. Généralités et principes de base
  2. Caractéristiques
  3. Triangle des vitesses
  4. Équation d'Euler
  5. Équilibre radial, critère de charge, degré de réaction
  6. Exemples
   
10

6. Aérodynamique des turbomachines II: Turbines axiales

  1. Principes de base
  2. Triangle de vitesse
  3. Performance
  4. Critères aérodynamiques et globaux
  5. Turbines supersoniques
  6. Refroidissement
  7. Procédé général de fabrication
  8. Éléments de conception
   
11

7. Conception d'aéronefs (Jean-François Viaud, Bombardier)

  1. Concept et conception préliminaire
  2. Vitesse de croisière, distance franchissable et performance
  3. Dimensionnement selon exigence de conception
  4. Considérations structurales
  5. Exemples
   
12-13

8. Émissions polluantes et carburants alternatifs

  1. Généralités et impact atmosphérique
  2. Émissions polluantes
  3. Réchauffement climatique et aviation
  4. Technologie de réduction des GES et des polluants
  5. Carburants alternatifs et biocarburants
   

*   En plus des notes présentées en classe et celles disponibles sur le site web du cours, des sections complémentaires de lecture dans le manuel suggéré pourront être fournies au besoin.

 

**   Des exercices complémentaires, à faire par les étudiants, seront proposés en classe.




Laboratoires et travaux pratiques

N/A




Utilisation d'outils d'ingénierie

N/A




Évaluation

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

Examen partiel 30%
Examen final 40%
Projet 30%

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.




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 à l’article 6.5.2 du Règlement des études, se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions 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

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.




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).



Infractions de nature académique
Les clauses du « Chapitre 10 : Plagiat et fraude » du « Règlement des études de 1er cycle » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Afin de se sensibiliser au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la page Citer, pas plagier ! http://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Guichet-interactif/Citer-pas-plagier



Documentation obligatoire

N/A




Ouvrages de références

Çengel, Y.A. & Boles, M.A., 2008  Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill, 6th 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., 2nd ed.

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

Lefebvre, A.H.  1999  Gas Turbine Combustion.  Taylor & Francis, 2nd 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, 5th 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, 5th ed.

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

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




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Un document d’accompagnement servant de notes de cours sera disponible sur le site web du cours.




Autres informations

Calendrier des activités

 

Sem.

Dates

Description

Remarques

01

3 septembre

 

C – Systèmes de propulsion- Introduction

 

 

02

12 septembre

10 septembre

 

TP

C – Cycles des turbines à gaz

 

03

19 septembre

17 septembre

TP

C – Écoulements dans les turbomachines I

 

04

26 septembre

24 septembre

TP

C – Écoulements dans les turbomachines II


 

 

05

3 octobre

1er octobre

TP

C – Principe de propulsion I

 

 

06

10 octobre

8 octobre

TP

C – Principe de propulsion II

 

07

17 octobre

15 octobre

TP

C — Compresseurs axiaux et centrifuges I

 

 

08

24 octobre

22 octobre

TP

C — Compresseurs axiaux et centrifuges II

 

Projet. Date à confirmer

09

31 octobre

29 octobre

TP - Congés relâche

C — Horaire du jeudi

TP annulé

Cours annulé

10

7 novembre

5 novembre

TP

C — Turbines axiales

 

 

11

14 novembre

12 novembre

TP

C — Conception d’aéronefs

Cours effectué par un intervenant extérieur (Bombardier). Date à confirmer

12

21 novembre

19 novembre

TP

C — Émissions polluantes et carburants alternatifs I

 

 

13

28 novembre

26 novembre

TP

C — Émissions polluantes et carburants alternatifs II

 

 

- L’examen partiel est d’une durée prévue de 2 heures et se déroulera durant une période de cours.

- 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.