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WP3 – PROPULSION PRINCIPALE
Dispositif de propulsion à lévitation électromagnétique
catapultant un VSH à statoréacteur
(WP3 - Propulsion principale)
Elliott SCHIRES - Abdullah SIMSEK - Benoît GARNIER - Christopher CHABERT-VEAU -
Tristan SARTON DU JONCHAY
ISAE, formation Ensica - Toulouse
Introduction :
Les entreprises privées se lançant
dans le tourisme spatial n’emploient à ce jour que
des VSH équipés de moteurs fusée. Or, tant qu’il
y a de l’air, l’emploi de moteurs aérobies est
théoriquement envisageable. En particulier, le
statoréacteur est le moteur aérobie le plus
avantageux aux Mach requis pour atteindre les
altitudes suborbitales. Il n’a cependant pas la
capacité de s’amorcer seul du fait de sa simplicité
architecturale. Un système propulsif annexe est
donc requis à faible Mach pour l’initier. Un
système de catapultage électromagnétique du
même type que les trains Japonais Maglev
semblerait prometteur dans ce domaine en
permettant d’atteindre de hautes vitesses au
moyen d’accélérations supportables par l’homme.
Ce projet avait pour but de montrer la faisabilité
d’un tel système de propulsion électromagnétique.
La partie aérodynamique
se devait de proposer
un design de chariot électromagnétique selon des
critères spécifiques de traînée et de déterminer
les efforts aérodynamiques s’exerçant sur le
système final jusqu’à la phase de séparation à
Mach 0.7.
La séparation du VSH d’avec le chariot
représente l’étape critique de notre projet. En se
passant d’avion porteur, nous nous devions de
vérifier que le VSH pouvait être catapulté et
gagner assez d’altitude pour amorcer l’allumage
de son statoréacteur. L’objectif est de rejoindre
une trajectoire optimale de montée tout en
garantissant la sécurité des passagers. Une
simulation cinématique de cette phase a permis
de caractériser l’attitude du VSH et l’évolution des
forces s’exerçant sur notre système, en vue de
son dimensionnement.
La partie structure
propose une forme de
châssis du chariot ainsi qu’un système d’attache
entre ce dernier et le VSH. L’objectif est d’assurer
l’intégrité structurale pour amener le VSH de la
position d’arrêt à Mach 0.7. Les composants sont
dimensionnés selon les efforts d’inertie dus à
l’accélération et les efforts aérodynamiques
déterminés dans les parties précédentes.
La partie propulsion électromagnétique
s'intéresse au choix du système de propulsion du
chariot porteur et du VSH puis de son
dimensionnement. Le principe est celui des
moteurs linéaires synchrones utilisés notamment
sur les trains Maglev. Une loi de contrôle a été
déterminée afin de stabiliser le système lors de
son fonctionnement nominal.
La
partie
lévitation
électromagnétique
s'intéresse à la faisabilité de la lévitation
électromagnétique de type Maglev pour annuler
tout frottement éventuel avec le sol. Plusieurs
solutions ont été envisagées dont une seule s’est
avérée satisfaisante : l’emploi de bobines
supraconductrices au lieu de bobines métalliques.
Un asservissement sur la distance entre le chariot
et le rail a également été réalisé dans le cadre de
cette étude.
En conclusion,
cette étude a montré que ce
système de catapultage électromagnétique était
potentiellement intéressant pour la propulsion
initiale d’un VSH équipé d’un statoréacteur, d’un
point de vue performances et en faisant
abstraction des aspects financiers.