Analyse structurelle et validation experimentale d'un Rim-Rotor Rotary Ramjet Engine (R4E)

Le Rim-Rotor Rotary Ramjet Engine (R4E) est un moteur tres haute densite de puissance utilisant des statoreacteurs en rotation pour produire un couple grande vitesse angulaire. Le design structurel d'une premiere generation de R4E est presente dans ce memoire ainsi qu'une validation experimentale avec combustion haute temperature. Ces travaux s'imbriquent dans un programme de recherche on l'objectif ultime est de demontrer experimentalement qu'il est possible de produire de la puissance positive de ce type de moteur.;La structure principale du moteur est basee sur l'utilisation d'un Rim-Rotor, un anneau de Carbone-PEEK unidirectionnel, qui reprend partiellement le chargement des propulseurs en compression. Un moyeu en aluminium en une piece inclut les propulseurs et supporte le systeme d'allumage inductif integre la structure. Ce dernier a ete caracterise independamment afin de connaitre l'effet des parametres tels la distance entre les electrodes sur la puissance et l'energie des etincelles. Le concept final propose pese 76 g, ne contient que 5 pieces dans un assemblage unique et peut resister une vitesse tangentielle de 330 mis (120 krpm) au niveau des propulseurs lors d'une combustion d'hydrogene de 1 sec. Un autre concept presente est concu pour resister 560 m/s (200 krpm) pour des durees de combustion tres courtes, sans echauffement significatif des composants.;Un modele structurel analytique est propose et valide par un modele numerique ainsi que des essais experimentaux sans combustion realises jusqu'a 188 krpm sans rupture. Le prototype concu pour la combustion est valide par rapport ses parametres de conception et une rupture des pales de turbine survient tel que predit par le modele couple thermique-structurel numerique.;Les recherches ont demontre que le concept d'un R4E est viable et qu'il a le potentiel d'atteindre une vitesse tangentielle de pres de 1000 m/s en utilisant des materiaux disponibles aujourd'hui. Les dissimilitudes d'expansion thermique entre les composantes, la difference de rigidite entre les pieces de l'assemblage ainsi que le transfert de chaleur vers le Rim-Rotor ont ete identifies comme des considerations importantes pour les futurs concepts de R4E.;Mots-cles : densite de puissance, turbomachine, volants d'inertie, materiaux composites, propulsion hybride, Rim-Rotor.