Étude aérodynamique pour l'accroissement des performances des projectiles d'artillerie équipés de voilures

Aerodynamic study for capability enhancement of artillery ammunition fitted with fins

• Auteur / Autrice : Cédric Decrocq
• Direction : Yannick Bailly, Jean-Claude Roy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 31/01/2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Malick Ba
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Lamballais, Patrick Gnemmi, Bastien Martinez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Dala, Franck Cazaurang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Essais en soufflerie aérodynamique

Projectiles

Balistique extérieure

Charge aérodynamique

Mots clés libres

Aérodynamique

Balistique extérieure

Projectile

Vol libre

Soufflerie

Simulation numérique

Aerodynamics

Exterior ballistics

Ammunition

Free-flight

Wind-tunnel

Numerical simulation

Résumé

En matière de défense, les armées accroissent en permanence leurs exigences opérationnelles afin de moderniser leurs techniques de combat. Dans ce contexte, le développement à bas coûts des performances des munitions intelligentes, par synergie entre les principaux domaines technologiques émergents, est l’un des enjeux majeurs des industriels de l’armement. Des études de concepts innovants d’architectures aérodynamiques et de dispositifs de contrôle sont nécessaires pour répondre à ces besoins. Ce travail de thèse est un avant-projet de conception de munitions guidées d’artillerie à portées étendues, de calibre 155 mm et équipées de surfaces aérodynamiques. Cette étude s’inscrit dans un processus d’optimisation multidisciplinaire, fonction d’une multitude de paramètres et de contraintes, qui nécessite des outils numériques flexibles et capables d’estimer rapidement les coefficients aérodynamiques des configurations étudiées. Dans un premier temps, une revue bibliographique récapitule les performances annoncées, réelles et à venir des systèmes d’artillerie. Dans ce cadre, un code de prédiction aérodynamique, basé sur un couplage de type RANS-Potentiel, a étédéveloppé pour des conditions de vols subsoniques compressibles et hors décrochage. Les travaux menés s’articulent ensuite en deux grands volets: le premier, théorique, qui décrit les principales caractéristiques du code, et le second, expérimental, qui a pour objectif d’évaluer les conclusions de la partie théorique par des essais en soufflerie et des tests en vol libre. Enfin, un exemple de design est illustré dans une dernière partie, sur la base de calculs de trajectoires.

In the field of defence, the armies are continuously increasing their operational requirements to improve war techniques in the battlefields. In this context, improving the capabilities of smart ammunition thanks to low-cost solutions is crucial for the military industry. Studies of innovative aerodynamic architectures and control devices are required to meet these objectives. This thesis is a preliminary study which main goal aims at contributing to the design of 155 mm extended range guided projectiles fitted with aerodynamic surfaces. The study is part of a multidisciplinary design process involving numerous parameters and requires flexible numerical techniques, rapidly capable of estimating the aerodynamic coefficients for a large set of configurations. In a first step, a bibliographical review is conducted with the aim of identifying announced, actual and future performances of artillery systems. In this frame, an aerodynamic prediction code based on a RANS-Potential coupling, wasdeveloped for compressible subsonic speeds and below stall angles. Theoretical and experimental studies associated to the developed code are then described: the theoretical section is associated to the main characteristics of the code modelling, while the experimental part validates the numerical developments by means of multiple wind-tunnel measurements and free-flight tests. Finally, an example of projectile design is investigated and illustrated in a last section, on the basis of trajectory computations.