Etude 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 : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance en 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
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Département Énergie
• Jury : Président / Présidente : Malick Ba
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Bailly, Jean-Claude Roy, Patrick Gnemmi, Bastien Martinez, Laurent Dala, Eric Lamballais, Franck Cazaurang
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Dala, Franck Cazaurang

Mots clés

Mots clés libres

Soufllerie

Vol-Libre

Simulation numérique

Projectile

Balistique Extérieure

Exterior ballistics

Free-Flight

Ammunition

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, l'amélioration 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 d'artillerie guidée longue portée de calibre 155 mm et équipés de surfaces aérodynamiques. Cette étude passe par un processus d'optimisation multidisciplinaire fonction d'une multitude de paramètres et de contraintes, qui nécessite des outils numériques flexibles, 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. Un code de prédiction aérodynamique basé sur un couplage de type RANS-Potentiel a été développé pour des conditions subsonique compressible, hors décrochage. Ainsi, les travaux s'articulent en deux grands volets: le premier, théorique, qui décrit les principales caractéristiques du code, et le second, expérimental, ayant pour objectif d'évaluer les conclusions de la partie théorique par des tests en soufflerie puis des essais en vols. Un exemple d'optimisation du concept longue portée retenu est illustré dans une dernière partie, sur la base de calculs paramétriques de trajectoires.

In the field of defence, armies are constantly increasing their operational requirements to improve war techniques. In this context, increasing capabilities of smart ammunition at low-cost is crucial for the military industry. Studies of innovative aerodynamic architectures and control devices are needed to meet these requirements. This thesis is a preliminary design stage which aims at defining a new long range guided projectile, based on a 155 mm artillery shell model and fitted with aerodynamic surfaces. It is part of a multidisciplinary optimization process involving plenty of parameters and constraints, which requires flexible numerical techniques, capable of rapidly estimating aerodynamic coefficients for a large set of configurations. A bibliographical review is firstly conducted with the aim of distinguishing announced, actual and future performances of artillery systems. An aerodynamic prediction code based on a RANS-Potential coupling was developed for compressible subsonic speeds, out of stall conditions. Theoretical and experimental studies related to the aerodynamic prediction code are described: the theoretical section describes main characteristics of the code modelling, while the experimental one assesses conclusions obtained in the theoretical part, by means of wind-tunnel experiments and free-flight tests. An optimisation example of the retained concept is finally proposed in a last section, on the basis of a parametric study consisting of trajectory computations.