Le Rim-Rotor Rotary Ramjet Engine (R4E) est un moteur très haute densité de puissance utilisant des statoréacteurs en rotation pour produire un couple à grande vitesse angulaire.Le design structurel d'une première génération de R4E est présenté dans ce mémoire ainsi qu'une validation expérimentale avec combustion haute température. Ces travaux s'imbriquent dans un programme de recherche où l'objectif ultime est de démontrer expérimentalement qu'il est possible de produire de la puissance positive de ce type de moteur. La structure principale du moteur est basée 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 pièce inclut les propulseurs et supporte le système d'allumage inductif intégré à la structure. Ce dernier a été caractérisé indépendamment afin de connaître l'effet des paramètres tels la distance entre les électrodes sur la puissance et l'énergie des étincelles.Le concept final proposé pèse 76 g, ne contient que 5 pièces dans un assemblage unique et peut résister à une vitesse tangentielle de 330 m/s (120 krpm) au niveau des propulseurs lors d'une combustion d'hydrogène de 1 sec. Un autre concept présenté est conçu pour résister 560 m/s (200 krpm) pour des durées de combustion très courtes, sans échauffement significatif des composants. Un modèle structurel analytique est proposé et validé par un modèle numérique ainsi que des essais expérimentaux sans combustion réalisés jusqu'à 188 krpm sans rupture.Le prototype conçu pour la combustion est validé par rapport à ses paramètres de conception et une rupture des pales de turbine survient tel que prédit par le modèle couplé thermique-structurel numérique. Les recherches ont démontré que le concept d'un R4E est viable et qu'il a le potentiel d'atteindre une vitesse tangentielle de près de 1000 m/s en utilisant des matériaux disponibles aujourd'hui. Les dissimilitudes d'expansion thermique entre les composantes, la différence de rigidité entre les pièces de l'assemblage ainsi que le transfert de chaleur vers le Rim-Rotor ont été identifiés comme des considérations importantes pour les futurs concepts de R4E.

Dans un contexte mondial où les ressources énergétiques commencent à se faire rares, beaucoup de recherches se font sur l’amélioration de l’efficacité thermique et de la densité de puissance des sources d’énergie existantes. Ainsi, un projet de développement d’une microturbine à gaz avec une architecture de nouveau genre permettant d’augmenter la densité de puissance tout en réduisant les coûts a vu le jour. La recherche proposée dans le présent document se concentre sur la conception et la caractérisation d’une chambre de combustion et d’un banc d’essai pour la turbine SRGT-2. Une chambre de combustion à écoulement inverse est conçue et caractérisée expérimentalement. Un modèle 0D de la chambre est tout d’abord fait. Par la suite, une optimisation numérique est faite jusqu’à l’atteinte des objectifs de conception. Finalement, la chambre de combustion est testée durant 30 secondes avec de l’hydrogène comme carburant. Une température de sortie de la chambre de combustion de 1000 K a été maintenue avec une efficacité de combustion de plus de 85%. Le banc d’essai conçu pour le projet de recherche utilise un démarreur électropneumatique permettant d’accélérer le prototype jusqu’à 102 000 RPM. Le module fluide est la partie du banc d’essai qui contient les différentes parties de la turbine SRGT-2 comme le rotor, les stators et la chambre de combustion. Le module est instrumenté dans le but d’obtenir une caractérisation complète de la turbine. Sa configuration modulaire permet aussi de caractériser chacune des composantes individuellement en changeant certaines sections.