Post on 03-Apr-2015
Les moteurs fusée Les moteurs fusée
Comment ça marche ???
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ?
Historique Les premières fusées à poudre datent du moyen age (X siècle), leur invention est attribuée aux chinois (flèches autopropulsées – « feux d’artifice »)
A la fin du 19 ème siècle le premier moteur fusée à ergols liquides est imaginé par un instituteur russe (K. Tsiolkovski)
Les premiers moteurs fusée à liquides voient le jour aux États Unis et en Allemagne vers 1930
Les premiers moteurs fusée industriels sont développés durant la 2ème guerre mondiale pour propulser les tristement célèbres missiles balistiques V2
Après la 2ème guerre mondiale les moteurs fusée vont se moderniser dans le cadre de la conquête spatiale
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Le principe d’action / réaction (newton 1642-1727)
Application aux fusées
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ?
Les moteurs à réaction : Les moteurs fusée sont comme les moteurs d’avion, des moteurs dits à réaction dont la poussée (force) est créée par des gaz chauds éjectés à grande vitesse au travers d’une tuyère
La poussée (débit de quantité de
mouvement) créée est proportionnelle au débit de gaz éjecté et à la vitesse d’éjection
F = Q * Ve
Haute pression Haute température
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ?
La particularité des moteurs fusée ?
Les moteurs fusée sont des moteurs à combustion qui fonctionnent en dehors de l ’atmosphère, ils ne peuvent donc pas utiliser l’oxygène de l’air comme comburant
Contrairement aux moteurs dits atmosphériques ou aérobies (terrestre ou aéronautiques) les moteurs fusée fonctionnent donc avec un comburant embarqué (oxygène par exemple)
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Les différents types de moteurs fusée ?
Les moteurs à propergols solides (moteurs à poudre) comme ceux qui équipent les boosters d’Ariane 5
Les moteurs à ergols liquides Liquides dits stockables (température
ambiantes) Liquides dits cryogéniques (très bases
températures)
comme ceux qui équipent l’EPS et l’EPC d’Ariane 5
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ?
Les moteurs à propergols solides
Ce sont des moteurs « simples » mais qui peuvent être très puissants (700 t de poussée pour les boosters d’Ariane 5)
La poudre (perchlorate d’ammonium et aluminium par exemple) sert de comburant et de carburant
Pour les boosters Ariane 5, les gaz éjectés sont composés d’azote, de vapeur d’eau, de particules d’alumines et d’acide chlorhydrique
6 NH4ClO4 (s) + 10 Al (s) - >
3 N2 (g) + 9 H2O (g) + 5 Al2O3 (s) + 6 HCl (g)
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ?
Les moteurs à liquides
Deux types de moteur : À réservoirs pressurisés (ex :
moteur Aestus EPS Ariane 5) A turbopompes (ex : moteurs
Viking, Vulcain, HM7, …)
Deux types d’ergols : stockables (ex : Aestus EPS
Ariane 5) cryogéniques (ex: Vulcain, HM7,
…)
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ?
Moteurs à réservoirs pressurisés (satellites)
Moteurs à réservoirs pressurisés (Aestus EPS)
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Les moteurs à turbopompes
Les turbopompes sont des organes complexes qui délivrent une puissance très importante (ex : 14 MW pour la turbopompe hydrogène )
Les turbopompes permettent d’injecter les ergols à très haute pression (150 b) dans la chambre de combustion à partir de réservoirs à basse pression (quelques bars) ce qui permet d’avoir des réservoirs à parois minces et donc légers.
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Moteur HM7B à ergols
cryogéniques Moteur Viking à ergols
stockables
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Le moteur Vulcain 1
cryotechnique Le moteur Vinci
cryotechnique
Les moteurs fusée – Comment ça marche Les moteurs fusée – Comment ça marche ??
SSMENavette
200 t1981
LOX/LH2
RS 68Delta 4330 t2002LOX/LH2
VULCAIN 2Ariane 5
135 t2002
LOX/LH2LE 7A
H2A100 t2001
LOX/LH2
RD 180Atlas 3& 5
400 t2001
LOX/KERO
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ?
Les moteurs cryotechniques Ce sont des moteurs fonctionnant avec des
ergols (comburant et carburant) maintenus à très base température afin d’être liquides.
Ce sont des moteurs complexes mais extrêmement performants car ils utilisent des ergols très énergétiques .
Les moteurs cryotechniques utilisés sur Ariane fonctionnent à l’hydrogène et à l’oxygène liquide
Ce sont des moteurs « écologiques » puisqu’ils ne produisent que de la vapeur d’eau
2 H2 (g)+ O2 (g) - > 2 H2O (g)
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Le moteur Vulcain 2
C’est un moteur à ergols liquides cryogéniques qui fonctionne à l’oxygène liquide (-180 °C) et à l’hydrogène liquide (-250 °C)
Le débit d’oxygène = 280 kg/s et celui d’hydrogène = 45 kg/s
Les gaz de combustion (vapeur d’eau) ont une température de 3000 K et sont éjectés à la vitesse de 4000 m/s environ
Le moteur Vulcain 2 Principales caractéristiques : Poussée dans le vide = 1350
KN (130 tonnes) Pression chambre de
combustion = 115 b Débit ergols =325 kg/s Vitesse de rotation TPLOX
= 13000 tr/min, TPLH2 = 36000 tr/min
Puissance TPLOX = 5MW, TPLH2 = 14 MW
Masse du moteur = 2,1 tonnes
Hauteur = 3.45 m
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Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ?
Le moteur Vulcain 2 Mise à feu
Les moteurs fusée – Comment ça marche ?Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Schéma de principe du
moteur Vulcain Une chambre de combustion et
une tuyère pour créer la poussée Une turbopompe oxygène et une
turbopompe hydrogène pour injecter le comburant et le carburant dans la chambre haute pression
Un générateur de gaz (petite chambre de combustion) pour faire tourner les turbines des turbopompes
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Schéma de principe du moteur Vulcain 2
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Démarrage moteur Vulcain
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Les moteurs fusée – fin…Les moteurs fusée – fin…
Décollage Ariane 5
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