Les moteurs fusée A quoi ça sert ? Comment ça marche ?

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


Le principe d’action / réaction (newton 1642-1727)

Application aux fusées


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


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)


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 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 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,

…)


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 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



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


Schéma de principe du moteur Vulcain 2


Démarrage moteur Vulcain

Cliquez ici

animation_vulcain.swf

Les moteurs fusée – fin…Les moteurs fusée – fin…

Décollage Ariane 5

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