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

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

2 Les moteurs fusée A quoi ça sert ???

3 Les moteurs fusée – A quoi ça sert ? Les moteurs servent : A faire décoller la fusée A faire prendre de la vitesse et de laltitude la fusée A piloter la fusée A mettre les satellites sur orbite La mission

4 Les moteurs fusée – A quoi ça sert ? Le décollage Au décollage les moteurs servent à « soulever » la fusée et à vaincre la force de pesanteur (P = m * g ) due à lattraction terrestre Au décollage la fusée est la plus lourde (780 T pour Ariane 5) Les moteurs doivent être puissants

5 Les moteurs fusée – A quoi ça sert ? Plusieurs moteurs pour quoi faire ? Plus la fusée monte en altitude : plus elle sallège plus la résistance de lair diminue plus lattraction terrestre diminue plus la fusée accélère Plus la fusée sallège et monte en altitude, moins les moteurs ont besoin dêtre puissants Boosters = 1300 t de poussée Vulcain2 = 130 t de poussée HM7B = 7 t de poussée

6 Les moteurs fusée – A quoi ça sert ? Le pilotage ou guidage Pendant le vol de la fusée, les moteurs servent à guider la fusée et à respecter la trajectoire Le pilotage de la fusée est réalisé en orientant les moteurs au moyen de vérins hydrauliques

7 Les moteurs fusée – A quoi ça sert ? La mise sur orbite Les moteurs servent à donner la vitesse nécessaire pour « accrocher » lorbite = vitesse de satellisation Si la vitesse est insuffisante, la mise sur orbite ne sera pas possible Vitesse de satellisation autour de la terre : 7.7 km/s ou 28000 km/h pour orbite circulaire/orbite basse (200 km) Entre 7,8 et 11,2 km/s pour orbite elliptique (transfert géostationnaire) Au delà de 11,2 km/s trajectoire hyperbolique (voyage interplanétaire)

8 Les moteurs fusée Comment ça marche ???

9 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 dartifice ») 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

10 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Le principe daction / réaction (newton 1642-1727) Application aux fusées

11 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Les moteurs à réaction : Les moteurs fusée sont comme les moteurs davion, des moteurs dits à réaction dont la poussée (force) est créée par des gaz chauds éjectés à grande vitesse au travers dune tuyère La poussée (débit de quantité de mouvement) créée est proportionnelle au débit de gaz éjecté et à la vitesse déjection F = Q * Ve Haute pressionHaute température

12 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 loxygène de lair comme comburant Contrairement aux moteurs dits atmosphériques ou aérobies (terrestre ou aéronautiques) les moteurs fusée fonctionnent donc avec un comburant embarqué (oxygène par exemple)

13 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Les différents types de moteurs fusée ? Les moteurs à propergols solides (moteurs à poudre) comme ceux qui équipent les boosters dAriane 5 Les moteurs à ergols liquides Liquides dits stockables (température ambiantes) Liquides dits cryogéniques (très bases températures) comme ceux qui équipent lEPS et lEPC dAriane 5

14 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 dAriane 5) La poudre (perchlorate dammonium et aluminium par exemple) sert de comburant et de carburant Pour les boosters Ariane 5, les gaz éjectés sont composés dazote, de vapeur deau, de particules dalumines et dacide chlorhydrique 6 NH 4 ClO 4 (s) + 10 Al (s) - > 3 N 2 (g) + 9 H 2 O (g) + 5 Al 2 O 3 (s) + 6 HCl (g)

15 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 dergols : stockables (ex : Aestus EPS Ariane 5) cryogéniques (ex: Vulcain, HM7, …)

16 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Moteurs à réservoirs pressurisés (satellites) Moteurs à réservoirs pressurisés (Aestus EPS)

17 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 dinjecter 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 davoir des réservoirs à parois minces et donc légers.

18 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Moteur HM7B à ergols cryogéniques Moteur Viking à ergols stockables

19 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Le moteur Vulcain 1 cryotechnique Le moteur Vinci cryotechnique

20 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? SSME Navette 200 t 1981 LOX/LH2 RS 68 Delta 4 330 t 2002 LOX/LH2 VULCAIN 2 Ariane 5 135 t 2002 LOX/LH2 LE 7A H2A 100 t 2001 LOX/LH2 RD 180 Atlas 3& 5 400 t 2001 LOX/KERO

21 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 dêtre liquides. Ce sont des moteurs complexes mais extrêmement performants car ils utilisent des ergols très énergétiques. Les moteurs cryotechniques utilisés sur Ariane fonctionnent à lhydrogène et à loxygène liquide Ce sont des moteurs « écologiques » puisquils ne produisent que de la vapeur deau 2 H 2 (g) + O 2 (g) - > 2 H 2 O (g)

22 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Le moteur Vulcain 2 Cest un moteur à ergols liquides cryogéniques qui fonctionne à loxygène liquide (-180 °C) et à lhydrogène liquide (-250 °C) Le débit doxygène = 280 kg/s et celui dhydrogène = 45 kg/s Les gaz de combustion (vapeur deau) ont une température de 3000 K et sont éjectés à la vitesse de 4000 m/s environ

23 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 Les moteurs fusée – Comment ça marche ?

24 Le moteur Vulcain 2 Mise à feu

25 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

26 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Schéma de principe du moteur Vulcain 2

27 Les moteurs fusée – Comment ça marche ? Démarrage moteur Vulcain Cliquez ici

28 Les moteurs fusée – fin… Décollage Ariane 5 /