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 Skylon & Sabre

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Giwa
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 20 Avr 2015 - 0:34

Henri a écrit:
Giwa a écrit:

Donc il est possible d'atteindre Mach 9 en mode anaérobie avant de larguer l'étage supérieur .
Pas exactement, je voulais dire que l'ambition du Sabre était d'utiliser l'air comme comburant jusqu'à Mach 6 et pas Mach 9... Ou encore au-dela Mach 6 il lui fallait revenir en mode anaérobie. Skylon est architecturé comme un SSTO (sans deuxième étage). C'est moi (et d'autres) qui considèrent qu'il est plus raisonnable de prévoir une architecture bi-étage avec un staging au alentours de Mach 10.
C'est bien ce que j'avais compris , le Sabre fonctionne jusqu'à Mach 6 en aérobie et passe ensuite  en anaérobie avec l'oxygène qu'il a récolté dans l'atmosphère avant Mach 6. Mais effectivement plutôt que de chercher alors à atteindre mach 23 et la mise en orbite, il parait plus raisonnable pour cet appareil complexe et donc plus fragile de se limiter à Mach 9 ou 10 et de terminer la mise sur orbite par un étage fusée plus classique et plus robuste et de taille plus petite.
D'ailleurs si le Skylon fonctionne en pilotage automatique , il peut alors assurer des rotations plus rapides que d'attendre son retour d'orbite: le bi -étage peut devenir plus pratique qu'un mono -étage .
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Henri
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 20 Avr 2015 - 3:22

OK, je commence à comprendre où se trouve ton incompréhension du fonctionnement du moteur Sabre. Regarde de manière détaillé la vidéo de cette page :
http://www.reactionengines.co.uk/sabre_howworks.html
ou :

Sabre ne liquéfie pas l'air pour en séparer l'oxygène, il se sert de l'air avec tous ses constituants comme comburant. Il ne stocke pas de comburant extrait de l'air pour une phase ultérieure anaérobie.
Simplement, durant la phase aérobie il capte, refroidi, compresse et se sert à la volée de cet air froid et compressé pour alimenter des moteurs fusée en comburant (le carburant LH2 vient des réservoirs qui ont été remplis avant le décollage).
Le refroidissement de l'air se fait en utilisant les frigories contenues dans LH2 via un circuit intermédiaire d'Hélium qui circule dans les PreCoolers qui apparaissent dans la 32ème seconde de première la vidéo.
Cette seconde vidéo détaille les deux modes de fonctionnement du Sabre :

Durant les premières minutes du vol, quand la vitesse est insuffisante pour capter l'air et ensuite au-delà de Mach 6, le Moteur Sabre fonctionne comme un moteur fusée ordinaire et se sert de l'oxygène liquide qui vient des réservoirs de LOX qui ont été remplis avant le décollage.
Tu as plaqué sur le moteur Sabre des modes de fonctionnement dont on avait beaucoup parlé dans les années 60 et qui sont impossible à réaliser car l'enthalpie de liquéfaction de l'air est bien trop élevée et nécessite des dispositifs bien trop massifs pour être adaptés à un lanceur spatial.

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 20 Avr 2015 - 8:04

Merci Henri pour tes explications : effectivement il y avait incompréhension de ma part ! Donc on profite quand même des moteurs -fusées installés en mode anaérobie pour la courte phase de décollage et la dernière phase de nouveau en anaérobie en hypersonique élevé moyennant un emport additionnel de LOX.
Le bi-étage n'en devient que plus intéressant puisque l'on ne "récolte" pas de LOX en route !
Les inconvénients sur les multi -ètages récupérables se sont réduits depuis que les pilotes à bord ne sont plus nécessaires pour le retour au sol ... bon, d'accord j'anticipe un peu ... voir d'autres sujets du côté de Space X and Co !
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 20 Avr 2015 - 9:48

Giwa a écrit:

...
Et cela ouvrirait aussi des perspectives vers l'aéronautique civile  et aussi militaire ... pourquoi l'Air Force Laboratory s'y intéresse ?

Ca fait un moment que l'USAF s'y intéresse :
http://www.space.com/26838-air-force-hypersonic-skylon-space-plane.html

Mais Bond parait quand même un peu gêné de cet intérêt :
Citation :

...
Bond declined to confirm rumors of organized support within the U.S. aerospace community that involves former senior program managers of the U.S. military's most high-profile defense projects.
Bond sees Skylon as an international project that would include the U.S. and Europe.
...

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 20 Avr 2015 - 11:22

La clef du dispositif ce sont les volumineux PreCoolers où l'Hélium échange ses frigories avec l'air aspiré. L'un comme l'autre circulent dans de fines tubulures pour accroitre la surface d'échange thermique. Malheureusement l'air contient de la vapeur d'eau qui a la fâcheuse tendance à se condenser à l'état solide dans les tubulures où il circule et par voie de conséquence à les obstruer...
Bond & Varvill ont annoncé qu'ils avaient surmonté ce problème, mais je me demande comment...

Edit : élément de réponse : je sais par ailleurs que les transitions de phase ne se font pas automatiquement à la température où elles doivent se produire, de l'eau par exemple peut rester en surfusion bien en dessous de 0° (à la pression atmosphérique) et brutalement geler sous l'influence d'une perturbation externe, tandis que la vapeur d'eau nécessite de fins aérosols servant de germes pour se condenser en flocons de neiges. Jouent-ils là-dessus ?

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 20 Avr 2015 - 12:08

Henri a écrit:
La clef du dispositif ce sont les volumineux PreCoolers où l'Hélium échange ses frigories avec l'air aspiré. L'un comme l'autre circulent dans de fines tubulures pour accroitre la surface d'échange thermique. Malheureusement l'air contient de la vapeur d'eau qui a la fâcheuse tendance à se condenser à l'état solide dans les tubulures où il circule et par voie de conséquence à les obstruer...
Bond & Varvill ont annoncé qu'ils avaient surmonté ce problème, mais je me demande comment...

Edit : élément de réponse : je sais par ailleurs que les transitions de phase ne se font pas automatiquement à la température où elles doivent se produire, de l'eau par exemple peut rester en surfusion bien en dessous de 0° (à la pression atmosphérique) et brutalement geler sous l'influence d'une perturbation externe, tandis que la vapeur d'eau nécessite de fins aérosols servant de germes pour se condenser en flocons de neiges. Jouent-ils là-dessus ?
On peut penser effectivement aux états métastables . il faut savoir quand même que la surfusion ne tient que jusqu'à -39 °C .
Par contre pour la condensation (sublimation inverse ) y-a-t-il des états métastables à plus basse température  ?
Peut-être que c'est un autre phénomène que l'on empêche : l'adhérence des particules de glace qui se forment dans les tubulures et qui les obstrueraient  ? Ces particules étant suffisamment fines pour être évacuées.
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 20 Avr 2015 - 14:11

J'étais en train de me dire que le problème de surfusion avec les vibrations dans les canalisations, moteur en marche, cela avait peu de chance de se produire (?).
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 20 Avr 2015 - 19:14

Astro-notes a écrit:
J'étais en train de me dire que le problème de surfusion avec les vibrations dans les canalisations, moteur en marche, cela avait peu de chance de se produire (?).
Effectivement cela pourrait bien activer la cristallisation... et si la solution de Bond ... Alan Bond  Wink ...à l'obstruction des tuyauteries , c'était justement de sur-activer cette cristallisation au moyen par exemple d'ultra-sons pour créer des multitudes de microparticules qui puissent s'évacuer facilement?
Les ultra-sons servent bien à nettoyer des lunettes ... ce qui permet d'y voir plus clair !
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Dim 12 Juil 2015 - 8:02

Eh, scoop du jour : Reaction Engine vient de révéler son astuce pour empêcher le givrage.
Ils injectent du méthanol :
http://aviationweek.com/space/reaction-engines-reveals-secret-sabre-frost-control-technology

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Dim 12 Juil 2015 - 23:55

lambda0 a écrit:
Eh, scoop du jour : Reaction Engine vient de révéler son astuce pour empêcher le givrage.
Ils injectent du méthanol :
http://aviationweek.com/space/reaction-engines-reveals-secret-sabre-frost-control-technology
Il faut s'inscrire pour lire l'article, pas envie de leur donner une adresse de courriel pour me faire spammer. J'ai trouvé l'article dans le cache Google de http://www.fullhn.com/ désolé mais c'est en anglais.

Citation :
Reaction Engines Reveals Secret of Sabre Frost Control Technology

aviationweek.com - Comments

GLASGOW, Scotland – Details of the critical technology at the core of an innovative hybrid hypersonic propulsion system for air and space systems have been unveiled for the first time by its British-based developer, Reaction Engines.

The company’s Synergetic Air-Breathing Rocket Engine (Sabre) is designed to power a vehicle from a standing start to Mach 5.5 in air-breathing mode, and from the edge of the atmosphere to low Earth orbit in pure rocket mode. A fundamental enabler of the concept is a complex heat-exchanger system made up of miles of fine tubing that allows oxygen to be taken straight from the atmosphere for use as fuel.

The system chills incoming air from more than 1,000C to minus 150C in less than 1/100th of a second before passing the pre-cooled air through a turbo-compressor and into the rocket combustion chamber, where it is burned with sub-cooled liquid hydrogen. But until now the means by which the system does this without clogging up the pre-cooler with ice has remained a closely guarded company secret.

“It is pretty mind-bending stuff,” says Richard Varvill, Reaction Engines technical director and chief designer. Speaking at the American Institute of Aeronautics and Astronautics International Space Planes and Hypersonics conference here, Varvill says the system counters the frost that precipitates out of the air as it becomes saturated with increasing relative humidity during the rapid cooling process. The precipitation “looks like the white feathery frost you’d see on a cold winter’s day. Unfortunately that frost is sufficiently mechanically strong that it can bridge the gaps between the tubes and will block the matrix solid in about three seconds flat if you don’t do anything about it.”

“So surprise, surprise, we use an antifreeze, and in this case it is methanol. But we use the methanol in a rather sophisticated way with the objective of minimizing the amount you need. Also, we don’t want to spray the methanol in and leave it in the air flow because we are actually cooling down the air to the point at which the methanol would freeze itself,” he adds.

To do this, Reaction Engines has “borrowed a trick from the chemical process industry,” Varvill says. “We inject the methanol at one of the coldest points and we effectively get the mix of water and methanol to flow forward in the matrix – against the direction of the airflow.” While conceding this could seem counterintuitive, Varvill says the system achieves this by catching the water-methane mix and re-injecting it farther upstream. “We have multiple injection and extraction points in the matrix, but the overall effect is the mix of methanol and water is actually flowing forward in the matrix against the airflow direction.”

The reasoning, he adds, is that the condensate composition at the cold end of the matrix is nearly all methanol and, as it flows forward, the methanol picks up the water. “At the inlet [of the matrix] it is nearly all water, so the composition is more methanol-concentrated at the cold end than it is at the warm end. That then reduces because you have extracted most of the water at the warm end, and that reduces the absolute amount of methanol you need to throw into the pre-cooler to stop it freezing.” Also because the amount of liquid water reduces, so does the relative humidity. “Eventually you end up with a situation where you have extracted all the water vapor as liquid from the airflow and that leaves you essentially with dry air below 215 Kelvin. The partial pressure of the water vapor at this point is so low that you can allow it to pass through the heat exchanger and it does not freeze.”

Varvill adds that the difficult task of turning this into engineering reality was achieved by experimenting using a wind tunnel specially adapted with an injection and catchment system. Tests of the frost control system have demonstrated its ability to maintain stable operating air temperatures of minus 80C and below simultaneously with the pressure drop across the pre-cooler matrix.

Reaction Engines decided to go public with the frost control technology because of pending patent applications. “The trigger for patenting was the awareness that to execute this program we are going to have to involve other companies,” says Mark Thomas, former chief engineer for technology and future programs at Rolls-Royce, who recently took the reins as managing director of Reaction Engines. “You can’t keep trade secrets very long in that situation, so it is better to be protected formally and legally on the clever stuff.” Thomas adds that Reaction is close to “having those approved.”

The company is developing  the Sabre engine principally for the Skylon single-stage-to-orbit spaceplane. But the propulsion system and its pre-cooler technology are attracting wider interest for potential aircraft and two-stage launch vehicle applications.
La manip est plus complexe qu'il n'y paraît puisque le méthanol doit remonter le flux d'air entrant (par extractions et réinjections successives au fur et à mesure de son enrichissement en eau) pour absorber la vapeur d'eau afin d'obtenir une solution dont la température de congélation est plus basse... En résumé, c'est dans les vieux pots qu'on fait la meilleure cuisine...

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 13 Juil 2015 - 8:59

Tiens, hier je pouvais lire l'article complet sans mot de passe, les articles doivent être laissés libres quelques jours.

La reprise de l'article par NBF ajoute quelques photos, et on voit l'engin sur son banc de test :
http://nextbigfuture.com/2015/07/skylon-spaceplane-developers-reveal.html

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cosmiste


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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Lun 2 Nov 2015 - 21:19

BAe investit 20 m£ dans Reaction Engines et accélérer le développement du moteur SABRE.
C'est une surprise d'après plusieurs média.
Pourquoi maintenant ? peut être que le gouvernement britannique va bientôt confirmer son intention d'investir 60m£ dans le projet.

En tout cas si cela permet vraiment d'accélérer le développement, c'est une bonne nouvelle.

http://www.baesystems.com/en/bae-systems-and-reaction-engines-to-develop-a-ground-breaking-new-aerospace-engine






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montmein69


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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mar 3 Nov 2015 - 8:28

cosmiste a écrit:
BAe investit 20 m£ dans Reaction Engines et accélérer le développement du moteur SABRE.
.../cut/.....
peut être que le gouvernement britannique va bientôt confirmer son intention d'investir 60m£ dans le projet.

Je suppose que tu parles de Millions de Livres ? donc préfixe M (pour méga) et pas m (pour milli) ?
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Henri
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mar 3 Nov 2015 - 12:50

montmein69 a écrit:
cosmiste a écrit:
BAe investit 20 m£ dans Reaction Engines et accélérer le développement du moteur SABRE.
.../cut/.....
peut être que le gouvernement britannique va bientôt confirmer son intention d'investir 60m£ dans le projet.

Je suppose que tu parles de Millions de Livres ? donc préfixe M (pour méga) et pas m (pour milli) ?
Malheureusement pour les montants monétaires, nos amis anglais utilisent les deux comme abréviation du million :
http://anglais-pratique.fr/index.php/rubriques/commerce-finance-gestion/204-monetary-amounts#abbr
Mais pour bien respecter leurs règles d'écriture des montants monétaires il aurait fallu écrire : £20m ou £20M pour dire 20 millions de Livres Sterling. Il n'y a en fait pas d'ambiguité pour les montants monétaires puisque le millième de Livre Sterling n'existe pas (en général, les montants monétaires ont pour plus petite subdivision le centime).
Naturellement si on traduit en français, l'utilisation du m minuscule comme symbole du million est à bannir...

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mar 3 Nov 2015 - 13:09

Article de Parabolic Arc ---> http://www.parabolicarc.com/2015/11/02/bae-318-million-strategic-investment-reaction-engines/

Il est dit parmi les premiers commentaires qu'Apple pourrait acquérir Reaction Engines !

Quand on voit les derniers bénéfices d'Apple de près de 40 milliards de dollars, on peut imaginer la hauteur de ses éventuels investissements spatiaux et Skylon décoller dans un horizon pas trop lointain ...
http://lexpansion.lexpress.fr/high-tech/apple-39-5-milliards-de-benefices-un-record-grace-a-l-iphone_1613739.html

Mars serait même être à leur portée si la NASA était un peu moins frileuse & miséreuse ?
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mer 13 Juil 2016 - 7:31

Les financements arrivent pour le moteur SABRE :
http://www.bbc.com/news/science-environment-36773074
http://www.reactionengines.co.uk/news_12jul2016.html

L'agence spatiale britannique prépare le terrain :
https://www.gov.uk/government/news/uk-national-space-propulsion-facility

Et Reaction Engine Ltd ouvre un bureau aux Etats-Unis :
http://www.reactionengines.co.uk/news_11jul2016.html

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mer 13 Juil 2016 - 15:03

On parle de dizaines de millions de £ et de dizaines de personnes supplémentaires, c'est du TLR 3 au maximum... Les TLR supérieurs ou égaux à 5 nécessiteraient des milliards de £ et des milliers de personnes... Je ne vois pas cette techno être mûre avant 2040... Et encore en premier étage d'un RLV TSTO et pas en RLV SSTO... En espérant que d'ici là le LH2 ne soit plus considéré comme un "pain in the ass"*...

* emmerde

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mer 13 Juil 2016 - 15:17

Ils vont disposer de 60M£. C'est assez pour monter une petite équipe et faire des tests en labo pendant 2-3 ans. C'est une somme qui est suffisante pour dire que le projet continue, mais insuffisante pour transformer ce concept en prototype avant pas mal d'années, effectivement. L'entreprise bénéficie d'un retour géographique favorable puisque les industriels spatiaux qu'on peut arroser de billets ne sont pas pléthore en UK, mais les investisseurs ont l'air largement encore dans l'attente de résultats probants.
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mer 13 Juil 2016 - 15:21

Pour l'instant, l'objectif est de construire et tester le moteur sur banc en 2020.

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mer 13 Juil 2016 - 16:48

lambda0 a écrit:
Pour l'instant, l'objectif est de construire et tester le moteur sur banc en 2020.
Modèle réduit ?
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mer 13 Juil 2016 - 16:50

lambda0 a écrit:
Pour l'instant, l'objectif est de construire et tester le moteur sur banc en 2020.
Pour la phase initiale de fonctionnement anaérobie dans l'atmosphère dense, des tests sur banc traditionnel me semblent faisables. Mais pour la phase de fonctionnement aérobie supersonique dans la haute atmosphère avec extraction, compression et refroidissement de l'air, le banc risque d'être assez compliqué et coûteux (nécessitée de placer l'extracteur-compresseur-refroidisseur dans une soufflerie supersonique à faible pression atmosphérique). Et comme l'insinue Giwa, la montée en échelle risque de coûter un bras...

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mer 13 Juil 2016 - 19:50

Henri a écrit:
lambda0 a écrit:
Pour l'instant, l'objectif est de construire et tester le moteur sur banc en 2020.
Pour la phase initiale de fonctionnement anaérobie dans l'atmosphère dense, des tests sur banc traditionnel me semblent faisables. Mais pour la phase de fonctionnement aérobie supersonique dans la haute atmosphère avec extraction, compression et refroidissement de l'air, le banc risque d'être assez compliqué et coûteux (nécessitée de placer l'extracteur-compresseur-refroidisseur dans une soufflerie supersonique à faible pression atmosphérique). Et comme l'insinue Giwa, la montée en échelle risque de coûter un bras...

L'article sur les installations financées par l'agence spatiale britannique parle justement d'un banc de test pour propulseurs jusqu'à 2 kN en conditions de haute altitude...

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Jeu 14 Juil 2016 - 6:41

lambda0 a écrit:
Henri a écrit:

Pour la phase initiale de fonctionnement anaérobie dans l'atmosphère dense, des tests sur banc traditionnel me semblent faisables. Mais pour la phase de fonctionnement aérobie supersonique dans la haute atmosphère avec extraction, compression et refroidissement de l'air, le banc risque d'être assez compliqué et coûteux (nécessitée de placer l'extracteur-compresseur-refroidisseur dans une soufflerie supersonique à faible pression atmosphérique). Et comme l'insinue Giwa, la montée en échelle risque de coûter un bras...

L'article sur les installations financées par l'agence spatiale britannique parle justement d'un banc de test pour propulseurs jusqu'à 2 kN en conditions de haute altitude...
 Environ 200 kgf : on est donc sur un modèle réduit , mais pas trop mini  et en condition de haute altitude . Souhaitons que ces tests ne soient pas reportés après 2020 !
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Henri
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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Jeu 14 Juil 2016 - 16:23

Je serais curieux de savoir comment les effets d'échelle influencent les performances par unité de masse de l'échangeur thermique (PreCoolers), élément "sensible" du concept en termes de budget masse...

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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Sam 1 Oct 2016 - 18:18

Du nouveau . Un démonstrateur du moteur a l’échelle 1/4 va être construit

http://aviationweek.com/technology/reaction-engines-refines-hypersonic-engine-demonstrator-plan

Il faut etre enregistré (c'est gratuit) pour avoir accès a l'article en entier.

Je vous le colle en spoiler non traduit, c'est un peut long

Spoiler:
 


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MessageSujet: Re: Skylon & Sabre   Mer 5 Oct 2016 - 21:48

Quand on voit la tete du moteur on constate (on le savait) que ce n'est pas gagné au niveau de l'indice structurel. Mortel pour un SSTO.
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Skylon & Sabre
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