question sur moteur fusee

bonjour, je suis en train de faire une maquette de moteur fusée pour un exposé en electrotechnique mais la seul chose qui me pose probleme c'est de quoi sont constitué et comment fonctionne les pompes pour amener les ergols liquide à haute pression dans la chambre de combustion.

je ne trouve pas beaucoup de schema sur les pompes, quelle serait la pompe la plus adaptée a reproduire les turbopompe ?

merci d'avance

pisslin a écrit:bonjour, je suis en train de faire une maquette de moteur fusée pour un exposé en electrotechnique mais la seul chose qui me pose probleme c'est de quoi sont constitué et comment fonctionne les pompes pour amener les ergols liquide à haute pression dans la chambre de combustion.

je ne trouve pas beaucoup de schema sur les pompes, quelle serait la pompe la plus adaptée a reproduire les turbopompe ?

merci d'avance

Bonjour,

vaste question.
Généralement, il y a un générateur de gaz qui entraîne une turbine en prise (sur le même axe) avec les turbopompes du comburant et du carburant de façon à ce qu'ils pénètrent dans la chambre de combustion à une pression supérieure à la pression de combustion (évidemment). Est-ce qu'il s'agit de faire une simple démonstration ou bien de réaliser un modèle réaliste ? Car, sinon des pompes de machine à laver feraient parfaitement l'affaire

Personnellement, avec un compresseur pour pneu miniature, j'ai déjà réussi à faire une turbopompe qui était capable de s'autopropulser (sur une sorte de skateboard). Pour un modele de démonstration, il suffit de vraiment pas grand chose pour arriver à une poussée significative !

tres bon schema patrick.
Mais je ne comprend pas comment les liquides vont a haute pression. Si j'ai bien compris le schema les helices envoient l'oxygene ou l'hydrogene dans les tuyau mais on a l'impression que dans les tuyau ils vont ralentir considerablement et ne plus etre a haute pression.

l'oxygene est bien le tuyau qui arrive en bas de la tuyere ?

a haute pression sa veut dire que les gaz arriveront sous forme de spray a cause de la haute pression ou toujours aussi liquide?

merci a tous

pisslin a écrit:tres bon schema patrick.
Mais je ne comprend pas comment les liquides vont a haute pression. Si j'ai bien compris le schema les helices envoient l'oxygene ou l'hydrogene dans les tuyau mais on a l'impression que dans les tuyau ils vont ralentir considerablement et ne plus etre a haute pression.

l'oxygene est bien le tuyau qui arrive en bas de la tuyere ?

a haute pression sa veut dire que les gaz arriveront sous forme de spray a cause de la haute pression ou toujours aussi liquide?

merci a tous

En l'occurence, il ne s'agit là de que principe de fonctionnement. Le carburant n'est pas forcément l'hydrogène. Ca peut être du kérosène, de l'ammoniac, de l'éthanol, etc ...

Les turbines envoient les propergols à une pression qui tient compte des pertes de cherge dans les tuyauteries pour qu'ils parviennent dans la chambre de combustion à la bonne pression. et, bien sûr, le générteur de vapeur est calculé pour entraîner la turbine primaire avec l'énergie nécessaire et suffisante.

Mias là, pour une exemple concret, les calculs deviennent extrêmement compliqués

et donc les generateurs de vapeur servent a quoi exactement dans le systeme ?

ils sont placées a la sortie des tuyau de carburant et comburant ?

Pour le troisième schéma (à chambre de précombustion) est-ce qu'on utilise pas aussi le terme de cycle à flux intégré ou de combustion étagée ?
A noter que quand on compare ce schéma à celui de l'expander, la différence est subtile, dans les deux cas les gaz sont au final entièrement injectés dans la chambre de combustion, mais dans le premier il faut une combustion partielle pour animer les pompes alors que dans le second cas, l'énergie acquise par le carburant lorsqu'il refroidit la chambre suffit à animer les pompes... Les parois de la chambres doivent être notablement plus sollicitées d'un point de vue thermique dans le cas du cycle expander que dans le cas de la combustion étagée...

pisslin a écrit:et donc les generateurs de vapeur servent a quoi exactement dans le systeme ?

ils sont placées a la sortie des tuyau de carburant et comburant ?

Les les générateurs de vapeur servent à entraîner la turbine primaire. Soit la vapeur est généré de façon indépendante des propergols (Le V-2 et la Zemiorka (avait) ont un générrateur à base de décomposition d'eau oxygénée), soit elle est générée par par les propergols eux-mêmes. On peut avoir une chambre de précombustion en mélange pauvre dont les gaz sont ensuite injectées ds la chambre de combustion. On peut avoir aussi un des porpergols qui est vaporisé en refroissant la tuyère et qui est réinjecté dans la chambre de combustion.

Fondamentalment les pompes des propergols doivent être entraînées par une turbine. Et pour faire tourner une turbine à cette puissance il faut un générateur de gaz.

Henri a écrit:Pour le troisième schéma (à chambre de précombustion) est-ce qu'on utilise pas aussi le terme de cycle à flux intégré ou de combustion étagée ?
A noter que quand on compare ce schéma à celui de l'expander, la différence est subtile, dans les deux cas les gaz sont au final entièrement injectés dans la chambre de combustion, mais dans le premier il faut une combustion partielle pour animer les pompes alors que dans le second cas, l'énergie acquise par le carburant lorsqu'il refroidit la chambre suffit à animer les pompes... Les parois de la chambres doivent être notablement plus sollicitées d'un point de vue thermique dans le cas du cycle expander que dans le cas de la combustion étagée...

Plus on augmente la pression dans la chambre de combustion pour améliorer les performances du moteur, et donc son Isp, plus on doit augmenter la pression des pompes.
Tant que les moteurs avaient des performances "modestes", les gaz issus du générateur étaient evacués par un "tuyau d'échappement" que l'on peut voir sur ldes photos de décollage et les pertes de rendement étaient acceptables. C'était le flux dérivé. Mais, à partir du RD-253 de la Proton, l'énergie perdue par le générateur devenait prohibitif et il a fallu utiliser cette "énergie" au profit de la propulsion et c'est devenu le flux intégré.
On pourrait comparer ça aux moteurs d'avions "compound" ou aux "turbocompresseurs" des automobiles qui ont d'abord été utilisés sur les moteurs diesel qui ont un taux de détente très élevé et dont une partie de l'énergie était évacuée en pure perte par le tutau d'échappement.

donc les liquides (ergol) sont injectés dans la tuyere sous quelle forme? spray (petite goutelette a cause de la grande pression) ou sa reste liquide meme a haute pression ?

si sa reste liquide les reserves seront vite epuisé je pense.

pisslin a écrit:donc les liquides (ergol) sont injectés dans la tuyere sous quelle forme? spray (petite goutelette a cause de la grande pression) ou sa reste liquide meme a haute pression ?

si sa reste liquide les reserves seront vite epuisé je pense.

Si l'on dit que l'huile est l'âme de la mécanique, alors on peut dire de même que les injecteurs sont l'âme du moteur-fusée.

Les ergols sont injectés à l'état liquide et les injecteurs sont là pour les vaporiser et, surtout, les mélanger de telle manière que la combustion soit la plus complète et la plus rapide possible. Il existe plusieurs types d'injecterus qu'il serait trop long d'expliquer ici. C'est un des points les plus délicats que les allemands ont découvert en réalisant le moteur du V-2. Nombre de problème sont survenus à la suite d'instabilité de combustion et, si ma mémoire est bonne, nos techniciens ont eu à résoudre ce même problème sur le moteur "Viking" de l'Ariane-1. Les injecteurs requierent une très grande précision d'usinage et, toujours si ma mémoire est bonne, concernant un échec du moteur Viking, on avait expliqué le problème par "une dérive de fabrication" (sic)

mais je n'arrive pas a voir comment les gaz peuvent faire tourner les helices de la pompe, ok la combustion fais tourner les helice mais comment ?
si t'avais encore un beau schema pour m'expliquer sa serai sympa.

pisslin a écrit:mais je n'arrive pas a voir comment les gaz peuvent faire tourner les helices de la pompe, ok la combustion fais tourner les helice mais comment ?
si t'avais encore un beau schema pour m'expliquer sa serai sympa.

c'est simple, le générateur de gaz produit justement des gaz sous pression qui, à la sortie du générateur de gaz, "poussent sur les ailettes de la turbine et donc, par voie de conséquence, la font tourner.
Un peu comme lorsque on souffle sur un moulin à vent pour enfant

Patrick R2 a écrit:
Tant que les moteurs avaient des performances "modestes", les gaz issus du générateur étaient evacués par un "tuyau d'échappement" que l'on peut voir sur ldes photos de décollage et les pertes de rendement étaient acceptables. C'était le flux dérivé. Mais, à partir du RD-253 de la Proton, l'énergie perdue par le générateur devenait prohibitif et il a fallu utiliser cette "énergie" au profit de la propulsion et c'est devenu le flux intégré.

Pour le Vulcain-2 on a opté pour un sytème intermédiaire qui n'est ni du flux intégré ni du flux dérivé. Les gaz issus du générateur de gaz sont intectés au niveau du divergent pour mieux participer au travail du moteur, alors que sur le Vulcain-1 les gaz étaient simplement éjectés latéralement.

On ne peut pas dire que l'Europe est pris de gros risques technologiques en la matière.

Voir schéma Vulcain-2

Vulcain-2 au salon du Bourget 2003



Vulcain-1

[Pour le Vulcain-2 on a opté pour un sytème intermédiaire qui n'est ni du flux intégré ni du flux dérivé. Les gaz issus du générateur de gaz sont intectés au niveau du divergent pour mieux participer au travail du moteur, alors que sur le Vulcain-1 les gaz étaient simplement éjectés latéralement.]



Si l'évolution se poursuit, des turbopompes avec flux intégré pour Vulcain 3?

Je crois que les lanceurs japonais H2 utilisent des moteurs à flux intégré depuis longtemps. Il est interessant de noter que certains moteurs utilisent la sortie (flux dérivé) du générateur de gaz pour corriger l'attitude de la fusée en orientant le jet. Je crois que c'est le cas du Merlin de chez Space X.

Patrick R2 a écrit: Pour le Vulcain-2 on a opté pour un sytème intermédiaire qui n'est ni du flux intégré ni du flux dérivé. Les gaz issus du générateur de gaz sont intectés au niveau du divergent pour mieux participer au travail du moteur, alors que sur le Vulcain-1 les gaz étaient simplement éjectés latéralement.

FlyingQuiche a écrit: Si l'évolution se poursuit, des turbopompes avec flux intégré pour Vulcain 3?

Je crois que les lanceurs japonais H2 utilisent des moteurs à flux intégré depuis longtemps ...

Et ils sont loin d'être les seuls. Le plus ancien moteur à flux intégré que je connaisse est le RD-253 de la "Proton" étudié par Glouchko à partir de 1961.

Bien sûr, ce serait formidable si nous mettions au point un "Vulcain-3" à flux intégré, mais personne n'en parle et je n'y crois pas trop.

et donc le generateur de gaz envoie quels gaz dans les helices ? et a quelle vitesse en moyennes? et comment est il alimenté?

pisslin a écrit:et donc le generateur de gaz envoie quels gaz dans les helices ? et a quelle vitesse en moyennes? et comment est il alimenté?

:o ... et bien le générateur de gaz envoie vers la turbine les gaz qu'il produit ... comme déjà indiqué dans les messages plus haut.
Pour l'alimentation il faut voir les schémas : à l'allumage soit on lance la trubine par un système auxiliaire, soir c'est sous la pression des réservoirs, etc ...

J'ignore la vitesse des gaz du générateur mais probablement seulement qq centaines de m/s

a ton avis il y aurais possibilité de faire une petite experience maison pour illustrer le generateur de gaz qui pousse les helices ? avec une source qui envoie donc du gaz et fait tourner des helice ?

pisslin a écrit:a ton avis il y aurais possibilité de faire une petite experience maison pour illustrer le generateur de gaz qui pousse les helices ? avec une source qui envoie donc du gaz et fait tourner des helice ?

Toute source domestique de vapeur et/ou de gaz peut convenir : vapeur d'eau sortant du bec d'un bouilloire ou de la soupape d'un autocuiseur, gaz éjecté par une bombe de déodorant ou une bombe d'air pour nettoyer les circuits, etc ...
Mais bon, a-t-on véritablement besoin de faire une expérience pour vérifier qu'un gaz sous pression peut faire tourner une turbine ?

le truc c'est que je vois bien comment les helices projettent le liquide a haute pression (surtout grace a ton super simple schema) mais comment le gaz pousse les helices.
mon probleme n'est pas de comprendre la question du principe mais de l'installation des tuyau et quoi est relié a quoi, dommage que ton schema ne continu pas un peu plus haut.

pisslin a écrit:le truc c'est que je vois bien comment les helices projettent le liquide a haute pression (surtout grace a ton super simple schema) mais comment le gaz pousse les helices.
mon probleme n'est pas de comprendre la question du principe mais de l'installation des tuyau et quoi est relié a quoi, dommage que ton schema ne continu pas un peu plus haut.

Un peu plus haut (en fait les flèches blanches) il ya les réservoirs de propergols, comburant et carburant, tout simplement.
Lorsque aucun tuyau n'est représenté sur le générateur de gaz, cela veut dire qu'en vérité il y en a pour apporter, par exemple HeO2 (eau oxygénée) qui sera décomposée par du permanganate de potassium. Sinon dans les autres cas, ce sont les propergols qui servent à la propulsion qui sont également utilisés dans le générateur de gaz.
Dans le cas des fusées à hypergols (cad de propergols qui, au contact l'un de l'autre, réagissemnt de façon très exothermique et qui donc s'enflamment). par exemple dans le cas de la "Proton", des "Ariane" 1à 4, etc, "Titan" 2et 3, il suffit de prévoir une chambre de réaction qui va générer des gaz dus à la réaction hypergolique et ces gaz chauds et sous pression vont faire tourner la turbine en "soufflant" sur ses aillettes.

c'est fou sa qu'une reaction chimique provoque une tel puissance de poussee sur les helices. donc on fait notre reaction et on laisse un tuyau d'echapement par exemple et les gaz vont passer dans le tuyau faisant avancer les helices.

les helices doivent etre fait de quoi pour resister au temperature des gaz et des ergols liquide?

comment realiser une electrolyse maison (eau)? quel ioniseur?

tu as fais quels études pour en connaitre autant?

ps: merci encore, je fais un dossier béton grace a tes reponses aussi precises.

pisslin a écrit: c'est fou sa qu'une reaction chimique provoque une tel puissance de poussee sur les helices. Donc on fait notre reaction et on laisse un tuyau d'echapement par exemple et les gaz vont passer dans le tuyau faisant avancer les helices.

les helices doivent etre fait de quoi pour resister au temperature des gaz et des ergols liquide?

Métal (titane) ou céramique. Honnêtement, je n'ai jamais démonté une turbine primaire de moteur fusée et je ne réponds qu'au pifomètre.

pisslin a écrit: comment realiser une electrolyse maison (eau)? quel ioniseur?

avec une simple pile et deux tubes à essai au dessus des électrodes

pisslin a écrit: tu as fais quels études pour en connaitre autant?

Physique/chimie et surtout, 50 ans de potassage de livres d'astronautique et, cependant, ces connaissances sont bien élémentaires, je t'assure.

C'est en tant que chimiste, par contre, que j'ai pu, à de nombreuses reprises, vérifier l'exothermicité de certaines réactions et retrouver des manip' un peu partout sur les murs et le plafond.
Nous n'avions pas toujours le temps de placer un bain froid sous le réacteur pour contrôler la réaction. Alors, quand on voyait que le termomètre grimpait un peu trop vite (ce n'est pas une question de température mais plutôt le temps qu'une réaction met pour l'atteindre), le mieux était de prévenir les collègues (enfin, quand je dis prévenir c'était plutôt une sorte de hurlement), baisser la hotte et se coucher par terre.
:)

pisslin a écrit: ps: merci encore, je fais un dossier béton grace a tes reponses aussi precises.

Heureux si j'ai pu t'aider

Je me permets d'ajouter un dépliant (un peu sale, il a fait un long séjour dans le coffre de la voiture) du HM7B récupéré sur un stand lors d'un forum des entreprises:



Patrick, aurais-tu des schémas pour les moteurs à pressurisation des réservoirs (Diamant, Véronique...) ?