Les lanceurs en "asperge"
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Bien que le jeu KSP ne soit en rien un réel simulateur digne de ce nom je me pose tout de même une question mais avant de vous la poser je vous expose ce qui m'a amené à cette réflexion...
Dans KSP, où l'on assemble son lanceur à partir de nombreux éléments variés, on constate sans appel que la construction d'un lanceur puissant avec une charge utile très grosse (>200T) atteint vite ses limites quand on monte en hauteur tous les étages comme le fond les lanceurs réelles, type Saturn V. Mais même le plus puissant moteurs peine à soulever efficacement tout cela et la mise en orbite fini en échec.
Rapidement j'ai testé les fameuses configurations dites en "asperge" et le résultat est bluffant.
Deux types de montage en asperge se distinguent:
1) L'asperge en étoile.
Dans ce type d'assemblage chaque réservoir alimente le réservoir voisin en direction du centre (tuyau jaune). Résultat les 8 réservoirs extérieurs sont les premiers à etre vidés (les autres restants pleins tant qu'un autre réservoir le rempli, en bref c'est comme ci le réservoir extérieur alimentait tous les moteurs de sa branche) puis largués, allégeant ainsi l'ensemble qui gagne en vitesse, et ainsi de suite jusqu'à n'avoir plus que le réservoir central.
Bilan: Grande simplicité de construction, efficacité de +300% de CU par raport au lanceur à étages verticaux, mais moins efficace que la solution 2)
2) Le montage "asperge" en cascade
Ici le montage est réalisé dans une sorte de spirale afin que seuls 2 réservoirs (symétrique) en bout de branche soient largués.
Comme le réservoir en bout de branche alimente tous les suivants (plus qu'en formation étoile) il se vide plus rapidement, largué plus vite, conduisant ainsi à un allégement plus rapide
Bilan: Assemblage plus complexe mais efficacité meilleure qu'en étoile, +1000% (estimation à vu de nez) par rapport au lanceur à étages verticaux.
Question:
Bon je sais que KSP n'est pas un simulateur très performant, c'est avant tout un jeu. Mais c'est le résultat de la conception qui m'intrigue. En effet vu le gain très nette de l'asperge (jusqu'à +1000% de charge utile par rapport à une structure étagée de type habituel) pourquoi dans la réalité ce type de lanceur par grappe ou asperge n'et pas utilisé à grande échelle pour envoyer d'énorme masse ?
Certes des lanceurs de type Delta 4 Heavy (bientôt Falcon9H) utilisent 3 cores identiques, mais ma question concernerait des assemblages de 6, voire 18 cores.
Y aurait il des contraintes de vibration ingérable ou trop forte ? ou juste des limites financières ? ou autres ?
Dans KSP, où l'on assemble son lanceur à partir de nombreux éléments variés, on constate sans appel que la construction d'un lanceur puissant avec une charge utile très grosse (>200T) atteint vite ses limites quand on monte en hauteur tous les étages comme le fond les lanceurs réelles, type Saturn V. Mais même le plus puissant moteurs peine à soulever efficacement tout cela et la mise en orbite fini en échec.
Rapidement j'ai testé les fameuses configurations dites en "asperge" et le résultat est bluffant.
Deux types de montage en asperge se distinguent:
1) L'asperge en étoile.
Dans ce type d'assemblage chaque réservoir alimente le réservoir voisin en direction du centre (tuyau jaune). Résultat les 8 réservoirs extérieurs sont les premiers à etre vidés (les autres restants pleins tant qu'un autre réservoir le rempli, en bref c'est comme ci le réservoir extérieur alimentait tous les moteurs de sa branche) puis largués, allégeant ainsi l'ensemble qui gagne en vitesse, et ainsi de suite jusqu'à n'avoir plus que le réservoir central.
Bilan: Grande simplicité de construction, efficacité de +300% de CU par raport au lanceur à étages verticaux, mais moins efficace que la solution 2)
2) Le montage "asperge" en cascade
Ici le montage est réalisé dans une sorte de spirale afin que seuls 2 réservoirs (symétrique) en bout de branche soient largués.
Comme le réservoir en bout de branche alimente tous les suivants (plus qu'en formation étoile) il se vide plus rapidement, largué plus vite, conduisant ainsi à un allégement plus rapide
Bilan: Assemblage plus complexe mais efficacité meilleure qu'en étoile, +1000% (estimation à vu de nez) par rapport au lanceur à étages verticaux.
Question:
Bon je sais que KSP n'est pas un simulateur très performant, c'est avant tout un jeu. Mais c'est le résultat de la conception qui m'intrigue. En effet vu le gain très nette de l'asperge (jusqu'à +1000% de charge utile par rapport à une structure étagée de type habituel) pourquoi dans la réalité ce type de lanceur par grappe ou asperge n'et pas utilisé à grande échelle pour envoyer d'énorme masse ?
Certes des lanceurs de type Delta 4 Heavy (bientôt Falcon9H) utilisent 3 cores identiques, mais ma question concernerait des assemblages de 6, voire 18 cores.
Y aurait il des contraintes de vibration ingérable ou trop forte ? ou juste des limites financières ? ou autres ?
C'est un peu le même principe que les fusées OTRAG, si j'ai bien compris (sauf qu'ici les réservoirs sont connectés les uns aux autres).
Blink / Pamplemousse- Messages : 1271
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Age : 40
Localisation : Troyes (10)
Blink / Pamplemousse a écrit:C'est un peu le même principe que les fusées OTRAG, si j'ai bien compris (sauf qu'ici les réservoirs sont connectés les uns aux autres).
Absolument, ce qui signifie qu'il faudrait ajouter de grosses turbo pompes pour alimenter les réservoirs voisins
Le problème c'est que les fluides vont dans tout les sens dans les réservoirs et que sur le papier c'est possible en asperge mais dans la réalité ça se complique.
La falcon Heavy sera la première fusée à utiliser complètement ce principe il me semble.
La falcon Heavy sera la première fusée à utiliser complètement ce principe il me semble.
This system is currently only a feature of Kerbal Space Program. In the real world there might be one craft, the Falcon Heavy by 2014/2015 which uses this type of staging, although only with one level. The problem with asparagus staging is, that transferring fuel to an engine is already complicated. With additional pumps transferring between tanks the rocket becomes more complicated which may reduce the reliability. Another — very important — important reason are pressure losses that occur because of additional piping and further valves. This can call for added propellant pumps, which negatively impacts the efficiency of asparagus staging.
In 1947, Mikhail Tikhonravov developed this kind of staging which he called “packet rockets”. This lead to the development of the R-7 Semyorka. Later developments of this rocket became then the R-7 rocket family. But all those rockets never used the original “packet rockets”/asparagus staging.
lionel- Messages : 2195
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Age : 38
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lionel a écrit:Le problème c'est que les fluides vont dans tout les sens dans les réservoirs et que sur le papier c'est possible en asperge mais dans la réalité ça se complique.
La falcon Heavy sera la première fusée à utiliser complètement ce principe il me semble.
comment ça les fluides vont dans tous les sens ? durant un lancement les fluides ne sont ils pas eux aussi poussé au fond du réservoir par la force d'accélération ?
Mustard a écrit:
Y aurait il des contraintes de vibration ingérable ou trop forte ? ou juste des limites financières ? ou autres ?
En ce qui concerne les vibrations, il me semble que le seul exemple de lanceur avec un grand nombre de moteurs est la N1, donc...
Je pense que c'est avant tout une question de mauvais rendement avec les charges utiles actuelles. Je ne suis pas spécialiste, mais je vois les choses comme ça:
Si on suppose un lanceur imaginaire qui, plutôt que de larguer ses étages, rétrécit au fur et à mesure qu'il brûle son carburant (par exemple, un lanceur mono-étage hypothétique et impraticable constitué d'un seul pain de poudre sans enveloppe extérieure, ni case à équipement...), on pourrait dire qu'à chaque instant, il est parfaitement adapté à la demande, puisqu'il pèse juste le poids qu'il faut. Il possède donc une courbe de performance idéale.
Si on suppose un lanceur réel, maintenant. Au décollage, sa courbe réelle de performance est identique à la courbe idéale, puis s'en éloigne au fur et à mesure que le carburant est brûlé, puisque la masse de carburant diminue alors que celle de l'étage reste la même. La courbe s'éloigne jusqu'au largage du premier étage. A ce moment-là, puisque le lanceur se retrouve dans une configuration optimale, la courbe réelle revient sur la courbe idéale, puis s'en éloigne au fur et à mesure que le carburant est consommé. Et ainsi de suite jusqu'à la satellisation, avec autant de paliers qu'il y a d'étages. L'augmentation du rendement avec la configuration "en asperge" vient du fait qu'il y a plus d'étages, donc plus de paliers, donc la courbe réelle s'éloigne moins de la courbe idéale. C'est un peu le même principe que dans les voitures, où les constructeurs proposent des boîtes de vitesses à 7, 8 ou 9 rapports, afin de coller au maximum à la courbe idéale, qui est décrite par une transmission à variation continue.
Par contre, il me semble qu'il faut tenir compte de la charge à satelliser. Si on prend par exemple six réservoirs en acier assemblés en faisceau de 1m de haut, avec un diamètre intérieur de 200mm et une épaisseur de 2mm, on obtient un volume de 189 litres, pour un poids de 60kg (sans les fonds, juste les parois extérieures). Pour obtenir le même volume avec un seul réservoir de même hauteur, le diamètre passe à 490mm, mais le poids n'est que de 24kg. De plus, le réservoir unique a un diamètre de 494mm, alors que si on laisse un espace de 5mm entre les réservoirs multiples, le diamètre est de 622mm. Il y a aussi des équipements supplémentaires, comme les ancrages des réservoirs, les systèmes de largage, les pompes de transfert entre les étages... qui grèvent le poids et le coût. Sans parler, comme l'a fait remarquer Lionel, des complications et des pertes de charges lors du transfert du carburant d'un réservoir à un autre. D'ailleurs, la propulsion solide serait sûrement mieux adaptée à ce genre de configuration, à condition de calibrer correctement la taille des pains de poudre, pour rester au plus près de la courbe de performance idéale.
A partir d'une certaine masse à satelliser, le gain en restant le plus près possible de la courbe idéale doit probablement l'emporter sur le poids supplémentaire du système, ce qui expliquerait le rendement supérieur de tes lanceurs, mais pour les charges utiles actuelles, les lanceurs conventionnels sont sûrement plus intéressant. D'ailleurs, il me semble que le principe des lanceurs OTRAG était d'avoir des coûts réduits grâce aux économies d'échelle réalisées en fabriquant en grand nombre des blocs propulsifs rudimentaires, facilement modulables. Le rendement n'entrait pas en ligne de compte.
Blink / Pamplemousse- Messages : 1271
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Et la Saturn 1, ce n'est pas aussi un assemblage de 8 redstone autour d'un étage jupiter?
Merlin- Messages : 342
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Sur ce point précis, je crois qu'il n'y a pas de problème avec les "asperges" car le gros bidon doit avoir des parois plus épaisses que les 6 petits.Blink / Pamplemousse a écrit:
Si on prend par exemple six réservoirs en acier assemblés en faisceau de 1m de haut, avec un diamètre intérieur de 200mm et une épaisseur de 2mm, on obtient un volume de 189 litres, pour un poids de 60kg (sans les fonds, juste les parois extérieures). Pour obtenir le même volume avec un seul réservoir de même hauteur, le diamètre passe à 490mm, mais le poids n'est que de 24kg.
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t14835-ariane6-falcon9-vega-otragCarlito a écrit:Pour une matière et une pression donnée, un tube doit avoir un rapport diamètre/épaisseur constant, donc le volume de paroi est proportionnel au volume total.
...
Bref, sauf erreur, 10 propulseurs 10 fois plus petits peuvent avoir globalement le même indice structurel qu'un seul.
(et attacher les propulseurs en fagots ne doit pas couter très cher en masse).
Carlito- Messages : 108
Inscrit le : 21/12/2012
Age : 45
Localisation : Lyon - France
C'est vrai que je n'avais pas pensé à ça. Par contre, il reste quand même tout le système de transfert d'ergols d'un réservoir à un autre. Il y a aussi certaines pièces qui sont plus nombreuses sur un lanceur "asperge" que sur un lanceur conventionnel, comme les moteurs verniers, par exemple.Carlito a écrit:Sur ce point précis, je crois qu'il n'y a pas de problème avec les "asperges" car le gros bidon doit avoir des parois plus épaisses que les 6 petits.
Sauf erreur de ma part, le 1er étage était largué d'un seul bloc, et non morceau par morceau.Merlin a écrit:Et la Saturn 1, ce n'est pas aussi un assemblage de 8 redstone autour d'un étage jupiter?
Blink / Pamplemousse- Messages : 1271
Inscrit le : 30/09/2005
Age : 40
Localisation : Troyes (10)
La réponse à Mustard en deux mots: complexité et aérodynamisme. Pour l'aérodynamisme, pas besoin de long discours pour voir ce qui ne va pas (essayez de passer maxQ avec un engin pareil, ça va faire de la lumière dans le ciel). Pour la complexité, c'est juste horrible avec un tel système: autant de moteurs qui tournent, autant de régimes différents à chaque largage, de la transmission de carburant à la volée (autrement plus complexe que dans le cas de l'ET vers les SSME), une structure intenable pour des matériaux réels (une telle fusée type KSP croulerait sous son propre poids. N'oublions pas que dans le cas des boosters latéraux A5/STS on est déjà au max niveau charge des matériaux), etc.
Une belle réalisation sur le papier, mais impossible à mettre en oeuvre à une échelle "KSPienne" malheureusement. De même que bon nombre de fausses bonnes idées sur le spatial qui ne marchent que très rarement dans notre monde technologique :'(
Une belle réalisation sur le papier, mais impossible à mettre en oeuvre à une échelle "KSPienne" malheureusement. De même que bon nombre de fausses bonnes idées sur le spatial qui ne marchent que très rarement dans notre monde technologique :'(
pour compléter n’oublions pas que si OTRAG a échoué c'est que il a du se "battre" contre un phénomène totalement extra scientifique appeler "géopolitique de la fin de la guerre froide" :affraid:
vouloir faire des recherches astronautique (qui ressemble a des recherches sur des missiles) en Afrique dans un pays plus ou moins stable, et / ou courtiser par l'URSS n'est pas vraiment une garantie de bienveillance des USA et de ses alliés
les concepts de OTRAG n'on pas ete totalement oubliés ils vivotent sur le site web de interorbital-systeme
leurs concepts "Neptune" ressemble a tes "asperges"
reste que un vol était planifier en 2010 et que au 03/2013 toujours rien ..............
vouloir faire des recherches astronautique (qui ressemble a des recherches sur des missiles) en Afrique dans un pays plus ou moins stable, et / ou courtiser par l'URSS n'est pas vraiment une garantie de bienveillance des USA et de ses alliés
les concepts de OTRAG n'on pas ete totalement oubliés ils vivotent sur le site web de interorbital-systeme
leurs concepts "Neptune" ressemble a tes "asperges"
reste que un vol était planifier en 2010 et que au 03/2013 toujours rien ..............
peronik- Messages : 640
Inscrit le : 01/04/2008
Age : 53
Localisation : region parisienne
le mode asperge me fait penser a une autre famille de lanceur qui "marche" (pour un lanceur au moins)
la famille soviétique des lanceur UR500 -UR700 -UR900
le UR500 (http://www.astronautix.com/lvs/ur500.htm)
le UR700 (http://www.astronautix.com/lvs/ur700.htm)
le UR900 (http://www.astronautix.com/lvs/ur900.htm)
la famille soviétique des lanceur UR500 -UR700 -UR900
le UR500 (http://www.astronautix.com/lvs/ur500.htm)
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le UR900 (http://www.astronautix.com/lvs/ur900.htm)
peronik- Messages : 640
Inscrit le : 01/04/2008
Age : 53
Localisation : region parisienne
L'UR 500 (ancêtre et socle de l'actuelle Proton) n'est pas vraiment un lanceur en asperge, puisque les boudins latéraux ont un rôle de réservoir particulier pour le premier étage et pas d'asperge pour une poussée indépendante.peronik a écrit:le mode asperge me fait penser a une autre famille de lanceur qui "marche" (pour un lanceur au moins)
la famille soviétique des lanceur UR500 -UR700 -UR900
le UR500 (http://www.astronautix.com/lvs/ur500.htm)
le UR700 (http://www.astronautix.com/lvs/ur700.htm)
le UR900 (http://www.astronautix.com/lvs/ur900.htm)
En comparaison, l'UR 700 et 900 me semblent plus proches du terme en question...
Invité- Invité
Merlin a écrit:Et la Saturn 1, ce n'est pas aussi un assemblage de 8 redstone autour d'un étage jupiter?
Attention, ce n'est pas si simple : il s'agissait en fait de réutiliser les outillages des fabrication des Redstone d'une part (pour les réservoirs externes et des Jupiter d'autre part (pour le réservoir central) et non de faire un assemblage de missiles existants !
BBspace- Donateur
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