Moteur Prometheus (MethaLox)

En tout cas avec 100t de poussée, on tombe dans la catégorie des moteurs type Merlin et il va falloir en mettre toute une grappe pour lancer leur Ariane 7. Je me demande quels sont les injecteurs.

Peut être que les injecteurs sont du même type que ceux de la chambre de poussée "innovante" qui reprend apparemment les avancées  du démonstrateur Boreas d'ASL de classe 30kN de poussée ?
https://cnes.fr/fr/boreas-de-nouveaux-essais-pour-la-plateforme-en-allemagne

Space Opera a écrit:avec 100t de poussée

Je vais encore reprendre : Prometheus est prévu pour 1000 kN de poussée dans le vide, pas 100, c'est moi qui me suis planté l'autre jour en oubliant un zéro. Avec 1000kN, Prometheus dépasse légèrement le Merlin 1D équipant la Falcon 9 (en 9 exemplaires pour le 1er étage) qui fait 716kN. Effectivement, on est dans le même ordre de grandeur.

SpaceOpera a écrit 100 tonnes de poussée, pas 100 kiloNewtons  ;)

Space Opera a écrit:En tout cas avec 100t de poussée, on tombe dans la catégorie des moteurs type Merlin et il va falloir en mettre toute une grappe pour lancer leur Ariane 7. Je me demande quels sont les injecteurs.

 
déjà ce n'est pas du pintle (=merlin)  je pense que ça doit être le bon vieux coaxial.

hypocampe a écrit:

Space Opera a écrit:En tout cas avec 100t de poussée, on tombe dans la catégorie des moteurs type Merlin et il va falloir en mettre toute une grappe pour lancer leur Ariane 7. Je me demande quels sont les injecteurs.

 
déjà ce n'est pas du pintle (=merlin)  je pense que ça doit être le bon vieux coaxial.

C'est quoi le bon vieux coaxial ? Parce que le Pintle est coaxial...

De plus le pintle est une technique assez ancienne et "simple" non ? (utilisée sur le LEM) donc pas très "innovante" ce qui collerai pas avec le prometheus même si ça marche bien (c'est pour ça que SpaceX l'utilise sur son Merlin)

Le pintle n'est pas vraiment un système coaxial, les ergols s'impact avec un angle de 90°

Le système pintle = un seul injecteur pour le moteur 

Ce que j'appel coaxial "standard" c'est le système du vulcain actuel avec les 300 ou 400 injecteur  je ne sais plus du tout le nombre exact.



De plus le système pintle est peut être vieux mais est a l'heure actuel le meilleur s'il est assez maitrisé pour obtenir les même rendement de combustion que les autres ( environ 98 99%)
Et il est surtout le seul a pouvoir effectuer les variation de poussées requises pour la récupération ( nécessite une variation d'environ 20 à 100%)

hypocampe a écrit:Le pintle n'est pas vraiment un système coaxial, les ergols s'impact avec un angle de 90°

Le système pintle = un seul injecteur pour le moteur 

Ce que j'appel coaxial "standard" c'est le système du vulcain actuel avec les 300 ou 400 injecteur  je ne sais plus du tout le nombre exact.



De plus le système pintle est peut être vieux mais est a l'heure actuel le meilleur s'il est assez maitrisé pour obtenir les même rendement de combustion que les autres ( environ 98 99%)
Et il est surtout le seul a pouvoir effectuer les variation de poussées requises pour la récupération ( nécessite une variation d'environ 20 à 100%)

Le Pintle est coaxial au sens où il symétrique de révolution. J'y connais rien, Wiki...

Ensuite pour le rendement il faut pondérer ta remarque en fonction du couple carburant / comburant utilisé. Pour certains couples ce n'est pas souhaitable.

je ne pense pas qu'il soit souhaitable qu'il reste du LOX a brulé une fois le col passé... cela pourrai faire certaines choses bizarres ^^:hot:

y a t-il vraiment des couple d'ergols ou l'ont ne cherche pas a maximiser le rendement C* ?

hypocampe a écrit:je ne pense pas qu'il soit souhaitable qu'il reste du LOX a brulé une fois le col passé... cela pourrai faire certaines choses bizarres ^^:hot:

y a t-il vraiment des couple d'ergols ou l'ont ne cherche pas a maximiser le rendement C* ?

Ce que je comprends du "rendement" c'est l'utilisation maximale du couple carburant / comburant. Genre 100% des molécules utilisées dans la combustion.

Avec le couple LOx/LH2, c'est juste pas possible. Tout exploserait ! Il faut volontairement dégrader la combustion par excès de réducteur.

je voudrais pas rentrer dans les détails cela va devenir compliqué, en faite oui le rapport de mélange fait que l'on est en excès de réducteur, c'est une chose mais pour des questions de stabilités de combustions on désire que tout le Lox soit brulé avant le col de tuyère (l'une des raisons de pourquoi c'est le col de tuyère le point le plus chaud) 

Après le col de tuyère oui beaucoup de LH2, LCH4 ou RP-1 n'est bien sur pas brulé : on ne fait pas de moteur en stoechiométrique ^^

Enfaite tout est dans le vocabulaire: " chambre de combustion" > "Col" > " divergent " 

Si je ne m'abuse le vulcain est bien à 99% de C* 

" j'espère pas raconter de conneries " lol


Pour le pintle de spaceX du merlin et raptor je crois que l'on approche 98% mais sinon des 95% sont plus courant

R

hypocampe a écrit:je voudrais pas rentrer dans les détails cela va devenir compliqué, en faite oui le rapport de mélange fait que l'on est en excès de réducteur, c'est une chose mais pour des questions de stabilités de combustions on désire que tout le Lox soit brulé avant le col de tuyère (l'une des raisons de pourquoi c'est le col de tuyère le point le plus chaud) 

Après le col de tuyère oui beaucoup de LH2, LCH4 ou RP-1 n'est bien sur pas brulé : on ne fait pas de moteur en stoechiométrique ^^

Enfaite tout est dans le vocabulaire: " chambre de combustion" > "Col" > " divergent " 

Si je ne m'abuse le vulcain est bien à 99% de C* 

" j'espère pas raconter de conneries " lol


Pour le pintle de spaceX du merlin et raptor je crois que l'on approche 98% mais sinon des 95% sont plus courant

Tu as raison, cela va devenir un peu ardu ET hors sujet. Pour finir, c'est quoi la définition du "rendement" ?

Pour le Vulcain tu as aussi raison, tout le Lox est brûlé dans la chambre. On ne peut pas en dire autant de l'hydrogène qui sort de la chambre avec beaucoup d'imbrûlés.

pour clôturer ce hors sujet et répondre a ta question le rendement C* c'est le rapport entre le C* théorique et réel quoi et la formule du C* étant 

 C* = Pc * Sc / i ( pression combustion * section col divisé par le débit) 

hypocampe a écrit:pour clôturer ce hors sujet et répondre a ta question le rendement C* c'est le rapport entre le C* théorique et réel quoi et la formule du C* étant 

 C* = Pc * Sc / i ( pression combustion * section col divisé par le débit) 

Ok merci pour cette info.

Le rendement (et l'Isp) étant fonction de la pression de la chambre (les vitesse d'éjection et les sections de col étant fixes), je suis surpris qu'ils ne poussent la pression du Prometheus "que" à 100 bars quand le Raptor monte à 300 bars avec la même poussée et le même mélange d'ergol. Au premier ordre, c'est quand même la pression qui fait le rendement du moteur à transformer une énergie chimique en énergie mécanique, c'est bien elle qu'il faut maximiser non ?

Pour l'injecteur pintle, même si c'est vieux c'est tout sauf simple à maitriser. C'était jouable pour le LM dont les ergols étaient à viscosité comparable (hypergoliques) mais ça devient nettement plus ardu avec du LOX/XXX et des moteurs à forte poussée, le pintle ayant du mal avec le changement d'échelle. Ce n'est pas pour rien qu'il a disparu de la circulation à la fin du programme Apollo.

Pression chambre Raptor vs Prométhéus
Concernant la pression dans la chambre de combustion, la différence entre le Raptor et Prométhéus s'explique par le choix du cycle. Raptor est en combustion étagée, tous les gaz chauds servant à entrainer les turbines des turbopompes sont injectés dans la chambre de combustion principale. Prométhéus est en cycle générateur de gaz. L'augmentation de la pression dans la chambre de combustion principale implique plus de puissance dans le générateur de gaz, hors les propergols utilisés dans le générateur de gaz ne participent pratiquement pas à la poussée. Pour un cycle générateur de gaz une pression dans la chambre de combustion supérieure à 120 -130 bars entrainent une perte importante d'isp à cause du générateur de gaz. Vulcain 2 est à 117 bar. Prométhéus doit être réutilisable, on peut augmenter la durée de vie en réduisant un peu la pression.

Surplus de H2 dans la chambre de combustion
Le mélange stœchiométrique pour LOx/LH2 est environ à 8. Les moteurs LOx/LH2 ont cependant un rapport de mélange entre 5 et 6,5. Il y a plusieurs raisons pour cela. O2 à haute température est assez agressif, on veut donc éviter d'en avoir trop d'imbrulé. Dans un moteur l'énergie thermique de la combustion est transformée en énergie cinétique. Il est important d'avoir une vitesse d'éjection des gaz élevée or l'énergie cinétique est proportionnelle à la masse des particules et au carré de la vitesse d'éjection. Avoir un surplus de H2 permet de réduire la masse moyenne des particules éjectée et donc d'augmenter la vitesse d'éjection et donc l'isp, même si l'énergie thermique dégagé diminue un peu. En fait le couple LOx/LH2 permet d'avoir une Isp presque constante sur un très large domaine de rapport de mélange. Finalement le dernier point qui entre en jeu est la densité du mélange. Une part trop importante de LH2 impliquerait un lanceur gigantesque et donc une masse à vide plus importante dont on ne veut pas.

Système d'injection

Space X a amélioré le système pintle pour pouvoir se passer des vannes principales du moteur. Cela leur permet de réduire la masse de façon importante. Le rendement du système pintle reste correct sur un domaine de poussée important ce qui n'est pas le cas avec le coaxial. Le système pintle est très simple et peu cher.
Le coaxial est beaucoup plus compliqué. Pour mémoire Vulcain 2 a 566 injecteurs coaxiaux qui doivent être montés à la main et avec une grande précision. Chaque injecteur correspond à deux tubes coaxiaux. Les propergols ne sortant pas des tubes à la même vitesse (le H2 est environ 10 fois plus rapide que le O2), la différence de vitesse par friction entraine le mélange. Le système coaxial a un super rendement, mais malheureusement seulement proche de son point de fonctionnement optimal. Ce n'est pas l'idéal pour jouer avec la poussée et c'est très cher lors de la production.
En Allemagne un nouveau type d'injecteur est en cours de test: l'advanced porous injector API. Il est presque aussi bon que le coaxial mais sur une plage de poussée très importante et apparemment peu cher à produire d'après une présentation que j'avais vue il y a quelques mois. Peut être une piste pour Prométhéus?

Effectivement on pourrait se demander pourquoi ne pas imposer une pression de chambre bien supérieure.. Peut être qu'une fois que les test du prototype (car pour le moment ce n'est qu'un prototype) finis ils essaieront d'augmenter ce paramètre (ce n'est pas rien 300 bars tout de même). Après si je ne me trompe pas, même pour SpaceX le raptor qu'ils ont testé était ''scaled down'' donc je ne pense pas que ma pression était de cette magnitude.

Quand au pintle effectivement Space Opera je n'avais pas pensé au paramètre viscosité ! En effet ce n'est pas si simple. Mais pourtant là encore si je ne me trompe pas il me semble que le pintle n'a pas disparu de la circulation puisque SpaceX l'utilise pour ces Merlins qui marchent effectivement avec un mélange LOX/xx (je ne sais plus quel est le carburant, une forme de kero je crois). Donc comment font-ils pour surmonter cette difficulté?

EDIT: ouuuuups il y a eu un message entre temps désolé :oops:

Space Opera a écrit:Pour l'injecteur pintle, Ce n'est pas pour rien qu'il a disparu de la circulation à la fin du programme Apollo.

je pense que nous avons la l’illustration parfaite de la "prudence" voir du traditionalisme, des ingénieurs motoristes de l'industrie du spatial.

depuis les moteurs des V2 jusqu’aux moteurs utilisés dans Apollo (excepté pour le LEM) les ingénieurs on appris et maitrisé la technique des injecteur "coaxiaux" (la pomme de douche)
pour le LEM ils leur fallait des capacités de modulation du la puissance que les injecteurs coaxiaux on du mal a avoir.
il ont donc mis au point le "pintle" (la lance d'arrosage) pour le moteurs descente du LEM

après Apollo les moteurs à injecteurs classiques suffisant à répondre a leurs besoins ils n'ont pas cherché a utiliser une technique moins bien maitrisé.
les autres nations du spatial on copiés  genre :  la NASA fait dans "la pomme de douche", donc nous devons maitriser "la pomme de douche". 

sauf qu'un grain de sable, appeler Elon Musk, arrive et voila le retour de la "lance d'arrosage" injustement oublié

Merci Eyp pour ton message. :ven:

peronik a écrit:sauf qu'un grain de sable, appeler Elon Musk, arrive et voila le retour de la "lance d'arrosage" injustement oublié

C'est pas Musk, c'est Tom Mueller qui a remis le Pintle au goût du jour chez TRW au début des années 2000, financé par la NASA justement. Le TR-106 a été financé sur deniers publics pour justement changer les performances des moteurs.
Mueller est aujourd'hui le CTO d'un certain SpaceX, qui a vu en Mueller l'Homme capable de créer le moteur dont ils avaient besoin.

Space Opera a écrit:Merci Eyp pour ton message. :ven:

peronik a écrit:sauf qu'un grain de sable, appeler Elon Musk, arrive et voila le retour de la "lance d'arrosage" injustement oublié

C'est pas Musk, c'est Tom Mueller qui a remis le Pintle au goût du jour chez TRW au début des années 2000, financé par la NASA justement. Le TR-106 a été financé sur deniers publics pour justement changer les performances des moteurs.
Mueller est aujourd'hui le CTO d'un certain SpaceX, qui a vu en Mueller l'Homme capable de créer le moteur dont ils avaient besoin.

Absolument !!! c'est même la rencontre de Mueler et Musk qui a permis a SpaceX d'en arriver la aujourd'hui .

hypocampe a écrit:

Space Opera a écrit:Merci Eyp pour ton message. :ven:


C'est pas Musk, c'est Tom Mueller qui a remis le Pintle au goût du jour chez TRW au début des années 2000, financé par la NASA justement. Le TR-106 a été financé sur deniers publics pour justement changer les performances des moteurs.
Mueller est aujourd'hui le CTO d'un certain SpaceX, qui a vu en Mueller l'Homme capable de créer le moteur dont ils avaient besoin.

Absolument !!! c'est même la rencontre de Mueler et Musk qui a permis a SpaceX d'en arriver la aujourd'hui .

Bonjour à toutes et à tous,

Je suis tout nouveau sur le forum et viens de voir vos messages (je fais des recherches sur l'état d'avancement de l'Europe en matière de lanceurs pour un article). Je vous soumets mon sentiment général mais j'aimerais beaucoup avoir vos commentaires et critiques.

Pour commencer par Prometheus, mon sentiment à ce stade c'est que l'Europe est très, très en retard sur la propulsion et en particulier au regard de la réutilisabilité : pas de moteur réutilisable, pas de moteur modulable (throttleable), pas d'expérience en étage de propulsion avec moteurs 'en grappe' (de type Falcon 9).

Dans ce contexte je me réjouis que le CNES et l'ESA accélèrent mais ne nous voilons pas la face : même avec un premier test en 2020, on a déjà cinq ans de retard sur le Raptor et le BE-4. Or, qui dit pas de moteur réutilisable (Méthalox ou pas) dit pas de lanceur réutilisable (du moins en mode "toss back", qui est le plus prometteur).

Plus généralement sur Ariane, je n'ai pas encore fini l'analyse mais je ne crois pas à la capacité d'Ariane 6 d'être compétitive - et je ne parle pas de 2030 mais de 2020. Deux raisons principales : 

1. on a pas suffisamment réorganisé la filière (ArianeGroup) et la gouvernance (ESA/UE/CNES/ONERA/DLR etc.) pour baisser les coûts. Falcon 9 est déjà en dessous du prix d'Ariane 62.
   
2. on part sur un lanceur consommable (Ariane 6) alors que, selon toutes probabilités maintenant, la réutilisabilité va encore abaisser le prix d'un lancement Falcon 9. Et Blue Origin arrive derrière.
   

Je vous renvoie d'ailleurs à ce tweet de Musk hier : https://twitter.com/elonmusk/status/885635670315642881. Je vous encourage aussi à aller regarder la déclaration de SpaceX devant le congrès américain (voir lien dans le tweet).

Ma conclusion à ce stade est que pour rattraper le retard pris l'Europe la première chose à faire (en plus de sortir la tête du sable évidemment) est d'accélérer très fortement le développement de Prometheus (qui doit impérativement avoir le "deep throttle") et Callisto, i.e. avancer le calendrier pour un prototype de lanceur réutilisable à 2022/2023 au plus tard. Le tout, pourquoi pas, dans le cadre d'un équivalent programme COTS/CCDev sous l'égide UE/ESA qui verrait émerger un milliardaire européen souhaitant s'investir.

Qu'en pensez-vous ?

Très bon week-end.

ReusableFan

Comme déjà discuté, le but de l'Europe n'est pas d'être compétitive. Ceci devrait nettement éclairer la discussion.

Space Opera a écrit:Comme déjà discuté, le but de l'Europe n'est pas d'être compétitive. Ceci devrait nettement éclairer la discussion.

Merci pour le retour.

Quel est le but alors ? Simplement disposer d'une fusée qui tourne pour lancer des satellites/sondes institutionnelles, en grattant un peu de sous sur le segment commercial ?

Je veux bien le lien sur la page de discussion. :)

Merci !

ReusableFan a écrit:

Space Opera a écrit:Comme déjà discuté, le but de l'Europe n'est pas d'être compétitive. Ceci devrait nettement éclairer la discussion.

Merci pour le retour.

Quel est le but alors ? Simplement disposer d'une fusée qui tourne pour lancer des satellites/sondes institutionnelles, en grattant un peu de sous sur le segment commercial ?

Je veux bien le lien sur la page de discussion. :)

Merci !

L'Europe, poussée par la France, vise un scénario dit "Institutionnel dynamique". A cet égard, lire et relire l'excellent rapport dit "Fillon" duquel on s'écarte finalement trés peu et rédigé par CNES/P, le DGA, et l'administrateur du CEA.

http://www.ladocumentationfrancaise.fr/var/storage/rapports-publics/094000223.pdf

En gros, en partant du principe qu'un lanceur, en additionnant tous les coûts ne sera jamais vraiment rentable, l'Europe ne vise qu'un lanceur de souveraineté pour assurer ses besoins institutionnels  (qui s'appuie sur des maillons industriels stratégiques pour les intérêts de la Défense), abordable (donc aux coûts d'exploitation les plus bas possibles) et surtout le plus fiable et disponible possible (donc utilisation de briques technologiques maîtrisées, et cadences minimales pour garantir le Maintien en Conditions Opérationnelles de l'outil de production au sens large). Donc pénétration obligée d'une partie du marché commercial du fait de l'étroitesse des besoins institutionnels en Europe.

Mais on s'écarte encore du sujet du fil de discussions...:affraid:

Concernant ton article, il est trés bien si tu ne mélanges pas les sujets. Parler de moteurs réutilisables est une chose. Embrayer sur son caractère indispensable en est une autre. Ne pas perdre de vue que la réutilisation ne demeure qu'un moyen qui s'inscrit dans un objectif plus stratégique !