Démultiplicateur venturi

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Message le Jeu 9 Juil 2020 - 9:34


Bonjour
Pour la version 2 du projet Vesta, je réfléchissais a une amélioration sur les lanceurs, sa marcherais aussi sur terre et après pour l’instant les calculs donne une solution tellement simple et efficace que si c’était vrai chaque lanceur actuel en serait équipé. Je cherche donc a affiné l’étude pour voir ou ça cloche.
 
Le concept :
L’idée est d’utilisé un moteur d’étage supérieur (faible poussé, haute ISP) et d’y adjoindre une tuyère venturi. Comme tous ceux qui ont vu les vidéos de technique spatiale le savent, un moteur a haute ISP éjecté le gaz à une pression extrêmement faible grâce à  sa tuyère. Si on ajoute un simple tube troué derrière, la faible pression interne aspirerait l’air extérieur (donc à la pression extérieur) a l’intérieur du tube. Cette air viendrais se mélanger a gaz éjecté se qui diminuerais la vitesse d’éjection mais augmenterais fortement ma masse éjecté et donc la poussé sans augmenté le débit d’ergol.
 En gros c’est le principe d’un turbopropulseur ou un turbofan(un générateur de gaz utilise un faible débit d’air pour génère de la puissance transmisse a une hélice ou un fan pour accélérer plus d’air moins vite) mais avec un moteur fusée et sans arbre de transmission et hélice. Cette technologie marche mieux avec une pression importante (pour favorisé l’entrée de l’air dans le tube) et un air lourd (CO2 mais l’air terrestre ferais l’affaire) doute sont intérêt pour venus mais les premiers calculs sont aussi très prometteur sur terre. Apres il faudrait étudier si l’utilisation d’entré d’air extensible (deviens le flux d’air dans la tuyère a haute vitesse) serait plus bénéfique que la trainé induite pour rester efficace dans la haute atmosphère ou sur mars.
 Vu que le concept marche dans l’atmosphère on pourrait imaginer un décollage horizontal ce qui permettrait de bénéficier d’ailes et donc de divisé le besoin de poussé par la finesse. Pour l’instant, le design que j’imagine est un deuxième étage de delta IV ou centaure (car j’utilise le RL10 pour les calculs mais on peut utiliser d’autre ergols) avec à la place d’un premier étage, un planeur sans moteur contenant la tuyère venturi et des réservoirs d’ergol. Dans la haute atmosphère, il se détache, le second étage et circularisé sont orbite dans l’espace pendant que le planeur rentre se poser.
 
Calcul
Verl= vitesse ejection Rl10
Isp rl= isp RL 10 dans le vide= Verl/go
Drl= debit massique RL10= debit de ergol
Poussé Rl10=Verl*Drl
De=debit massique ejecté= Drl+ debit d’air admis dans a tuyere
M= ratio d’admission= De/Drl
Ve= vitesse d’ejection total après tuyère venturi
 
Puissance RL= puissanceRL10= Drl* Verl²/2
Puissance final =De*Ve²/2
Or puissance RL= Puissance final
Donc
De*Ve²/2=Drl*Verl²/2
Ve²=Verl²/M
 
Poussé=Ve*De=Verl*Drl*racin(M)=poussé RL* racine(M)
On augmente donc la poussé de racine(M) pour un même débit d’ergol donc on multiplie aussi l’ISP par racine(M) (on est plus sur un moteur anaérobie, isp n’est plus egal a Ve*9,81)
 
Pour continuer l’étude,
1) il faudrait déjà que je sache si quelque chose cloche dans mes calcule.
2) connaitre la pression de sortie d’un tuyere de RL10 (un ordre de grandeur) afin de calculé M  avec plus de précision en fonction des altitudes.
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Message le Jeu 9 Juil 2020 - 12:06


C'est les moteurs des "Thunderbird" que tu réinventes (un moteur fusée dans un tube) !
Bon, si ça fonctionne c'est tout bénéfice pour les lancements

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Message le Jeu 9 Juil 2020 - 12:16


Sans grands calculs, avec ce genre de dispositifs où il faut capter l'air ambiant. Ça marche bien si l'air est assez dense et la vitesse assez faible (beaucoup d'air pour une faible section de captage et faible trainée grâce à la faible vitesse - rappel : la trainée est proportionnelle au carré de la vitesse -). À grande vitesse et haute altitude il faut une grande section de captage avec une grande vitesse par rapport à l'air à capter, donc une trainée importante... On se rapproche de la problématique des statoréacteurs et de leurs limitations (Mach 1 à 5-6 & 15 km d'altitude). C'est un domaine où la mathématique est assez compliquée il me semble... :scratch:

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Message le Jeu 9 Juil 2020 - 12:25


Ton setup fait penser à un moteur Sabre (Skylon) une peu dégradé, c'est-à-dire sans utilisation de l'air ambiant comme comburant.

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Message le Ven 10 Juil 2020 - 16:32


oui la système de dilution serait utilisé uniquement en guise de premier étage, donc en présence d'air, mais sans donnée précise, difficile de faire des calcules et d'estimé les performances.
Pour le sabre, j'avais pas entendu parlais d'un système d'envoi d'air dans la tuyère, il y a par contre un système d'injection de l’hydrogène utilisé pour refroidir l'air.

@anovel: de quel thunderbird parle tu?
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Message le Ven 10 Juil 2020 - 21:16


Celui des sentinelles de l'air , en fait le plus gros du groupe (N° 3 je crois) !
Ah souvenirs, souvenirs, Lady Pénélope et son chauffeur Parker ..... Très kitch !!!!

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Message le Ven 10 Juil 2020 - 22:58


@phenix a écrit:Oui le système de dilution serait utilisé uniquement en guise de premier étage, donc en présence d'air, mais sans donnée précise, difficile de faire des calculs et d'estimer les performances.
Pour le sabre, je n’avais pas entendu parler d'un système d'envoi d'air dans la tuyère, il y a par contre un système d'injection de l’hydrogène utilisé pour refroidir l'air.
En fait Sabre est censé fonctionner en moteur-fusée ordinaire LOX-LH2 jusqu'à une vitesse suffisante (Mach 1 ?), puis il capte l'air ambiant, le compresse et le refroidit avec son LH2 dans un échangeur thermique (partie critique du dispositif) via un circuit intermédiaire à l'hélium pour éviter la corrosion. Cet air comprimé et refroidi (mais pas liquéfié) doit ensuite être utilisé à la volée comme comburant dans le moteur-fusée à la place du LOX jusqu'à ce qu'il faille repasser (à partir de Mach 6) en mode anaérobie avec le LOX initialement embarqué pour atteindre l'orbite. C'est tout de même extrêmement critique en termes d'Isp et d'indices structurels pour avoir un SSTO avec une charge utile non-nulle en LEO...

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