Questions générales sur les lanceurs

[invitebf682c26]

Bonjour,

Je suis en train de réaliser un projet de fin d'année sur la propulsion solide. Et maintenant que mon dossier est terminé je réfléchie aux questions que l'on pourrait me poser.
Je me pose donc quelques questions sur les lanceurs et malgré des recherches sur internet je ne trouve pas les réponses.

Je me lance.

1) J'étudie la propulsion solide. Mais je pense que l'on me demandera de la comparer un peu à la propulsion liquide. Je connais déjà les différences d’inconvénients et avantages.
Mais les moteurs solides sont moins efficaces que les moteurs liquides (impulsion spécifique de 270 en moyenne contre 400 pour les liquides).
Ce que je me demande donc c'est pourquoi choisir d'équiper les premiers étages de moteur moins performants ? N'a-t-on pas besoin de plus de puissance eu décollage ?

2)La force de propulsion est proportionnelle au débit des gaz éjectes. Débit qui est lui même proportionnel à la surface de poudre en contact avec "l'air".
Pour les moteur solides on a un cylindre remplis d'une pate caoutchouteuse = la poudre. Donc dans mon dossier j'ai étudier la forme de cette poudre.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Propuls...opergol_solide
Ce lien résume ce que j'ai détaillé dans mon dossier, à savoir dessiner le graphe de la poussée en fonction du temps pour différents moulages de poudre.

Les géométries dépendent de la courbe de poussée souhaitée. Mais nul part je ne trouve quelle poussée on souhaite !
J'imagine que s'il y a différents moulages c'est qu'ils sont tous ou presque utilisés dans au moins un type de lanceurs.

Ce que je cherche à savoir donc c'est quel moulage est utilisé, où et pourquoi (ie expliqué ce que l'on souhaite comme poussée)


Voile j'espère avoir été claire, et j'espère que quelqu’un sera capable de me répondre.

Merci d'avance
Wrena
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[inviteec0d6e6f]

Salut Wrena,

1) J'étudie la propulsion solide. Mais je pense que l'on me demandera de la comparer un peu à la propulsion liquide. Je connais déjà les différences d’inconvénients et avantages.
Mais les moteurs solides sont moins efficaces que les moteurs liquides (impulsion spécifique de 270 en moyenne contre 400 pour les liquides).
Ce que je me demande donc c'est pourquoi choisir d'équiper les premiers étages de moteur moins performants ? N'a-t-on pas besoin de plus de puissance eu décollage ?

Je ne comprends pas la question : les premiers étages utilisent tous des ergols et non de la poudre.
Attention à ne faut pas confondre le premier étage avec les boosters additionnels !
A ce sujet, les boosters, lorsqu'il y a, fournissent plus de 80% de la poussée initiale, sur le Shuttle comme sur Ariane.
Ce qui traduit justement l'utilité de leur fonction : fournir beaucoup de puissance pendant très peu de temps, lors du décollage.

Pourquoi utiliser des booster a poudre ?
Pour plusieurs raisons, y compris parce que la poudre est nettement (tout du moins aujourd'hui ou c'est parfaitement maitrisé) moins difficile a mettre en œuvre qu'un propulseur a ergols (coûts d'études, coûts de mise en œuvre, systèmes de sécurité etc etc etc)

Quand on parle d'un manque d’efficacité, il faut quand même sacrément relativiser.
Certes, la combustion dure moins longtemps sur un booster que sur un moteur de premier étage, mais la puissance propulsive est bien supérieure aux moteurs a ergols qui travaillent avec eux.
Ils ne durent que ~90 secondes, mais ils procurent + de 80% de la poussée pendant ce temps là, et sans eux, il faudrait quintupler la puissance ou le nombre des réacteurs à ergols (sur le shuttle ça en donnerait 15, par exemple), pour pouvoir faire décoller le même engin qui les utilise actuellement !

L'augmentation de l'ISP n'est absolument pas l'objet de la recherche, sur les booster a poudre : c'est la puissance brute pendant un court laps de temps (moins d'1/6ème de la durée de mise a feu orbitale) afin de faire décoller une grosse masse, justement au moment ou la fusée est la plus massive, au décollage.

2)La force de propulsion est proportionnelle au débit des gaz éjectes. Débit qui est lui même proportionnel à la surface de poudre en contact avec "l'air".
Pour les moteur solides on a un cylindre remplis d'une pate caoutchouteuse = la poudre. Donc dans mon dossier j'ai étudier la forme de cette poudre.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Propuls...opergol_solide
Ce lien résume ce que j'ai détaillé dans mon dossier, à savoir dessiner le graphe de la poussée en fonction du temps pour différents moulages de poudre.

Les géométries dépendent de la courbe de poussée souhaitée. Mais nul part je ne trouve quelle poussée on souhaite !
J'imagine que s'il y a différents moulages c'est qu'ils sont tous ou presque utilisés dans au moins un type de lanceurs.

Ce que je cherche à savoir donc c'est quel moulage est utilisé, où et pourquoi (ie expliqué ce que l'on souhaite comme poussée)

Une fois un booster allumé, on ne peut plus l'éteindre, ni réguler sa poussée : il se consume de la façon dont on a moulé sa chambre de combustion, jusqu’à épuisement de ses réserves de poudre.
Non seulement c'est un moteur qu'on ne rallume pas, mais c'est même un moteur qu'on ne sait pas éteindre !
Une fois allumé, rien ne peut plus l'empêcher de faire son travail jusqu’à la fin de sa poudre.
C'est cette rusticité qui fait le danger et la limitation, mais aussi l'intérêt important du booster a poudre dans l'aide au décollage.

A l'intérieur d'un booster Ariane (mais aussi des boosters du Shuttle), si tu fais une coupe transversale, tu obtiens une étoile (le finocyl à 5 branches de ton lien).

L'un des problèmes qu'il a fallu surmonter avec l’accélérateur a poudre, c'est le fait que la puissance du booster dépend directement de la forme de la chambre.
Imagines une chambre ronde (je parle toujours de coupe transversale, pas longitudinale) => celle ci augmenterait de taille au fur et a mesure de la combustion (car la chambre est faite "en poudre" qui se consume progressivement et donc se modifie), et donc aurait une variation de puissance (croissante puis décroissante a cause de la "dilution" due a l'accroissement de la taille de la chambre), au cours des 90 secondes d'utilisation, avec une puissance mini au début, au moment du décollage, là ou il faut une puissance maxi, justement.

Le moulage en étoile (en finocyl à 5 branches, plus exactement) permet d'éviter ce problème, et d'assurer une force de propulsion constante au cours de toute la combustion, du décollage au largage des boosters, en ayant en permanence la même surface de travail (donc la même puissance délivrée) pendant toute la combustion.
regarde les courbes de puissance (thrust curve) des différents moulage, c'est très parlant : seul le moulage en étoile permet d'obtenir une puissance parfaitement constante pendant toute la combustion.

Voile j'espère avoir été claire, et j'espère que quelqu’un sera capable de me répondre.

moi aussi j'espère avoir été clair, et d'avoir répondu a une partie au mois

[invitebf682c26]

Merci de répondre aussi rapidement !

Tu as parfaitement répondu à mes atentes en ce qui concerne ma première question. j'avais confondu la puissance et la performance.
Bref je vois où est mon problème.

En revanche pour la seconde question j'aimerais quelques précisions.
J'ai très bien compris comment les moulages interviennent dans la force de poussée. j'ai moi même effectuer une étude pour tracer les courbes qui sont sur wikipedia. Donc pas de problème du point de vue de la compréhension de ce qui se passe.
Néanmoins ton explication est très claire et je t'en remercie.


Ce que je cherchais à savoir (et je n'ai pas du être claire) c'est est ce que tous les lanceurs utilisent le finocyl ?
Je sais par exemple que la moulage d'ariane utilise à la fois le finocyl et le cylindre (aux extrémités) , j'en conclue donc qu'on a intérêt à avoir une légère augmentation, mais pourquoi ? une poussée constante devrait être suffisante puisque la masse de la fusée diminue non ?

je sais aussi qu'il existe des lanceurs à utiliser des moulages à étoile à 5,6 ou 11 branches. Mais existe t il d'autre moulage utilisés si oui dans quels lanceurs et pour quel étage ?

Je ne comprends pas la question : les premiers étages utilisent tous des ergols et non de la poudre.
Attention à ne faut pas confondre le premier étage avec les boosters additionnels !

Dans mon projet j'étudie en particulier le lanceur VEGA dont les 2 étages dont à propergol solide. A moins que je confonde les termes il y a donc des étages à moteur solide

[inviteec0d6e6f]

Ce que je cherchais à savoir (et je n'ai pas du être claire) c'est est ce que tous les lanceurs utilisent le finocyl ?

On est déjà aux limites de mes connaissances...
Mais si j'observe ton document, je vois des nom et des explications sommaires.

on pourrait essayer de creuser ça :

- canal cylindrique
Apparemment pas employé, sauf comme exemple type.

- C-slot

le canal comporte de grands coins coupés le long de son axe, ce qui permet de produire une longue poussée décroissante mais avec des contraintes thermiques et une asymétrie du centre de gravité.

Je ne vois pas a quoi ça peut servir.

- Moon Burner

le canal excentré produit une combustion longue d'abord croissante puis décroissante, qui présente une légère asymétrie du centre de gravité.

Certainement mieux adapté pour les planètes a faible gravité sans atmosphère...
ce truc ne peut être determiné qu'avec le calcul, mais en regardant la courbe, on peut imaginer que c'est mieux adapté a ce cas de figure qu'a une planète a forte gravité et atmosphère.
Le nom n'a pas du être choisi au hasard.

Je sais par exemple que la moulage d'ariane utilise à la fois le finocyl et le cylindre (aux extrémités)

Aux extrémités, c'est pas simplement une contrainte de régulation de flux de sortie par hasard ?
En tout cas, la grande majorité de la poussée est due au finocyl, le reste est marginal.
Je pencherais donc pour une contrainte de régulation de flux.

, j'en conclue donc qu'on a intérêt à avoir une légère augmentation,

donc je ne suis pas d'accord avec cette affirmation

mais pourquoi ? une poussée constante devrait être suffisante puisque la masse de la fusée diminue non ?

La poussée des booster Ariane est justement au plus proche de ce qu'on peut faire en matière de constance, durant l'ensemble de leur durée opérationnelle.

je sais aussi qu'il existe des lanceurs à utiliser des moulages à étoile à 5,6 ou 11 branches. Mais existe t il d'autre moulage utilisés si oui dans quels lanceurs et pour quel étage ?

joker !


Mais comme tu as vu, il peut tout a fait exister des formes de chambre différente selon les besoins !
Et j'en ai encore appris a ce sujet grâce a toi, donc merci !

Dans mon projet j'étudie en particulier le lanceur VEGA dont les 2 étages dont à propergol solide. A moins que je confonde les termes il y a donc des étages à moteur solide

Ha ok, les d'jeuns, y travaillent sur des trucs modernes... va falloir que je me mette a jour !


On peut préciser que la poudre en 1er étage, ce n'est que pour les "petites" fusées.
Celles capables de mettre 5t en LEO (ce qui reste pas énorme) sont toutes a ergols au premier étage, non ?
VEGA, c'est quand même moins de 2t en LEO.
Je ne dis pas que c'est pas utile comme lanceur (bien au contraire), mais ça donne des cahiers des charges diablement différents avec une Ariane.
C'est presque juste "un booster" d'Ariane découpé en 3 (qui font les 2 premier étages de VEGA).
Mais je connais très mal cet engin et tu m'as donné envie d'en savoir plus

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebf682c26]

Je sais par exemple que la moulage d'ariane utilise à la fois le finocyl et le cylindre (aux extrémités)

Aux extrémités, c'est pas simplement une contrainte de régulation de flux de sortie par hasard ?
En tout cas, la grande majorité de la poussée est due au finocyl, le reste est marginal.
Je pencherais donc pour une contrainte de régulation de flux.

Je n'ai pas très bien compris, qu'entends tu par régulation de flux ?

On peut préciser que la poudre en 1er étage, ce n'est que pour les "petites" fusées.
Celles capables de mettre 5t en LEO (ce qui reste pas énorme) sont toutes a ergols au premier étage, non ?
VEGA, c'est quand même moins de 2t en LEO.

C'est exact, tout du moins à ma connaissance






Enfin je repose une dernière question pour quiconque passerait par là et aurait une réponse : quel est le moulage de VEGA ? finocyl c'est sur, mais seulement finocyl ou, comme Ariane, le moulage varie le long de l'axe du moteur ?

[inviteec0d6e6f]

Je n'ai pas très bien compris, qu'entends tu par régulation de flux ?

J'entends par la : ne pas gêner la sortie des gaz pour assurer le maximum de poussée dans le bon axe.
Étant donné que les caractéristiques de la poussée des boosters d'Ariane montrent que la poussée est parfaitement uniforme du début a la fin, la partie cylindrique de l'extrémité inférieure (que tu cites, mais je te crois sur parole sans l'avoir vérifié) ne doit avoir pour but que de canaliser le flux, et sa forme est certainement dictée par cet impératif et non par celui de participer à la combustion d'ensemble.

Enfin je repose une dernière question pour quiconque passerait par là et aurait une réponse : quel est le moulage de VEGA ? finocyl c'est sur, mais seulement finocyl ou, comme Ariane, le moulage varie le long de l'axe du moteur ?

J'aurais plutôt dit "de la chambre".
Tu dis qu'il y a deux parties cylindriques, une en bas et une... en haut ??
Que représentent-elle en %age ?
Aurais-tu un document stp ?
Je te rappelle qu'en tout état de cause, il n'y a pas de variation de puissance sur les boosters d'Ariane durant leur durée opérationnelle, donc ne creuse pas cette voie.

[invitebf682c26]

J'entends par la : ne pas gêner la sortie des gaz pour assurer le maximum de poussée dans le bon axe.

aaah compris, merci

J'aurais plutôt dit "de la chambre".
Tu dis qu'il y a deux parties cylindriques, une en bas et une... en haut ??
Que représentent-elle en %age ?
Aurais-tu un document stp ?

Je me suis mal exprimée , il n'y a pas deux partie cylindrique.
Le moteur (qui est aussi la chambre de combustion dans le cas de la propulsion solide) est un cylindre (disons d'axe z) au bout duquel se trouve la tuyère.
L'évolution de la forme du moulage se fais selon le même axe z

voici un schéma qui illustre ce que je voulais dire
http://ariane5tpe.free.fr/partie3.jpg

Par contre pour ce qui est du pourcentage je n'ai pas de valeur, je dirais que cela dépend du propulseur (de la longueur sur laquelle une certaine forme est adoptée).

[invitebf682c26]

Une question me viens à l'esprit y a t il une différence entre les termes d'ergol et propergol ?
Je pensais que "propergol" désignait le mélange de deux ergols (couple oxydant réducteur) sous forme solide. Mais dans ce cas pourquoi trouver le terme de "propergol solide", appellation redondante ou c'est moi qui ait mal compris ?

[inviteec0d6e6f]

Une question me viens à l'esprit y a t il une différence entre les termes d'ergol et propergol ?
Je pensais que "propergol" désignait le mélange de deux ergols (couple oxydant réducteur) sous forme solide. Mais dans ce cas pourquoi trouver le terme de "propergol solide", appellation redondante ou c'est moi qui ait mal compris ?

=> http://fr.wikipedia.org/wiki/Propergol

Un propergol est un produit de propulsion constitué d'un mélange de comburant et de combustible, les ergols. La réaction chimique, entre cet oxydant et ce réducteur, fournira l'énergie au moteur-fusée. Les éléments chimiques peuvent se présenter dans l'état de gaz, de liquide, de solide ou de plasma1.

Donc pas de redondance.
Car un propergol n'implique pas qu'il soit forcément solide, dans sa définition.


Ton schéma renforce mon idée de forme dévolue a l'optimisation de poussée, en sortie de chambre.
Par contre, je suppose que la recherche a du amener à optimiser la forme de la chambre, et qu'elle n'est pas exactement symétrique tout du long.
Sachant que l'ensemble est calculé pour une poussée la plus constante possible dans la faible fenêtre d'utilisation de ces boosters.
Certainement pour des raisons de contrainte structurelle : ça pousse très fort ces trucs.

[invitebf682c26]

Merci de ton aide, encore un peu de recherches et avec ça je vais surement pouvoir bouclé mon dossier


je te souhaite une bonne soirée et encore un grand merci !

[inviteec0d6e6f]

u'r welcome, my pleasure !
En plus j'ai appris pleins de trucs aussi, du coup...
Donc merci aussi pour ces questions pertinentes !

[inviteec0d6e6f]

quelques liens sur VEGA :

http://www.capcomespace.net/dossiers.../CAPORICCI.pdf

http://www.rast.org.tr/ocs/index.php...paper/view/167

VEGA is a single-body four-staged launcher with three solid propellant rockets and one liquid propulsion upper module. The three SRMs, the first stage P80 (Europropulsion), the second Zefiro 23 (Avio Group) and the third Zefiro 9 (Avio Group) share the same finocyl configuration, characteristics and technologies

remarquable : 3 étages a poudre sur un si "petit" truc !

http://www.lares-mission.com/talks/lopez.pdf

un joli pdf ici :
http://www.scribd.com/doc/53655098/V...Small-Launcher

Et surtout, le pavé très complet ou tu trouveras peut-être les données précises que tu cherches, le VEGA users manual :

http://www.arianespace.com/launch-se...sersManual.pdf

Bonnes lectures.
moi pareil

[inviteec0d6e6f]

... ou tu trouveras peut-être les données précises que tu cherches...

ben nan y a pas désolé.
Mais quel beau document, très complet !
Je pense que c'est ce qu'ils donnent aux clients potentiels.
requête google : finocyl VEGA, pour trouver ça, mais pas trouvé de plan de chambre VEGA.
Si tu trouves un plan ou des données sur ça, je suis preneur !
merci d'avance.

[invitebf682c26]

super liens !!

je vais avoir de la lecture d'ici mon oral, j'espère pouvoir tout lire !

j'ai pas vue les plans de VEGA , pour le moment j'ai juste tous balayé.
Par contre j'ai vu que le moulage de VEGA c'est Finocyl à 11 branches. je sais pas si c'est ça que tu demandais

[inviteec0d6e6f]

Par contre j'ai vu que le moulage de VEGA c'est Finocyl à 11 branches. je sais pas si c'est ça que tu demandais

C'est bien ça.
11 branches, la technologie évolue sans cesse, même sur des trucs "basiques" comme des boosters, interessant !
T'as aussi trouvé le schéma, stp ?

edit : tu remarques comme c'est pratique le booster => truc prêt a l'avance, juste a mettre a feu, pas de manipulations dangereuses comme avec les ergols liquides, moteur très simple aussi en comparaison, et grosse patate de départ.
Un inconvénient notable : très polluants.
Même si a Kourou, des oiseaux nichent a quelques centaines de mètres du pas de tir principal, et s'absentent 4 ou 5 jours avant le tir a cause des préparatifs qui les gênent !
Puis reviennent rapidement après le tir.
Ce qui prouve quand même que le site est "propre".

[invitebf682c26]

je pense pas que ce soit le schéma que tu attendais mais c'est page 8 de ce lien
http://www.lares-mission.com/talks/lopez.pdf

c'est écrit en tout petit ^^

[inviteec0d6e6f]

c'est écrit en tout petit ^^

Joli coup d'oeil !
moi j'ai plus cherché sur le doc arianespace.
Pas de plans en tout cas...
Mais alors, le doc ariane, il est complet, tu peux presque en fabriquer une toi même avec ça !

[invitebf682c26]

Joli coup d'oeil !

C'est parce que c'est l'info que je cherche depuis des mois ^^ maintenant grâce à tes liens je l'ai enfin !

Mais alors, le doc ariane, il est complet, tu peux presque en fabriquer une toi même avec ça !

J'arrive pas à l'ouvrir ... probleme avec adobe je regarde dès que c'est résolu ...

[inviteec0d6e6f]

J'arrive pas à l'ouvrir ... probleme avec adobe je regarde dès que c'est résolu ...

moi aussi j'ai galéré, c'est du adobe...
la technique qui fonctionne avec mon firefox : ouvre ton navigateur en fenêtre, pas plein écran, puis clique sur le lien du document.
Attend 30 sec qu'il charge sans rien toucher, pendant un écran noir.
Ensuite, lorsqu'il n'indique plus, tout en bas a gauche, "transfert des données depuis arianespace.com" (donc qu'il a fini de charger le doc), redimensionne ta fenêtre => tu chopes un bord et tu réduis, et miracle : le document apparait.
188 pages quand même
merci adobe avec pourtant la dernière version MAJ.......

[invitebf682c26]

merci , en effet très complet comme document !

J'ai pris le tableau récapitulatif des élément de VEGA ça me sera très utile pour les questions à l'oral !

par contre dur dur l'anglais, mais bon ça reste compréhensible faut juste que je prenne mon temps

Bref moi j’arrête le travail pour ce soir, donc encore une fois merci pour ton aide et du coup aussi pour ces liens très complets.

Bonne soirée

[inviteec0d6e6f]

maintenant grâce à tes liens je l'ai enfin !

Grâce à la requête google : finocyl VEGA
J'en ai pas fait d'autre, et je n'ai visité que la première page.
La précision de la question donne toujours les meilleurs résultats sur les moteurs de recherche actuels, extraordinaires outils.
Car c'est souvent pas si dur mais pas si évident non plus de déterminer vraiment la bonne.
Là c'était facile

Il doit aussi y avoir le même terme dans le pavé d'arianespace, mais il fait 188 pages
Et s'il est inscrit en tout petit aussi, c'est pas facile de trouver.
En tout cas chapeau pour l'avoir vu !

[inviteec0d6e6f]

par contre dur dur l'anglais

T'as pas trop le choix, faut t'y mettre.
Sinon tu seras trop handicapé dans ce secteur.

a+ et bonne soirée !