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TPE : Propulsion d'une fusée



  1. #1
    Olipus

    TPE : Propulsion d'une fusée


    ------

    Bonsoir,

    Cela fait un peu plus de 4 heures que je recherche des informations sur la propulsion d'une fusée, soit sur la réaction des composants d'un moteur-fusée qui permettent la propulsion du lanceur, mais il y a beaucoup trop de choses différentes, du coup je n'arrive pas à m'y retrouver & chercher les composants & la réaction d'une façon générale. C'est pourquoi je demande de l'aide...

    Désolé si ma demande n'est pas très claire, mais en gros je voudrais savoir quels sont les composants de ces moteurs-fusée & comment est faite la réaction.

    Merci beaucoup d'avance, cela m'aiderait beaucoup !

    -----

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  3. #2
    ansset
    Animateur Mathématiques

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    bonsoir,
    ce qui compte , ce n'est pas les composants, mais le principe qui est tj le même.
    on ejecte de la matière et par conservation de la quantité de mouvement la fusée monte.
    il existe des mimi fusée qui montent à 30 metres pour le coté pratique du tpe.
    Dernière modification par ansset ; 07/12/2011 à 21h47.

  4. #3
    Olipus

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    Excuse moi mais que veux-tu dire par "conservation de la quantité de mouvement" ?

  5. #4
    Saint-Sandouz

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    Est-ce que tu as regardé the encyclopédie, wikipedia ?
    Tu trouveras toutes les réponses à tes questions avec des schémas qu'il est impossible de te donner ici:
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur-fus%C3%A9e
    De là tu as toutes sortes de liens pour approfondir les différents points.
    Tout cela suppose bien entendu quelques notions de base en physique car si tu n'as pas encore appris ce qu'est la conservation de la quantité de mouvement certaines choses vont être difficiles à comprendre. Mais wiki est là pour ça.

    ND
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    bintang

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    Bonjour,

    Ce qui est important de comprendre dans le principe , c'est que la poussée de la fusée est proportionnelle au débit massique (Kg/s), et à la vitesse d'éjection des gaz (m/s).

    Pour le premier etage et les boosters, le but est d'ejecter un maximum de masse à une vitesse la plus elevée possible. Il est plus facile d'augmenter la vitesse d'ejection des elements legers comme l'hydrogène. D'ou le gigantisme des réservoirs des fusées (en volume et en masse). On ne sais malheureusement pas faire mieux aujourd'hui.

    Pour les étages supérieurs ou pour les sondes, on privilégie la vitesse d'ejection à la masse éjectée, pour avoir un meilleur rendement (ISP). On ne sais pas encore faire des moteurs à rendement tres elevé ayant la puissance necessaire pour faire decoller une fusée. Les moteurs ioniques par exemple ont un rendement tres élevé, mais une poussée très faible.

    Ensuite il y a d'autres criteres, de stockage d'ergol, de réallumage du moteur, de fiabilité , de sécurité , de cout ...
    Dernière modification par bintang ; 08/12/2011 à 09h53.
    Bintang

  8. #6
    ansset
    Animateur Mathématiques

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    je trouve ton choix de TPE très sympa.
    car il associe des concepts de base important en physique.
    et qu'il permet de faire un exercice pratique très amusant à la fin.
    comme je te l'ai dit, il existe des mini fusées (jouets ) qui marche pas mal.
    je pense même que si c'est bien préparé, on doit pouvoir estimer la hauteur maximale obtenue, et/ou le temps total de montée et dedescente.
    tu peux bien sur lister les types carburants uilisées ( pour ariane par exemple ) et les valeurs de puissance , de temps, d'accélération, etc ...
    tu peux aussi évoquer le pb d'équilibre en montée.
    car la fusée est poussée par le bas , c_a_d en dessous de son centre de gravité, donc il y a une correction de la verticalité.
    ( en souvenir qcq accidents mémorable par le passé ).
    cela s'appelle aussi le pb du "pendule inversé".
    à titre d'exemple,c'est un peu la même chose que de faire tenir en équilibre une baquette de pain simplement en la portant par le bas.

    mais si ton TPE est très orienté chimie, cela change la hiérarchie des sujets abordés.
    Dernière modification par ansset ; 08/12/2011 à 11h05.

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  10. #7
    Geb

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    Bonjour Olipus,

    Citation Envoyé par Olipus Voir le message
    je voudrais savoir quels sont les composants de ces moteurs-fusée & comment est faite la réaction.
    Je laisse aux autres la responsabilité de t'éclairer sur le principe derrière le moteur-fusée. Je vais essayer de te parler de l'aspect un peu plus technique, parce qu'il faut bien avouer que quand on voit un moteur-fusée "à l'état brut" : XLR-99 Rocket Engine, on peut être à la fois intrigué, fasciné et... dans la confusion la plus totale !

    Il faut savoir qu'au-delà des réactifs possibles (LOX/LH2, LOX/RP-1, ...) et du type du réactifs (monergol, propergol, hypergol...) qu'ils utilisent, les moteurs-fusée actuel fonctionnent (à ma connaissance), soit avec des liquides, soit avec des solides (il s'agit d'une "pâte"). En ce qui concerne les moteurs-fusée cryogéniques (liquides), ils sont de 4 types. Voici les articles correspondant (en anglais) sur Wikipedia, avec les schémas associés :

    Pressure-fed cycle : c'est avec un moteur-fusée de ce type que le Bell-X1 fut le premier aéronef piloté à dépasser le mur du son.

    Expander cycle : c'est le cycle utilisé par le premier moteur-fusée à utiliser le fameux couple hydrogène liquide/oxygène liquide, le fameux RL-10, utilisé notamment comme moteur des étages supérieurs de la Saturn I et de la Saturn V.

    Gas-generator cycle ou open cycle : c'est le cycle utilisé, par exemple, par le moteur Vulcain 2 de la fusée Ariane 5.

    Staged combustion cycle : c'est le cycle à la fois le plus compliqué et le plus performant. Il a été inventé par les Soviétiques pour le projet de fusée lunaire N1 et réutilisé pour le moteur principal de la navette spatiale américaine (le plus performants des moteurs-fusée cryogéniques construit à ce jour), ainsi que celui de la navette spatiale soviétique.

    D'un point de vue historique, les Européens ont développé les moteurs à cycle ouvert (gas-generator cycle) pour la famille de lanceurs Ariane, à partir des travaux sur les moteurs Gamma britanniques des années 1950, qui sont parvenus a développer ce type de moteur à la fois presque aussi performants que le cycle à combustion étagée (staged combustion cycle) des Soviétiques/Russes, et surtout beaucoup moins difficile à réaliser techniquement. On peut donc considérer les moteurs des Ariane comme un dérivé "plus facile" d'une technologie inventée en Russie.

    En comparaison, il n'existe, à ma connaissance, qu'un seul type de moteur-fusée à poudre, même si la composition de la pâte (et donc les réactifs possibles) peut varier. Le moteur-fusée à poudre est schématisé ici :

    Solid Rocket Engine

    Si tu veux une liste de couples carburant/comburant utilisés dans les moteurs-fusée, il y en a une très complète sur Wikipedia (toujours en anglais) :

    Bipropellants table

    En ce qui concerne les matériaux qui composent une fusée proprement dite, il y a eu au moins 2 (courtes) discussions à ce sujet :

    matériaux fusée

    matériaux d'une fusée

    Cordialement.
    Dernière modification par Geb ; 08/12/2011 à 21h11.

  11. #8
    Olipus

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    Bonsoir à tous, & merci énormément pour vos réponses! Je me suis efforcé a faire des recherches plus approfondies & de réussir à comprendre par moi-même. Cependant, il y a tout de même quelques petites questions qui me trottent l'esprit :

    -Pour les moteurs à ergols liquides, à quoi sert le système de refroidissement ?

    -Pour les moteurs à ergols solides, y a-il vraiment de l'oxygène dans les poudres ou autres ergols solide que l'on utilise ?

  12. #9
    Saint-Sandouz

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    Citation Envoyé par Olipus Voir le message
    -Pour les moteurs à ergols liquides, à quoi sert le système de refroidissement ?
    Les parois du moteurs doivent être refroidies sinon le métal perdrait de sa résistance. Dans le cas de moteurs cryogéniques comme ceux d’Ariane 5 ou de la navette, on utilise l’hydrogène liquide et cela permet de le mettre à l’état gazeux car il ne s’enflamme pas bien à l’état liquide.
    Certains moteurs russes utilisent l’oxygène.
    De fait il y a différentes configurations pour le refroidissement.

    Citation Envoyé par Olipus Voir le message
    -Pour les moteurs à ergols solides, y a-il vraiment de l'oxygène dans les poudres ou autres ergols solide que l'on utilise ?
    Les boosters d’Ariane 5 ou de la navette utilisent perchlorate d'ammonium comme oxydant, avec l’aluminium comme carburant, plus quelques additifs. C’est la formule la plus courante.
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Properg...e_d%27ammonium

    ND
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  13. #10
    bintang

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    Bonjour,

    Les composés oxygénés de l'azote (nitrates, peroxyde d'azote, perchlorate d'ammonium) sont utilisés depuis près d'un demi siècle comme oxydant dans les propergols composites. Les perchlorates sont plus stables, peu hygroscopiques et plus denses que les nitrates.

    Le perchlorate d'ammonium est probablement le plus utilisé dans les boosters. Il est pourtant moins oxygéné que les perchlorates de sodium et de potassium mais présente l'avantage d'avoir des produits de combustion moins corrosifs, avec moins de fumée.

    Ce qui a le plus évolué c'est peut etre le combustible ? Résines synthétiques (matières plastiques, polystyrène .. ), élastomères (composés du carbone, polymères du butadiène , le polybutadiène PBHT des boosters d'Ariane 5 ...) , hydrocarbures (bitumes et goudrons), poudres metalliques (aluminium , potassium) ou le bore à forte chaleur de combustion pour améliorer les propriétés énergétiques de ces compositions.
    Bintang

  14. #11
    Geb

    Re : TPE : Propulsion d'une fusée

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    et de la Saturn V
    Mention à biffer évidemment...

    Citation Envoyé par Geb Voir le message
    Staged combustion cycle : c'est le cycle à la fois le plus compliqué et le plus performant.
    En fait, il y a un dérivé du cycle à combustion étagée, c'est le "Full-flow Staged combustion cycle" qui est encore plus performant. Il a été développé par les Soviétiques à la fin des années 1960 à travers le moteur expérimental RD-270 utilisant le couple peroxyde d'azote / diméthylhydrazine asymétrique. L'amélioration des performances était de 3% à 5% par rapport à un moteur à combustion étagée classique utilisant les mêmes réactifs.

    Cette solution a été testé à partir de 2005 par Gary Genge et ses collègues de la NASA pour l'Integrated Powerhead Demonstrator (IPD), qui devait utiliser le couple LOX/LH2.

    Cordialement.

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