Vitesse d'éjection de gaz dans la fusée

[Chatta]

Bonjour;
comme vous le savez, la propulsion est d’autant plus forte que le débit (masse de gaz éjectés chaque seconde) est important et que la vitesse d’éjection est élevée. Cette force délivrée par un moteur-fusée est appelée la poussée :

F = q.Ve

Je voudrais savoir si la vitesse d'éjection de gaz dépend uniquement de vitesse de rotation de la pompe qui éjecte le carburant et le comburant dans la chambre de combustion ou il y a d'autres éléments qui sont indispensables pour augmenter la vitesse d'éjection?

Merci bien
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[zebular]

Bonjour;
comme vous le savez, la propulsion est d’autant plus forte que le débit (masse de gaz éjectés chaque seconde) est important et que la vitesse d’éjection est élevée. Cette force délivrée par un moteur-fusée est appelée la poussée :

F = q.Ve

Je voudrais savoir si la vitesse d'éjection de gaz dépend uniquement de vitesse de rotation de la pompe qui éjecte le carburant et le comburant dans la chambre de combustion ou il y a d'autres éléments qui sont indispensables pour augmenter la vitesse d'éjection?

Merci bien

Bonjour
je n'ai pas vraiment de compétences pour répondre mais je pense que la vitesse des pompes n'a que peu de rapport avec la vitesse d’éjection des gazs.Les pompes ont pour rôle essentielle d'injecter les volumes d'ergol adéquates pour optimiser la réaction chimique et maximiser le rendement.la vitesse des gazs est plutôt dues à la géométrie du moteur et la nature des ergols.
On doit plutôt jouer sur les volumes d'ergol pour faire varier la poussée.
En attendant la bonne réponse...

[Chatta]

Je voudrais savoir quelle est-elle la formule qui calcule la vitesse d'éjection?

[Arollencore]

Bonjour.
http://accrodavion.be/Accrodavions/astronautique1.html

[A voir en vidéo sur Futura]

[saint.112]

En fait la pression d’injection fournie par les pompes doit être supérieure à celle qui règne à l’intérieur de la chambre de combustion. Cela consomme donc une quantité non négligeable de comburants, donc perdue pour la propulsion cela elle n’y contribue pas.
Il y a trois parties :

1. La chambre de combustion.
   Elle est peu ou prou sphérique. Les gaz des combustion atteignent une pression élevée (je n’ai plus les chiffres en tête) mais n’ont évidemment aucune énergie cinétique.
2. Le col.
   C’est un venturi où les gaz sont accélérés dans la direction voulue et atteignent une vitesse supersonique, donc gagnent en énergie cinétique, et où, selon les lois de Bernoulli ils perdent de la pression.
3. Le divergent.
   C’est la partie en forme de cloche. Du fait que les gaz y entrent à une vitesse supersonique il se passe un phénomène absolument pas intuitif : alors que la pression diminue la vitesse augmente pour atteindre plus de 4000 km/h à la sortie. L’énergie cinétique augmente donc considérablement. La longueur du divergent est déterminée par la nécessité qu’à la sortie les gaz aient une pression la plus proche possible du milieu extérieur. Donc pour un moteur destiné à fonctionner dans le vide il sera plus long que pour un moteur destiné à fonctionner dans l’atmosphère. Sachant qu’un moteur de premier étage de fusée fonctionne dans les deux environnements il faut trouver un compromis.

J’ajoute un point trivial : la propulsion est due à une réaction newtonienne et pas à la pression des gaz sur l’atmosphère. En fait, dans l’atmosphère, la pression de celle-ci à pour effet de ralentir (ou de “bloquer“) les gaz de combustion à la sortie et donc de diminuer l’efficacité du moteur.
Nico

[Anathorn]

Un documentaire remarquable sur les flammes des fusées :
partie 1 :
https://www.youtube.com/watch?v=hex0PTPjm-A
partie 2 :
https://www.youtube.com/watch?v=5YjhpBZycSk

[Dakitess]

Saint112, sauf erreur, tu voulais dire 4000 m/s et non 4000 km/h ?

Je plussoie les deux liens postés par Anathorn : on fait difficilement mieux dans le Youtube Francophone, c'est extra.

[zebular]

Peux t'on dire"avec les mains" que les molécules de gaz à l'étroit dans le col frottent entre elles ce qui freine leur vitesse et que l'élargissement de la tuyère réduit ces frottements d'où accélération de leur éjection(de la zone haute pression vers basse pression)?

[saint.112]

Saint112, sauf erreur, tu voulais dire 4000 m/s et non 4000 km/h ?

En effet. C’est une dizaine de fois la vitesse du son.

Peux t'on dire"avec les mains" que les molécules de gaz à l'étroit dans le col frottent entre elles ce qui freine leur vitesse et que l'élargissement de la tuyère réduit ces frottements d'où accélération de leur éjection(de la zone haute pression vers basse pression)?

On ne peut pas dire ça.
Dans un fluide en mouvement dans un conduit, donc soumis aux lois de la mécanique des fluides (la mécaflu pour les intimes) :

1. Si la vitesse est subsonique :
   • Quand la section du conduit diminue la vitesse augmente et la pression diminue selon les lois de Bernoulli et sa fameuse équation. C’est ce qu’on appelle un venturi.
   • Quand la section augmente, la vitesse diminue et la pression augmente.
2. Si la vitesse est supersonique :
   • Les choses ne changent pas dans le venturi (sauf erreur de ma part).
   • Dans le divergent les conséquences sont inversées : la pression diminue et la vitesse augmente.

Tout cela est parfaitement contre-intuitif. Il faut garder à l’esprit que les lois de la mécanique des fluides sont tout à fait différentes de celle de la statique, autrement dit quand le fluide est au repos.
Nico

[zebular]

Merci pour cette réponse.

Une belle équation n'empêche pas que les choses soit intuitives.

Le comportement que tu décris me semble en tous cas,intuitif:Gros conduit-->differentiel chambre/exterieur moindre -->pression supérieure dans le conduit --> moins de place pour circuler vite et lycée de versaille

[Arollencore]

[*]Si la vitesse est supersonique :[List][*]Les choses ne changent pas dans le venturi (sauf erreur de ma part).

Je ne suis pas absolument sûr de bien comprendre ce que tu veux dire, mais un flux (déjà) supersonique RALENTI lorsque la section diminue.