Transcript Formation propulsion hybride
Formation propulsion hybride
Initiation propulsion hybride
Comprendre son fonctionnement
Commission Propulsion
Sommaire
Introduction : qu’est-ce que la propulsion fusée ?
Fonctionnement d’un moteur-fusée Propulsion liquide Propulsion solide Théorie de la propulsion hybride Avantage / inconvénient Couple d’ergols Comportement mécanique des paraffines Historique Ressources techniques Planète Sciences Questions / réponses
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Introduction (1)
But : fournir la force propulsive nécessaire à un mobile afin qu’il puisse réaliser sa mission Missions possibles : Trajectoire balistique Mise en orbite Contrôle d’attitude Dans le cadre d’une mise en orbite : donner à cette objet la vitesse nécessaire :
Orbite basse : ~9500 m/s Orbite de transfert géostationnaire : ~11500 m/s Géostationnaire : ~13000 m/s 3
Introduction (2)
Le ∆V se calcul à partir des performances du moteur et des masses du lanceur : La vitesse qu’il est possible d’atteindre, se déduit du ∆V et des pertes lors du vol : Pertes par gravité Pertes par trainé Pertes par incidence Un moteur se caractérise par sa poussée et son ISP
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Fonctionnement d’un moteur-fusée (1)
La réaction chimique à lieu dans la chambre de combustion Les gaz chauds sont éjectés par la tuyère si Pc > Pe Par principe d’action/réaction cela produit une poussée
F
q
V e
(p e
p a )
S e
Les gaz sont détendus à travers la tuyère
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Fonctionnement d’un moteur-fusée (2)
V e
2
R M
1
T
0 ( 1
P
(
P
0
e
) 1 avec (P 0 , T 0 ) conditions avec (M, γ) caractéris dans la chambre en amont tiques du col des gaz dans la chambre La tuyère permet de transformer la réaction exothermique en énergie cinétique Différentes formes de tuyères
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Fonctionnement d’un moteur-fusée (3)
Rapport des sections : Tuyère sous détendu : Ps > Pa Tuyère adapté : Ps = Pa Tuyère sur détendu : Ps < Pa Critère de décollement : Ps < 0.4 Pa
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Propulsion liquide (1)
Les ergols sont stockés séparément dans des réservoirs puis injectés dans la chambre de combustion La performance dépend du choix du couple d’ergols
Stockable, ex : UDMH/N2O4, Isp : 250 à 330s Semi cryotechnique, Lox/Kérosène, Isp : 300 à 370s Cryotechnique, Lox/LH2, Isp : 380 à 470s
Trois modes d’alimentations :
Blow-down : simple, peu performant Pressure Fed : complexité et performance moyenne Turbopompe : complexe et très performant
Le choix de l’ergols dépend de la mission
Moteur orbital : forte poussée Contrôle d’attitude : fort Isp 8
Propulsion liquide (2)
L’ISP d’un moteur dépend aussi du rapport de mélange Différents cycles moteur dans le cas de TP : Choix du cycles : dépend du niveau de performance désiré et du budget disponible
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Propulsion solide (1)
Les deux ergols sont mélangés avec différents additifs et stockés dans la chambre de combustion qui fait office de réservoir Loi de régression : vitesse d’ablation du propergol normale à sa surface : Forte poussée Faible ISP (max 280s) Pas de modulation de poussée ni d’extinction Principalement utilisée pour les missiles (de tout types) et pour sortir de l’atmosphère pour les lancseurs civiles
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Propulsion solide (2)
Profil de poussée fonction de la géométrie du bloc
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Théorie sur la propulsion hybride (1)
Un ergol liquide, un ergol solide En général, oxydant liquide, combustible solide Il faut un apport de chaleur pour démarrer la combustion
Pre chamber
Solid fuel
Post-combustion chamber
Liquid oxidizer Solid Feeling system + gate + injector fuel
Combustion chamber Nozzle
La préchambre sert à vaporiser l’oxydant La postchambre permet de brûler le restant d’oxydant
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Théorie sur la propulsion hybride (2)
Sous l’effet de la chaleur le combustible est sublimé Les gaz issus de cette sublimation brûlent avec l’oxydant Lois de régression : Avec :
r
.
a
.
G o n
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Avantages
Sécurité : pas de risques d’explosion Coût : les briques technologiques existent déjà, condition de sécurité moins importante Performance : même ordre de poussée que le solide, ré allumable, meilleur ISP que le solide, même ISP que le semi-cryotechnique
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Inconvénients
Vitesse de régression : de 0,1 à 5mm/s contre 10 à 15 pour les propergols solides Optimisation de l’encombrement du réservoir et de la chambre Ablation accrue du col de la tuyère Carbone/Carbone Carbone Phénolique Silice Phénolique Propergol Solide 0,13 mm/s 0,252 mm/s 0,42 mm/s Propergol Hybride 0,24 mm/s 0,65 mm/s 1,12 mm/s Fortes instabilités de combustion (basse fréquence)
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Couples d’ergols
Oxydants : quasiment tous les oxydants connus
LOX N2O H2O2 N2O4 HNO3
Réducteurs : tous matériaux carboné, solide à T ° ambiante
Plastiques (HTPB, PE, PMMA, ABS, Plexiglas, etc…) Paraffine Sorbitol Saucisson!!!
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Couple d’ergols (2)
Intérêts de la paraffine :
Mode de combustion : liquéfaction, puis évaporation des gouttelettes
Vitesse de régression 3 à 5 fois supérieur / HTPB Meilleur indice constructif de l’étage Attention : tenu mécanique du bloc au court du temps 17
Comportement mécanique des paraffines
Caractériser pour comprendre Modéliser pour simuler Simuler pour prédire
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Les paraffines se déforment très peu Elles sont très sensibles à la température
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Historique (1)
Année 60/70 : nombreux essais (surtout USA), mise au point par l’ONERA de la fusée sonde LEX Fin des année 80 : AMROC (AMerican ROcket Compagny), nombreux essais en LOX/HTPB multi-canaux, plus gros moteur conçu : 312KN de poussée
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Historique (2)
Fin des année 90 : rachat des brevet d’AMROC par SpaceDev pour réalisée le SpaceShipOne en 2004, puis le SpaceShipTwo en ce moment Début des année 2000 : Université de Standford, premiers essais de la paraffine, nombreux essais depuis, les plus actifs sur ce sujet actuellement
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Ressources techniques Planète Sciences
Base documentaire Suivi FAQ Étuve -60 ° C / +80 ° C Tour pour usiner Paraffine Matériel de protection Formation au matériel Formation à la propulsion hybride
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Questions / réponses
Si vous n’avez pas compris c’est le moment !!!
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