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Moteur-fusée
Un moteur-fusée est un type de moteurs à réaction, c'est-à-dire un engin qui propulse un gaz vers l'arrière pour le faire avancer ou pour une fusée la faire "décoller". La poussée résulte de l'éjection de gaz produits par la combustion de substances chimiques, sans intervention de l'oxygène de l'air, ce qui lui permet de fonctionner hors de l'atmosphère terrestre.
Explication[modifier | modifier le wikicode]
Un moteur-fusée fonctionne grâce à l'action-réaction.
Exemple :
Un canon tire une boule à 90 km/h (action) mais le canon reculerait à 4,50 km/h (réaction). Les moteurs-fusées ont le même fonctionnement, mais en expulsant du gaz brûlé. Imaginez que le canon soit la fusée et la boule tirée soit la propulsion (vers l'arrière, verticalement).
Moteur-fusée "liquide"[modifier | modifier le wikicode]
Les fusées utilisant un moteur-fusée "liquide" fonctionnent avec un carburant et un comburant (pour brûler le carburant). Pendant le vol la fusée va brûler de l'hydrogène liquide et de l'oxygène injectés dans une chambre de combustion puis éjectés par la tuyère, créant la poussée.
Les défauts :
Le défaut quand on utilise un moteur-fusée "liquide" est qu'il est moins puissant qu'un moteur-fusée "solide".
Les qualités :
Les qualités du moteur-fusée "liquide" est qu'on peut le faire varier de puissance grâce aux vannes et qu'il est plus maniable.
Les principaux couples d'ergols sont :
- acide nitrique-kérosène
- hydrogène liquide-oxygène liquide (LOX)
- LOX-kérosène
- peroxyde d'hydrogène
- oxygène-hydrazine
- peroxyde d'azote-kérosène
- peroxyde d'azote-hydrazine
- peroxyde d'azote-1,1-diméthylhydrazine.
Chambre de combustion[modifier | modifier le wikicode]
La chambre de combustion est la partie où les ergols (carburants) sont injectés et brûlés. C'est également là que le refroidissement interne (dans la tuyère) est réalisé. La taille dépend du couple d'ergols et du type d'injecteurs.
Tuyère de Laval[modifier | modifier le wikicode]
La tuyère de Laval est la partie située entre la chambre de combustion et la tuyère. Elle sert à accélérer les gaz jusqu'à la vitesse du son.
Tuyère[modifier | modifier le wikicode]
La tuyère est la partie où les gaz accélèrent et sortent du moteur. Sa forme est due au besoin d'adapter la pression du gaz de sortir à la pression ambiante, pour des raisons de stabilité de combustion et de poussée. Cependant, en gagnant de l'altitude, le diamètre de sortie devrait s'élargir, ce qui est difficile à faire avec une configuration classique. Pour contrer ce problème, un nouveau type de tuyère est développée : la tuyère à compensation d'altitude, ou "aerospike". Ce genre de tuyère a la particularité de laisser un large espace aux gaz, leur permettant de "coller" aux changements de pression.
Moteur-fusée "solide"[modifier | modifier le wikicode]
La propulsion solide ou propulsion d'appoint utilise le plus souvent de la poudre à canon. Les boosters de la navette spatiale américaine utilisent la poudre. Le fonctionnement est très simple la poudre est brûlée et expulsée vers l'arrière, comme un feu d'artifice.
Il s'agit du modèle le plus simple, les ergols solides peuvent être entreposés plusieurs années, ils sont faciles à transporter et pas très chers. Pour toutes ces raisons, on le trouve sur les propulseurs d'appoint. On utilise le terme de "propergol" pour désigner un mélange oxydant/réducteur. La combustion se déroule en couches parallèles. La géométrie de base du bloc de propergol fixe alors la loi d'évolution de surface du bloc, donc sa loi de débit et de poussée. Les géométries les plus courantes sont :
- À combustion frontale : le bloc brûle "en cigarette", c’est-à-dire avec une surface de combustion faible en regard du volume mais constante.
- Avec un canal : un canal est pratiqué dans l'axe de la fusée, le canal peut être asymétrique ou présenter un motif particulier, en étoile, en U ou rond.
Les propergols les plus courants sont:
- poudre noire, très souvent utilisée dans la construction amateur.
- Monergol à base de nitrocellulose, amélioré par l'ajout d'aluminium.
- Nitrate d'ammonium, souvent mélangé avec de la poudre d'aluminium.
- Perchlorate d'ammonium
- Zinc-Soufre
D'autres combinaisons peuvent être réalisées, dans la plupart des cas, avec un ou plusieurs des éléments cités ci-dessus.
Pour donner un exemple de la complexité réelle dans le cas, très médiatisé, des propulseurs d'appoint de la navette spatiale américaine, la mixture d'ergol dans chaque moteur de propulseur consiste en (%) :
- 69,6 % de perchlorate d'ammonium - le comburant / oxydant
- 16 % d'aluminium - le carburant
- 12,04 % de polymère qui permet de lier les deux composants
- 1,96 % d'un agent de nettoyage époxy
- 0,4 % d'oxyde de fer - catalyseur
Les défauts : On ne peut pas varier la puissance et elle ne dure pas longtemps.
Les qualités : la propulsion solide est très puissante.
Par exemple sur Ariane 5, les 2 boosters propulsent 90 % de la fusée pendant le vol, alors que la propulsion liquide ne propulse que 10 % pendant le vol.
Moteur-fusée "nucléaire"[modifier | modifier le wikicode]
La propulsion nucléaire applique le nucléaire aux moteurs-fusées, ils pourraient produire une poussée considérable et de longue durée grâce à son moteur nucléaire qui chauffe en continu. Aucun moteur de ce type n'a jamais été utilisé à cause du risque d'accident dramatique et de pollution en cas de problème.
Les défauts : En cas de problème le moteur peut causer des problèmes de pollution et des explosions immenses.
Les qualités : Il peut produire une poussée considérable et de longue durée, donc très pratique.
Comment comparer une fusée qui utilise le liquide ou le solide ?[modifier | modifier le wikicode]
C'est très simple. La propulsion liquide ne laisse pas de "fumée" pendant le vol, alors que le solide laisse des grandes traînées de fumée. La navette spatiale américaine est un bon exemple, les 3 moteurs principaux sur la navette sont à propulsion liquide alors que les boosters sur les côtés laissent une traînée de fumée, donc solide.
Vikiliens pour compléter[modifier | modifier le wikicode]
Source[modifier | modifier le wikicode]
Source : cette page a été partiellement adaptée de la page Moteur-fusée de Wikipédia.
Liens externes[modifier | modifier le wikicode]
- décollage de la navette spatiale Discovery, on peut voir la différence entre propulsion liquide et propulsion solide
- Test d'un Moteur-fusée (La fumée, c'est de l'eau pour que le sol ne brûle pas)
- test d'un moteur-fusée Merlin
- Test du moteur à poudre de la navette spatiale américaine
Liens internes[modifier | modifier le wikicode]
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