Glossaire des moteurs utilisés
MOTEURS
Glossaire
Motorisation et principe de fonctionnement
1- LES MOTEURS FUSEES
Ce type de moteurs est en amélioration constante depuis 50 ans.
A-Deux catégories de moteurs fusées
- Moteur fusée a ergols solides
(SOLID ROCKET MOTOR)
Un bloc de poudre comprenant des particules
solide de carburant et de comburant est mis
à feu et brûle tant que le bloc n 'est pas entièrement consumé.
Il est possible pour diminuer le poids de remplacer le comburant solide par
l 'oxygène de l 'air, le carburant
restant un bloc solide (voir GNOM)
- Moteur fusée a ergols liquides
(LIQUID ROCKET MOTOR)
Celui utilisé par toutes les fusées consommables classiques.
Des turbopompes aspirent les ergols depuis des réservoirs (et non depuis l ' atmosphère).
Ils sont brûlés dans la chambre de combustion et s 'échappent par la tuyère.
Le couple comburant / carburant le plus efficace de toute la palette chimique est : oxygène / hydrogène.
Une des dernières variantes est l' expander rocket (l 'hydrogène avec changement d'état de liquide à gazeux)
- Pas de dogmatisme : il existe bien des hybrides solide/liquide. Une société privée, l'AMROC pour AMercian ROCket company a tenté de commercialiser un lanceur de ce type dans les années 80.
B- Quatre idées excellentes pour améliorer les moteurs fusées classiques.
- Pressure-fed
Considéré pour les boosters de la navette américaine,mais les fusées a ergols solides l'emportèrent Les moteurs à ergols liquide nécessitent une turbopompe pour aspirer les ergols dans le moteur.
Or les turbopompes sont des objets coûteux, complexes, fragiles, dans tout les cas difficile a réutiliser.
Voyant ce problème des ingénieurs comme Bob Truax imaginèrent de se passer de turbopompes en mettant le carburant directement sous pression dans les réservoirs. Ils obtinrent ce résultat en injectant un gaz sous pression dans le réservoir, gaz qui par sa pression force le carburant dans le moteur…Cela simplifiait considérablement le booster mais exigeait des réservoirs très épais et solides voire assez lourds…le bon coté est que ces boosters solides comme des briques étaient facilement récupérable à la mer.
Ce type de moteur plus fiable et plus abordable semble être le must absolu du secteur privé.
OTRAG, Truax, Percheron, Beal, Scorpius, et le Falcon de Elon Musk (au moins partiellement)...tous privés, tous pressure-fed!
De manière incroyable la seule fusée à avoir jamais utilisé régulièrement un étage pressure-fed est... Diamant. Les Vexin et Valois étaient de ce type, pas de turbopompes. Un savoir faire perdu avec le Viking d'Ariane qui a bien sur d'autre qualités!
- Tripropellant
Un problème de carburant : l'hydrogène est le plus énergétique certes mais seulement dans l 'espace De plus son stockage à basse température annihile partiellement le bénéfice de l 'énergie.
Les hydrocarbures (essentiellement kérosène mais aussi méthane) eux sont plus énergétiques au décollage et, de plus moins difficiles à stocker.
Conclusion : les deux carburants sont complémentaires (les deux utilisent l 'oxygène comme comburant d 'ou le nom de tripropellant, en français triergols). Le moteur est conçu pour brûler indifféremment les deux carburants voire les deux mélangés!!
Un concept extraordinaire utilisant des moteurs tripropellant: la navette russe MAKS
- Aerospike
Variante du moteur fusée dans lequel la tuyère s'adapte automatiquement aux variations de pressions avec l ' altitude (étroite au niveau du sol , large dans l 'espace). La forme de cloche habituelle est remplacée par une simple fente latérale, l'autre coté de la tuyère étant la pression de l 'air (d 'ou le nom du moteur d 'ailleurs!!).
Quand celle ci est forte, au niveau du sol le jet de gaz est écrasé : la tuyère est étroite.
Quand l 'engin monte la pression diminue et la tuyère s 'élargit… augmentant la poussée de façon optimale.
- Air-augmented rocket, ducted-rocket , ejector rocket
Variante du moteur fusée classique entouré d ' une prise d 'air (en forme de tuyau) qui amène l 'air jusque à la tuyère de la fusée (une fusée à double flux...)
2- MOTEURS AEROBIES
Turboréacteur (TURBOJET)
Un compresseur tourne à l'avant, aspire et comprime l'air vers la chambre de combustion.
Les gaz s'échappant par la tuyère font tourner une turbine qui est relié au compresseur… la boucle est bouclée.
Statoréacteur (RAMJET)
Le moteur est mis en mouvement (poussé par un autre moteur ou… un autre avion)
L'air rentre de lui même sans compresseur, est ralenti à vitesse subsonique.
Comprimé par le dessin de l'entrée d 'air il brûle dans la chambre de combustion et le mélange brulé ressort par la tuyère.
Il en existe un grand nombre de dérivés ayant pour objectif de résoudre le problème de poussé nulle aux basses vitesses. (voir plus bas)
(Super) statoréacteur (SCRAMJET)
Variante du statoréacteur dans lequel l ' air rentre dans la chambre de combustion à vitesse supersonique.
Les deux moteurs peuvent être réunis par une variation de la géométrie interne.
Pulsoréacteur (PULSEJET)
Des clapets amovibles s 'ouvrent dans l'entrée d 'air. L' air rentre de lui même, il est brûlé avec le carburant provoquant une hausse de pression qui ferme les clapets.
Puis la pression retombe et les clapets se rouvrent. Ça vibre,ça claque : c'est le V-1!
PWDE (PULSE WAVE DETONATION ENGINE)
Variante amélioré du pulsoréacteur consistant à créer une détonation supersonique (et non une combustion subsonique ) du carburant pour propulser un engin (Aurora, pour ne pas le nommer...) à grande vitesse.
Ramjet-rocket
Variante du moteur fusée classique. L'air est prélevé par une entrée d 'air ; cet air ne va pas dans la tuyère de la fusée mais dans un statoréacteur (qui brûle le même carburant).
En fait c 'est tout simplement l'inverse de l 'ejector ramjet…
La liquéfaction
LACE (LIQUID AIR CYCLED ENGINE)
Premier système développé dans les années 60
L 'hydrogène des réservoirs cryotechniques est utilisé pour liquéfier l 'air (sans séparation azote / oxygène) nécessaire au moteur fusée.
ACES (AIR COLLECTION AND ENRICHMENT SYSTEM)
Variante du moteur fusée LACE dans lequel l ' air est recueilli par la prise d'air voit ensuite l'oxygène séparé l'azote et liquéfié.
RBCC (ROCKET BASED COMBINED CYCLE)
Combinaison entre (super) statoréacteur et moteur fusée
Exemple:
- Ejector ramjet
(statoréacteur avec une fusée dans la tuyère pour l 'accélération)
- Supercharged ejector ramjet
(même principe mais avec un compresseur type turboréacteur)
TBCC (TURBINE BASED COMBINED CYCLE)
Tout les moteurs combinés utilisant un compresseur type turboréacteur.
-TURBOROCKET : Compresseur fusée (ne pas confondre avec RBCC)
-TURBORAMJET : Compresseur (super) statoréacteur
- KLIN Variante du turboréacteur dans lequel l 'air est préalablement très refroidi (mais pas liquéfié!!) ce qui permet d ' éviter le problème de surchauffe du compresseur (qui bloque les turboréacteurs à Mach3.2 habituellement)
La chaleur est ensuite transmise à l 'hydrogène celui ci changeant d'état passant dans un moteur fusée adapté (type Expander-rocket.)
3- Variantes du statoréacteur…
RAMJET
- statoréacteur
TURBORAMJET
- statoréacteur turboréacteur
EJECTOR RAMJET
- statoréacteur fusée
SUPERCHARGED EJECTOR RAMJET
- statoréacteur fusée compresseur
SCRAMJET
- statoréacteur supersonique (chambre variable)
SUPERCHARGED EJECTOR SCRAMJET
- statoréacteur supersonique fusée compresseur
SCRAM-LACE
- statoréacteur supersonique liquéfaction
Toutes ces améliorations du ramjet ont deux objectifs
- Etendre la plage de vitesse vers le bas (les 3 premiers)
- Etendre la plage de vitesse vers le haut (les trois autres)
Car le statoréacteur simple ne marche pas aux basses vitesses (en dessous de mach2) et cale à très grande vitesse (au delà de mach6)
Le ralentissement de l 'air en subsonique produit , au delà de mach 6 , des chocs qui finissent par annihiler la poussée. D'ou l 'idée de toujours ralentir l 'air mais… en supersonique, ce qui n'a été fait que très récemment en France , en Russie et aux Etats Unis (années 90).
Pour l 'accélérer en dessous de mach2 on utilise les deux seuls moteurs fournissant une très forte poussée au décollage : réacteur (ou simplement son compresseur) ou moteur fusée…
