Bibliographie & annexes
Quiz & test
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La turbomachine pour moteur-fusée est sans doute parmi les équipements les plus complexes d’un véhicule spatial, un concentré de technologie et de maitrise industrielle qui est souvent étiqueté comme savoir-faire stratégique. Le milieu cryogénique, pratique obligée pour des systèmes à haute performance, rajoute des complexités spécifiques à l’application spatiale, qui jouent un rôle important dans toutes les phases du produit, de la conception à la qualification. Des lignes guides de dimensionnement et d’intégration de turbopompes spatiales sont fournies en passant par les notions élémentaires de dimensionnement fonctionnel pompe, turbine et circuits secondaires, ainsi que par la mécanique, l’analyse vibratoire et la sustentation d’arbre.
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Rocket engine turbomachineries represent one of the most complex equipments of a space vehicle, a concentrate of technology and industrial expertise often considered as strategic know-how. The use of cryogenic fluids for high performance propulsion systems, brings additional complexities that are specific to space application, playing an important role in all phases of a product life, from design to qualification. Guidelines for turbopumps design and integration are presented, covering the elementary concepts of pump, turbine and secondary circuits design, as well as mechanics, shaft sustentation and vibration analysis.
Auteur(s)
-
Giuseppe FIORE : Chef du service Équipements Propulsifs et Mécanismes - CNES, Paris, France
INTRODUCTION
Le moteur-fusée représente une des merveilles technologiques permettant à l’humanité d’explorer au-delà des limites imposées par la gravité planétaire. Son rôle est de générer de la poussée de façon intense, efficace et contrôlée.
Cette poussée propulse les véhicules spatiaux leur permettant de vaincre la gravité, de s’injecter en orbite et de maintenir une trajectoire stable et compatible avec les objectifs de mission. Sous le terme « propulseur » sont souvent confondus équipements avec fonctions diverses et variées mais avec le même principe de fonctionnement : l’éjection à haute vitesse d’un fluide embarqué produit une accélération du véhicule cohérente avec la conservation de la quantité de mouvement totale du système.
Ces propulseurs peuvent être utilisés pour :
-
contrôler l’orientation d’un satellite lui permettant de pointer ses instruments avec précision ;
-
finaliser sa mise en orbite ou en corriger son éventuelle dérive ;
-
fournir au lanceur l’énorme poussée dont il a besoin pour le décollage (masse Ariane 5 ∼ 800 t) et pour son voyage à des milliers de kilomètres loin de la surface terrestre.
Dans cet article on se concentre sur cette dernière option, caractérisée par des niveaux de puissance difficilement atteignables sans l’aide d’équipements auxiliaires, qui constituent l’ensemble de ce que l’on appelle « moteur-fusée ».
Dans la pratique aérospatiale tout équipement est soumis à des contraintes de masse. C’est ici que la notion de compacité rentre en jeu : le rapport entre poussée et masse d’un moteur-fusée (Thrust-to-Weight Ratio) est un indicateur efficace de la qualité du design d’un moteur. La turbopompe de moteur-fusée joue un rôle essentiel au regard de ces considérations.
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KEYWORDS
turbine | turbopumps | cryogenic fluid | power pack
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Présentation
Fonctionnel
En anglais
1. Présentation des turbopompes de moteur-fusée
La turbopompe spatiale apporte la capacité de pouvoir cibler des puissances très élevées tout en gardant une bonne compacité au niveau de l’ensemble moteur. Ces machines sont capables d’apporter une quantité énorme d’énergie aux fluides de travail, permettant de cibler des niveaux de rapport poussée/masse autrement inatteignables.
La fonction principale des turbomachines pour application spatiale peut être formulée de façon assez simple : fournir le bon couple pression/débit aux ergols qui seront ensuite canalisés vers des organes de combustion.
En termes d’application propulsive primaire, c’est-à-dire la génération de poussée qui permet à une fusée soit de décoller (moteurs de première étage), soit de donner au véhicule les bons paramètres orbitaux (moteurs d’étage supérieur), la présence d’une turbopompe a des impacts immédiats sur la performance propulsive.
En considérant l’équation de la poussée au premier ordre :
Le paramètre Isp, impulsion spécifique, est souvent considéré comme index d’efficacité du système propulsif, indiquant la qualité d’utilisation de la masse de propergol pour produire un changement de vitesse du véhicule. Ce paramètre est intimement lié à la vitesse d’éjection des gaz ve :
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Présentation des turbopompes de moteur-fusée
BIBLIOGRAPHIE
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...
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