Pour en savoir plus : Les moteurs à propergols liquides

Complexité :

	La nécessité d’injecter les ergols sous forte pression dans la chambre de combustion complique la réalisation des moteurs-fusée à propergols liquides. Ils peuvent être qualifiés de « cauchemars de plombiers ».
Moteur Vulcain 2 (Ariane V) Photo G.Thésée

Les deux types de fonctionnement :

Les ergols doivent pouvoir entrer dans la chambre de combustion. Ils doivent donc être injectés à une pression supérieure à celle-ci. Pour cela on distingue deux grands principes :
Les propulseurs à réservoirs pressurisés : petits moteurs
Les propulseurs alimentés par turbopompe : gros moteurs.

1) Réservoirs pressurisés :

Ce sont les systèmes les plus simples. Un réservoir annexe contient un gaz inerte (hélium) sous forte pression. Un détendeur abaisse et régule cette pression qui pressurise les réservoirs d’ergols.
Ce système est limité aux chambres à faible pression (20 bars) et ne s’applique donc qu’aux propulseurs à faibles performances.

Exemples :
1er étage Diamant
2eme étage Ariane V, moteurs de transfert d’orbite ou de contrôle d’attitude.

2) Alimentation par turbopompes :

Les ergols sont mis en pression par des turbopompes mues par des gaz chauds. Selon le mode d’échappement des gaz à la sortie de la turbine d’entraînement, on définit deux types de flux.

a) Moteurs à flux dérivé :

Un générateur de gaz alimenté en ergols par les turbopompes fournit les gaz nécessaires à l’entraînement de la turbine. L’échappement se fait ensuite par une petite tuyère annexe, indépendante de la tuyère principale du moteur.
Cet échappement contribue pour quelques pour-cent à la poussée globale du moteur.
Dans de nombreux cas l’un des ergols circule dans une double paroi de la tuyère avant son injection, assurant ainsi un refroidissement efficace du divergent.
Sur  les moteurs cryotechniques, la coexistence des grands froids et des hautes températures du moteur amène de grandes difficultés techniques.
La technique du flux dérivé est facile à développer et donne de bonnes performances dans les chambres à moyenne pression (jusqu’à 100 bars).

Exemples :

Moteur de V2 (Von Braun 1943) Ergols oxygène liquide et éthanol. Poussée initiale 250 kN Pression chambre 15 bar Isp 210 s	Photo G.Thésée
Moteur Vulcain 2 1er étage d’Ariane V Poussée 1350 kN Pression chambre 115 bar Isp 433s Durée de vie 6000 secondes	Photo Snecma
Moteur F1 Saturn V (1960) Le moteur des missions Apollo. Le plus puissant jamais fabriqué. Ergols LOX et kérosène Poussée 6800 kN Pression chambre 77 bars Isp 260s Durée de fonctionnement 260 secondes.

b) Moteurs à flux intégré :

Combustion étagée :

A la sortie du générateur de gaz, qui constitue une petite chambre de combustion, les gaz sont dirigés vers la turbine de la turbopompe puis injectés dans la chambre de combustion principale où ils s’intègrent au fonctionnement général du moteur-fusée.
Ce type de moteur est très difficile à développer.
Il s’applique aux très fortes pressions (200 à 300 bars) et fournit de très hautes performances.

Exemples :
Moteur navette spatiale

Ergols cryogéniques Poussée 2090 kN modulable de 60 à 110 % Pression préchambres 340 bar Pression chambre 205 bar Moteur réutilisable.

Moteur soviétique RD 253 Fusée Proton (1965)
Ergols UDMH et N2O4
Poussée 1700 kN
Isp 320 s
Pression préchambre 240 bar
Pression chambre 150 bar

Cycle « expander » :

Dans ce type de moteur, l’entraînement de la turbine des turbopompes est assuré sans combustion par la vaporisation d’une partie de l’hydrogène liquide issu du réservoir principal.

Exemple :

 

Moteur cryogénique Vinci prévu pour le 2eme étage d’Ariane V. Poussée 150 kN Isp 460 s Pression chambre 75 bar Poussée modulable de 50 à 110 %
	Doc SNECMA moteur Vinci

Moteur cryogénique RL 10 Pratt & Whitney
Poussée 73,4 kN
Isp 444 s
Pression chambre 33 bar
Rallumable 7 fois