I- Présentation
Le moteur cryogénique à ergols liquides fait partie des moteurs les plus efficaces mais aussi un des plus compliqués à réaliser .Sa création remonte à assez longtemps, il à par exemple servit lors du programme appollo .Il est également utilisé sur des missions plus récente comme la station spatial internationale ou Ariane 5.
Pour l’exemple d’un moteur cryogénique fonctionnant à l’hydrogène et l’oxygène la réaction de combustion qui à lieu est le suivante :
(1/2)O2 + H2 = H20
On peut dès lors constater que cette combustion à le très grand avantage d’être non-polluante car elle ne produit que de l’eau.
II- Fonctionnement et Différents systèmes existants
Avant leur injection, les deux carburants sont confinés séparément à très basses températures (-253°C, pour le dioxygène et -183°C pour l’hydrogène) dans le but de les conserver à l’état liquide, ils sont ensuite pompés par deux turbopompes actionnées par une turbine à gaz.
Le gaz poursuit son chemin en direction de la chambre de combustion ou sort par des ouvertures dédiées .La première option est la plus économe.
Cependant la deuxième option qui comprend l’éjection du gaz de la turbine du moteur est plus pratique car il permet à la turbine de fonctionner séparement. (Voir schéma)
Le système d’injection permet d’infiltrer le carburant à l’intérieure du moteur, grâce à des injecteurs qui peuvent être des injecteurs centrifuge puissant mais dure à réaliser ou des injecteurs linéaires moins puissant mais plus facilement réalisable.
Ce moteur contient également un système de refroidissement, les carburants passent par ce système après leur passage dans les turbopompes .Ce système peut être fermé et le carburant est réinjecté dans le moteur ou ouvert, le carburant est alors rejeté après son trajet .Le premier système est certes plus économique car il limite les gaspillages mais plus complexe.
Lors que le carburant est dans la chambre de combustion, une accélération se produit grâce à la forme de la tuyère qui permet à l’effet Venturi d’avoir lieu.
Cet effet est un phénomène de la dynamique des fluides qui se caractérise par l’accélération de particule gazeuses ou liquide à cause de la diminution de leur zone de circulation.
Ce long le théorème de Bernoulli lorsque le débit de fluide et constant et que le diamètre de la zone de circulation diminue alors la vitesse croît tandis que le fluide refroidit .L’énergie cinétique provient donc de la température à laquelle ce trouve le gaz.
A la sortie de cette tuyère la vitesse du gaz continu d’accroître, de se refroidir et donc d’augmenter son énergie cinétique .Plus la température du gaz est importante, plus l’énergie cinétique l’est.
III-Calcul de la puissance
Nous allons calculer la puissance P du moteur cryogénique à ergols liquide,
La formule pour ce calcule est : P = T(Ve /2)
T = 1 340 KN
Ve= 4228 m/s
Donc : P = 134O(4228 /2)
P = 2 832 760 000 W
Soit P = 2 834 ,76 MW
En conclusion, le moteur cryogénique à ergols liquide à déjà fait ses preuves dans le passé, cependant un voyage vers Mars pourrait être très long se qui entraînerait divers problèmes vis à vis de la conservation des nutriments par exemple .Mais son utilisation lors d'un tel voyage reste possible .
