Dans un premier temps, une présentation générale permettra de définir la problématique de la propulsion spatiale, les enjeux associés et le déroulement type d'une mission.
Par la suite, les systèmes propulsifs à propergols liquides seront étudiés ainsi que les détails de l'étage de la fusée qui contribuent à sa propulsion (réservoirs pressurisateur, turbopompes, chambres propulsives) seront présentés. Pour bien comprendre les enjeux de ce type de système de propulsion, les problèmes d'interface et d'optimisation d'étages devront être analysés. Une mise en application sera faite sur le dimensionnement d'un lanceur (Ariane5).
Partie 1 : Généralités sur les lanceurs et les moteurs
1- Généralités sur les lanceurs
- Rappel de mécanique spatiale
o c’est quoi être en orbite ?
o orbites circulaires et elliptiques.
o orbites basse, moyenne , GTO, Géostationnaire, orbites para et hyperboliques
- Les différents type d’ergols
o Ergols solides
o Ergols liquides« stockables »
o Ergols liquides cryogéniques
- Avantage et Inconvénients des différents types d’ergols
o Isp
o indice constructif des étages
- DeltaV d’un étage > lanceurs multi-étage
2- Généralités sur les moteurs fusées
- Théorie de la tuyère
o Blocage sonique au col
o Détente , Vitesse d’éjection et Isp
o Tuyère sous-détendue, adaptée et sur-détendue dimensionnement du divergent en fonction de type d’étage (booster, étage « principal », étage supérieur)
o Le décollement de jet
- Les 5 principaux cycle de moteurs
o Moteurs sans pompe
>Moteur/Étage solide ( = étage à poudre)
>Moteur/Étage pressurisé
o Moteurs avec pompe
>Moteurs à flux dérivé :
• le cycle Générateur de Gaz ( exemple :le moteur Vulcain / Vulcain 2 / Vulcain2.1 d’Ariane 5/6 )
>Moteur à flux intégré :
• Le cycle Combustion Étagée ( exemple : le moteur SSME de la navette spatiale américaine)
• Le cycle Expader (exemple : le moteur Vinci d’Ariane 6)
avantages et inconvénients de chacun de ces 5 cycles moteurs.
Partie 2: Systemes propulsifs - Les aspects etage
Notion d’étage propulsif, exemples
o Concept de l’étagement
o Fonctions principales d’un étage propulsif
o Etages d’Ariane 5
o Etages de Saturn V
o Etages d’Ariane 6
o Cycle industriel de production d’un étage
o Etages pressurisés
>Exemple : l’étage EPS d’Ariane 5 ES
>Equations de base
o Etages à turbopompes
>Equations de base
> NPSP et contraintes sur la pression réservoir
• Les structures et l’aménagement
o Bâti moteur
> Fonctions
> Exemple du bâti moteur EPC (Ariane 5)
o Réservoirs
o Pilotage
> Méthodes de pilotage
> Contraintes
• La mise en œuvre
o Définition
o Exemple de la mise en œuvre EPC à Kourou (Ariane 5)
o Remplissage des réservoirs
o Mise en froid moteur(s)
o Exemple de chronologie de lancement (Ariane 5)
• Conception optimisée d’un étage
o Variables clés et relations fondamentales
o Optimisation de l’impulsion spécifique
o Considérations générales sur l’optimisation d’un étage inférieur ou supérieur
• Les ergols
o Qualités et défauts d’un ergol / d’un couple d’ergols
o Oxydants et réducteurs courants
• Les systèmes d’alimentation, de pressurisation et de commande
o Système d’alimentation
>Principales fonctions
> L’effet POGO et le Système Correcteur POGO
o Système de pressurisation
> Introduction
> Régulation de la pression réservoir
> Exemple du système de pressurisation de l’EPC (Ariane 5)
o Système de commande
> Fonctions
> Exemple du système de commande de l’ESC-A (Ariane 5)
• Autres sous-systèmes
o Systèmes de séparation inter-étages
- Manager: Georges Salameh