Moteur de fusée : de quel type de moteur à combustion s'agit-il ?
Un moteur-fusée est un type de moteur réactif qui n'est pas affecté par l'environnement extérieur, grâce au fait qu'il transporte du carburant et un comburant dans son réservoir.
Cet article examinera brièvement le fonctionnement d'un moteur de fusée, son histoire et les types possibles.
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Concept d'un moteur de fusée
Le concept d'un moteur de fusée est assez simple. Lorsque la substance de travail (carburant et comburant) est brûlée, des gaz de combustion sont créés, qui quittent la chambre de combustion à travers la buse de décharge du moteur à une vitesse très élevée.
Lorsque les gaz d'échappement quittent le moteur, ils créent une force basée sur la loi d'action et de réaction et, par conséquent, basée sur la loi de conservation de la quantité de mouvement de la 3ème loi de Newton - le corps se déplace dans la direction opposée à la direction de l'écoulement des gaz d'échappement.
Moteur de réaction : Saviez-vous de quel type de moteur il s'agit ?
En termes simples, la machine à laquelle ce moteur est attaché est entraînée dans le sens opposé à celui où les gaz d'échappement quittent la tuyère de refoulement du moteur. L'effet des gaz d'échappement sortant de la tuyère de décharge du moteur est appelé la poussée du moteur-fusée. Elle est directement proportionnelle au produit de la masse des gaz d'échappement et de leur vitesse de sortie.
Comment fonctionne un moteur de fusée ?
L'explosion de la substance de travail se produit sous une grande pression. Le carburant et le comburant sont comprimés dans la chambre de combustion. Une buse d'évacuation rétrécie part de la chambre de combustion, grâce à laquelle la vitesse d'évacuation des gaz de combustion augmente. Cependant, la buse ne peut pas être trop étroite pour que le matériau à partir duquel elle est fabriquée ne soit pas surchargé thermiquement (fond).
La différence fondamentale entre un moteur-fusée et d'autres moteurs à combustion interne est qu'un moteur-fusée ne tire pas de comburant de l'atmosphère pendant son travail, mais dispose, en plus du carburant, d'une réserve de comburant qu'il emporte avec lui. Parce que ce moteur transporte sa source d'énergie, il peut également fonctionner dans l'espace extra-atmosphérique (vide).
Moteur essence et diesel : en quoi diffèrent-ils ?
Une autre différence est que la machine, propulsée par un moteur-fusée, n'est pas alimentée par un travail mécanique, comme avec les étincelles ou les moteurs diesel qui alimentent les voitures, mais par l'effet de réaction des gaz d'échappement.
De plus, à l'exception de certains systèmes auxiliaires tels que la pompe, la rotation des buses, etc., le moteur-fusée ne contient pas de pièces mobiles nécessaires aux moteurs à combustion ordinaires (pistons, vilebrequin, arbre à cames et autres composants). Ainsi, le moteur-fusée occupe une position particulière parmi les autres moteurs à combustion.
Le fonctionnement du moteur-fusée en bref
- Il ne tire pas la substance active de l'atmosphère
- La sortie utile du moteur n'est pas un travail mécanique, mais l'effet de réaction des gaz d'échappement
- Hormis certains systèmes auxiliaires, il ne contient pas de pièces mobiles
En fonction de l'état du carburant, les moteurs-fusées peuvent être divisés en deux catégories : les moteurs à carburant liquide et solide.
Moteur-fusée à propergol liquide :
Un moteur-fusée à propergol liquide est propulsé par un mélange de carburant et de comburant dans la chambre de combustion. La substance de travail est ainsi mélangée dans la chambre de combustion, où elle s'enflamme sous haute pression.
Combinaisons de carburants et de comburants pour moteurs-fusées à propergol liquide :
L'agent oxydant ne doit pas toujours être de l'oxygène ; il peut également s'agir d'autres molécules avec un excès d'oxygène, comme l'hydrogène liquide ou des mélanges d'hydrocarbures. Les combinaisons les plus courantes de la substance de travail sont:
- Hydrogène liquide et oxygène liquide
- Oxygène liquide et kérosène
En plus de ces combinaisons, d'autres combustibles et oxydants sont utilisés, et chaque combinaison présente des avantages et des inconvénients.
Moteur-fusée à propergol solide
Un moteur-fusée propulsé par du carburant solide est alimenté par un mélange de carburant sous forme de grains, qui contiennent un oxydant en plus du carburant. La substance de travail de ce moteur est stockée dans la chambre de combustion. L'avantage des moteurs à combustible solide est leur excellente capacité de stockage et leur disponibilité à l'emploi. En revanche, un gros inconvénient est que ce type de moteur ne peut pas être éteint.
Le premier allumage de la substance de travail déclenche toute la réaction, qui ne se termine que lorsque la substance de travail n'est pas complètement épuisée. C'est pourquoi ce moteur est le plus souvent utilisé comme moteur auxiliaire de décollage de navettes ou d'avions.
Moteur fusée hybride :
Il s'agit d'un moteur-fusée dans lequel l'un des composants, carburant ou comburant, est à l'état liquide et l'autre composant est à l'état solide.
Un moteur-fusée sert principalement à propulser :
- fusées militaires
- fusées spatiales
- navettes spatiales
- satellites et sondes spatiales
- avions
- comme moteur auxiliaire de démarrage d'avions
Même si le moteur-fusée ne sert pas à faire rouler des voitures, il y a eu quelques fous qui ont équipé leurs véhicules de ce type de moteur, que vous pouvez lire dans notre article : Le moteur à réaction : Saviez-vous de quel moteur il s'agit ?