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 Refroidissement d'une chambre de combustion

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nikolai39
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nikolai39

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MessageSujet: Refroidissement d'une chambre de combustion   Refroidissement d'une chambre de combustion EmptyVen 6 Déc 2013 - 20:48

J'ai une petite question à soumettre à nos spécialistes des moteurs. J'écris en ce moment un article sur le moteur RD-864 qui propulse le troisième étage du lanceur léger Dniepr.

Ce moteur a été développé en Ukraine à partir de 1976 par le KB Youzhnoïe. Dans une de leur brochure, ils écrivent ceci (je le recopie en Anglais afin de ne pas faire de contre-sens) :

Citation :
Internal film cooling of liquid-propellant engine chamber using two propellant components was first implemented.
Si j'ai bien compris, on utilise les ergols (UDMH/NTO) pour créer un film sur la paroi de la chambre afin de la refroidir ?
Quelqu'un peut confirmer que ce moteur est bien le premier à utiliser ce principe ?

Et, petite question subsidiaire, quelqu'un sait comment on s'y prend pour créer ce film ? Je connaissais les films d'huile pour le graissage des pompes, mais là j'avoue que ça m'en bouche un coin...

Merci !

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Syl35




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MessageSujet: Re: Refroidissement d'une chambre de combustion   Refroidissement d'une chambre de combustion EmptyVen 6 Déc 2013 - 22:26

Je ne peux répondre à l'ensemble de tes questions, mais oui le refroidissement de la chambre par "film cooling" est une méthode utilisée.

Un très bel exemple illustratif provenant de chez ArmadilloSpace:

Refroidissement d'une chambre de combustion Inject10
Refroidissement d'une chambre de combustion Injector3_before


--> page relative : http://armadilloaerospace.com/n.x/armadillo/home/news?news_id=356

On voit très bien sur l'extérieur de la plaque d'injection la couronne de petits points d'injection dédiés à la création du film de refroidissement.
Il faut imaginer qu'en sortie de chaque trou d'injection, il va y avoir un jet conique. Avec la pression des gaz enflammés dans la chambre, les jet vont se faire écraser contre la paroi, ils suivent le mouvement des fluides vers la sortie en s'évaporant au fur et à mesure (ce qui crée un refroidissement de la paroi). On obtient du coup un "film" sur tout la surface de la chambre.


Le résultat est assez franc sur cette image suite à un test de combustion (ce n'est pas exactement la même plaque d'injection que celle juste au dessus):
 
Refroidissement d'une chambre de combustion Injector2_after

Refroidissement d'une chambre de combustion Inject11

On voit bien la différence d'aspect de l'inox entre les trous du film cooling, la paroi d'un côté  et la zone de combustion de l'autre.
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Space Opera
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Space Opera

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MessageSujet: Re: Refroidissement d'une chambre de combustion   Refroidissement d'une chambre de combustion EmptyDim 8 Déc 2013 - 2:00

Le refroidissement par injection sur les parois de carburant froids est une technique très répandue et utilisée par l'essentiel des moteurs cryotechniques en fait. C'était une nouveauté... dans les années 60 :)

Une exemple d'une fusée qui l'utilise ? Ce bon vieux Vulcain d'Ariane 5, c'est notamment pour ça que l'intérieur des tuyères semble toujours "rayé", ces rayures servent en fait à canaliser le long des parois le "liquide de refroidissement" qui n'est autre que de l'ergol cryo (en général LOX, parfois H2 pour les chambres) qui est émis par des buses dédiées puis qui reste collé contre la paroi à cause de la pression interne de la chambre ou de la tuyère. Vulcain 2 fait même mieux: le carburant est injecté à la fois dans la chambre, et de nouveau au milieu de la tuyère via le tore qui court en son milieu.

La seule "nouveauté" que je vois, c'est l'utilisation de 2 ergols différents.

Quelques exemples en image: le F-1 de Saturn V:

Refroidissement d'une chambre de combustion F1_Nozzle

Un SSME:

Refroidissement d'une chambre de combustion Coleman-and-Simpson-inside-space-shuttle-main-rocket-nozzle02

Moteur H-1:

Refroidissement d'une chambre de combustion 800px-H-1_Rocket_Engine

Moteur Vulcain:

Refroidissement d'une chambre de combustion Vulcain2%20chambre
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MessageSujet: Re: Refroidissement d'une chambre de combustion   Refroidissement d'une chambre de combustion EmptyDim 8 Déc 2013 - 8:26

"Whouaou", Space Opera, commettre un article sur la lubrification des tuyères de moteur fusée à 02:00 h ce matin ! veneration
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MessageSujet: Re: Refroidissement d'une chambre de combustion   Refroidissement d'une chambre de combustion EmptyDim 8 Déc 2013 - 9:40

Space Opera a écrit:
Une exemple d'une fusée qui l'utilise ? Ce bon vieux Vulcain d'Ariane 5, c'est notamment pour ça que l'intérieur des tuyères semble toujours "rayé", ces rayures servent en fait à canaliser le long des parois le "liquide de refroidissement" qui n'est autre que de l'ergol cryo (en général LOX, parfois H2 pour les chambres) qui est émis par des buses dédiées puis qui reste collé contre la paroi à cause de la pression interne de la chambre ou de la tuyère. Vulcain 2 fait même mieux: le carburant est injecté à la fois dans la chambre, et de nouveau au milieu de la tuyère via le tore qui court en son milieu.
D'où la fameuse "mise en froid" du moteur avant le décollage afin qu'il ne subisse pas de choc thermique ?
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Arthagus


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MessageSujet: Re: Refroidissement d'une chambre de combustion   Refroidissement d'une chambre de combustion EmptyMar 10 Déc 2013 - 19:27

MarsSurfaceWanderer a écrit:
Space Opera a écrit:
Une exemple d'une fusée qui l'utilise ? Ce bon vieux Vulcain d'Ariane 5, c'est notamment pour ça que l'intérieur des tuyères semble toujours "rayé", ces rayures servent en fait à canaliser le long des parois le "liquide de refroidissement" qui n'est autre que de l'ergol cryo (en général LOX, parfois H2 pour les chambres) qui est émis par des buses dédiées puis qui reste collé contre la paroi à cause de la pression interne de la chambre ou de la tuyère. Vulcain 2 fait même mieux: le carburant est injecté à la fois dans la chambre, et de nouveau au milieu de la tuyère via le tore qui court en son milieu.
D'où la fameuse "mise en froid" du moteur avant le décollage afin qu'il ne subisse pas de choc thermique ?

Bonjour,

Je me permet de compléter la réponse précédente.
Le moteur Vulcain2 utilise que très peu le film cooling. La chambre de combustion est refroidie par circulation d'hydrogène à l'intérieur de la paroi et non à l'extérieur de la paroi (via des canaux internes comme sur l'image ci-dessous, qui n'est pas un coupe de Vulcain). Dans le cas du Vulcain2, le film cooling intervient assez tard, au moment de la réinjection dans le divergent des gaz d'échappement des turbines (TEG sur l'image ci-dessous, tirée de http://elib.dlr.de/62530/1/AIAA-2010-1150-161.pdf). Ce film est principalement constitué d'hydrogène. A ce sujet, et je n'ai pas fait le tour de tous les moteurs, mais je doute que le film cooling soit généralement en LOx.

Le moteur Vulcain n'utilise pas de film cooling du tout, tout comme le HM7-B

Refroidissement d'une chambre de combustion Copper_liner

Refroidissement d'une chambre de combustion Imgv210



La mise en froid du moteur permet en effectivement de préparer thermiquement le moteur avant le démarrage. L'accent est mis sur les turbomachines. A ma connaissance, cela concerne peu ou pas la chambre de combustion.

[url=http://books.google.fr/books?id=_wpes7aZ1REC&pg=PA27&lpg=PA27&dq=engine+chill+down&source=bl&ots=ZkqtiMbcKo&sig=Mmal92iH2cM08ZimuftfqaU8l0Y&hl=fr&sa=X&ei=B1ynUtKDMOqo0AXzlICQAQ&ved=0CFkQ6AEwBA#v=onepage&q=engine chill down&f=false]voir p27 et 28[/url]
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cosmiste


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MessageSujet: Re: Refroidissement d'une chambre de combustion   Refroidissement d'une chambre de combustion EmptyMar 10 Déc 2013 - 21:03

Pour répondre à la 2 ème question : 3 Exemples de méthodes pour créer un film refroidissant.
Dans la "bible" de George p Sutton - Rocket propulsion elements
Refroidissement d'une chambre de combustion Screen11

http://books.google.fr/books?id=LQbDOxg3XZcC&lpg=PP1&pg=PA291#v=onepage&q&f=false
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