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 Efficacité énergétique de la navette

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Skyboy


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MessageSujet: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyVen 25 Jan 2008 - 14:27

On se demande avec un ami quel est le rendement énergétique de la navette ?

1) Ce terme doit surement être déjà défini par les professionnel donc j'aimerai savoir ce qu'il signifie exactement et quelle est sa valeur pour la navette.

2) Si ce terme n'est pas précis, ce que je veux c'est la quantité d'énergie (potentielle chimique) qu'il y a au lancement par rapport à l'énergie qu'il y a réellement à la fin (Énergie potentielle de gravité + énergie cinétique) a) dans l'ensemble orbiteur+charge utile.
J'imagine que ce rendement diminue drastiquement si on conside uniquement la charge utile Wink

Merci de votre collaboration.
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Skyboy


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MessageSujet: Re: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyVen 25 Jan 2008 - 14:31

Je peux commencer le travail moi-même :

Energie au lancement : masse des propergol (?) * energie produite/kg (?)

Énergie en orbite : (Masse de l'orbite + Masse de la C.U.)(?) * Altitude (400kms) * g(<9.8m/s²) + 1/2 * (Masse de l'orbite + Masse de la C.U.)(?) * Vitesse²(28000km/h)
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MessageSujet: Re: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyVen 25 Jan 2008 - 17:57

Un premier élément en pages 11 & 12 de ce PDF DE Marc Millis :
http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0603/0603113.pdf
nous indique que l'énergie mécanique des propulseurs de la navette (SRB+SSME+OMSE) représente 3,58 fois l'énergie cinétique et potentielle de la navette en orbite avec sa charge utile. Ce qui nous donne un rendement mécanique de 27,9%.
En partant de l'énergie chimique contenue dans les ergols le rendement énergétique global doit être encore un peu plus faible... ce qui est encore assez honorable face à nos différentes machines thermiques volantes ou automobiles, surtout pour un lanceur composite comme le STS.

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MessageSujet: Re: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyVen 25 Jan 2008 - 18:15

J'avais pondu quelques classeurs Excel à ce sujet :
http://minilien.com/?u1bACjShVP
Un étage optimisé pour le rendement énergétique atteignait un rendement mécanique de 64,76% pour un rapport de masse vitesses de 1,594, cad un rapport de masses de 4,922
Le rendement de transformation de l'énergie chimique (LH2+LOX) en énergie mécanique propulsive pouvait monter à 75% sur la base de l'enthalpie libre de formation de l'eau à l'état de vapeur et des performances connues de ces ergols, soit un rendement global de l'ordre de 49% par étage.

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MessageSujet: Re: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyVen 25 Jan 2008 - 21:08

Etonnant d'obtenir des rendements max de 49% (probablement autour de 20% pour la navette) alors que la puissance mise en jeu est colossale: 20.000 W/kg au décollage. Ils ont grapillé le moindre % à ce que je vois.
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MessageSujet: Re: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyVen 25 Jan 2008 - 22:22

Astrogreg a écrit:
Etonnant d'obtenir des rendements max de 49% (probablement autour de 20% pour la navette) alors que la puissance mise en jeu est colossale: 20.000 W/kg au décollage. Ils ont grapillé le moindre % à ce que je vois.
En fait les gros lanceurs spatiaux n'ont pas d'aussi mauvais rendements que l'on pourrait croire, leur consommation énergétique par unité de masse utile n'est que 4 à 5 fois plus élevée que pour un transport de fret aérien intercontinental. Mais contrairement au transport aérien, ils doivent fournir cette énergie en quelques minutes au lieu de plusieurs heures, d'où ces puissances énormes... On avait déjà discuté de ça dans un fil que je ne retrouve pas.

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MessageSujet: Re: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyVen 25 Jan 2008 - 23:21

Oui tout à fait d'où mon étonnement, car la dissipation (et donc l'inverse du rendement) est souvent davantage fonction de la puissance que de l'énergie mise en jeu.
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MessageSujet: Re: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyMar 12 Fév 2008 - 0:35

Tiens, juste à titre indicatif et même si ce n'est pas la même chose (poudre / carburant)
ce serait tout de même intéressant de rappeler dans la même page :

-la masse de propulseurs (boosters + H2 + 02) de la navette
-la masse de kérozène embarqué dans un avion de ligne type A320 ou B747
-la masse de poudre etc. dans une grosse fusée type Saturn 5

juste comme ça, comme petit élément de "comparaison"
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MessageSujet: Re: Efficacité énergétique de la navette   Efficacité énergétique de la navette EmptyMar 12 Fév 2008 - 12:30

cslevine a écrit:
Tiens, juste à titre indicatif et même si ce n'est pas la même chose (poudre / carburant)
ce serait tout de même intéressant de rappeler dans la même page :

-la masse de propulseurs (boosters + H2 + 02) de la navette
-la masse de kérozène embarqué dans un avion de ligne type A320 ou B747
-la masse de poudre etc. dans une grosse fusée type Saturn 5

juste comme ça, comme petit élément de "comparaison"
Oui, mais attention, un avion, ou une voiture automobile puise le comburant nécessaire (l'oxygène) dans l'air, une fusée doit tout emporter, même le comburant. Pour brûler 14 g de [-CH2-] il faut 48 g de O2 !
Résultat des courses, si une fusée consomme 4 à 5 fois plus d'énergie par unité de masse utile mise en orbite qu'un transport de fret aérien intercontinental par unité de masse transporté d'un continent à un autre, cela correspond à une consommation en masse d'ergols 4*(14+48)/14 à 5*(14+48)/14 fois plus importante, ce qui nous donne des masses d'ergols emportées 18 à 22 fois plus importantes qu'un transport de fret aérien intercontinental (toujours pour la même charge utile).

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