Comment s'allume un propulseur à poudre ?

[Mustard]

On parle parfois de l'allumage des moteurs "liquides", on voit d'ailleurs souvent les jets de "sparks" (étincelles) lors des démarrage moteurs d'Ariane 5 ou de la navette, mais coté propulseurs à poudre comment se produit l'allumage ?
Est ce un simple jet d'étincelle, ou un allumeur à flamme, est ce un arc électrique ou autres ? et est ce rapide ? les blocs de poudre sont ils plus difficiles à allumer que les moteurs liquides ?

[Invité]

On parle parfois de l'allumage des moteurs "liquides", on voit d'ailleurs souvent les jets de "sparks" (étincelles) lors des démarrage moteurs d'Ariane 5 ou de la navette, mais coté propulseurs à poudre comment se produit l'allumage ?
Est ce un simple jet d'étincelle, ou un allumeur à flamme, est ce un arc électrique ou autres ? et est ce rapide ? les blocs de poudre sont ils plus difficiles à allumer que les moteurs liquides ?

Je crois qu'il y a effectivement un "allumeur" qui déclenche la mise à feu.
[edit] Voici ce que j'ai trouvé :
Les blocs de poudre ne peuvent être mis à feu vers 300°C que par un allumeur. Celui-ci est constitué comme un petit propulseur, initié par une charge pyrotechnique. Il comporte une enveloppe en acier pourvue de tuyères délivrant des gaz à 3000°C. L'allumage s'effectue ainsi sur toute la surface interne du propergol.

[Mustard]

Je crois qu'il y a effectivement un "allumeur" qui déclenche la mise à feu.

Oui je me doute bien que ce n'est pas un allumage spontanné :blbl:
J'aurai aimé savoir quelle est la technique et les problèmes éventuelles

[Space Opera]

J'avais créé un topic à ce sujet il y a quelques années. J'essaye de te le retrouver...

Edit: voilà: https://www.forum-conquete-spatiale.fr/propulsions-et-lanceurs-f18/a-propos-des-boosters-t1478.htm

[Invité]

Un moteur chimique fait réagir deux constituants, et se propulse en éjectant les gaz à pression et température élevés issus de leur réaction. Dans le cas de la propulsion solide, les deux constituants sont prémélangés dans une pâte et stockés à l'intérieur du corps du propulseur, sous la forme d'un ou plusieurs blocs solide(s). Comme la poudre d'un pétard qui reste neutre tant que l'on n'a pas allumé la mèche, la pâte (le « propergol ») ne brûle pas sans avoir été initié au préalable par l'allumeur de la chambre de combustion.
Ci-dessous, en bleu ciel figure le propergol solide, la pâte constituée du mélange des deux réactifs. Quelque soit sa forme, la géométrie de la pâte est de révolution autour d'un canal central servant de conduit d'échappement aux gaz de combustion (conduit jaune sur le schéma ci-dessous). Quand l'allumeur est mis en marche, la température s'échauffe dans la chambre de combustion et le propergol commence à brûler. Du gaz apparaît, et circule dans le canal central jusqu'à la tuyère. Il faut noter que la combustion se fait « par couches parallèles », de l'intérieur de la chambre vers l'extérieur, c'est-à-dire que c'est la surface intérieure qui brûle (en rouge sur le schéma), puis la couche située au dessus, etc.

[ManouchKa]

Voici l'allumeur du futur lanceur Vega .

http://www.capcomespace.net/dossiers/espace_europeen/VEGA/vega_partie3.htm

C'est le meme que celui d'Ariane 5 mais en plus petit.

[Mustard]

Merci à tous.
Et en combien de temps s'allume un propulseur à poudre, et en combien de temps atteint il sa puissance maxi ?

[ManouchKa]

La poussée et le temps de combustion dependent du dessin interne du propulseur .
Mais la majotité son en étoile, du moin une partie, pour obtenir une forte poussée au décollage.


Le booster d'Ariane 5 :


Sinon, le temps de combustion est environ 45s pour les petits propulseurs d'1m de diametre et jusqu'à 130s pour ceux de 3m comme celui d'Ariane (98s/PSLV, 140s/SRMU Titant 4B,100s/HII-B, 124s/SRB du STS).

On voit sur ce dessin la forme interne du moteurs :


Assemblage du 1er étage d'un PSLV.

[Mustard]

Très interessant ces courbes de puissance. Merci

Mais coté temps d'allumage, on a une idée ?
apparement un moteur liquide met bien 3 à 7 secondes pour s'allumer, et pour atteindre sa puissance max je pense que ça doit arriver encore quelques petites secondes après

[ManouchKa]

Il y'a une autre façon pour obtenir une forte poussée au décollage,autre que le dessin en étoile, c'est utiliser 2 types de combustible solide dans un même moteur.
Un combustible à combustion tres rapide pour avoir une forte poussée au décollage, et un autre à combustion normal.

[ManouchKa]

Très interessant ces courbes de puissance. Merci

Mais coté temps d'allumage, on a une idée ?

Je donne ma langue aux chats

[Space Opera]

Mais coté temps d'allumage, on a une idée ?

L'ordre de grandeur est de quelques dizaines à centaines de millisecondes pour arriver en régime continu.

[Mustard]

Mais coté temps d'allumage, on a une idée ?

L'ordre de grandeur est de quelques dizaines à centaines de millisecondes pour arriver en régime continu.

C'est sacrément rapide ! plus qu'un moteur liquide.

[Invité]

Très interessant ces courbes de puissance. Merci

Mais coté temps d'allumage, on a une idée ?
apparement un moteur liquide met bien 3 à 7 secondes pour s'allumer, et pour atteindre sa puissance max je pense que ça doit arriver encore quelques petites secondes après

Voici comment je vois chronologiquement les choses :
Quel que soit le lanceur affublé de booster "solides" (Navette, Ariane 5, Delta...), Je bute aussi sur ta question de "temps" en ce qui concerne le déclenchement de l'allumeur par système pyrotechnique et par suite la mise à feu des "boosters". Mais je pense que ce n'est qu'une affaire de 2 ou 3 secondes, cela doit être très rapide. Nous avons donc :
- 1 Allumage des moteurs à carburant traditionnel cryogénique. Si l'un d'entre eux connait un ennui, les ordinateurs ne déclenchent pas les "allumeurs" des boosters. (Je crois d'ailleurs qu'il y a eu un problème de ce genre sur une navette, dont les moteurs ont été coupés à quelques secondes du déclenchement des boosters).
- 2 Si tout va bien, les allumeurs entre en action pour enclencher la mise à feu des boosters à poudre.
A partir de ce moment, rien ne peut empêcher le décollage, car une fois mis à feu, on ne peut plus agir sur l'avortement du liftoff.
En ce qui concerne ta seconde question, si je l'ai bien comprise, la puissance reste égale du décollage et pendant le vol propulsé, jusqu'à leur séparation du lanceur. Il n'y a pas de montée en puissance, la poussée reste linéaire. Sans doute est-ce pour cette raison que les carburants traditionnels sont aussi "du voyage" car ces moteurs, eux, en revanche, sont contrôlables au niveau modification de poussée en vol.
C'est aussi l'explication d'une sorte de "brutalité" au décollage, que l'on peut constater si l'on compare un lanceur à propulsion classique uniquement, qui met plus de temps à quitter son pas de tir, contrairement à la navette par exemple, ou aussi lors du lancement d'Ares 1-X, de 100 mètres de haut (à 10 m près Saturn V), Arès dont le tir m'avait plutôt surpris par cette brutalité au décollage, mais justifiée par son mode de propulsion à poudre qui devait être très puissant pour arracher l'ensemble du pad et assurer la bonne conduite du vol propulsé...

[Invité]

Space Opera a posté plus vite, et parle de millisecondes.

[Space Opera]

D'après l'ESA, il faut 350 millisecondes pour allumer entièrement un EAP d'Ariane 5:

http://www.esa.int/esaMI/Launchers_Access_to_Space/ASEDYQI4HNC_0.html

C'est sacrément rapide ! plus qu'un moteur liquide.

Quelque part, tout le monde peut s'en rendre compte que c'est quasi-immédiat. Par exemple pour Ariane 5 ou la navette, on allume les moteurs (lancer les turbo-pompes, etc...) plusieurs secondes avant le décollage, après 6-7 secondes on regarde si tout tourne comme prévu et soudain, instantanément, les boosters s'allument et arrachent le lanceur du sol. Dans tous les décollages, on se rend bien compte que les boosters s'allument immédiatement avant le décollage en une fraction de seconde, et que c'est eux-même qui font décoller l'ensemble.

[Mustard]

Quelque part, tout le monde peut s'en rendre compte que c'est quasi-immédiat. Par exemple pour Ariane 5 ou la navette, on allume les moteurs (lancer les turbo-pompes, etc...) plusieurs secondes avant le décollage, après 6-7 secondes on regarde si tout tourne comme prévu et soudain, instantanément, les boosters s'allument et arrachent le lanceur du sol. Dans tous les décollages, on se rend bien compte que les boosters s'allument immédiatement avant le décollage en une fraction de seconde, et que c'est eux-même qui font décoller l'ensemble.

En vidéo on voit ce qui sort et c'est immédiat, mais je me demandais si à l'intérieur il n'y avait pas une réaction qui nécessitait quelques secondes entre le démarrage de l'allumeur et la sortie en tuyere de la combustion.

[chandra]

hello,
je ne sais plus ou j'avais vu ca mais il etait question de 2/10 de seconde pour que les SRB de la navette atteignent leur puissance maximal(soit 1200 tonnes chacun je crois)

[bernardw]

L'inquiétude de ESA était sur Ariane3 au début que l'allumage des boosters soit simultané sinon cela provoquait un déséquilibre très dommageable au démarrage de la fusée surtout que l'allumage se fessait a 11 m d'altitude

Bernard

[Laurent J]

En ce qui concerne ta seconde question, si je l'ai bien comprise, la puissance reste égale du décollage et pendant le vol propulsé, jusqu'à leur séparation du lanceur. Il n'y a pas de montée en puissance, la poussée reste linéaire.

Euh en fait on aimerait bien que la poussée soit constante, c'est pourquoi on imagine des géométries biscornues comme montré dans le post de Manouchka.

En fait, la poussée est directement liée à la pression interne, qui dépend du débit de gaz produit par la combustion, qui est proportionnel à la surface de poudre en combustion (variable!) et dépend aussi plus ou moins de la pression interne qui influence la vitesse de combustion.

l'idée c'est d'avoir une pression qui se rapproche le plus longtemps possible du maximum autorisé par la structure, sans le dépasser, pour maximiser l'ISP.

On peut aussi segmenter les blocs dans les propulseurs très allongés, pour augmenter le temps de combustion (réduction de l'"étoile" en ajoutant des surfaces de combustion horizontales), tout en conservant une poussée initiale importante. Cependant, cela ajoute des contraintes thermiques (certaines partie de l'enveloppe se retrouvent longtemps au contact des gaz chauds) et vibratoires (tourbillons des gaz qui augmentent les oscillations de pression).

[bernardw]

La poussée et le temps de combustion dépendent du dessin interne du propulseur .
Mais la majotité son en étoile, du moin une partie, pour obtenir une forte poussée au décollage.

La poussée dépend de la forme des canaux, en jouant sur leurs formes on peut obtenir une forte poussée au décollage et une puissance qui varie suivant les préconisation du constructeur.

Bernard

[Exspace]

Sinon les chambres de combustion (chambre prinicpale, générateur de gaz) des moteurs à liquide s'allument également en moins de qqs 1/10e de secondes (c'est le déroulé complet d'une séquence de démarrage , assez comlexe, qui conduit à plusieurs secondes pour atteindre le plein regime)