Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin

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Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin  Empty Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin

Message le Sam 9 Fév 2019 - 10:54


Il me paraît nécessaire d’ouvrir un sujet à part pour le BE-4 comme c’est le cas du Raptor de SpaceX.
En effet ce moteur-fusée ne sera pas utilisé que par Blue Origin, mais aussi par ULA.
Sa principale caractéristique est d’utiliser un pré brûleur utilisant un mélange riche en oxygène, ce qui augmente les performances par rapport à un pré brûleur riche en carburant, mais est plus difficile à gérer.
Le sujet est ouvert et sera à compléter au fur et à mesure

Giwa
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Giwa
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En examinant cette image, on remarque en premier que le pré brûleur fonctionne avec un mélange riche en comburant LOx et pauvre en carburant méthane. Les gaz de précombustion actionnent ensuite la turbine qui par l’intermédiaire d’un arbre unique fait fonctionner les deux pompes de carburant et de comburant. Le comburant,le méthane liquide sert à refroidir les parois du moteur-fusée en se gazéifiant avant d’être injecté dans la chambre de combustion avec les gaz riches en dioxygène en provenance du pré brûleur.

BO a écrit:
The first ox-rich staged combustion engine made in the U.S. will power two vehicles in the next generation of American orbital rockets.

Giwa
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L'avantage de cette méthode est d'avoir très peu de suie au prix il me semble d'un risque d'oxydation à chaud de la chambre de combustion, et à moins que l'intérieur de cette dernière ne soit en céramique il est possible qu'elle ne se consume petit à petit.

Anovel
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@Anovel a écrit:L'avantage de cette méthode est d'avoir très peu de suie au prix il me semble d'un risque d'oxydation à chaud de la chambre de combustion, et à moins que l'intérieur de cette dernière ne soit en céramique il est possible qu'elle ne se consume petit à petit.
Effectivement ce choix interpelle car souvent le pré brûleur utilise un mélange riche en carburant et non en comburant, l’oxydant. Mais si ce choix est plus risqué et demande des matériaux résistant à l’oxydation il augmente les performances du moteur.

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Pour revenir sur le risque d’oxydation de la turbopompe et des tuyauteries, il paraît évident que les ingénieurs de Blue Origin y ont réfléchi.
Quels moyens ont-ils employés pour s’en prémunir? 
On peut penser à des céramiques qui sont déjà des oxydes et donc ne peuvent plus être oxydées. Mais on peut exploiter aussi la passivation des tuyauteries métalliques au moyen d’une couche d’oxydes en surface.

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Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin  Empty Re: Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin

Message le Dim 10 Fév 2019 - 12:32


@Giwa a écrit:
BO a écrit:
The first ox-rich staged combustion engine made in the U.S. will power two vehicles in the next generation of American orbital rockets.

Les deux lanceurs dont il parle sont bien le New Glenn et le Vulcan ?
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Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin  Empty Re: Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin

Message le Dim 10 Fév 2019 - 13:16


@montmein69 a écrit:
@Giwa a écrit:


Les deux lanceurs dont il parle sont bien le New Glenn et le Vulcan ?
Effectivement! https://www.generation-nt.com/blue-origin-moteur-ula-vulcan-centaur-actualite-1957821.html

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Je reprends l’information par montmein69 sur le test à pleine poussée du BE-4 qui est importante .
Cela indique qu’après les déboires du test de Mai 2017.le BE-4 est maintenant de nouveau sur les rails 
https://www.geekwire.com/2019/jeff-bezos-touts-full-power-firing-blue-origins-next-generation-4-rocket-engine/

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L'un des commentaires de l'article indique que le carburant qu'utilise BO pour le BE-4 ne serait pas exactement le même que celui avec lequel fonctionne le Raptor de Space X

BE-4 is LNG/LOX, which has interesting properties that can be challenging to manage. The Raptor is purified CH4 methalox, more costly to procure but easier to manage
.

Le Liquefied Natural Gas (LNG) serait plus délicat à utiliser
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Effectivement ce commentaire est informatif et met en évidence que Blue Origin a fait un choix différent que SpaceX sur le choix du carburant.
Le commentaire qui suit, explique que ce choix différent est une conséquence que Blue Origin n’a pas opté pour un surrefroidissement comme le fait SpaceX pour minimiser les pertes par ébullition et densifier le plus possible les ergols. Par contre le LNG contient un peu d’éthane (pourcentage qui peut atteindre 10%   : GNL ) qui augmente un peu le rapport C/H...donc l’optimisation pour la combustion doit différer de celle du méthane pur...chaque option de BO et SpaceX doit avoir ses avantages et ses inconvénient
Perilun a écrit:it appears that Raptor will use a more purified form of LNG than common ... but getting this commercial grade of NG or LNG to a state of high purity seems to be a mostly result of of the cryogenic process anyway to pack as much fuel as possible into the rocket. Perhaps there is an additional step as well to make it even more pure than that to remove Ethane. Perhaps BO BE-4 is running everything at a higher temp that purifies it less or omits the Ethane extraction

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BO doit quand même avoir besoin d'un approvisionnement en LNG avec une teneur constante en autres constituants (éthane .... et y-en-a-t'il d'autres ?) .
A moins qu'ils n'aient aussi maitrisé la gestion de combustion avec un carburant avec des teneurs légèrement différentes ?

Il est vrai aussi qu'ils ne seront pas - à priori - dépendant d'une production par ISRU alors que le Starship est conçu comme un engin pouvant accéder à au moins une autre planète donc qui aura besoin de se ravitailler avec la production extra-terrestre.

Un tableau des compositions des LNG suivant leur origine. La provenance de Trinidad & Tobago parait la plus intéressante.

Le moteur-fusée BE-4 de Blue Origin  Compos10
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Effectivement le GNL provenant de Trinidad & Tobago 🇹🇹 serait le plus approprié si on recherche à s’approcher du méthane pur.
Toutefois on peut se poser la question si l’emploi d’un GNL contenant une certaine proportion d’éthane pourrait conduire à un premier étage plus performant. En effet pour un premier étage, il n’y a pas que l’ISP qui compte, mais aussi la poussée (c’est d’ailleurs bien pour ça qu’Ariane utilise des EAP autour de l’étage central à l’hydrolox ).
En y réfléchissant un carburant avec un peu d’éthane en C2  dans le méthane en C1va augmenter le rapport CO2 /H20 dans les gaz de combustion et le gain en poussée augmentera peut-être la performance malgré la perte en ISP...qui sait si le GNL algérien à 9% d’éthane ne serait pas au final plus performant pour un premier étage?


Dernière édition par Giwa le Dim 22 Sep 2019 - 19:16, édité 1 fois

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D'accord que mettre d'autres gaz genre éthane aide à la poussée mais ça ne simplifie pas la mise au point !
De plus ça peut augmenter la quantité de calamine dans le générateur de gaz riche en carburant, il me semble.

Anovel
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Comme BO semble opter pour du GNL qui n’est pas du méthane pur, reste à savoir quel GNL va être choisi ? En effet comme le tableau de montmein69 le montre,la variété est grande et pour les réglages, un choix devra être faite. Concernant l’éthane, après  le méthane, c’est le plus hydrogéné avec 3 H pour 1 C d’après sa formule brute C2H6 tandis que pour les alcanes supérieurs de formule générique CnH2n+2 le rapport tend vers 2H pour 1 C . 
Sa combustion- même incomplète dans le pré- brûleur - ne doit pas produire beaucoup de dépôt de carbone, mais surtout du monoxyde de carbone comme pour le méthane.
Il serait intéressant de connaître l’avis des consommateurs de GNL algérien...Bon, c’est seulement pour dire qu’il n’est pas évident de choisir le GNL qui serait le plus performant...Tout ça serait à tester !


Dernière édition par Giwa le Dim 22 Sep 2019 - 19:28, édité 1 fois

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Blue Origin a écrit:
LNG also possesses clean combustion characteristics even at low throttle, simplifying engine reuse compared to kerosene fuels.

Ce qui devrait rassurer : combustion propre même avec débit étranglé.
De plus le pré-brûleur utilise un mélange riche en oxygène, donc pour ce pré-brûleur, aucun risque de dépôt de carbone à son niveau.

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