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 [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium

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Pr. Théodose


Pr. Théodose

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MessageSujet: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyJeu 8 Jan 2009 - 20:01

Bonjour à tous,

L'idée quelque peu farfelue d'une fusée à vapeur m'est venue après le visionnage de l'épisode de "Mythbusters" indiqué ci-dessous :
La chaudière explosive, partie 3 (la partie intéressante est située à la dixième minute)
Le chauffe-eau de 200 litres, dont le contenu était porté à 25 bars et 150 degrés, a effectué un vol de 40 secondes jusqu'à une altitude de 350 mètres... Je me suis donc dit que le résultat serait meilleur avec plusieurs étages, une canalisation de la vapeur dans des moteurs fusées au rapport de détente adapté et un boost en poussée à l'aide de lithium :
[Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium Steam_powered_rocket_by_Pr_Theodose
A noter que ce diagramme récapitulatif n'est pas complet : il va me falloir me replonger dans mon "Landau & Lippisch" section calcul de tuyère pour terminer les calculs de poussée et d'impulsion spécifique.

Les critiques sont les bienvenues, vu que je suis qu'un motoriste plus qu'amateur.
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DeepField


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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyJeu 8 Jan 2009 - 20:11

Ça se trouve facilement du Lithium ?
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Pif


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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyJeu 8 Jan 2009 - 20:43

Pr. Théodose a écrit:
Les critiques sont les bienvenues, vu que je suis qu'un motoriste plus qu'amateur.
[Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium Police10


Pas une critique, un conseil : reste motoriste amateur virtuel, la différence entre le propulsif et le détonant étant infime dans cette activité d'une part, et la législation t'empêchant à jouer à l'apprenti-sorcier par ailleurs (circulaire du 7 août 1962 du Ministère de l'Intérieur interdisant la réalisation et la mise en œuvre des moteurs de fusées à poudre sans contrôle).

Désolé de faire le rabat-joie de la sorte.
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Pr. Théodose


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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyJeu 8 Jan 2009 - 22:38

DeepField : le lithium est un métal plutôt rare et d'extraction assez coûteuse en énergie. La forte demande actuelle pour les batteries Li/ion fait que le prix du métal de haute pureté peut atteindre les 100$/kg...
L'important en fait dans ce concept de fusée hybride est d'employer un matériau solide qui puisse réagir avec la vapeur d'eau surchauffée selon une réaction fortement exothermique. Si quelqu'un connaît un autre matériau que le lithium qui puisse remplir ces critères, cela m'intéresse fortement.

Pif : Je suis bien conscient de la dangerosité potentielle de ce type de montage et je ne compte pas du tout essayer de le mettre en pratique (pas les moyens de toute façon) . Surtout que j'ai moi-même délivré cette mise en garde à plusieurs reprises quand je participais encore sur Futura-Sciences.
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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyVen 9 Jan 2009 - 0:28

Pr. Théodose a écrit:
Pif : Je suis bien conscient de la dangerosité potentielle de ce type de montage et je ne compte pas du tout essayer de le mettre en pratique (pas les moyens de toute façon) . Surtout que j'ai moi-même délivré cette mise en garde à plusieurs reprises quand je participais encore sur Futura-Sciences.
Vu la fréquentation importante du site et notamment par des jeunes, c'est bien de le rappeler !
bravo
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Space Opera
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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyVen 9 Jan 2009 - 0:35

Pif a écrit:
circulaire du 7 août 1962 du Ministère de l'Intérieur interdisant la réalisation et la mise en œuvre des moteurs de fusées à poudre sans contrôle
Et si ce n'est pas à poudre, ça rentre dans quel cadre ? tongue

Sinon je déconseille aussi vivement de jouer à faire ça, c'est au risque d'y laisser ses mains pour pas grand chose...

Bon je vais lire ça maintenant :)
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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyVen 9 Jan 2009 - 10:50

Pr. Théodose a écrit:

...
A noter que ce diagramme récapitulatif n'est pas complet : il va me falloir me replonger dans mon "Landau & Lippisch" section calcul de tuyère pour terminer les calculs de poussée et d'impulsion spécifique.
...
En première approche, inutile de se lancer dans des calculs compliqués , on peut avoir un ordre de grandeur de l'Isp simplement en connaissant l'énergie libérée par la réaction.
Exemple pour (H2,O2) :
H2 + 1/2 O2 -> H2O + 240 kJ/mol
ce qui donne une vitesse de 5.2 km/s pour le produit de réaction, soit Isp=530 s.
Calcul très simpliste, mais ça donne un ordre de grandeur (une limite physique en fait) : dans la pratique, l'Isp est de l'ordre de 450 s dans ce cas.

Faire le même type de calcul avec la réaction lithium+eau pour avoir une idée.

A+

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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyVen 9 Jan 2009 - 13:21

Space Opera a écrit:
Pif a écrit:
circulaire du 7 août 1962 du Ministère de l'Intérieur interdisant la réalisation et la mise en œuvre des moteurs de fusées à poudre sans contrôle
Et si ce n'est pas à poudre, ça rentre dans quel cadre ? tongue
Bonne question ! Ca vaut le coup que je me renseigne...
Suspect

Space Opera a écrit:
Sinon je déconseille aussi vivement de jouer à faire ça, c'est au risque d'y laisser ses mains pour pas grand chose...
Notre pionnier national de l'astronautique lui-même, Robert Esnault-Pelterie, a perdu l’extrêmité de quatre doigts de la main gauche en 1931 lors d’une explosion dans son laboratoire de Boulogne-Billancourt alors qu'il travaillait sur une fusée à combustible liquide...
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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyVen 9 Jan 2009 - 16:30

lambda0 a écrit:
Exemple pour (H2,O2) :
H2 + 1/2 O2 -> H2O + 240 kJ/mol
ce qui donne une vitesse de 5.2 km/s pour le produit de réaction, soit Isp=530 s.
Comment obtiens-tu la vitesse d'éjection en fonction de l'énergie dégagée ? (mes cours sont loins Wink )
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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyVen 9 Jan 2009 - 16:42

Steph a écrit:
lambda0 a écrit:
Exemple pour (H2,O2) :
H2 + 1/2 O2 -> H2O + 240 kJ/mol
ce qui donne une vitesse de 5.2 km/s pour le produit de réaction, soit Isp=530 s.
Comment obtiens-tu la vitesse d'éjection en fonction de l'énergie dégagée ? (mes cours sont loins Wink )
Ecrire que ces 240 kJ/mol représente l'énergie cinétique des molécules d'eau, E=1/2*m*v²
Donc v = Racine(2*E/m), avec m=0.018 kg/mol ici.
Ordre de grandeur de l'Isp, indépendant du détail de la techno.

A+

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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyVen 9 Jan 2009 - 16:52

Impec, merci.
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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyVen 9 Jan 2009 - 18:12

Citation :
lambda0
En première approche, inutile de se lancer dans des calculs compliqués , on peut avoir un ordre de grandeur de l'Isp simplement en connaissant l'énergie libérée par la réaction.
Exemple pour (H2,O2) :
H2 + 1/2 O2 -> H2O + 240 kJ/mol
ce qui donne une vitesse de 5.2 km/s pour le produit de réaction, soit Isp=530 s.
Calcul très simpliste, mais ça donne un ordre de grandeur (une limite physique en fait) : dans la pratique, l'Isp est de l'ordre de 450 s dans ce cas.

Faire le même type de calcul avec la réaction lithium+eau pour avoir une idée.
A+

Citation :
lambda0
Ecrire que ces 240 kJ/mol représente l'énergie cinétique des molécules d'eau, E=1/2*m*v²
Donc v = Racine(2*E/m), avec m=0.018 kg/mol ici.
Ordre de grandeur de l'Isp, indépendant du détail de la techno.

Hi, hi...c'est lequel calcul qui est simpliste, car pour un béotien comme moi, c'est affraid affraid
blbl
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Pr. Théodose


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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptySam 10 Jan 2009 - 19:59

lambda0 : Merci beaucoup pour cette méthode simple de calcul de l'impulsion spécifique. Étant donné que les réactions (1) 2 Li + 2 H2O => 2 LiOH + H2 et (2) H2 + 1/2 O2 => H2O ont lieu simultanément dans la chambre de combustion du LiVAir, il serait préférable de travailler avec l'équation globale (3) 2 Li + 2 H2O + 1/2 O2 => 2 LiOH + H2O.
Ne me reste plus qu'à retrouver les énergies de liaison pour Li-O / O-H / O-O et a faire le calcul... Il faudra bien sûr tenir compte du fait que l'on a éjection de deux molécules de LiOH (24 g/mol) pour chaque H2O (18 g/mol)

Par ailleurs, est-il raisonnable d'employer la même méthode pour les étages fonctionnant uniquement à la vapeur, si l'on fait l'approximation que toute l'énergie nécessaire pour faire monter l'eau à température et pression de service est transformée en énergie cinétique ? Le calcul serait alors plutôt simple a priori.
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MessageSujet: Re: [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium   [Invention perso] Fusée hybride vapeur/lithium EmptyLun 12 Jan 2009 - 9:32

Pr. Théodose a écrit:

...
Par ailleurs, est-il raisonnable d'employer la même méthode pour les étages fonctionnant uniquement à la vapeur, si l'on fait l'approximation que toute l'énergie nécessaire pour faire monter l'eau à température et pression de service est transformée en énergie cinétique ? Le calcul serait alors plutôt simple a priori.
Je ne suis pas spécialiste des moteurs fusées, mais il me semble que si tu veux être plus précis et connait pression et température, tu dois pouvoir utiliser l'équation de Saint-Venant, qui exprime la vitesse d'éjection en fonction des pressions, température, etc.
Voir ici par exemple, il y a un TIPE sur la propulsion :
https://www.forum-conquete-spatiale.fr/l-astronautique-sur-le-web-f7/techniques-definitions-et-theories-t24.htm
(mais je pense qu'à 150°C, tu n'iras pas bien loin...)

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