propulsion

tout ce que il faut savoir pour propulser ta fusée le plus loin possible



liGNES GÉNÉRALES (tap here)


Sicuramente il motore è uno degli elementi che attraggono di più l'attenzione quando si parla di modelli spaziali. La prima domanda che tutti fanno quando vedono un modello per la prima volta è "Ma con cosa sono spinti? Cosa li manda su?". E' naturale che il motore affascini, anche se non bisogna puntare l'attenzione solo su di esso. Il motore è solo il mezzo che permette al veicolo (il modello, appunto) di salire. In altre parti di questo sito spieghiamo quanto sia più facile mandare in quota un modello che recuperarlo, e quanto siano importanti la costruzione e la progettazione corrette. Tuttavia per chi si dedica a questo hobby la conoscenza approfondita della propulsione è un requisito fondamentale.

Il motore a endoreazione sembra un dispositivo semplice perchè non ha parti in movimento e quindi si può pensare che sia facile costruirne da sè. La realtà invece è molto diversa. La realizzazione di un motore per questo tipo di modelli richiede una profonda conoscenza specifica sull'argomento, oltre ad esperienza in chimica, fisica e termodinamica. Servono attrezzature costose poste in luoghi idonei, e occore fare molti test e investire molto denaro prima di ottenere dei risultati che nel migliore dei casi sono inferiori a quelli di un motore commerciale da un paio di Euro, e senza avere la stessa ripetibilità. Non è un caso che nel mondo esistano non più di cinque o sei aziende specializzate in questo settore, e che i motori più potenti siano realizzati da aziende che lavorano nel settore aerospaziale.

Queste affermazioni sono confermate dal fatto che da 50 anni vengono prodotti ed usati milioni di motori commerciali senza alcun incidente degno di nota, mentre la quantità di persone che ottengono dei risultati accettabili costruendo da sé dei motori è talmente esigua da confermare in pieno la regola.

Il modellismo spaziale è per definizione un hobby che utilizza motori commerciali, come del resto fanno le grandi Agenzie spaziali nel mondo (NASA, ESA) che si affidano ad aziende specializzate (Thiokol, Rocketdyne, SNP, etc.). E' grazie a questa caratteristica che il nostro hobby ha potuto espandersi in tutto il mondo senza problemi e in tutta sicurezza.

In questa pagina diamo le informazioni generali sui motori utilizzati in modellismo spaziale. Per le informazioni dettagliate sulle caratteristiche e funzionamento dei vari tipi di motori utilizzate le voci del menu a lato.


LE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR

Le moteur d'endoréaction fonctionne en exploitant la troisième loi de Newton, c'est-à-dire qu'en expulsant du gaz par une extrémité, une poussée directe est obtenue dans le sens inverse d'intensité proportionnelle à la vitesse et à la masse de gaz expulsé. Les gaz sont produits par la combustion rapide d'un carburant qui, dans les moteurs réels, peut être à l'état solide ou liquide, tandis que dans la modélisation spatiale, il est presque toujours solide à l'exception d'une exception que nous voyons ci-dessous.

Pour obtenir une poussée utile, les gaz doivent atteindre des vitesses supersoniques en passant par un starter (tuyère) de forme appropriée et variable en fonction des caractéristiques du carburant.



MOTEURS COMPOSÉS

Ils utilisent un carburant dérivé de celui utilisé dans les véhicules spatiaux, essentiellement constitué de caoutchouc avec quelques additifs. Ils sont extrêmement sûrs car ils sont particulièrement inertes. Ce sont les moteurs les plus puissants, la classe va de D à N, et ils sont plus chers que les précédents. Il existe des versions jetables et rechargeables. Ces derniers ne vous obligent pas à mélanger des substances particulières, uniquement à utiliser des kits de recharge simples contenant des blocs de carburant prêt à l'emploi. Leur utilisation est assez simple mais nécessite quelques précautions dictées par l'expérience. Ces moteurs conviennent aux modélistes plus expérimentés et aux grands modèles. Le plus grand fabricant au monde est RCS / Aerotech. Les autres marques importantes sont Cesaroni et AMW. Les diamètres standard sont 18 mm, 24 mm, 29 mm, 38 mm, 54 mm, 75 mm, 98 mm. Les longueurs sont très variables et dépendent de la puissance du moteur.


MOTEURS TRADITIONELS

Ce sont les moteurs les plus courants et les moins chers. Ils sont tous jetables et très faciles à utiliser et conviennent le mieux aux débutants. Le plus grand producteur mondial est Estes. Les autres marques sont Quest et une marque européenne, SF / Weco. Les tailles standard sont 13 x 45 mm, 18 x 70 mm, 24 x 70 mm et 24 x 95 mm. Dans les pays d'Europe de l'Est, de petites quantités de moteurs de ce type sont produites, mais il s'agit principalement de moteurs de faible puissance adaptés à la course, avec des dimensions non standard, qui sont vendus par les mêmes fabricants sur le terrain de la compétition.



poussÉE MOYENNE (AVERAGE THRUST)

De tout, c'est le paramètre qui donne l'idée la plus immédiate des capacités d'un moteur, même s'il doit être évalué avec beaucoup de soin. La poussée moyenne est mesurée en Newtons et est la valeur moyenne de la poussée du moteur sur toute la durée de sa combustion. Typiquement, la poussée d'un moteur atteint un pic initial, tombe à une valeur moyenne qui reste plus ou moins constante jusqu'à presque la fin de la combustion et diminue encore plus ou moins progressivement juste avant de s'arrêter (voir courbe de poussée). La poussée moyenne est indiquée dans le code de classification de chaque moteur.




TEMPS DE COMBUSTION (COMBUSTION TIME)

C'est tout simplement le temps de fonctionnement du moteur. Sa durée varie des quelques dixièmes de seconde en quelques secondes. Un temps de combustion de 2-3 secondes est déjà consideré long mais il y a aussi des moteurs qui ont durée superieures à 5 secondes. Le temps de combustion est dérivé de la courbe de poussée fornie dans les instructions de chaque moteur.

IMPULsiOn TOTALE (TOTAL IMPULSE - it/ITOT)

L'impulsion totale indique la "quantité d'énergié" que un déterminé moteur est capable de développer. C'est le produit de la poussée moyenne pour le temps de combustion:

Itot = Sm* t

C'est un paramètre d'une grande importance car il indique la classe de puissance du moteur, un peu comme la «cylindrée». En fait, la classification standard des moteurs prévoit une subdivision en classes d'impulsions totales.

Pour des raisons pratiques, il est essentiel de connaître l'impulsion totale du moteur pour comprendre également les performances qu'il peut donner. Par exemple, un moteur avec une poussée moyenne de 40 N et un temps de combustion de 4 secondes a la même impulsion totale (160 Ns) qu'un moteur avec une poussée moyenne de 80 N et 2 secondes de durée, mais évidemment les deux moteurs vont avoir un comportement et une capacité tout à fait différents. L'impulsion totale est indiquée dans le code d'identification de chaque moteur et sur les instructions de celui-ci par une lettre (voir ci-dessous).




COURBE DE POUSSÉE (THRUST CURVE)

La courbe de poussée, ou courbe de poussée-temps, décrit l'évolution de la poussée pendant le temps de fonctionnement du moteur. est un graphe obtenu à partir d'essais statiques et qui rapporte la poussée en Newton ou en livres sur l'axe Y et le temps en secondes sur l'axe X. Les courbes de poussée se trouvent dans les packages de chaque moteur mais il est également possible de télécharger les depuis le site Thrustcurve

Il est très important de connaître la courbe de poussée d'un moteur car elle fournit une indication plus précise de son fonctionnement, indique la poussée maximale et la répartition de la poussée dans le temps. En fait, il n'est pas certain que deux moteurs à poussée moyenne et impulsion totale égales aient la même courbe de poussée. Cela peut également être très différent selon le type de carburant utilisé et sa géométrie (voir ci-dessous)



RETARD (DELAY)

C'est un paramètre qui n'entre pas dans le fonctionnement du moteur, ou plutôt dans la génération de poussée, mais il est extrêmement important. Le retard est exprimé en secondes et indique le temps qui s'écoule entre la fin de la combustion (c'est-à-dire de la poussée) et l'expulsion du parachute. Il est fabriqué avec une substance combustible qui brûle lentement pendant le temps indiqué sur le moteur lui-même et doit être choisi avec soin en fonction des caractéristiques (dimensions, poids) du modèle. Le retard est inclus dans tous les petits moteurs à essence traditionnels, à l'exception de ceux des premiers étages, et dans presque tous les gros moteurs. Les seuls moteurs qui n'ont pas de retard sont les moteurs hybrides.




IMPULSION SPÉCIFIQUE (ISP)

C'est un paramètre qui, dans le cas des propulseurs solides, appartient au carburant plutôt qu'au moteur. Indique la quantité d'énergie développée par unité de masse. Fondamentalement, il indique combien de Newton-secondes sont développés par chaque kg de carburant. Il est mesuré en Newton-secondes / Kg, ou, pour simplifier, en secondes.

Pour des raisons pratiques, il n'est pas nécessaire de connaître l'impulsion spécifique pour le choix du moteur mais il est utile d'avoir une idée de sa valeur pour comprendre à quel type de carburant vous avez affaire. Pour donner un ordre de grandeur, les propulseurs des moteurs de type Estes (traditionnels) ont un Isp d'environ 80 secondes, les propulseurs composites des moteurs de type Aerotech ont un Isp d'environ 180-210 secondes. A titre de comparaison, les moteurs à hydrogène et oxygène liquides de la navette ont un Isp d'environ 450 secondes.


GÉOMÉTRIE D'UN MOTEUR TRADITIONNEL


Sous réserve de la composition du carburant et de la forme de la buse, l'impulsion totale d'un moteur solide est directement fonction de la masse du carburant lui-même. La manière dont cette énergie est développée, c'est-à-dire la courbe de poussée, peut être modifiée en changeant la forme du carburant, obtenant ainsi une zone de combustion plus ou moins grande. Dans le domaine professionnel, il existe de nombreuses formes possibles, tandis que les moteurs pour applications amateurs utilisent certaines formes qui sont le meilleur compromis entre celles optimales pour ces dimensions et les plus pratiques à réaliser industriellement.

Les moteurs de type Estes ont une géométrie dite «cigarette» (combustion en bout), c'est-à-dire que le carburant commence à brûler à une extrémité et continue de brûler sur toute sa longueur jusqu'à ce qu'il soit fini. Ces moteurs ont généralement un petit creux à l'extrémité du carburant pour augmenter la surface de combustion et générer plus de poussée au début de la combustion. Plus d'informations peuvent être trouvées sur les moteurs à usage unique




GÉOMÉTRIE D'UN MOTEUR COMPOSITE


Les moteurs à carburant composite n'utilisent pas cette géométrie simple car la poussée serait très faible. Il existe quelques exceptions pour les moteurs composites de type «à combustion en bout» qui sont caractérisés par une poussée très limitée et de longues durées, et sont principalement utilisés dans les planeurs. Les géométries les plus utilisées sont celle appelée "C-slot" ou "Moonburner" et celle appelée "BATES".

Des informations détaillées peuvent être trouvées dans la section Moteurs rechargeables



CLASSIFICAtion DEs Moteurs

Les moteurs sont classés en fonction de leur impulsion totale et de la poussée moyenne qu'ils fournissent. Pour indiquer ces valeurs de manière simple et concise, un code a été créé depuis le début des années 1960 et est devenu la norme adoptée dans le monde entier.

Chaque moteur est identifié par un code composé d'une lettre - chiffre - chiffre:


TABleau total Des CLASSe D'IMPULSion

Comme vous pouvez le voir, chaque lettre correspond à une plage de valeurs d'impulsion totales, et chaque lettre représente une plage de valeurs double par rapport à la lettre précédente. Par définition, la lettre n'indique qu'une plage de valeurs, sans prétendre indiquer la valeur spécifique de ce moteur donné. Pour connaître la valeur exacte de l'impulsion totale d'un moteur, il est nécessaire de lire les spécifications indiquées par le constructeur sur la fiche d'instructions.


Deux VARIANTes Du CODe

1) Certains fabricants utilisent pour indiquer l'impulsion totale avant la lettre. Dans ce cas, le code ressemble Ă  ceci:

133G60-12

où la valeur 133 représente l'impulsion totale en Newton-secondes et le reste du code est le standard.


2) Certains moteurs High Power ne rapportent pas le temps de retard en secondes mais le définissent avec une lettre indiquant le temps approximatif, selon ce schéma:

S = environ 6 sec.

M = environ 10 s.

L = environ 14 sec.

X = environ 18 sec.



EXAMPLES:

B6-4: Moteur avec impulsion totale comprise entre 2,5 et 5 Ns, poussée moyenne de 6 N et temps de retard de 4 secondes.

D12-0: Moteur à impulsion totale comprise entre 10 et 20 Ns, poussée moyenne de 12 N, sans retard ni charge d'éjection (booster pour les premiers étages)

F40-7: Moteur avec impulsion totale comprise entre 40 et 80 Ns, poussée moyenne de 40 N et retard de 7 secondes.

E9-P: moteur à impulsion totale comprise entre 20 et 40 Ns, poussée moyenne de 9 N et adapté aux planeurs-fusées.

I211-M: Moteur avec impulsion totale comprise entre 320 et 640 Ns, poussée moyenne de 211 N et retard d'environ 10 secondes.



DIMENSIONS

Au fil des ans, les dimensions des moteurs se sont normalisées. Les premiers moteurs produits dans les années 1960 utilisaient un conteneur de 18 mm de diamètre plus par hasard que par choix. Cette taille est restée longtemps la seule norme. Plus tard, d'autres dimensions ont été développées et aujourd'hui les dimensions standard sont celles de la photo.

La longueur des moteurs de plus de 24 mm de diamètre est variable. En particulier, les moteurs rechargeables High Power ont des longueurs différentes en fonction de leur puissance.