Les moteurs de fusées sont des moteurs à réaction. Ils fonctionnent suivant la troisième loi de Newton : « Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d’intensité égale, mais de sens opposé, exercée par le corps B. », ou bien en expulsant un gaz/une masse, on obtient une poussée dirigée dans le sens opposé d’intensité proportionnelle à la vitesse et à la masse du gaz expulsé. Les gaz sont produits par la combustion rapide du propergol qui est situé dans le moteur.

On écrit cette relation Ma = ma

principe_moteur

Il peut vous être difficile de saisir le concept du « lancement de masse et d’obtention d’une poussée dirigée dans le sens opposé ». Voici quelques autres exemples présents dans la vie de tous les jours utilisant la troisième loi de Newton:

  • Lorsque vous relâchez le goulot d’un ballon gonflé, il partira dans tout les sens jusqu’à ce qu’il manque d’air, c’est un exemple de moteur de fusée. Dans ce cas-là ce sont les molécules d’air qui sont expulsées du ballon, contrairement à ce que certaines personnes croient, les molécules d’airs pèsent bel et bien quelque chose…
  • Si vous avez déjà vu une lance de pompier en action, vous avez pu voir en général 2 ou 3 sapeurs-pompiers tenant le tuyau. Le tuyau agit comme un moteur de fusée. Le tuyau expulsant l’eau dans une direction, les sapeurs emploient leur force et leur poids pour contrecarrer la réaction. Si le tuyau ne serrait pas tenu il se balancerai dans tout les sens.

Classement et paramètres de base.

On classe les moteurs de fusées suivant leur impulsion totale (Total impulse) qui est indiquée par des lettres de l’alphabet. Plus on s’avance dans l’alphabet plus le moteur sera puissant. Chaque lettre indique une gamme d’impulsion totale ; chaque taille de moteur contient deux fois toute l’impulsion de la lettre précédente.

Ainsi un moteur de classe B a une impulsion totale deux fois supérieur à celle d’un moteur de classe A ; un moteur C à deux fois toute l’impulsion d’un moteur de classe B etc… Les fusées volant avec un moteur supérieur à la classe G sont qualifiées de modèles à puissance élevé ; l’achat de ces moteurs nécessitent des permis spéciaux.

classification moteur tiree de apogeerocket.com

Voici un tableau montrant l’évolution de l’impulsion totale en fonction de l’accroissement des lettres

Lettre Impulsion totale en Newtons/secondes
1/4 A De 0.312 à 0.625
1/2 A De 0.626 à 1.25
A De 1.25 à 2.5
B De 2.5 à 5
C De 5 à 10
D De 10 à 20
E De 20 à 40
F De 40 à 80
G De 80 à 160
H De 160 à 320
I De 320 à 640
J De 640 à 1280
K De 1280 à 2560
L De 2560 à 5120
M De 5120 à 10240
N De 10240 à 20480
O De 20480 à 40960

Ainsi l’impulsion totale est indiquée par une lettre. Néanmoins un moteur pourrait très bien être configuré pour délivrer seulement la moitié de l’impulsion totale indiquée par la lettre; il faut alors se référer à la feuille d’instructions donnée par le fabriquant pour connaître la valeur exacte de l’impulsion totale.

L’impulsion totale n’est pas la seule donnée qui caractérise un moteur:

  • Il faut aussi prendre en compte la valeur de la poussée moyenne (average thrust) du moteur. C’est le paramètre qui fournie immédiatement les capacités d’un moteur. Il s’agit d’une valeur très pratique, qui permet de donner une prédiction de l’altitude. Elle permet aussi de savoir l’accélération de votre rocket et encore à savoir à quelle vitesse votre modèle va quitter la rampe de lancement. La poussée moyenne est mesurée en Newton, c’est la valeur moyenne de la poussée du moteur durant la combustion de ce dernier. Typiquement la poussée d’un moteur rejoint un pic initial, puis descend à une valeur moyenne pendant un certain temps pour enfin redescendre. La poussée moyenne peut être déterminée en divisant l’impulsion totale par la durée. Cela indiquera la poussée moyenne, si la poussée est constante de l’allumage à la fin.
  • Le temps de combustion (burn time), comme son nom l’indique est le temps de fonctionnement du moteur. Il peut aller de quelques dixièmes de secondes à des valeurs supérieurs à 4 secondes. Un temps de combustion égal à 2 secondes est déjà très long pour un moteur. Pour déterminer la durée de combustion d’un moteur, vous pouvez diviser la poussée totale maximum par sa poussée moyenne.

La poussée moyenne, l’impulsion totale et le temps de combustion sont étroitement liés : admettons que nous avons un moteur exerçant une poussée moyenne de 40 N pour un temps de combustion de 4 secondes, soit une impulsion totale de (40*4 = 160 N-s) ; il aura la même impulsion totale qu’un moteur ayant 80 N de poussée moyenne et 2 secondes de temps de combustion (80*2 = 160 N-s). Ce n’est pas pour autant que les deux moteurs auront les mêmes capacités. En effet, le moteur ayant une poussée moyenne de 80 newtons sera le plus adapté si vous voulez une très grande accélération ; c’est utile si vous voulez faire voler un modèle assez lourd. Le moteur ayant 40 newtons de poussée moyenne sera le plus adapté pour un petit et léger modèle.

Admettons maintenant, que nous avons des moteurs ayant une même poussée moyenne, mais une impulsion totale différente : un moteur a 5 newtons de poussée pour une durée de 0.5 s ; un moteur b à lui aussi 5 newtons de poussée moyenne, mais une durée de 1 s. Selon vous, quel moteur va pousser un même modèle le plus haut possible ? C’est le moteur b, parce que la poussée sera appliquée au modèle beaucoup plus longtemps.

  • Le retard ou délai (delay), exprimé en seconde, indique le temps entre la fin de la combustion et de l’expulsion du parachute. Certains moteurs ne disposent pas de retard, on dit que le retard est égale à 0, notamment les moteurs hybrides (voir plus bas) ainsi que les moteurs à ‘premier stade’, utilisé pour les rockets ayant différents ‘étages’ (multistage). Le multistage est en fait une rocket qui utilise plusieurs moteurs, allumés les uns après l’autre : lorsque la combustion du premier moteur est terminée, un deuxième sera déclenché qui repropulsera la rocket dans les airs. Dans le cas où vous utilisez deux moteurs, le deuxième, doit avoir un retard, pour que vous puissiez récupérer votre fusée.

 

Si le temps de retard est trop court, le parachute se déploiera beaucoup trop tôt : lorsque la rocket ne sera même pas encore à son point d’apogée. Le parachute, se déploiyant à une haute vitesse, sera endommagé, et vous retrouverez votre modèle ‘complètement mort’ une fois à terre.

Dans le cas où le temps de retard est trop long, le modèle va continuer son ascension, décrire un arc, et commencer à prendre de la vitesse avant de retomber. Encore une fois, le parachute, se déployant à des hautes vitesses, sera endommagé et vous retrouverez votre modèle en pièces.

Code moteur

En général, les caractéristiques des moteurs sont indiquées sur son enveloppe ou sur sa boîte, au moyen d’un code qui fournit les informations sur sa puissance et autres paramètres. Ce code est adopté dans tous les Pays du monde et de tous les constructeurs. Il est fondamental pour connaître les caractéristiques du moteur. Le code est toujours constitué d’une lettre et deux nombres séparés d’un tiret.

Par exemple, pour un moteur SF de classe B :

code

  • La lettre B indique la classe d’impulsion
  • Le numéro 4 est la poussée moyenne en Newton (Average Thrust).
  • Le deuxième 4 nous donne le temps entre la fin de la combustion du moteur et la mise à feu de la charge d’éjection. Aussi appelé retard.

Lorsque l’on monte dans la classification les codes sont légèrement différents les uns des autres. Parfois il se peut qu’il y est une lettre ou une description en plus, c’est le cas pour les moteurs d’Aerotech (leader des moteurs composites et inventeur du RMS), qui place les lettres J, FJ, W, ou T derrière le code pour indiquer la couleur que dégage le propulseur et d’autres caractéristiques pour indiquer la poussée…

REMARQUE : Cesaroni Technology dispose d’un code moteur un peu différent. En effet leur moteurs sont désignés en premier non pas par une lettre mais un numéro. Ce numéro correspond à l’impulsion totale du moteur. Le reste des informations données par leur code moteur reste les mêmes que ceux présentés plus haut.

 

Cesaroni 648J285-15A

648 correspond à l’impulsion totale en newton-secondes.

J est la classification de l’impulsion totale.

285 correspond à la poussée moyenne en newtons.

Pour connaître approximativement le temps de combustion du moteur il vous suffit de diviser l’impulsion totale par la poussée moyenne :

648 / 287 = 2.2 s

Le 15A représente le délai. Après 15 secondes, la charge d’éjection sera déclenchée. Les moteurs de la marque Cesaroni sont toujours configurés dans le délai le plus long. Ainsi l’utilisateur n’aura plus qu’à racourcir le délai au temps souhaité.

 

Fonctionnement général des micros propulseurs
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