Ce sont les moteurs les plus employés et les plus traditionnels. Ils sont constitués d’une enveloppe qui contient le propergol et souvent le système d’éjection du parachute. Ils peuvent être utilisés une seule et unique fois, on parle de moteurs à utilisation unique; ou plusieurs fois, on parle alors de moteurs rechargeables. Nous verrons plus tard ce qu’est un moteur à utilisation unique et un moteur rechargeable.

 

I. Les moteurs à propergol traditionnel:

 

tradition

Ce sont les moteurs les plus communs et les plus économiques. Les principaux producteurs de ce genre de moteurs sont Quest et Estes.
Ils furent inventés, tout comme les rockets en 1957. Le propergol utilisé était le même que celui des feux d’artifices : la poudre noire. Au fil des ans la fabrication s’est raffinée, aujourd’hui le propergol employé n’est plus de la poudre noire, mais un mélange de produits sous forme de poussières. Le tout est comprimé par des machines qui concrétisent le propergol en un bloc très dur. Ces moteurs sont à utilisation unique et sont les plus aptes pour vos débuts. Les moteurs sur l’image ci-contre utilisent une mèche pour leur allumage.

 

composition moteur solide
Composition typique d’un moteur à propergol solide

L’enveloppe de ces moteurs est toujours en carton, en effet, le carton est un excellent isolant de la chaleur, il est de plus très économique. La buse (nozzle) est quant à elle en céramique.

Voyons à présent les phases de fonctionnement des moteurs utilisant un propergol traditionnel: (les images proviennent du fabricant Estes)

1. Le propergol, une fois allumé, produit plus de 2000 fois son volume solide en gaz chauds. Ces gaz sortent du bec et produisent une poussée en accordance avec la troisième loi de Newton, comme citée un peu plus en haut. La fusée est propulsée dans le ciel.

phase1

 

 

 

 

2. Lorsque tout le propergol a été utilisé, le retard est activé. Il permet de visualiser le vol de la fusée dans le ciel, en expulsant une fumée, pouvant être de différentes couleurs selon le type de moteur.

phase2

 

 

 

3. Après que le retard soit complètement consommé, la charge d’éjection est activée, elle permet l’expulsion du parachute du corps de la fusée.

phase3

 

 

 

 

Conseils:

Même si ces moteurs ont beaucoup de points positifs, je dois quand même vous avertir de certains points noirs. En effet, les moteurs traditionnels souffrent des « bonds de température » : ils ne doivent pas être laissés dans votre voiture en plein soleil et ne doivent pas être employés dans le cas de journées très froides. Si vous devez les employer dans ce dernier cas, tenez-les dans votre poche ou dans un lieu relativement chaud, jusqu’à l’instant de les utiliser, sous peine de perdre de leurs capacités.

Ne les-laissez jamais tomber ou taper contre une superficie dure. Un tel coup peut créer des fentes à l’intérieur du propergol et causer une combustion particulièrement rapide qui détruirait à la fois le moteur et peut-être même votre modèle.

 

II. Les moteurs à propergol composites:

Le propergol utilisé dans ces moteurs est du même type que celui utilisé dans les navettes spatiales. Ce sont les moteurs les plus puissants, ils vont de la classe D à N. Les moteurs à propergol composite sont disponibles à utilisation unique (SU : Single Use), ou en version rechargeable (nous en reparlerons plus tard). Ces moteurs nécessitent déjà une bonne expérience. Leur allumage se fait uniquement électriquement ce qui permet de mieux gérer le lancement.

Les dimensions standard sont 18, 24, 29, 38, 54, 75 et 98mm. Les longueurs, quant à elles sont très variables et dépendent de la puissance du moteur.

Le producteur mondial est RCS/Aerotech, il existe d’autres fabricants, tels que Cesaroni, Animal Motor Works (AMW), Ellis Montain Motor Works, Loki Research pour n’en citer que quelques uns.

Les moteurs à propergol composites sont habituellement une mixture solide de perchlorate d’ammonium et de quelques autres éléments. Différents additifs peuvent être utilisés pour créer des effets particuliers, comme des étincelles ou utiliser une couleur pour la flamme (bleu, vert, blanc, noir…)

Si vous allumez du perchlorate d’ammonium (PA) sous sa forme de cylindre, il brûlera, mais ne produira aucune poussée. Le PA est sensible à la pression, il brûlera beaucoup plus rapidement une fois contenue dans le chambre de combustion du tube moteur. C’est pourquoi il faut bien calculer la gorge de sortie du bec (nozzle) du moteur, afin de produire la bonne quantité de pression pour créer une combustion rapide mais contrôlée, ceci aura pour conséquence une poussée importante.

Les moteurs à propergols composites sont beaucoup plus puissant que ceux utilisant un propergol traditionnel. En effet, un moteur composite ayant la même quantité de propergol qu’un moteur traditionnel, verra sa poussée double voir triple par rapport aux simples moteur. Ceci permet de construire des moteurs composites ayant les même dimensions que les moteurs traditionnels mais avec une puissance beaucoup plus importante. Néanmoins ces moteurs sont plus chers que les moteurs traditionnels et plus dur à allumer.

 

A. Les moteurs composites à usage unique

Les moteurs à utilisation unique à propergol composite contiennent les mêmes éléments que les moteurs traditionnels: un bec, le propergol, le retard et la charge d’éjection. A droite une photo de quelques moteurs à usage unique de la marque Aerotech.

moteur composite

 

Composition d’un moteur a usage unique composite.

Le tube moteur est un « boîtier très résistant » réalisé en phénolique tout comme le bec aussi appelé Tuyère. Certains moteurs de hautes puissances à utilisation unique ont des tubes en aluminium. L’allumage des moteurs de type composite se font à l’extrémité supérieure du propergol. Et le propergol dispose d’une géométrie en C-slot (nous parlerons un peu plus tard de cette géométrie).

Voyons ensemble le fonctionnement des moteurs composites à utilisation unique:

1. Contrairement aux moteurs traditionnels, ces moteurs s’allument à l’extrémité supérieur du propergol. L’allumeur doit toucher le sommet du propergol ainsi que le retard.

allumage moteur composite phase1

 

 

 

2. L’allumeur met feu à la fois au propergol et au retard, une caractéristique propre aux moteurs de type composites.

allumage moteur composite phase2

 

 

 

 

3. A l’instant de l’allumage, le propergol et le retard commencent à brûler et à se consommer. Le retard est semblable au propergol mais avec des caractéristiques de combustion bien différentes. Ce dernier ne produit aucune poussée.

allumage moteur composite phase3

 

 

 

 

4. Le propergol et le retard continuent de brûler, mais avec des vitesses de combustion différentes.

allumage moteur composite phase4

 

 

 

 

5.Lorsque le propergol est complètement épuisé, le retard, lui continue toujours de brûler. Son temps de combustion est proportionnel à sa longueur. Le retard, comme dis précédemment, sert a suivre le vol de la fusée en éjectant une fumée.

allumage moteur composite phase5

 

 

 

 

6. Une fois que le retard est complètement épuisé, la charge d’éjection est déclenchée.

allumage moteur composite phase6

 

 

 

 

Les moteurs de types composites sont produits comme pour les moteurs traditionnels dans des dimensions identiques:

Diamètre x longueur (en mm) Classe
18 x 70 D
24 x 70 E
29 x 73 F
29 x 98 F,G
29 x 124 G

 

B. Les moteurs composites rechargeables

 

moteur RMS
Photo d’un moteur rechargeable Ø29mm

 

Les moteurs à propergol composites, peuvent aussi êtres de type rechargeable. Plus on s’avance dans la classification, plus vous trouverez des moteurs de type rechargeable. Les moteurs à utilisation unique (SU : Single Use) sont les moteurs les plus communs jusqu’à la classe G. Après, on trouve majoritairement des moteurs de type rechargeables.

Les diamètres les plus courants sont 18, 24 et 29mm. Encore une fois, les dimensions sont en général les mêmes que celle des moteurs à propergol traditionnel.

Un moteur rechargeable est un moteur conçus pour être utilisé plusieurs fois en insérant un nouveau propulseur et en remplaçant certaines pièces. Un moteur rechargeable se compose habituellement d’un tube et de deux pièces de ‘fermetures’ situées aux deux extrémités du tube. Ces trois pièces sont réutilisables un grand nombre de fois.

 

RMS 29/40-120
Exemple de tube moteur (motor case).

A droite la fermeture arrière (aft closure) et à gauche la fermeture avant (forward closure) du tube.

Il existe un code spécial pour les tubes moteurs. En effet les tubes des moteurs rechargeables sont désignés par le RMS (Reloadable Motor System) suivit d’un code indiquant le diamètre en mm du tube ainsi que l’impulsion totale pouvant être utilisée avec ce dernier. Par exemple un motor case de type RMS 29/240 est un moteur de 29 mm de Ø qui accepte un kit de propulseur d’une impulsion totale maximum de 240 Ns.

 

Voici un petit tableau qui résume les dimensions ainsi que l’impulsion totale des 3 principaux tubes.

Moteur Diamètre Impulsion totale Longueur
RMS 18/20 18 mm 20 Ns max 70 mm
RMS 24/40 24 mm 40 Ns max 70 mm
RMS 29/40-120 29 mm entre 40 et 120 Ns 124 mm

 

Un kit de propulseur contient un ou plusieurs grains de propulsion et d’autres éléments qui sont remplacés après chaque utilisations du moteur. La plupart des moteurs utilisent une ou plusieurs bagues en silicones qui doivent être remplacées chaque fois que le moteur est utilisé. Certains fabricants utilise un bec en plastique qui doit être remplacé tous les vols ; c’est le cas de Aerotech. D’autres utilisent des becs en graphite réutilisables, c’est le cas d’Animal Motors Work.

Kit de propulsion RMS de chez Aerotech

Les moteurs rechargeables sont beaucoup plus économiques que les moteurs à utilisation unique, en effet il ne vous suffit plus que d’acheter les kits de recharges lorsque vous disposez du tube moteur. Néanmoins, un moteur rechargeable ne devient intéressant qu’au bout du 5-6 ème lancement.

Les moteurs de type rechargeables sont extrêmement sûrs dû fait qu’il n’est pas nécessaire de mélanger quelconque type de matériaux dangereux, car le propergol est déjà prêt à être installé.

Il faut bien prendre en compte que chaque fabricants de moteurs vend le matériel qui fonctionne seulement pour leur moteurs.

Composition d’un moteur RMS une fois monté.

Fonctionnement des moteurs rechargeables:

Le fonctionnement des moteurs rechargeables composites est le même que celui des moteurs composites à usage unique. Seulement vous assemblez-vous même les différents composants du kit de propulsion. Voici le contenu typique d’un de ces kits de propulsion:

  • Les lingots/grains de propergol.
  • Le moteur liner qui protège l’intérieur de votre tube moteur.
  • Le grain de retard et ses composants.
  • Des bagues en caoutchouc.
  • Un bec (nozzle).
  • Une mèche électrique (du moins pour Aerotech).
  • Des instructions détaillées.

Les lingots ou grains sont assemblés dans le « liner » et le « liner » dans le tube moteur. Le liner permet de ne pas endommager le tube moteur en aluminium en raison de la très forte chaleur que dégage la combustion des grains. Les bagues ou o-rings permettent aux gaz chauds dégagés lors de la combustion de ne pas s’échapper par les deux extrémités du tube moteur.

reload kit

Les lingots ou grains de propulseurs peuvent exister sous 2 géométries différentes. Cette géométrie est la surface physique de combustion:

geometrie grains de propulsion

  • Une forme C-slot.
geometrie C-slot
Exemple d’un grain de propulseur de type c-slot.

Cette géométrie en C-slot est surtout présente dans les moteurs de « basse » puissance (D à G). La combustion se fait de part et d’autre de la fente du grain. L’allumage est comme pour les autres moteurs composites, effectué à l’extrémité supérieure du propergol.

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  • Core burning. La géométrie de ces grains de propulseurs assurent une poussée progressive. En effet, la combustion débute à la surface du trou et s’accroît au fil du temps. L’inconvénient de ce système est que la poussée est constante et ne permet pas de propulser des modèles très lourds. C’est pourquoi on utilise le système BATES (BAllistic evaluation TESt motor) qui permet une poussée moins constante et beaucoup plus importante. Au lieu d’avoir un lingot de propulseur en un bloc, celui-ci est divisé en d’autres plus petits. La combustion se fait toujours alors à la surface du trou, mais aussi entre les différents lingots. La surface de combustion étant beaucoup plus importante, la poussée est augmentée !

Cette géométrie en core burning est surtout présente dans les moteurs à haute puissance (HPR).

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Exemple de 3 lingots de propulseurs de type core burning utilisant le système BATES.

 

C. Un mot sur le retard

Le retard est allumé en même temps que les grains de propulsions pour les moteurs composites. Il dispose d’un temps de combustion variable qu’il faudra adapter en fonction du temps optimal d’ouverture du parachute. La combustion de ce retard est assez rapide lors de la combustion des grains de propergol, mais une fois achevée la vitesse décroit.

Le retard est adaptable facilement pour les moteurs RMS et plus particulièrement pour les moteurs HPR. En effet chez Aerotech, il est possible d’acheter une recharge HPR ayant un retard générique, tel que 10 secondes et d’acheter en parallèle un pack de retard plus court ou plus long. Les retards sont facilement changeables.

Chez Aerotech on distingue 4 retards différents:

-S: Short = 6 secondes

-M: Medium = 10 secondes

-L: Large = 14 secondes

-X: Extra = 18 secondes

Le retard se doit d’être juste dans quel cas vous aurez de sérieux problèmes de récupération de votre modèle voir même un endommagement de celui-ci (Zipper). Un autre paramètre important a prendre en compte lors du choix du moteur est la durée de propulsion qui varie suivant le type de propergol utilisé.

 

D. Un exemple de fabriquant de moteurs composites: Aerotech

 

aerotech logo

Aerotech est un exemple de fabriquant de moteurs de types composites. Ils produisent des micro propulseurs allants de la classe D à N. Leur production est divisée en 2 lignes de production:

  • Une ligne de production appelée « consumer » composée de moteurs allants de la classe D à G. Des moteurs qui ne nécessitent pas de certifications.
  • Une ligne allant de H à N nommée « High Power Rocketry ».

La fabrique Aerotech produit 6 types de propergols différents pour les moteurs à utilisation unique et rechargeables. Entre ces différents propergols, la couleur de la flamme, le temps de combustion et la poussée changent :

White lightning (W) – Ce type de propergol est le plus connu chez Aerotech, il produit une flamme blanche brillante et une dense fumée blanche.

Blue Thunder (T) – Produit une flamme bleue-violette avec très peu de fumée. Ces moteurs disposent d’une poussée beaucoup plus importante par rapport aux moteurs de types White Lightning et Black Jack pour la même impulsion totale. Ces moteurs sont parfaits pour avoir de grosses accélérations et donc pour soulever les fusées assez lourdes.

Black Jack (J) et Black Max (FJ) – Permettent une grande visibilité avec la fumée noire éjectée. Ces moteurs sont caractérisés par de petites accélérations et des phases de propulsions plutôt longues. Les Black Max disposent d’une meilleure accélération par rapport aux moteurs de type White lightning.

Redline (R) – Caractérisés par une poussée et une durée de propulsion intermédiaire par rapport aux moteurs de types White Lightning et Blue Thunder. La flamme de ces moteurs est rouge et très peu de fumée est dégagée.

Warp-9 (N) – Produit une flamme jaune-orangée, une très grande poussée et une durée de propulsion très courte.

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Mojave Green (G)- Le tout dernier propergol de chez Aerotech. Il produit une très grande poussée, la durée de propulsion est très courte et la flamme est verte.

Le type de propergol utilisé est désigné par une lettre (ou plus) à la fin du code moteur. Par exemple un moteur au code G33-7FJ aura un propergol de type Black Max ; G67-4W un propergol de type White Lightning…

Les moteurs à propergol solide
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