Thermohydraulique diphasique pour Ariane : un exemple de diffusion technologique

Abstract

• LES MOTEURS CRYOTECHNIQUES •Les programmes spatiaux actuels reposent en grande partie sur les performances de moteurs-fusées qui communiquent aux charges utiles les vitesses nécessaires à leur satellisation. La force propulsive est produite par l'éjection à grande vitesse des gaz produits par la réaction chimique de deux ergols.Chaque fois que le besoin de performance est important, c'est au couple oxygène liquide/hydrogène liquide (LOXlLH 2 ) que l'on a recours. Leur combustion sous pression produit en effet une impulsion spécifique de loin supérieure à tous les autres couples d'ergols. La compétence acquise au STR dans le cadre du dé-veloppement de logiciels de thermohydraulique et la conduite de programmes expérimentaux (notamment pour la sûreté des REP) ont été un élément majeur dans le choix effectué par la SEP et le CNES en lui confiant dans le cadre d'une convention SEP-CNES-CEA le développement d'outils de prédiction du comportement des circuits d'alimentation hydrogène et oxygène des chambres de combustion, ainsi que la réalisation d'un programme expé-rimental qui permettra la qualification des modèles. III. THERMOHYDRAULIQUE DES MO-TEURS CRYOTECHNIQUES.L'ensemble propulsif associé à un moteur cryotechnique comprend essentiellement: -une chambre de combustion dans laquelle les ergols sont injectés sous forte pression à travers des injecteurs coaxiaux; -une tuyère de détente, grâce à laquelle ces gaz de combustion atteignent les vitesses supersoniques néces-saires à l'effet propulsif; -deux pompes d'alimentation en ergols, entraînées par une turbine elle-même animée par des gaz issus de la réaction d'une partie des ergols; -deux réservoirs hydrogène et oxygène liquides (LH 2 et LOX) faiblement pressurisés.En régime nominal, à l'aval des pompes, chaque ergol rencontre successivement un piquage (prélevant une fraction du débit pour alimenter la turbine), un calibrage, une vanne.L'oxygène pénètre dans une cavité appelée DOME-LOX et va alimenter la chambre de combustion par une multitude d'injecteurs répartis sous la plaque inférieure du dôme ( fig. 3).L'hydrogène pénètre dans un collecteur toroïdal et se distribue dans un faisceau de canaux (dits régénératifs), de section rectangulaire, qui constituent la paroi de la chambre de combustion. Le débit qui les parcourt assure le refroidissement et évite la dégradation rapide des parois de la 2 RESERVOIR HYOAeXiENE llOUlOE Les diverses défaillances d'HM7 survenues en 1985 et 1986 ont mis en évidence la nécessité de mieux connaître la physique des écoulements mis en jeu dans les moteurs 1. Schéma hydraulique d'un ensemble propulsif cryotechnique.2. Schéma de principe d'un moteur cryotechnique. 1 LA HOUILLE BLANCHEIN°1·1995Article published by SHF and available at