vignette|droite|Schéma d'un moteur à combustion étagée . Le cycle à combustion étagée () est une configuration de moteur-fusée à ergols liquides dans laquelle les ergols passent par plusieurs chambres de combustion. Cette configuration permet d'obtenir des moteurs particulièrement performants, au prix d'une plus grande complexité.
Historique Le principe de la combustion étagée est proposée pour la première fois par l'ingénieur soviétique Alexeï Issaïev en 1949. Le premier moteur utilisant cette configuration est le S1.5400 développé par le bureau OKB 1 pour propulser l'étage supérieur Bloc L du lanceur Molnia, qui réalise son premier vol en 1960. En parallèle, Nikolaï Kouznetsov participe à partir de 1959 au développement de moteurs à combustion étagée pour la fusée N1 dans le cadre du programme lunaire habité soviétique : les NK-15 et NK-15V, puis les NK-33 et NK-43 prévus pour la version améliorée N1F du lanceur. Valentin Glouchko développe quant à lui entre 1961 et 1965 le RD-253, moteur à combustion étagée non cryogénique brûlant du peroxyde d'azote et de l'UDMH utilisé pour propulser le premier étage du lanceur Proton, qui réalise son premier vol en 1967.
Le RS-25, utilisé à partir de 1981 sur la navette spatiale américaine, est le premier moteur à combustion étagée à utiliser de l'hydrogène liquide et de l'oxygène liquide. Son équivalent soviétique utilisé sur le lanceur Energia, le RD-0120, vole en 1987.
Fonctionnement Dans un cycle à combustion étagée, une partie des ergols passe dans une ou plusieurs préchambres de combustion, dans lesquelles la proportion de carburant (combustion ) ou de comburant (combustion ) est volontairement trop élevée, dans le but d'obtenir une combustion incomplète. Les gaz sortant de cette préchambre de combustion entrainent la turbine de la turbopompe avant d'être injectés dans la chambre de combustion principale avec le reste des ergols. Dans la mesure où tous les ergols sont éjectés par la tuyère et contribuent à la propulsion, le cycle à combustion étagée est un cycle fermé.
Les moteurs à combustion étagée peuvent avoir une variété de disposition des ensembles préchambre-turbine-turbopompes : les deux pompes peuvent utiliser une turbine commune (exemple : le RD-191) ou avoir chacune la sienne, et dans ce cas les deux turbines peuvent avoir chacune une préchambre ou bien se partager une préchambre commune. Le RS-25 est un exemple de moteur à deux ensembles préchambre-turbine.
Combustion étagée vignette|droite|Schéma d'un moteur à combustion étagée . Une variante est la combustion étagée à flux complet (). Dans celle-ci, la turbopompe du carburant est entrainée par une préchambre et celle du comburant par une préchambre . La totalité des ergols passe par l'une des turbines, d'où le nom de la configuration.
Seuls trois moteurs-fusées utilisant cette variante ont atteint le banc d'essai : le RD-270 soviétique dont le développement commence en 1962 mais est annulé en 1970 sans avoir jamais volé ; l' développé par l'Air Force Research Laboratory dans les années 1990 et 2000 ; et le Raptor de SpaceX dont le premier essai a eu lieu en et le premier vol en .
Utilisation La combustion étagée est le cycle permettant d'atteindre les pressions les plus élevées dans la chambre de combustion, de l'ordre de à . Elle permet de concevoir des moteurs puissants avec une impulsion spécifique élevée. En contrepartie, les moteurs-fusées obtenus sont plus lourds et plus complexes.
+Tableau comparatif de moteurs-fusées à combustion étagéeMoteurPaysConstructeurUtilisationErgolsTypePoussée (dans le vide)I (dans le vide)PressionPremier volRef.Archimedes, Rocket LabNeutronLCH4 / LOXEn développementBE-4Blue OriginNew Glenn, VulcanLCH4 / LOX2024CE-7.5Hindustan AeronauticsGSLV Mk IILH2 / LOX2014La première tentative de vol a lieu le , mais le moteur CE-7.5 ne parvient pas à s'allumer. Le premier vol réussi a lieu le .LE-7Mitsubishi Heavy IndustriesH-IILH2 / LOX1994NK-33KouznetsovAntares 100, N1F, Soyouz-2-1vRP-1 / LOX2013Le programme lunaire habité soviétique ayant été annulé en 1974, la N1F ne vole finalement jamais, et le premier vol du NK-33 n'a lieu qu'après leur achat par Aerojet sur une Antares 100 le 21 avril 2013, sous la dénomination AJ26.RaptorSpaceXStarship/Super HeavyLCH4 / LOX380 s2019RD-0120KB KhimautomatikiEnergiaLH2 / LOX1987RD-170NPO EnergomashEnergia, ZenitRP-1 / LOX1987RD-180Atlas III, Atlas VRP-1 / LOX2000RD-191Angara, Antares 200RP-1 / LOX2014RD-253ProtonUDMH / 1965RD-270UR-700 (projet)UDMH / annulé en 1970RS-25Aerojet RocketdyneSTS, SLSLH2 / LOX1981YF-100AALPTLM 5, LM 6, LM 7RP-1 / LOX2015
Notes et références Notes
Références
Voir aussi Bibliographie
Articles connexes Cycle générateur de gaz Cycle à expandeur Cycle tap-off
Catégorie:Combustion Catégorie:Moteur-fusée par cycle Catégorie:Propulsion spatiale Catégorie:Cycle thermodynamique