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CHRONOLOGIE ARIANE

LE MOTEUR HM7

Le moteur HM7 équipe le troisième étage d' Ariane 1. De 1,813 m de hauteur pour 152 kg, il délivre une poussée de 61,7 kN dans le vide (442,6 s d'impulsion spécifique). la pression dans la chambre de combustion est de 30,5 bars et sa durée de fonctionnement de 563 s.

Ariane1 HM7 ecorche.jpg (344064 octets)

Schéma hydraulique du moteur cryotechnique HM7

Ce moteur e été conçu par la Société européenne de propulsion grâce à l'expérience acquise sur un premier moteur cryotechnique le HM4 d'une poussée de 4000 daN, étudié et essayé entre 1962 et 1969. Le développement du HM7 a débuté en 1973, et a conduit, en 1979, à la qualification de la version destinée à la propulsion du troisième étage du lanceur Ariane. dont le premier vol eut lieu le 24 décembre 1979.

Le version initiale HM7A, utilisée sur Ariane 1, délivrait dans le vide une poussée de 6160 daN pour une impulsion spécifique de 442,4 s et un rapport de mélange à l'entrée des pompes de 4,43.

Une version HM7B améliorée a été développée pour les lanceurs Ariane III et Ariens IV; l'augmentation du taux de détente de la tuyère conduit à un gain d'impulsion spécifique de 4,5 s. Le masse du moteur est de 170 kg, sa hauteur de 1,90 m, et son diamètre de sortie de tuyère de 0,984 m.

Ce schéma hydraulique présente l'ensemble propulsif H8. Il met en évidence la complexité d'un système propulsif à oxygène et à hydrogène liquides et le haut niveau d'intégration des fonctions entre l'étage et le moteur. Grâce à une articulation à cardan et à des vérins hydrauliques, le HM7 pilote le troisième étage en tangage et en lacet. Il fournit l'hydrogène gazeux pour la pressurisation du réservoir d'hydrogène liquide et l'alimentation du système de contrôle en roulis. Enfin, il assure le réchauffement de l'hélium de pressurisation du réservoir d'oxygène liquide et d'alimentation des commandes pneumatiques.

Le moteur HM7 utilise le cycle à flux dérivé classique. Le chambre de combustion est alimentée, à travers des vannes d'injection, par les ergols mis en pression par une turbopompe. La turbine est entraînée par les gaz issus d'un générateur lui-même alimenté par prélèvement d'un faible débit d'ergols à la sortie des pompes.

Le moteur HM7 n'est pas à proprement parler régulé mais réglé. Le puissance de la turbine est ajustée, pour chaque moteur produit, par des venturis cavitaires qui agissent sur les débits d'ergols alimentant le générateur de gaz (un venturi cavitaires est une sorte de tuyère utilisée pour les liquides et qui crée une poche gazeuse au voisinage du col, empêchant ainsi la remontée vers l'amont de perturbations apparaissent en aval). Sur le débit d'oxygène liquide, le pression en amont du venturi est maintenue constante à l'aide d'un régulateur commandé à partir d'une pression d'hélium constante fournie par un détendeur réglable. En ce qui concerne l'hydrogène liquide, de faibles variations de son débit ayant peu d'influence sur la puissance qui est délivrée par le générateur, un simple orifice calibré réglable est placé en amont du venturi. Les débits d'ergols dans le chambre de combustion sont ajustés par des orifices calibrés placés en sortie des vannes d'injection.

Au démarrage. L'allumage des ergols dans la chambre propulsive est obtenu à l'aide d'un allumeur pyrotechnique placé au centre de l'injecteur tandis que, simultanément. l'allumage du générateur de gaz et le lancement de la turbine - après mise en froid des pompes - sont assurés à l'aide d'un démarreur. pyrotechnique également. L'alimentation de la chambre et du générateur est accomplie par ouverture des vannes d'injection pneumatiques correspondantes. commandées par deux boîtiers d'électrovannes.

L'allumeur et le démarreur pyrotechnique comportent des pains de propergol solide brûlant respectivement pendant 3.5 et 0,9s. La fin de le combustion du démarreur est également destinée à allumer le générateur de gaz dès l'ouverture de ses vannes d'injection. L fiabilité de ces matériels est très élevée grâce à la redondance du système de mise à feu, deux initiateurs possèdent chacun une alimenttïon électrique indépendante (source ; S.E.P.).

La turbopompe du HM7.

Dérivée d'un modèle conçu en 1964 pour le moteur HM4. la turbopompe, d'une masse de 30 kg. délivre une puissance de 410 kW sur l'arbre de la turbine, dont la vitesse de rotation atteint 60500 tours par minute. La pompe centrifuge à hydrogène liquide, montée directement sur l'arbre de le turbine, a un débit de 37 l/s; elle porte la pression de l'hydrogène liquide de 0,3 à 5 MPa. La pompe à oxygène liquide est entraînée à 13000 tours par minute par l'intermédiaire d'un réducteur à train d'engrenages à deux étages; elle porte la pression de l'oxygène liquide de 0,2 à 5 MPa. La lubrification des engrenages est assurée par un débit d'hydrogène gazeux contenant de fines gouttelettes de tributylphosphate.

La turbine à deux étages est entraînée par un débit de 0,260 kg/s de gaz chauds (hydrogène et vapeur d'eau) provenant de la combustion dans le générateur ; un fort excès d'hydrogène a pour effet d'abaisser la température des gaz, tout en les rendant réducteurs, de façon à protéger les aubes de la turbine. Après détente dans la turbine. ces gaz sont éjectés dans le vide à travers une tuyère placée à la sortie de la tuyère d'échappement. La régulation du débit d'hydrogène assure un contrôle suffisent de la vitesse de rotation des pompes (S.E.P.).

La chambre propulsive du HM7

Conçue et développée par la société allemande M.8.MBB-Erno, la chambre propulsive comporte trois sous-ensembles ; l'injecteur principal,  la chambre de combustion et la tuyère.

Situé au sommet de la chambre de combustion, l'injecteur principal pulvérise l'oxygène liquide, le vaporise. puis le mélange avec l'hydrogène gazeux grâce à 90 injecteurs élémentaires coaxiaux qui débouchent à travers la face plane d'injection.

Les ergols brûlent dans la chambre de combustion sous une pression de 3.55 MPa (version HM7B). Cette chambre, réalisée suivant un brevet M.B.B., est du même type que celle qui est utilisée sur les S.S.M.E américain. Les gaz de combustion étant à plus de 3000° K, les parois de la chambre et du col. en cuivre très pur, sont refroidies par circulation du débit principal d'hydrogène froid (de 30 à 100° K) provenant de la pompe; les 128 canaux longitudinaux fraisés de section rectangulaire dans lesquels circule l'hydrogène, assurent côté gaz chaud une température inférieure à 600° K. La partie externe des canaux est réalisée par électrodéposition de plusieurs millimètres de nickel. L'hydrogène est ensuite injecté dans la chambre à une température de l'ordre de 100° K. Il n'y  pas de pertes associées à ce refroidissement puisque la chaleur extraite de la paroi est réinjectée dans la chambre avec l'hydrogène, ce qui explique le nom de refroidissement régénératif donné à ce concept.

Le tuyère se prolonge, eu-delà du col par un divergent rapporté refroidi à l'aide d'un faible débit d'hydrogène froid (environ 0.130 kg/s) parcourant les 242 tubes à section carrée de 4 mm x 4 mm enroulés en hélices jointives soudées qui le constituent. Après s'être échauffé à plus de 1 000° K, l'hydrogène est éjecté sans combustion par 726 microtuyères périphériques situées au bas du divergent, délivrant ainsi une poussée supplémentaire. Le refroidissement est alors dit par fluide perdu (source  S.E.P.).