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Afin d' essayer les
différents éléments du lanceur, on utilise des bancs d' essais. Ces bancs
permettent aussi bien les essais de moteur au sol ou en condition de vol, que
les essais des étages et leurs éléments constitutifs. Certains notamment ceux
pour les essais moteur ont déjà été utilisé pour les versions précédentes
des AR4.
BANC D' ESSAI MOTEUR
Deux bancs sont situés au CSG de Kourou en Guyane, le BEAP et le BEL. Le premier a été conçu pour les essais de
développement des propulseurs EAP en configuration de vol. Il est situé dans
la zone de préparation des boosters. Le second BEL est en fait un banc qui a
permit la validation de l'ensemble de lancement ELA3 dans les procédures de mise en
configuration thermodynamique des ergols
(assainissements, remplissage/vidange, pressurisation/dégazage), des tests des
automates de sécurité et participé au développement de l'étage principal cryotechnique, en
validant des séquences de mise en configuration thermodynamique des ergols
avant le tir (assainissements, remplissage, vidange, compléments de plein et
opérations anti-geyser, mise en froid du moteur, séquence synchronisée et
mise à feu du moteur Vulcain).
Le BEL ou Battle Ship est en fait un réservoir de 120 tonnes haut de 19 m pour
5,7 m de diamètre contenant l' hydrogène et l' oxygène liquide dans deux
réservoirs de 74 et 190 m3 monté sur un bâti support de 140 tonnes haut de 9 m
pour 8 m sur 15.
Les autres banc d' essai moteur sont situé en
Europe en France et en Allemagne chez la SNECMA-SEP et Astrium respectivement.
BANC D' ESSAI MOTEUR ETAGE EPC
Le banc PF50 de la Snecma SEP est situé à
Vernon en France. En forme de tour (60 m
de haut dont 23 m sous le niveau du sol et une surface au sol de 25 m x 25 m), il est composé de 2 parties séparées par un mur
anti-explosion avec d' un coté:
_ la cellule d'essais où le moteur est disposé
verticalement.
_ un bâti métallique ancré sur le mur anti -explosion qui
assure la reprise des efforts;
_ la cellule qui surplombe le système guide et
déflecteur de jet destiné à l'évacuation des gaz éjectés par le moteur.
Et de l' autre:
_ les réservoirs d'oxygène et d'hydrogène liquide
ainsi que les lignes associées nécessaires à l'alimentation du moteur.
_ des
installations de stockage d'ergols et de production de gaz comprimés.
_ un
poste de commande situé à 200m du banc.
Il réalise les essais de développement, de qualification et de
réception du moteur cryotechnique Vulcain, ainsi que d'une partie des systèmes
de l'ensemble propulsif. Il est par conséquent équipé de réservoirs d' alimentation
en LOX et LH2 et des lignes d' alimentation correspondante. Un système informatique
de conduite d'essais et d'acquisition des mesures permet le traitement des
données recueillies.
Le site est équipé aussi d' un système de pressurisation des réservoirs basse
pression LH2 et LO2, d' un ensemble de détentes,
d' une torche de brûlage de l'hydrogène,
d' un système de soufflage et de brûlage de l'hydrogène,
d' un ensemble guide et déflecteur de jet,
d' un réseau de commandes et d' un réseau de mesures.
Banc PF50 :
essais des moteurs Vulcain et Vulcain 2
Le banc PF52 est installé sur la zone dite cryogénique (zone
K) du site d'essais de Snecma Moteurs à Vernon. L'installation comprend:
_ une cellule d'essais séparée de l'ensemble du banc par un mur principal
de protection capable de résister à une explosion équivalent à 150 Kg de
TNT.
_ un second mur de séparation perpendiculaire au mur principal protège le
banc en 2 zones: une zone hydrogène et une zone oxygène.
_ le poste de commande situé à 135 m du banc
_ une piscine de brûlage d'hydrogène située dans un vallon à 100 m en
contrebas du banc.
Le banc mesure 12 m de haut et 30 m avec la
torche pour 80 m de long sur 30 de large . la piscine de brûlage de l'
hydrogène mesure 20 m sur 10.
Le système cryotechnique basse pression en hydrogène
liquide et oxygène liquide comprend chacun un réservoir d'alimentation, un réservoir de récupération
et une ligne d'alimentation des turbopompes.
Le système cryotechnique haute pression en hydrogène liquide et oxygène
liquide comprend chacun un réservoir d'alimentation et une ligne
d'alimentation du générateur de gaz et un système informatique de conduite d'essais et d'acquisition des mesures.
La banc comprend aussi un système de pressurisation des réservoirs basse
pression LH2 et LO2 + un système de pressurisation des réservoirs haute
pression LH2 et LOX comprenant chacun un stockage HP et une détente, ainsi qu'
un ensemble de détentes en azote et hélium,
une torche de brûlage des gaz d'entraînement des turbines des turbopompes,
une piscine de brûlage de l'hydrogène de refoulement de la turbopompe
hydrogène, un réseau de commandes et
un réseau de mesures.
En équipements auxiliaires, il y a une station de compression hydrogène,
2 pompes de production d'azote gazeux,
un système de récupération de l'hydrogène gazeux et un ensemble vidéo, phonie et
de régie.
Le banc PF52 sera modifié pour permettre les essais du moteur Vinci du
lanceur Ariane 5 Plus Cryogénique (EC-B)
Banc PF52 :
essais des moteurs Vinci et des turbopompes Vulcain
Le banc P5 est installé sur le site d'essais de la DLR
Lampoldshausen en Allemagne. En forme de tour (65 m
de haut dont 23 m sous le niveau bas de la cellule
d'essai, surface au sol avec
bâtiment, stockage gaz, carneau de 2900 mètres carré et la cellule d'essai de15 m x 18 m x 15 m),
, il est composé de 2 parties séparées par un
mur anti-explosion avec :
_ D'un côté la cellule d'essais où le moteur est disposé
verticalement, un bâti métallique ancré sur le mur anti-explosion qui
assure la reprise des efforts, la cellule qui surplombe le système guide et
déflecteur de jet destiné à l'évacuation des gaz éjectés par le moteur.
_ De l'autre côté les réservoirs d'oxygène liquide ainsi que les
lignes associées nécessaires à l'alimentation du moteur.
Le banc possède :
_ Un système de pressurisation des réservoirs basse
pression LH2 et LO2
_ Un ensemble de détentes
_ Une torche de brûlage de l'hydrogène
_ Un système de soufflage et de brûlage de l'hydrogène
_ Un ensemble guide et déflecteur de jet
_ Un réseau de commandes
_ Un réseau de mesures
_ Un réseau de communication et vidéo
_ Une base arrière de stockage des ergols (LH2,
LO2), de production gaz (GH2, GN2, GHe), des réservoirs d'eau (2000 mètres
cube), de sécurité et un ensemble vidéo, phonie et régie.
_ Un poste de mesure et commande
 
L'installation P3.2 est située sur le terrain d'essais de la
DLR à Lampoldshausen près de Heilbronn (Allemagne) et est sous la responsabilité de
Astrium GmbH (ex DAIMLER-BENZ AEROSPACE). Elle est utilisée pour les essais à feu de la chambre de poussée équipée
du divergent pour une durée maximale de 25 secondes au point de fonctionnement
nominal (33,6 kg/s LH2, 198 kg/s LO2).
L'installation contient une cellule d'essais à l'avant, séparée des autres
parties par un mur en béton. Ce mur pro tége contre l'explosion et
permet la fixation horizontale de la chambre de combustion et de
l'instrument de mesure de la poussée.
2 murs en béton supplémentaires séparant les zones oxygène et
hydrogène. Le banc mesure hors tout: 35 m de haut pour 80 m sur 30.
Il comprend :
_ Circuit d'alimentation en hydrogène et oxygène
liquides à haute pression
_ Stockage d'hydrogène et oxygène liquides à basse pression
_ Système de pressurisation pour les réservoirs d'oxygène et d'hydrogène
liquides
_ Mesures, contrôle et poste de commande pour l'exécution et l'évaluation
des essais
_ Système de remplissage et de purge en hydrogène, azote
et hélium
_ Réservoirs de stockage d'hydrogène
_ Réservoirs de stockage d’oxygène
_ Bouteilles d'hydrogène et d’azote
_ Détendeurs
_ Système
pneumatique/hydraulique
Système de sécurité
_ Système de mesure de la
poussée
_ Event de combustion de l'hydrogène, évent d'oxygène
_ Station de compression d'hydrogène
_ Station de
pompage d'azote
_ Système de récupération de l'hydrogène
_ Installation
vidéo et communications
_ Réseau de mesures, commande et contrôle
Le banc 3.2 est proposé pour le programme de qualification de la
chambre de combustion du moteur Vinci.
BANC D' ESSAI MOTEUR ETAGE EPS
Le banc d'essais P2 est situé à la DLR à
Lampoldshausen (Allemagne). C'est
l'un des sept bancs d'essais de l'endroit. Le P2 a été adapté pour les essais des lanceurs Ariane 1 à 4 et modifié
pour Ariane 5. Des moteurs à propergols stockables d'une capacité pouvant
aller jusqu'à 100 kN peuvent y être testés en position verticale.
Dimensions : hauteur hors tout: 28 m dont 12 m sous le niveau d'accès de la
cellule d'essai, surface au sol de 600 mètres carré (bâtiment, carneau, plateforme).
Le banc comprend :
_ Tour d'essais comprenant un déflecteur de gaz et
une cellule d'essais
_ Système d'alimentation en propergols avec réservoirs de
stockage, réservoirs d'alimentation et système de pressurisation
_ Système de mesures et de contrôle
_ Liaison aux systèmes d'alimentation de la zone
_ Zone de stockage des propergols
_ Liaison au réseau de sécurité de la zone
Le banc d'essais P4 est l'un des huit situés à
Lampoldshausen à la DLR en Allemagne.
Il a été construit en 1964 pour les essais des lanceurs Europa 1, les premiers
et second étages Ariane 1 à 4 ainsi que les PAL, puis modifié pour l'EPS d'Ariane 5 en 1992 et rénové en 1999. Il y a deux
cellules pour
les essais: P4.1 pour des conditions niveau de la mer et P4.2 pour des
conditions haute altitude (et niveau de la mer depuis 1995).
Dimensions : hauteur hors tout: 40 m et surface au
sol de 1900 mètres carré.
Il comprend:
_ Alimentation en propergols avec réservoirs de
stockage et réservoirs d'alimentation
_ Système de pressurisation des gaz (N2,
He)
_ Chambre à vide
_ Système d'échappement avec diffuseur supersonique,
tuyère auxiliaire, éjecteur dirigé par deux générateurs de pression, chacun
d'entre eux produisant 40 kg/s d'un mélange gaz/vapeur. Pour refroidir les gaz
d'échappement du moteur, de l'eau est disponible à un débit de 2 mètres
cube/s
_ Système de contrôle et de mesures
_ Système de ventilation avec décontamination des gaz
toxiques
_ Système hydraulique
_ Pompes à vide mécaniques
_ Liaison aux systèmes d'alimentation de la zone
_
Aire de stockage d'ergols
_ Liaison au système de sécurité de la zone
_
Centre de mesures
_ Système de refroidissement à l'eau
BANC D' ESSAI ETAGE EPC
Le banc d'essai P59 utilisé pour les essais des bâti-moteurs
du troisième étage HM7 des Ariane 1 à 4, a été modifié et agrandi pour les
essais du moteur Vulcain avec le générateur de gaz (P59.2) et la turbopompe oxygène
liquide (P59.3).
Ce banc d’essais a été démonté et stocké à Lampoldshausen en
attendant une future utilisation. L'installation était située dans la zone d'essais de ASTRIUM GmbH (ex
DAIMLER-BENZ AEROSPACE) à Ottobrunn/Sud près de Munich.
Elle comprenait les ensembles suivants:
_ cellule d'essais pour le
générateur de gaz, séparée des réservoirs en utilisation par un mur en
béton qui protège les réservoirs cryotechniques contre les explosions. Un
deuxième mur sépare les réservoirs d'oxygène liquide et d'hydrogène.
_
cellule d'essais pour la turbopompe oxygène liquide séparée du réservoir
d'alimentation et de récupération d'oxygène liquide par deux murs en béton.
_ station de compression d'hydrogène et station de azote
_ zone de stockage des
liquides et de réparation
_ Centre de commande
_ Centre de contrôle et mesures
Dimensions hauteur hors tout 23 m (flare stack)
et utile 11 m avec une base de 66 m sur 60.
Il comprend :
_ Installation d'oxygène liquide à basse pression qui comprend un réservoir d'alimentation (conservé au P3),
un réservoir de
récupération, P4.1 (DLR) pour Vinci et une ligne d'alimentation de la turbopompe
(conservée)
_ Installation cryotechnique d'oxygène et hydrogène à haute
pression comprenant des réservoirs d'oxygène et d'hydrogène liquides (stocké
au P3)
_ Système de pressurisation pour réservoirs d'oxygène et d'hydrogène
liquides et réservoir d'alimentation en oxygène liquide qui comprend des
bouteilles de gaz hydrogène et azote à très haute pression installées au P3
et le système de contrôle de la pression
_ Stockage oxygène liquide et azote et
système de récupération de l'hydrogène avec un réservoir de stockage
hydrogène liquide, un réservoir de récupération d'hydrogène et un réservoir de
magasinage oxygène liquide
_ Installations de mesures, contrôle et de commande
pour l'exécution et l'évaluation des tests
_ Circuit d'alimentation et d'épuration en hydrogène,
azote et hélium comprenant des bouteilles de gaz à haute pression et un
système de baisse de pression
_ Installation pneumatique/hydraulique
_ Système
de sécurité: lutte contre l'incendie, détection de fumée, feu et hydrogène
_ Event de combustion hydrogène
_ Station de compression de l'hydrogène
_ Station
de pompage d' azote
_ Installation vidéo et communications
_ Réseau de
mesures, commande et contrôle
_ Silencieux sur l'échappement de turbine
Le banc de simulation thermique de l' étage
EPC situé à Sassenage (France) comprend une chambre à vide de diamètre 4 m et 180
mètres cube environ avec chape supérieure amovible. La chambre équipée pour
recevoir des réservoirs jusqu'à 3 m de diamètre et pouvant être remplis en
LH2 et LO2 (vide maxi 0,01 mb).
Systèmes principaux :
_ Groupe de pompage 10000 N mètres cube par heure (à
0,01 mb)
_ Charpente métallique hauteur 25 m
_ Palan de manutention
_ Puissance
de chauffe 1500 kW
_ Centrale d'acquisition
_ Unité de régulation thermique
_ Caméra vidéo
Le banc d' essais de la ligne LOX de Sassenage
permet de caractériser le phénomène de geyser et de qualifier la séquence de mise en oeuvre de la ligne de vidange et du
circuit de remplissage-vidange oxygène liquide de l'étage principal
cryotechnique (EPC). L' installation d'essais composée d'une charpente métallique
supportant à 30 m le réservoir principal d'essais. L'installation en elle-même comprend: la ligne, le matériel en tests placé
entre le réservoir d'essai (45 mètres cube) et le réservoir de stockage (60
mètres cube).
Dimensions : hauteur utile: 35 m et surface au
sol de 380 mètres carré.
Systèmes principaux :
_ Réservoirs cryogéniques
_ Système modulateur
cryotechnique
_ Centrale d'acquisition
_ Système de pressurisation
_ Groupe hydraulique
_ Echangeurs oxygène liquide / azote
liquide et hélium / azote liquide
Le banc d' essais et de recette de sous
système hélium de l' EPC est aussi à Sassenage. L'installation est composée de:
_ une chambre sous vide diamètre intérieur 2m, 11 mètres cube
_ un poste
de recette de sphère
_ un ensemble de servitudes permettant des tests de
débitmétrie, des mesures précises de masse chargée, des mesures précises
de masse de gaz par pesée, des remplissages et vidanges en hélium liquide (ou
azote liquide si nécessaire)
_ une zone d'essai à rupture sous pression
Systèmes principaux :
_ Pompe turbo moléculaire
_ Balances de précision
_
Contrôle d'acquisition
_ Echangeurs
_ Surpresseur hélium
| Créé en octobre 1962 justa après la
création du CNES, le site sassenageois d’Air Liquide CEC (Centre d'Etudes
Cryogéniques) emploie 420 personnes dont 44% d’ingénieurs et cadres, 50%
de techniciens et agents de maîtrise et 6% d’opérateurs de production.
Situé non loin de Grenoble au bord de l'Isère, le site a été choisit à
cause de la proximité du laboratoire de très basses températures du CNRS
et du CEA. Lorsque la France a décidé d'envoyer un satellite de 500 kg
en orbite, Air Liquide a commencé les études sur le moteur H2 et H3 pour
équiper le lanceur Diamant. La zone hydrogène est mis en place en 1964.
Malheureusemlent, le H3 est abandonné et le H2 devient le HM4 qui sera
testé à Melun Villaroche. Avec l'arret des programmes fin des années
1960, le site survit sur fond propre. lorsque arrive Ariane en 1973, le
centre est de nouveau en activité.
Dominique Lecoq, responsable de la
communication, explique qu’à « Grenoble le terrain était favorable pour
la cryogénie (science des grands froids) ». D’où l’implantation de ce
site qui depuis cette époque, a développé ses activités dans le domaine
du spatial. A Sassenage « nous faisons de la recherche mais pas
seulement de la recherche fondamentale. Nous travaillons à la recherche
et à ses applications » détaille la responsable de la communication
avant d’ajouter « c’est un centre technologique. » Les partenaires de
l’Air Liquide sont les universités (INPG), les entreprises, le CEA et le
CNRS entre autres. Dominique Lecoq raconte que « Dans le cadre du
projet Planck (le satellite envoyé dans l’espace en 2009 dont l’objectif
et le fonctionnement cosmique) nous avons travaillé en étroite
collaboration avec le CNRS ». Le CA global du groupe s’élève à 13
milliards d’euros. L’Air Liquide compte 8 centres de recherche et
développement dans le monde. Actuellement, 1/3 de l’activité
sassenageoise est tournée vers l’aéronautique notamment la fabrication
de 5000 cagoules de protection respiratoire pour le personnel navigant
dans les avions, par an. Celles-ci permettent vingt minutes d’autonomie.
1/3 des travaux d’Air Liquide à Sassenage est tourné vers le spatial
(soit autours des équipements placés sur le lanceur d’Ariane 5. « Le
groupe Air Liquide a développé un partenariat avec Ariane Espace et on
travaille actuellement au projet du prochain lanceur » annonce Dominique
Lecoq. Enfin 1/3 est orienté vers la cryogénie. « Nous concevons,
développons et produisons des équipements servant à fabriquer des grands
froids pour des équipements scientifiques » indique-t-elle. Enfin cette
entreprise totalise 800 collaborateurs en Isère et l’international
représente environ 35% de son volume d’activité.
L'Essor, Sandra Gardent, avril 2011
Le site produit pour Ariane 5 la
sphère d'hélium de l'EPC, le réservoir LOX et la sphère en titane de
l'ECA, les isolateurs et les jauges de niveau. L'étage est ensuite
intégré à Brême par Astrium.
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Le système d'essais modaux est installé à IABG, à
Ottobrunn en Allemagne. C'est un système complet qui permet de faire vibrer le matériel d'essais et
de mesurer les réponses. Il comprend également un logiciel développé sur
place pour le contrôle des essais, l'acquisition de données et leur
évaluation. De 13 m de long sur 10 m de large, il comprend :
_ Equipement de mesures
_ Système de vibrations
_ Système
de mesures et d'acquisition de données
_ Traitement de l'information et analyse
des données
_ Hall d'essais
_ Equipement de levage
_ Fondations
_ Source d'électricité
Les moyens d'essais de rotation de Volvo Aero
Corp à Trollhattan en Suéde consistent en un conteneur
cylindrique en acier inoxydable (1,2 m de diamètre sur 1,4) et gainé de plomb, enfoncé dans un puit
creusé dans le sol. La turbine de rotation est orientée
verticalement (vitesses de rotation: 25 000 et 60 000 tours/mn).
Systèmes principaux :
_ Puits de rotation
_ 2 turbines de rotation
_ Pompe
à vide
_ Essais d'oscillation H/W
_ Système de contrôle
Les moyens d' essais des composants cryogéniques
de la turbopompe LOX de l' EPC est dans les ateliers FIATAVIO à Turin.
Elle permet les essais des roulements et des joints d'étanchéité dynamiques de
la turbopompe oxygène liquide du moteur Vulcain. Elle est composée d'un banc d'essais
(hauteur 5 m et surface de 7800 m2) avec un poste de commande, une zone de
montage/démontage des équipements et un stockage de bouteilles de gaz
Systèmes principaux :
_ Réservoir LO2, maximum 40 bar, LO2 1kg/s
_ Réseau
d'alimentation double et mise à l'air de 50 à 150 kW
_ Cellule de simulation
d'effort à 3000-50000 N
_ Deux bancs d'essais et systèmes de pilotage
électriques
_ Systèmes de contrôle et acquisition de mesures
_ Cellule de
simulation d'effort axial 5000 à 100 000 N
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