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CHRONOLOGIE ARIANE

LE MOTEUR VULCAIN 2

En octobre 1995, le programme Ariane 5 évolution a été lancé, afin d'augmenter les performances du lanceur. Le moteur Vulcain 2, en développement chez Snecma Moteurs, contribue pour près des deux tiers à l'augmentation de charge utile offerte par Ariane 5 Evolution. Intégrant de nombreuses améliorations (turbopompes, chambre de combustion, divergent), Vulcain 2 fournit une poussée de 1 350 kN (135 tonnes). Il est mis en service en 2002.

Les premières études de conception de la version Vulcain 2, commencées début 1991, ont été conduites par Snecma Moteurs avec la collaboration des sociétés Astrium (Allemagne), Fiat Avio (Italie) et Volvo Aero Corp. (Suède) et avec le soutien des agences française et suédoise de l'espace : CNES et SNSB. Elles ont permis en particulier la démonstration expérimentale de faisabilité du nouveau divergent.
Le programme de développement, décidé par l'Agence Spatiale Européenne (ESA) le 4 avril 1995, a permis, au terme d'une période d'un an et demi, de lancer la réalisation des premiers exemplaires du moteur, sur la base des dossiers présentés fin 1996 par les Revues de Définition Préliminaire.
Le premier moteur a été livré en avril 1999, et le premier essai a eu lieu en juin de la même année. Fin 2000, 60 essais du programme de développement avaient déjà eu lieu, totalisant plus de 2 330 secondes de fonctionnement.
Le moteur Vulcain 2, 20% plus puissant que le Vulcain, est produit à des prix inférieurs.

Ariane5 Vulcain2 02.JPG (49152 octets)    vulcain2 01.JPG (49152 octets)

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Le développement du moteur Vulcain 2 dérivé de l'actuel moteur Vulcain d'Ariane 5, est un des moyens d'accroître la charge utile de ce lanceur, qui doit s'adapter à l'évolution prévisible du marché dans les années qui viennent.

Pour augmenter la performance de l'étage principal cryogénique dont il assure la propulsion, le moteur Vulcain 2 est optimisé en maximisant trois paramètres :

La masse d'ergols chargée est accrue de 10 %, sans changement de la longueur de l'étage ; ceci est obtenu en augmentant le rapport de mélange oxygène liquide / hydrogène liquide (LOX/LH2) de 5,3 à 6,2 pour jouer sur l'écart de densité entre ces deux ergols, la poussée est portée de 1140 kN à 1350 kN, l'impulsion spécifique bénéficie d'un gain de 3 s.

En même temps, pour limiter les coûts de développement, de nombreux éléments du moteur Vulcain sont conservés ou peu modifiés : turbopompe hydrogène, générateur de gaz, ainsi que la plupart des équipements. En outre, les interfaces avec l'étage sont inchangées et les principaux choix technologiques maintenus.

En revanche, la turbopompe oxygène est nouvelle, avec une puissance augmentée de 40 %, grâce à une turbine à deux étages. Le débit d'oxygène est augmenté de 23%. La chambre de combustion est également redimensionnée, tant au plan de l'injection que du refroidissement, et le diamètre du col de chambre est plus grand.

Enfin, la tuyère, dont le divergent comporte maintenant trois éléments au lieu de deux et le rapport de section  augmenté, voit sa partie inférieure refroidie par un film résultant de la réintroduction périphérique des gaz issus des échappements de turbines au lieu de les laisser d' échapper par des tuyères auxiliaire comme sur le Vulcain de base (apparenté à un moteur à flux intégré). Ainsi l'actuel circuit refroidissement est-il simplifié et sa consommation en hydrogène réduite.

 

vulcain2 schema 02.jpg (196790 octets)

VULCAIN 2

Cycle moteur inchangé
Interfaces identiques avec l' étage
Principales évolutions de la turbopompe LOX 23% de débit en plus
Même pression dans la chambre de combustion et température du générateur
Circuit LH2 inchangé
Nouvelle tuyère
Amélioration de la turbopompe LOX, chambre de combustion
Adaptation du générateur de gaz
Compatibilité à 100 % avec les autres composants

vulcain2 04.jpg (89284 octets)

 

vulcain2 injecteur.jpg (77013 octets) vulcain2 chambre.jpg (68109 octets)
L' injecteur du Vulcain 2. Il a 566 trous d' injection coaxiaux LOX LH2. Noter les résonateurs Helmholz (cavité radiale au fond de la chambre) permettant d' éviter les instabilités de combustion. La chambre de combustion du Vulcain 2. Noter les lignes horizontales sur les parois permettant à l' hydrogène liquide de circuler pour les refroidir.
vulcain2 chambre 02.jpg (31745 octets) La chambre et la turbopompe LOX
vulcain2 LOX turbopompe.jpg (36580 octets)

Photos J Pucci prises en juillet 2001 à Salt Lake City, dans le Salt Palace Convention Center.

 

Comparatif des moteurs Vulcain  et Vulcain 2

 

CARACTERISTIQUES TECHNIQUES

 

Ariane5 Vulcain2 03.JPG (32768 octets)
Poussée totale dans le vide

1 350 kN 

Impulsion spécifique dans le vide

 433 s 

Pression de combustion

115 bar

Rapport de section

60

Débit d'ergols

320 kg/s 

Rapport de mélange

6,15 

Hauteur

3,60 m 

Diamètre (sortie de tuyère)

2,15 m 

Masse totale

2040 kg 

 Turbopompes  LOX
LH2  
Type 2 étages axials 2 étages axials
Puissance des turbines  3 700-6 600 kW  9 900-20 100 kW 
 Vitesse de rotation
11 300-13 700 tr/min 
31 800 -39 900 tr/min 
Pression d' entrée 40-101 bar 60-122 bar
Pression de sortie 4,5-7 bar 4-7,5 bar
Température  770-960 °K 770-960 °K
vulcain2 TP LOX 02.jpg (239951 octets) vulcain2 TP LOX 03.jpg (594186 octets)
 La turbopompe LOX de Fiat Volvo

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