Principe la poussée d'un moteur de fusée

 

Un moteur de fusée éjecte un gaz à haute vitesse dans une direction précise. Par réaction, l’engin se déplace dans la direction opposée. C’est l’un des principes établis par Isaac Newton: à toute action correspond une réaction de force égale et de sens opposé.

 

Imaginons que l’on produise une réaction de combustion à l’intérieur d’un corps fermé de tous côtés. La résultante des forces de pression s’exerçant sur les parois est nulle (Loi de Mariotte). Ouvrons un orifice dans la paroi arrière, cela permet aux gaz en expansion de s’échapper et rompt ainsi l’équilibre des pressions. Les gaz jaillissent de la tuyère tout en maintenant leur pression sur le fond de la chambre. D’où une pression plus grande sur la face avant que sur la face arrière. Le corps est alors projeté en avant sous l’influence de la force résultant de cette différence de pression.

La force de propulsion d'une fusée est une force de pression appliquée sur l’avant du propulseur non équilibrée en raison de l’orifice pratiqué à l’arrière.
Cette force de pression est proportionnelle au débit massique des gaz (q) et à leur vitesse d’éjection (v).

 

On aurait donc tort de croire qu’une fusée se propulse contre quelque chose d’externe. La poussée s’exerce intérieurement à l’engin et plus la vitesse des gaz est grande, plus la poussée est considérable.

La loi de Newton entre en jeu dès que la fusée est allumée, «l’action consistant dans l’échappement des gaz». Quant à la «réaction» (équivalente et de sens opposé), elle correspond à ce que les artilleurs appellent le recul : en l’espèce, la poussée qui s’exerce sur le fond de la chambre de combustion. On peut aisément reproduire le phénomène en utilisant des moyens courants, par exemple, un tuyau d’arrosage où l’action de l’eau engendre une réaction dans la lance que tient votre main. Vous pourrez aussi gonfler un ballon que vous laisserez partir soudainement. L’air comprimé sortant par la valve produit une réaction qui projette l’objet en arrière.

Autre exemple classique de la propulsion à réaction, le tourniquet d’arrosage. Chacun a pu ainsi observer que le mouvement de rotation s’effectuait en sens inverse du jet d’eau, et que la vitesse de rotation du tourniquet était d’autant plus grande que la vitesse de l’eau était elle-même plus grande. La fusée, cependant, dépend, pour sa propulsion, d’un jet de gaz à très haute température et à très haute pression, engendré par la combustion d’un propulsif adéquat.

 

Pour mesurer cette pousée , qui correspond finalement a un force excercée dans le sens opposé à la tuyère , j'utiliserais le même principe qu'utilise une balance pour mesurer une masse.

 

Fonction du boitier de mesure

 

Le boitier devra piloter la mise à feu du Moteur , la mesure de la poussée et le transfert par le port série des données receuillie

 

Composants utilisés

 

Les composants utilisés sont trés simpleS :

Une carte Arduino UNO

 

Un shield LCD

 

Une cellule de charge de 20 Kg + une carte HX711

 

Une carte Relais

Un bouton poussoir

 

Le boitier

 

Le boitier a été réalisé en impression 3D ABS

 

Le principe de fonctionnement du boitier

Le boitier sera alimenté directement à partir du port USB de l'ordinateur servant à l'acquisition des données avec un cable amplifié de 30m.

Voici les premiers menus qui appraissent à l'écran lors de sa mise sous tension :

 

 

A ce niveau le logiciel servant à l'acquisition des données devra être connecté au port serie et être prêt à l'acquisition des données.

Je décrirai cette partie plus bas.

Le boitier passe ensuite en mode mesure , l'afficheur permet de lire la poussée excernée sur la cellule en Gramme et en Newtons.

 

A ce stade l'igniteur de mise à feu du moteur doit être positionné sur celui ci et branché aux cables d'alimentation .

Il faudra ensuite connecter la batterie 12v qui permettra la mise à feu de l'igniteur .

Pour lancer la suite de la procédure , il suffit d'appuyer sur le bouton poussoir , à ce moment le boitier vous invite à vous éloigner.

La LED bleue clignote pendant environ 1 mn le temps de se mettre à distance.

 

Aprés 1 mn la LED rouge s'allume et la mise à feu du moteur est effectuée , le boitier passe en mode acquisition des données à 80 mesures par seconde pendant 10 secondes.

 

Sur le PC , l'acqusition des données est réalisé grace au logiciel SerialPlot

Dans le fenêtre de Log au moment dans la connexion avec le boitier les informations suivantes apparaissent

Les configurations suivantes sont à effectuer

 

Avant d'appuyer sur le bouton du boitier , les options Connect et Record doivent être validée sous peine d'effectuer un test à blanc sans enregistrement des données.

 

Voilà je vous laisse maintenant décourvir la page suivante qui décrit ma première mesure de poussée avec un moteur Estes D12-0

 

Test Moteur ESTES D12-0