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LE MOTEUR VULCAIN 2
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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.
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.
CARACTERISTIQUES TECHNIQUES
Photos et infos SNECMA, Fiat et Volvo
Au moment du démarrage du moteur, il faut que tous ces organes soient à la bonne température pour ne pas subir de choc thermique quand les ergols (22 K pour l'Hydrogène, 90 K pour l'Oxygène) circuleront. Pour cela, on fait circuler dans tous les organes à refroidir, notamment les roulements, la chambre, les vannes, de l'hydrogène liquide dans des petits canaux ad-hoc extrêmement complexes. Cet Hydrogène se réchauffe et sort du moteur à l'état gazeux, avec un risque d'accumulation sous le moteur. Pour éviter cela, on le brûle via ces deux torchères, petits blocs de poudre allumés dès la mise en froid finale. Le système complété par le "tore-azote"qui aspire les flammes générées par le brûlage de l'hydrogène, vers le carneau pour éviter qu'elles ne remontent le long du lanceur, grâce à 20 buses montées sur un tore;
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