Moteur à détonation rotative
Un moteur à détonation rotative (RDE) est un moteur utilisant une forme de combustion à gain de pression, où une ou plusieurs détonations se déplacent continuellement autour d'un canal annulaire. Les simulations informatiques et les résultats expérimentaux ont montré que le RDE a un potentiel dans le transport et d'autres applications[1],[2].
En combustion détonative, l'onde de choc se développe à une vitesse supersonique. La combustion détonative est théoriquement plus efficiente que la combustion déflagrative conventionnelle jusqu'à 25%[3],[4]. Un tel gain d'efficacité permettrait de réaliser d'importantes économies de carburant[5],[6].
Les inconvénients incluent l'instabilité et le bruit.
Concept
[modifier | modifier le code]Le concept de base d'un RDE est une onde de détonation qui se déplace autour d'un canal circulaire (anneau). Le carburant et l'oxydant sont injectés dans le canal, normalement à travers de petits trous ou fentes. Une détonation est déclenchée dans le mélange carburant / comburant par une certaine forme d'allumeur. Après le démarrage du moteur, les détonations sont auto-entretenues. Une détonation enflamme le mélange combustible / comburant, qui libère l'énergie nécessaire pour maintenir la détonation. Les produits de combustion se dilatent hors du canal et sont poussés hors du canal par le carburant et l'oxydant entrants[2].
Bien que la conception du RDE soit similaire au moteur à ondes de détonation pulsées (PDE), le RDE est supérieur car les ondes circulent autour de la chambre, tandis que le PDE nécessite que les chambres soient purgées après chaque impulsion[7].
Développement
[modifier | modifier le code]Plusieurs organisations américaines travaillent sur les RDE.
US Navy
[modifier | modifier le code]L'US Navy a son programme de développement[8]. Les chercheurs du Naval Research Laboratory (NRL) s'intéressent particulièrement aux moteurs à explosion tels que le RDE, capables de réduire la consommation de carburant de leurs véhicules lourds[9],[10]. Plusieurs obstacles restent à surmonter pour utiliser le RDE sur le terrain[11]. Les chercheurs du LNR se concentrent actuellement sur une meilleure compréhension du fonctionnement du RDE.
Aerojet Rocketdyne
[modifier | modifier le code]Depuis 2010, Aerojet Rocketdyne a effectué plus de 520 tests de configurations multiples[12].
NASA
[modifier | modifier le code]Daniel Paxson[13] du Glenn Research Center a utilisé des simulations en dynamique des fluides numérique (CFD) pour évaluer le cadre de référence de détonation du RDE et comparer les performances avec le PDE[14]. Il a constaté qu'un RDE peut fonctionner au moins au même niveau qu'un PDE. En outre, il a constaté que les performances RDE peuvent être directement comparées à la PDE car leurs performances étaient essentiellement les mêmes.
Energomash
[modifier | modifier le code]Selon le vice-Premier ministre russe Dmitri Rogozine[15] à la mi-, la société NPO Energomash a achevé la phase de test initiale d'un RDE à propulseur liquide de classe 2 tonnes et prévoit de développer des modèles plus grands à utiliser sur des lanceurs spatiaux.
JAXA
[modifier | modifier le code]Le 27 juillet 2021, l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA) a réussi à tester le RDE dans l'espace pour la première fois au monde en lançant la fusée-sonde S-520-31 équipée d'un RDE générant 500 N de poussée dans le deuxième étage[16].
Autres recherches
[modifier | modifier le code]D'autres expériences ont utilisé des procédures numériques pour mieux comprendre le champ d'écoulement du RDE[17]. En 2020, une étude de l'Université de Washington a exploré un dispositif expérimental qui permettait de contrôler des paramètres tels que la taille de la fosse du cylindre. À l'aide d'une caméra à haute vitesse, ils ont pu la voir fonctionner au ralenti extrême. Sur cette base, ils ont développé un modèle mathématique pour décrire le processus[18].
Références
[modifier | modifier le code]- Lu et Braun, « Rotating Detonation Wave Propulsion: Experimental Challenges, Modeling, and Engine Concepts », Journal of Propulsion and Power, The American Institute of Aeronautics and Astronautics, vol. 30, no 5, , p. 1125–1142 (DOI 10.2514/1.B34802, lire en ligne)
- Wolanski, « Detonative Propulsion », Proceedings of the Combustion Institute, vol. 34, no 1, , p. 125–158 (DOI 10.1016/j.proci.2012.10.005)
- Сергей Птичкин, « Топливо взрывается - полет нормальный » [« Le carburant explose - vol normal »], Rossiskaïa Gazeta, (lire en ligne, consulté le )
- (en) « Simple, fuel-efficient rocket engine could enable cheaper, lighter spacecraft », sur UW News (consulté le )
- Huan Cao et Donald Wilson, 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, (ISBN 978-1-62410-222-6, DOI 10.2514/6.2013-3971), « Parametric Cycle Analysis of Continuous Rotating Detonation Ejector-Augmented Rocket Engine »
- Schwer et Kailasanath, « Numerical Investigation of the Physics of Rotating Detonation Engines », Proceedings of the Combustion Institute, Elsevier, Inc., vol. 33, no 2, , p. 2195–2202 (DOI 10.1016/j.proci.2010.07.050)
- « Pressure Gain Combustion Program Committee - Resources », AIAA Pressure Gain Combustion Program Committee (consulté le )
- « How the Rotating Detonation Engine Works », HowStuffWorks, (consulté le )
- « US Navy developing rotating detonation engine », Physics Today, (ISSN 0031-9228, DOI 10.1063/PT.5.026505, lire en ligne)
- « How the Rotating Detonation Engine Works », HowStuffWorks, (consulté le )
- « Navy Researchers Look to Rotating Detonation Engines to Power the Future - U.S. Naval Research Laboratory », www.nrl.navy.mil (consulté le )
- Claflin, « Recent Advances in Power Cycles Using Rotating Detonation Engines with Subcritical and Supercritical CO2 », Southwest Research Institute (consulté le )
- « Daniel E. Paxson - Controls and Dynamics Branch Personnel », www.grc.nasa.gov (consulté le )
- « UCSB Full Bib - External Link », pegasus.library.ucsb.edu (consulté le )
- Facebook post, in Russian
- « Japan Tests Explosion-Powered Rocket for the First Time in Space, Is a Success »,
- Schwer et Kailasanath, « Numerical investigation of the physics of rotating-detonation-engines », Proceedings of the Combustion Institute, vol. 33, no 2, , p. 2195–2202 (DOI 10.1016/j.proci.2010.07.050)
- (en-US) Strickler, « New detonating engine could make space travel faster and cheaper », ZME Science, (consulté le )
Liens externes
[modifier | modifier le code]- Vidéo montrant comment fonctionne le RDE
- Document de recherche de Daniel Paxson sur ses conclusions du RDE
- Article de l'université de Washington
