Les tuyères
La tuyere d'une fusée à eau est généralement contituée par le goulot de la bouteille. Celui-ci a un diametre de 21,5 mm. C'est la solution la plus simple et de loin la plus utilisée.
Sachant que la poussée offerte par une telle tuyère est très importante au regard de la masse de la fusée, ce qui génère une accélération phénoménale, on ne cherchera probablement pas à augmenter cette poussée, mais plutot à la diminuer pour obtenir une poussée plus longue et une accélération moindre.
Dans le cas où il est nécessaire d'avoir une plus forte poussée (masse importante liée à une charge utile conséquente par exemple) il est alors envisageable de mettre des "boosters" qui seront largués une fois leur travail terminé. Mais cette solution fera l'objet d'une autre page.
Dans les lignes qui suivent nous nous attacherons a réduire le diametre de la tuyère.
Réduction du diamètre de la tuyère
Une des solutions que j'utilise, résoud deux problèmes : l'étancheité entre la tuyère et le tube guide de la base de lancement puis la réduction du diamètre de la tuyère. La réduction du diamètre est minime, on passe de 21,5 mm à 20 mm. Cette tuyère est basée sur l'usage de bouchons de certaines boissons comme Orangina par exemple (photo de gauche ci-dessous). Ces bouchons réalisent l'étanchéité, non pas par l'utilisation d'un joint comme chez Coca-cola par exemple (photo du milieu ci-dessous), mais par une petite collerette à l'intérieur du bouchon. Le diamètre interne de cette collerette est de 20mm et en serrant le bouchon sur le goulot, il presse sur la collerette qui voit donc son diamètre interne diminuer. En évidant le bouchon jusqu'à la collerette, on obtient une tuyère de 20 mm de diamètre (photo de droite ci-dessous). L'étanchéité tuyère-lanceur est réalisée par le serrage du bouchon (Schéma ci-dessous). Cette solution a le mérite de la simplicité, mais génère une perte de puissance pendant la phase "effet piston" de la propulsion due aux frottements importants entre le tube et le bouchon.
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En bleu la bouteille En noir, le bouchon en Rouge le tube diam.20 mm du lanceur |
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Bouchon avec colerette |
Bouchon sans colerette |
Bouchon avec colerette évidé |
Réduction en cours de propulsion du diamètre de la tuyère
Cette solution permet réduction du diamètre de tuyère (communément appelé T-Nozzle) en cours de la phase de propulsion.
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Avec un grand diamètre d'ouverture de tuyère, la poussée est importante, mais brève (la poussée est proportionnelle à la surface de la tuyère et le débit d'eau également). L'idée est donc de conserver toute la puissance pour le décollage, puis de réduire le diamètre de la tuyère de sorte que la poussée soit plus faible (mais suffisamment pour vaincre la résistance de l'air et la gravité) et de durée plus longue. Pour cela, j'ai conçu une pièce, qu'un ami (merci Jean-Pierre) a tourné à partir d'un rond en PVC, qui se place sur le tube interne du lanceur et qui vient se placer dans la tuyère après 15 cm parcourus depuis la sortie du tube. Coupe de cette pièce ci-contre. A noter que cela fonctionne avec le
bouchon à colerette évidé vu ci-dessus. C'est en effet ce
bouchon qui bloque le réducteur de diametre à la sortie du
goulot. |
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Le montage de la fusée sur le lanceur consiste à poser le bouchon (rouge ici) sur le tube diamètre 20mm, puis le réducteur sur le tube interne diamètre 6 mm |
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Ensuite on pose la bouteille sur l'ensemble et on visse le bouchon. |
Cette méthode de réduction du diametre de tuyère peut poser des problèmes, parce que lorsque le réducteur se met en place, il reste de l'eau dans l'engin, donc son centre de gravité est assez bas. Pour que l'engin soit stable il faut que son centre de poussée soit au dessous de ce CdG 'en charge'. Pour cela il faut, soit disposer d'ailerons assez grands et qui descendent le plus bas possible pour faire descendre de CdP, soit lester la fusée dans le cone pour faire remonter le CdG, soit encore un mixte de ces deux solutions.
Je ne suis pas sûr que le gain final en performance soit très interessant, à tel point que je n'ai jamais vraiment testé cette solution.
Tuyère de type "Connecteur de tuyau de jardin"
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La photo ci-contre montre un "connecteur de tuyau de jardin" adapté aux fusées à eau (celui-ci vient du Japon). Mais on peut en bricoler un à partir d'un connecteur du commerce et d'un bouchon de bouteille. Quelques sites sur les fusées à eau décrivent cette possibilité. Le diametre de sortie de la tuyere est de 9 mm. Toutes choses égales par ailleurs, pour une fusée simple de 120g, de volume 1,5l, gonflée à 5 bars avec 500 ml d'eau. Les performances sont les suivantes : Altitude identique aux alentour de 50m. Les grosses différences sont sur accélération, la durée de propulsion et l'altitude en fin de propulsion qui sont respectivement de : 1152m/s/s, 54 ms et 1,2 m pour la tuyère de 21,5mm contre 187 m/s/s, 318 ms et 5 m pour la tuyère de 9 mm. Inutile de dire que la seconde est bien plus facile à suivre le long de sa trajectoire. |
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Bien entendu, ce type de tuyère necessite un système adapté de retenu sur rampe, à base de la partie femelle du raccord de jardin.
Ci-dessous une photo d'une fusée sur rampe avec ce système. Une descxription plus complète sera faite sur la page dédiée aux rampes de lancement.
