Amorçage catalytique de mélanges H2/O2 à froid

Catalytic ignition of cold H2/O2 mixtures

• Auteur / Autrice : Rachid Amrousse
• Direction : Charles Kappenstein, Yann Batonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux céramiques

Fluides frigorigènes

Catalyseurs

Fusées (aéronautique) -- Lancement

Résumé

Le sujet de recherche s'inscrit dans le cadre de travaux soutenus par le CNES et effectués en collaboration avec Air Liquide pour la préparation et le contrôle des catalyseurs destinés à l'amorçage catalytique de mélanges froids H2/O2. Il concerne le renforcement des activités R&T-CNES et Air Liquide visant à préparer le développement d'un démonstrateur de propulseur catalytique de tassement d'ergols de poussée 10 à 100 N, utilisable pendant les phases balistiques d'un moteur d'étage supérieur. Une seconde application plus prospective est la possibilité d'allumage catalytique d'un moteur cryogénique réallumable LO2-LH2 tel que le moteur Vinci. Les travaux de recherche tiennent compte des activités effectuées en concertation avec Air Liquide, et concernent principalement le développement d'un banc d'essais de laboratoire à échelle réduite afin de diminuer le coût des essais ainsi que la masse des catalyseurs nécessaires, d'élargir la matrice des plans d'expériences et de déterminer les paramètres cinétiques à basse température ainsi que l'optimisation de méthodes de préparation des catalyseurs à base de métaux nobles pour une utilisation future sur un démonstrateur de propulseur voire un éventuel propulseur de type vol. La température des mélanges H2/O2 est contrôlée en utilisant une huile non inflammable refroidie à l'aide d'un cryoplongeur. Le refroidissement des prémélanges gazeux est effectué dans une cuve par une ligne sous forme de serpentin et d'une longueur largement suffisante afin d'assurer des mélanges homogènes et bien refroidis avant d'atteindre le lit catlytique. Les tempréatures visées au niveau laboratoire vont jusque 180 K.

The topic research is part of work supported by CNES and carried out in collaboration with Air Liquide for the preparation and control of catalysts for the catalytic ignition of cold H2/O2 mixtures. It concerns the strengthening of R&T-CNES and Air Liquide to prepare for the development of a catalytic thruster demonstrator for propellant settling thrust 10-100 N, used during the ballistic phases of upper-stage engine. A second application is the most prospective possibility of catalytic ignition of a restartable cryogenic LO2-LH2 engine as the Vinci type. The research work includes the activities carried out in cooperation with Air Liquide, and concern mainly development of a laboratory scale bench testing to reduce the cost of tests and the mass of necessary catalysts, expand the matrix of experimental design and determine the kinetic parameters at low temperature and optimization of catalysts preparation methods based on noble metals for future use by a thruster demonstrator or even a possible booster type thruster flight. The temperature of H2/O2 mixtures is controlled using a non-flammable oil cooled with a cryo-thermostat. The cooling of premix gas is performed in a tank through a line as a coil a length more than sufficient to ensure the homogeneous mixtures and cold before reaching the catalyst bed. Temperatures in the laboratory are referred up to 180 K.