Brevet FR2006438A1 — publié le 19691226

x 2006438 La présente invention a trait à l'agencement et au montage de l'anneau distributeur ou de l'anneau collecteur pour des tuyères de poussée et/ou des chambres de combustion de moteurs-fusées,. en particulier de moteurs-fusées à propergols li-5 quides, assurant l'arrivée ou la sortie d'un ergol s'écoulant entre la paroi intérieure et la paroi extérieure de la tuyère de poussée et/ou de la chambre de combustion réalisée à partir d'une matière relativement douce telle que le cuivre, à l'intérieur de canaux de refroidissement séparés les uns des autres 30 par des entretoises longitudinales, cet ergol pénétrant dans les canaux de refroidissement ou quittant ces canaux en passant par des ouvertures ou des perçages de la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion. Comme le montre la brevet des Etats-Unis daAmérique 1? 2*968c918, il est connu, pour des moteurs-fusées à propergols liquidesde réaliser l'anneau, distributeur et l'anneau collecteur pour l'un des deux ergols avec un profil plus que semi-circulaire, ouvert vers l'intérieur en direction radiale» et de fixer les brides annulaires de ces anneaux par soudage à la 20 paroi er-érieure de la tuyère de poussée ou de la chambre d© ccabustion. La communication de l'espace intérieur de l'anneau distiibirteuï ou de l'anneau collecteur avec les différents canaux de refroidissement,s'étendant dans la paroi de la tuyère da poussée u de la chambre de combustion s'effectue par des perça-2' ges de la paroi extérieure de la tuyère de poussé® ou de la chambit Les chambres de combustion et les tuyères de poussée à propergols liquides sont soumises noa seulement à des pressions élevées, mais également à des sollicitations thermiques importe' tantesc Tour pouvoir maîtriser les grandes quantités de chaleur dégagées, on réalise les chambres de combustion et les tuyères de poussée fréquemment en cuivre ou en un alliage de cuivre, du fait que ces matières présentent une bonne conductibilité thermique, ce qui accroît l'évacuation de la chaleur par l'agent de 35 refroidissement. Par contre, le cuivre ne présente qu'une résistance mécanique relativement faible, surtout aux températures de service élevées de ces chambres de combustion ou tuyères de poussée. Un autre problème qui se pose lors de la construction d'une chambre de combustion et d'une tuyère de poussée réside dans le fait que dans des moteurs-fusées à propergols liquides -*v 40 69 11812 2 2006438 à puissance spécifique élevée, il faut .non seulement tenir compte des pressions absolues élevées des ergols,. mais également du fait que des différences de pression importantes régnent dans les difiérentes zones de la chambre de combustion et de la tu-5 yère de poussée. Il existe ainsi entre la pression de l1ergol dont l'alimentation est assurée par l'anneau distributeur et la faible pression des gaz propulsifs s'écoulant dans l'espace intérieur de la tuyère de poussée une différence de pression maximale qui agit au voisinage de l'extrémité de la tuyère de pous-10 sée sur la paroi de cette dernière et peut provoquer un bossel-lement de cette paroi# Cependant$ une déformation à l'endroit @n question de la paroi de la tuyère de poussée conduit à une déchirure de la soudure entre les brides annulaires de l'anneau de distribution et la paroi de la tuyère de poussée.-, les mêmes pro-^5 blêmes se posent principe pour l'anneau collecteur® loi également, une différence de pression existe entre la pression de la chambre de combustion et 1'ergol sortant dont la pression dépasse la pression de la chambre de combustion, tout au moins de la valeur de la pression d'ira jsctioia relativeo Dans ua système 20 d'alimentation en propergols avec tuyères à circulation de liquide à l'inverse du sens des gaz, il faut ajouter à la pression mentioanée ci-dessus la pression nécessaire pour faire circuler : ' 1" ergol dans la tuyèreo Une réduction des efforts agissant sur la paroi de la chambre de combustion et de la tuyère do poussée par 25 diminution des sections de l'abneau de distribution et de l'anneau collecteur n'est pas possible, car en vue de la réduction des résistances à 1'écoulement, la distribution uniforme de l'agent da refroidissement sur les différents canaux de refroidissement répartis sur la périphérie de la tuyère exige une section 5^ annulaire suffisante^, La présente invention vise à remédier aux inconvénients des modes de construction connus et se rapporte à un a-> gencement de l'anneau distributeur ou de l'anneau collecteur, fonctionnant d'une manière satisfaisante mâme dans des condi-35 tions extrêmes, avec une chambre de combustion et une tuyère de poussée réalisées à partir d'une matière relativement douce, telle que le cuivre0 Selon la présente invention, on obtient oe résultat par le fait que l'anneau distributeur ou l'anneau collecteur 40 réalisé à partir d'une matière ayant une grande résistance ©ad ORIG'NAL 69 11812 3 2006438 mécanique , telle que l'acier, présente sur toute sa périphérie un profil fermé et comporte dans la partie de sa paroi, orientée vers la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou. de la chambre de combustion, des ouvertures ou perçages communiquant avec des 5 ouvertures ou perçages se trouvant dans les parois extérieures précitées» D'une manière générale, l'invention présente l'avantage que grâce à son profil fermé, l'anneau distributeur ou anneau collecteur est non seulement en mesure par lu&-a8ae de 10 supporter les pressions auxquelles il est soumis depuis l'intérieur , mais qu'il procure également un appui efficace à la tuyère de poussée et la chambre de combustion réalisées à partir d'une matière relativement douce» Suivant uae autre caractéristique de l'invention, 15 l'anneau distributeur ou anneau collecteur est subdivisé en une partie annulaire radialement intérieure et en une partie annulaire radialement extérieure. Cela permet, d'une part de pratiquer radialement depuis l'extérieur les perçages assurant la communication avec les différents canaux de refroidissement de 20 la tuyère de poussée et de la chambre de combustion et représente, d'autre part, une condition préalable pour différentes caractéristiques de l'invention, résidant dans le fait que l'assemblage entre la surface de jonction, orientée radialement vers l'intérieur, de la partie annulaire radialement intérieure et 25 la surface extérieure de la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion s'effectue par brasage, arec mise en place simultanée de tubes de liaison dans les perçai ges pratiqués dans la partie annulaire radialement intérieure et dans les perçages se trouvant dans la paroi extérieure de la tu-30 yère de poussée ou de la chambre de combustion, en vue du passage du joint de brasure commun entre la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion et la partie annulaire radialement intérieure. Suivant u*e autre caractéristique de l'invention, 35 les tubes de liaison sont placés avec un certain jeu dans les perçages de la partie annulaire radialement intérieure et sont reliés à leurs extrémités radialement extérieures de façon étan-ehe, par exemple par matage à cette partie annulaire, et les extrémités radialement intérieures des tubes de liaison sont em-40 manchés sans jeu dans des parties élargies des perçages prévus 11812 4 2006438 dans la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion. Ces caractéristiques assurent l'obtention d'une brasure sûre, à grande surface, entre la partie annulaire intérieure et la paroi extérieure de la chambre de combustion 5 ou tuyère de poussée par brasage avec excès de brasure, sans que la brasure en excès ne risque d'obstruer, ne fût-ce que partiellement, les perçages de liaison entre les différents canaux de refroidissement et l'espace intérieur de l'anneau distributeur ou anneau collecteur. En cas de fabrication de la paroi exté-10 rieure de la tuyère de poussée et/ou de la chambre de combustion par dépôt électrolytique, après remplissage préalable des canaux de refroidissement avec une matière facilement fusible, la fixation par brasage de la partie annulaire intérieure de l'anneau distributeur ou anneau collecteur ne peut être opérée 15 qu'après la réalisation des perçages dans la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion et après élimination subséquente par fusion de la matière de remplissage des canaux de refroidissement, ceci du fait que la matière de remplissage facilement fusible s'évaporerait, lors de l'opéra-20 tion de brasage, dans les canaux de refroidissement fermés de façon hermétique vers l'extérieur, ce qui pourrait avoir des conséquences incontrôlableso Par ailleurs, comme déjà mentionné , il est nécessaire de procéder à un brasage avec excès de brasure, afin d'obtenir une brasure sûre et à grande surface, 25 sur toute l'étendue de la surface de contact entre la partie annulaire radialement intérieure et la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion» Du fait qu'ils assurent qu'aucune soudure ne puisse obstruer les perçages en question, les tubes de liaison mis en place, conformément à 30 l'invention, dans ces perçages permettent un brasage avec excès de brasure. Le dessin annexé représente schématiquement un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, dans son application à un anneau distributeur monté sur une extrémité de 35 tuyère de poussée représentée en coupe longitudinale0 Le corps de la tuyère de poussée, réalisé à partir d'une matière relativement douce, mais bonne conductrice de la chaleur, telle que le cuivre, se compose d'une paroi intérieure 1 et d'une paroi extérieure 2 entre lesquelles s'étendent en 40 direction longitudinale des canaux de refroidissement 3 séparés 11812 5 2006438 les ans des autres0 la paroi intérieure 1 de la tuyère de poussée représente l'élément de base du oorps de la tuyère, dans lequel sont pratiqués, par exemple par fraisage, des canaux de refroidissement 3 séparés les uns des autres par des entretoi-5 ses. Ces canaux sont remplis, avant le dépôt par galvanisation de la paroi extérieure 2, par une matière facilement fusible0 Après le dépôt par galvanisation de la paroi extérieure 2, on pratique dans cette dernière des perçages 4» à savoir deux perçages placés l'un derrière l'autre en direction longitudinale 10 pour chaque canal de refroidissement 3, ces perçages présentant des parties élargies 5, c'est-à-dire de plus grand di»»ètre, à leur extrémité dirigée radialement vers l'extérieur. On élimine ensuite par fusion la matière de remplissage se trouvant dans les oanaux de refroidissement 3* l'anneau distributeur 6 15 servant à distribuer un ergol gazeux ou en particulier liquide sur les différents canaux de refroidissement 5 est réalisé «n deux parties et se compose d'une partie annulaire radialement intérieure Ça et d'une partie annulaire radialement extérieure 6£ à laquelle sont reliées plusieurs canalisations d'arrivée 7 20 réparties sur le pourtour, les deux parties annulaires 6a et 6b formant ensemble un profil fermé 0, ce qui fait que l'anneau, distributeur 6 est en mesure de supporter lui-mâme la pression régnant à l'intérieur de cet anneau et, par conséquent, non seulement de décharger le corps de la tuyère de poussée, mais 25 encore de renforcer ce dernier mécaniquement à la manière d'un bandage* lors du montage de l'anneau distributeur 6 sur le corps terminé 1, 2 de la tuyère de poussée, on glisse d'abord sur la paroi extérieure 2 la partie annulaire radialement in-30 térieure 6a comportant des perçages 9 et on place ensuite des tubes de liaison 8 dans les perçages 9 de la partie annulaire 6a et dans les parties élargies 5 des perçages 4» On emmanche les extrémités radialement intérieures des tubes de liaison 8 dans les parties élargies 5* tandis que l'on mate les extrémi-35 tés radialement extérieures des tubes de liaison 8 avec la partie annulaire 6a aux orifices radialement extérieurs des perçages 9, un faible jeu subsistant par ailleurs entre la face intérieure des perçages 9 et la surface extérieure des tubes de liaison 8. Sur le côté frontal arrière, la partie 40 anhulaire 6a comporte une gorge 10 que l'on remplit d'un 11812 s 2006438 anneau de "brasure 11 chauffé ensuite, par exemple dans un four jusqu'à sa température de fusion, de sorte que la brasure pénètre par capillarité dans le joint de séparation commun 12 entre les surfaces de contact de la partie annulaire 6a et la paroi 5 extérieure 2 de la tuyère de poussée» L'existence et l'agencement des tubes de liaison 8 empêchent avec certitude la brasure de pénétrer dans les perçages 4- et 9 au cours de l'opération de brasage ; au contraire, la brasure en excès, et il est néoessaire de travailler avec un excès de brasure afin d'assurer avec cer-10 titude que l'ensemble du joint de séparation 12 devienne une brasure solide et à grande surface,- peut "s'écouler" dans l'interstice entre les tubes de liaison 8 et les perçages 9» Au oours de l'opération de brasage, les extrémités radialement intérieures des tubes de liaison 8 sont en même temps fixées solidement par 15 brasage dans les parties élargies 5 des perçages 4. 69 11812 7 2006438 REVENDICATIONS 1. Anneau distributeur ou anneau collecteur pour les tuyères de poussée et/ou les chambres de combustion de moteurs-fusées, en particulier de moteurs-fusées à propergols li- 5 quides, assurant l'arrivée ou la sortie d'un ergol qui s'écoule entre la paroi intérieure et la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion réalisée à partir d'une matière relativement douce, telle que le cuivre, à l'intérieur de canaux de refroidissement séparés les uns des autres par des 10 entretoises longitudinales, et qui s'engage dans les canaux de refroidissement ou quitte ces derniers en passant par des ouvertures ou perçages prévus dans la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion, caractérisé par le fait que l'anneau distributeur ou anneau collecteur réalisé à 15 partir d'une matière à résistance mécanique élevée, telle que l'acier, présente sur tout son pourtour un profil fermé et comporte dans la partie de sa paroi, orientée vers la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion, des ouvertures ou perçages communiquant avec les ouvertures ou 20 perçages se trouvant dans les parois extérieures précitées. 2. Anneau distributeur ou anneau collecteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est subdivisé en une partie annulaire radialement intérieure et en une partie annulaire radialement extérieure. 25 3. Anneau distributeur ou anneau collecteur sui vant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la surface de contact, orientée radialement vers l'intérieur de la partie annulaire radialement intérieure est reliée par brasage à la surface extérieure de la paroi extérieure de la tuyère de 30 poussée ou de la chambre de combustion, les perçages pratiqués dans la partie annulaire radialement intérieure et les perçages pratiqués dans la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion renfermant des tubes de liaison qui assurent le passage du joint de séparation commun entre la paroi 35 extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion et la partie annulaire radialement intérieure. 4„ Anneau distributeur ou anneau collecteur suivant les revendications 1 à 3» caractérisé par le fait que les tubes de liaison sont disposés avec un certain jeu dans les 40 perçages de la partie annulaire radialement intérieure et sont 69 11812 8 2006438 reliés à leurs extrémités radialement extérieures de façon é~ tanche à cette partie, par exemple par matage, et par le fait que les extrémités radialement intérieures des tubes de liaison sont engagées sans jeu dans des parties élargies des perçages 5 pratiqués dans la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou. de la chambre de combustion» 5» Anneau distributeur ou anneau collecteur suivant la revendication 3 ou 4» caractérisé par le fait que deux perçages pratiqués l'un derrière l'autre en direction longitu-10 dinale dans la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion ainsi que deux perçages pratiqués dans la partie annulaire radialement intérieure sont prévus pour ehaqae canal de refroidissement* 6« Procédé de montage de l'anneau distributeur ou 15 anneau collecteur suivant les revendications 1 à 5 sur une tuyère de poussée et/ou une chambre de oombustion dont la paroi extérieure est réalisée par dépôt giivanique, après remplissage préalable des canaux de refroidissement avec une matière facilement fusible, caractérisé par le fait qusaprès avoir pratiqué 20 les perçages et les parties élargies dans la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion, on élimine par fusion la matière de remplissage des aanaux de refroidissement qu'après avoir engagé la partie annulaire radialement intérieure, munie déjà de ses perçages, sur la paroi extérieure de 25 la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion, on place les tubes de liaison dans les perçages et on les fixe (par matage dans les parties élargies), on fixe ensuite la partie annulaire radialement intérieure par brasage sur la paroi extérieure de la tuyère de poussée ou de la chambre de oombustion et on 30 procède finalement à la fixation de la partie annulaire radialement extérieure, le cas échéant conjointement avec des canalisations d'arrivée ou canalisations de sortie.