Brevet FR2058223A1 — publié le 19710528

La présente invention concerne des systèmes de commande pour des moteurs-fusées et en particulier des systèmes de commande du vecteur poussée dans lesquels la tuyère d'échappement du moteurfusée comporte des plaquettes obturatrices dites "spoiler" destinées à faire varier le vecteur poussée,de manière à commander la trajectoire de la fusée. Bes "spoilers"ont en général la forme de plaquettes planes qui se déplacent radialement par rapport à l'axe longitudinal de la tuyère, si bien qu'une partie de chaque plaquette ayant un bord droit pénétrant dans les gaz d'échappement est plongée dans le courant de gaz d'échappement traversant la tuyère, de manière à réduire partiellement l'aire de sortie de la tuyère. Un"spoiler"ainsi intercalé sur le trajet des gaz d'échappement provoque la formation d'une onde de choc oblique à l'intérieur du cône d'expansion de la tuyère. la pression due à cette onde de choc crée un couple de rotation appliqué à la paroi de la tuyère contiguë au "spoiler" et par conséquent dirige la fusée suivant une trajectoire incurvée correspondante. Bes "spoilers" sont-obligatoirement soumis à l'action érosive d'un courant de gaz à pression et température élevées et l'expérience a montré qutil est difficile de réaliser un "spoiler" qui résiste à ce courant de gaz à température et pression élevées. La présente invention a donc pour objet un "spoiler" capable de résister à l'érosion par les gaz d'échappement à haute température, qui est aussi suffisamment robuste et monté de manière à résister à la pression élevée des gaz d'échappement. Selon l'invention, un "spoiler" pour système de commande du vecteur poussée, destiné à un moteur-fusée, comprend un élément recevant les gaz d'échappement réalisé en un métal réfractaire, un support métallique rigide et une couche de matière calorifuge intercalée entre l'élément récepteur et le support. Cet élément récepteur peut être réalisé en molybdène, tungstène ou tungstène imprégné d'argent. Une matière calorifuge appropriée est le "Durestos" et le support est de préférence réalisé en acier. L'élément récepteur, la couche calorifuge et le support sont de préférence maintenus assemblés à l'aide de vis en une matière identique à celle employée pour l'élément récepteur. Les "spoilers" ont de préférence un bord pénétrant courbe. Ce bord pénétrant est de préférence en forme d'arc de cercle de rayon égal à celui de l'orifice de sortie de la tuyère d'échappement du moteur-fusée. L'inv-ention comprend de plus un ensemble de tuyère d'échappement pour un moteur-fusée, comprenant au moins un "apoiler" tel que défini ci-dessus, ce "spoiler" étant fixé près d'une de ses extrémités à une extrémité d'un axe monté de façon à tourner dans un palier lisse et dont la rotation est commandée par des moyens appropriés. L'axe et le support de la plaquette peuvent être sous forme de constituants séparés et ensuite assemblés ; en variante et -de-préférence, l'axe et le support sont d'une seule pièce. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un ensemble de tuyère d'échappement d'un moteur-fuséé et représente deux "spoilers" en position de fonctionnement - la figure 2 est une vue en élévation frontale, avec coupe partielle, d'un spoiler et de son axe associé - la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2 - la figure 4 est une vue en plan du "spoiler" de la figure 2 ; - la figure 5 est une vue en élévation,~en bout, d'une tuyère d'échappement comportant quatre "spoilers" dont l'un est en position de fonctionnement ; et la figure 6 représente schématiquement le déplacement progressif du bord pénétrant d1un "spoiler" à l'intérieur dè la tuyère d'échappement Une ~tuyère d'échappement 10 d'un mot eux-f ïie'e comporte un orifice de sortie 11 (figures 1 à 4). Quatre "spoilers" 12 sont fixés à l'extrémité arrière de la tuyère lO et, selon l'invention, chaque plaquette comprend un élément 13 recevant les gaz d'échap- pavent, un support 14 et une couche calorifuge intermédiaire 15. L'élément récepteur 13 est en molybdène et comporte une partie 16 en forme de hachette avec un bord convexe 17 pénétrant dans les gaz d'échappement, et une tige 18. Le bord 17 a la forme d'un arc de cercle dont le rayon est égal à celui de l'orifice 11 de la tuyère. Une face plane 19 de l'élément 13 forme la surface recevant les gaz d'échappement et une saillie circulaire 20 de la queue 18 part de la face 19. La queue et la saillie sont percées d'un trou 21. Be bord 17 convexe est chanfreiné en 25 et, immédiatement derrière le chanfrein, l'épaisseur dudit élément est réduite de manière à réaliser un gradin 24. Be support 14 est réalisé en un acier à haute résistance à la traction (95 à 110 kg/mm2) et épouse-sensiblement la forme de l'élément 13, sans la partie chanfreinée 23. Ia partie inférieure de l'organe 14 est évidée de manière à réaliser un gradin 25 qui se trouve à proximité d'une extrémité et d'un côté dudit organe, comme indiqué en pointillé sur la figure 4. Un axe 26, près d'une extrémité de l'organe 14 est perpendiculaire à la surface inférieure de cet organe. La couche calorifuge 15 est en "Durestos", une résine phénolique renforcée par de l'amiante, et comporte un corps 27, une nervure 28 qui part latéralement d'un côté et d'une extrémité du corps et une saillie annulaire 29 dimensionnée extérieurement de manière à s' ajuster au trou 21 ménagé dans l'élément 13. Ia couche 15 épouse la forme des. surfaces à gradin se faisant face de l'élément 13 et de l'organe 14, c'est-à-dire qu'elle est intercalée entre eux comme indiqué sur la figure 3 et sur la partie coupée de la figure 2. Un trou 30 est ménagé dans la couche 15 afin de recevoir l'axe 26 du support 14. L'élément 13, la couche 15 et le support 14 sont assemblés par trois vis noyées 71 en molybdène et sont également collés ensemble par de la résine de bakélite J.11185 marie à 1500G pendant 1,5 heure. Cette résine provient de la firme Bakelite Xylonite Ltd., Londres. Dans un exemple d'utilisation des "spoilers" décrits cidessus, les quatre plaquettes sont fixées, en étant espacées dtan- gles égaux, sur la tuyère d'échappement 10 (figures f et 5) du moteur-fusée à propergol solide d'un missile, ayant une poussée axiale moyenne d'environ 800 kg.f. Pour mieux faire comprendre-la réalisation des plaquettes, la figure 1 représente seulement deux de ces quatre plaquettes. L'axe 26 de chaque plaquette passe dans un palier approprié 34 (figure 2) voisin de l'orifice de sortie de la tuyère d'échappement. L'extrémité de chaque axe qui dépasse de son palier 34 et est éloignée de la plaquette est raccordée à un dispositif de commande, non représenté, qui communique le mouvement de rotation désiré à l'axe et par conséquent à la plaquette associée. Bes quatre plaquettes sont placées autour de la tuyère 10 de manière que le bord convexe 17 de chaque plaquette se déplace radialement par rapport à la tuyère. Ia figure 5 représente une partie de la plaquette 12a -dépassant en partie dans ltorifice 11 de sortie de la tuyère, tandis que les trois autres plaquettes sont représentées dans leur position de repos, leurs bords pénétrants 17 étant placés à l'extérieur de l'orifice 11. Ainsi, lorsque le moteur-fusée est allumé, on peut déplacer au moins une des plaquettes obturatrices de manière qu'elle plonge plus ou moins dans le flux de gaz d'échappement. De cette manière, la pression appliquée à la paroi de la tuyère et engendrée par ltonde de choc peut être modifiée de façon que le couple de rotation ainsi engendré fasse suivre une trajectoire incurvée prédéterminée à la fusée. Des essais ont montré qu'en utilisant un "spoiler" de réalisation complexe comme celui décrit ci-dessus, l'élément 10 en molybdène forme une surface réceptrice non érodable pour les gaz d'échappement et résiste de manière satisfaisante à une température de l'ordre de 20000K pour une durée de combustion de 6 secondes d-'un-propergol. De plus, la couche 15 calorifuge de "Durestos" isole le support'il soumis à des efforts d'une manière telle que ledit support reste suffisamment froid pour maintenir rigidement la plaquette. On observe que la plaquette est, en fait, suffisamment rigide pour empêcher un laminage excessif des gaz, plus précisément une fuite des gaz d'échappement entre la plaquette et la tuyère, quand la pression dans la chambre du moteur est de 50 bars. De plus, grSce à la courbure du bord pénétrant 17 de chaque plaquette obturatrice, ces plaquettes peuvent gtre réalisées de manière à donner un avantage additionnel, à savoir que la partie de chaque plaquette qui pénètre dans l'orifice 11 et qui est plongée dans le courant de gaz d'échappement est sensiblement symétrique par rapport au plan radial correspondant de la tuyère passant par le centre de poussée de la partie immergée dans le courant de gaz. 1a figure 6 représente le déplacement progressif du bord courbe 17 d'un "spoiler" à travers l'orifice 1 1 de la tuyère en fonction du déplacement angulaire de 360 de la plaquette. On voit que la partie de ladite plaquette plongée dans les gaz d'échappement est sensiblement symétrique par rapport à un plan radial correspondant 35 de l'orifice passant par le centre de poussée de ladite partie immergée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Plaque déflectrice ou "spoiler" pour système de commande du vecteur poussée,destiné à un moteur-fusée, caractérisée en ce que ladite plaquette comprend un élément récepteur des gaz d'échappement en métal réfractaire, un support métallique rigide et une couche de matière calorifuge intercalée entre l'élément récepteur et le support. 2. Plaque déflectrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément récepteur est en une matière choisie dans le groupe molybdène, tungstène ou tungstène imprégné d'argent. 3. Plaque déflectrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'élément récepteur, la couche isolante et le support sont maintenus assemblés par des vis en une matièreiden- tique à celle employée pour l'élément récepteur. 4. Plaque déflectrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'élément récepteur a un bord cpurbe pénétrant dans les gaz d'é-chappement. 5. Plaquedéflectrice selon la revendication 4, caractérisée en ce que le bord pénétrant est convexe. 6.- Plaque déflectrice selon la revendication 5, caractérisée en ce que le bordpénétranta la forme d'un arc de cercle de rayon égal au rayon de l'orifice de sortie d'une tuyère d'échappement du moteur-fusée. 7. Ensemble de tuyère d'échappement pour un moteur-fusée, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une plaque déflectrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ladite plaque étant fixée près d'une de ses extrémités à l'extrémité d'un axe tournant, monté à proximité de l'orifice de sortie de ladite tuyère, la rotation de cet axe étant commandée par un dispositif de commande. 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'axe et ie support de la plaquette forment un ensemble d'une seule pièce.