Brevet FR2058224A1 — publié le 19710528

■ ' J - La présente invention concerne des systèmes de commande pour des moteurs-fusées et en particulier des systèmes de commande de vecteur poussée dans lesquels la tuyère d'échappement du moteur-fusée comporte des plaquettes obturatrices dites 5 "spoilers"destinées- à faire varier le vecteur poussée,,de manière à commander la trajectoire de la fusée. les "spoilers11 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 10 bord droit pénétrant' dans lés 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'ex-15 pansion de la tuyère. La pression due à cette onde de choc crée un couple de" rotation appliqué à la paroi de la'tuyère cohtinguë au "spoiler" et par conséquent dirige la fusée suivant jane.trajectoire incurvée correspondante. " - ■ Les modèles connus de plaquettes déflectrices ont un bord 20 rectiligne pénétrant dans les gaz d'échappement qui, en service, vient se placer de manière à former une ..corde d'arc en travers de l'orifice de sortie de la tuyère. Les extrémités de ces plaquettes sont chanfreinées de manière à permettre aux plaquettes adjacentes de venir en contact quand elles ont pénétré au maximum 25 dans la tuyère, c'est-à-dire obturent une forte proportion de la surface de celle-ci. Un "spoiler" fonctionnant normalement par une rotation autour d'un point extérieur à l'orifice de-sortie de la tuyère, la forme de sa surface de .pénétration dans le .courant de gaz d'échappemen"typendant la phase initiale de. pénétration 30 est asymétrique par rapport àfun plan radial.passant par le centre de poussée de la partie immergée de la plaquette et cela crée un couple qui tend à faire tourner le moteur autour'de son axe. Une introduction symétrique des "spoilers" peut être réalisée par leur introduction radiale, d'un mouvement rectiligne et 35 non courbe, ou par disposition du pivot de manière que le bras radial soit très grand comparé au déplacement des plaquettes. Dans le premier cas, un déplacement rectiligne compliquerait inévitable- 70 29584 -2- 2058224 ' ment -la réalisation de l'équipement de commande et dans le second' èàs, " le pivot serait à l'extérieur du périmètre ".et* un moteur-fusée donné. '• ; " " • -/ " - ; '• - Une plaquette obturatrice' pivotante- pour un système de 5 commande du vecteur poussée selon l'invention-, -destinée, à être montée sur un moteur-fusée, comprend un bord de' forme incurvée pénétrant-dans les-gaz d'échappement de Manière-que le déplacement dudit bord en travers de l'orifice de" sortie d'une- tuyère d'échappement du moteur amène une partie de la plaquette, qui 10 est symétrique par rapport à un plan'radial "passant par le centre de poussée de ladite partie, à dépasser en partie vers l'intérieur dudit orifice de sortie. ■ Le bord pénétrant de la plaquette est de préférence con-■ vexe et il a de préférence la forme d'un'arc de cercle. 15 1 Le rayon à préférer pour le bord pénétrant est égal au rayon de l'orifice de sortie de la tuyère d'échappement du moteur-fusée. : " - L'invention comporte de plus un ensemble de tuyère d'échappement- pour moteurs-fusée, comportant au moins-un- "spoiler" réali-20 sé conformément-à l'une quelconque des caractéristiques-'spécifiées ci-dessus. •' - ! D'autres objets et avantages- de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va-suivre de plusieurs exemple's de réalisation- et' en se référant aux dessins annexés 25 dans lesquels : * " ' ' la figure 1 est une vue' en perspective "d'une partie d'un ensemble'de tuyère'd'échappement d'un 'moteur-fusée et représente deux "spoilers" en position de fonctionnement ; la -figure 2 est une vue en élévation frontale, avec coupe 30 partielle, ' d'un" "spoiler" et de ' son axe associé ; la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 " de 'là figuïê 2 ; v * ' ' " ' la" figure' 4" est' uïi'e vù;e en plan du "spoiler" de la figure : . 2 '. .- ~ ' ' ; '• ' " • ^ -■ - ' ' ~ ' 35 " la figure 5 est 'uûe' viie en 'élévation' ëh boul ;d'tirie tuyère " ' " d' éehàppëm'ent comportant quatre' "spoilers11 d6nt*"î*ûn..eât en posi-' " tion dé fonctionnement" ;• - ... - SAD ORIGINAL (Il 70 29584 -3- 2058224 la figure 6 représente schématiquement le déplacement progressif du bord pénétrant d'un "spoiler" à l'intérieur de la tuyère d'échappement ; et la figure 7 représente schématiquement un "spoiler" connu 5 ayant un bord pénétrant droit ainsi que le défaut susmentionné de celui-ci. Une tuyère d'échappement 10 d'un moteur-fusée comporte un orifice de sortie 11 (figures 1 à 4)• Quatre "spoilers" 12 sont fixés à l'extrémité arrière.de la tuyère 10 et, selon l'invention, 10 chaque plaquette comprend un élément 13 recevant les gaz d'échappement, 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 15 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 2t. Le bord 17 convexe est chanfreiné en 23» et 20 immédiatement derrière le chanfrein, l'épaisseur dudit élément est réduite de manière à réaliser un gradin 24. Le support 14 est réalisé en un acier à haute résistance à la traction (95 à 110 kg/mm y et épouse sensiblement la forme de l'élément 13» sans la partie chanfreinée 23. la partie inférieure 25 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. 30 La couche calorifuge 15 est en "Durestos", une résine phé- nolique renforcée par de l'amiante,et comporte un corps 27r 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- la 35 couche Î5 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 70 29584 -4- 2058224 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 assem-5 blés par trois vis noyées 31 en molybdène et sont également collés ensemble par de la résine de bakélite J. 11185 mûrie à 150°C pendant 1,5 heure. Cette résine provient de la firme Bakelite Xylonite Ltd., Londres. Dans un exemple d'utilisation des "spoilers" décrits ci-10 dessus, les quatre plaquettes sont fixées, en étant espacées d'angles égaux, sur la tuyère d'échappement 10 (figures 1 et 5) du moteur-fusée à propergol solide d'un missile ayant une pous-. sée axiale moyenne d'environ 800 kg.f. Pour mieux faire comprendre la réalisation des plaquettes, la figure 1 représente seulement 15 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 20 commande, non représenté, qui communique le mouvement de rotation désiré à lTaxe et par conséquent à la plaquette associée. Les 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. La figure 5 représente une partie de la 25 plaquette 12a dépassant en partie dans l'orifice 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 ^L'extérieur de l'orifice 11. Ainsi, lorsque le moteur-fu--sée est allumé, on peut déplacer au moins une des plaquettes ob-30 turatrices 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 l'onde de choc peut être modifiée de façon que le couple de rotation ainsi engendré fasse suivre une trajectoire incurvée prédéterminée à la fusée. 35 Grâce à la courbure du bord pénétrant 17 de chaque "spoiler'} ceux-ci peuvent être réalisés de manière que la partie de chacun d'eux en saillie dans l'orifice 11 et qui est plongée dans le courant bad origin*l 70 29584 -5- 2058224 de gaz d'échappement soit sensiblement symétrique par rapport à un plan radial correspondant de la fusée passant par le centre de poussée de la partie ainsi plongée. La figure 6 représente le déplacement progressif du bord courbe 17 d'un "spoiler" en tra-5 vers de l'orifice 11 de la fusée et en fonction du déplacement angulaire 0 de 36° de la plaquette. On voit que la partie plongée dans les gaz d'échappement de la plaquette est sensiblement symétrique par rapport à un plan radial 35 correspondant de l'orifice, passant par le centre de poussée de la partie plongée dans le cou-10 rant de gaz. Avec une plaquette ayant la forme ci-dessus, l'.effort latéral exercé sur la tuyère provoqué par l'immersion du bord courbe de la plaquette commence à apparaître pour une position écartée d'environ 12° du plan radial 18. 15 On observe, de plus, que l'effort latéral dans le plan ra dial est sensiblement proportionnel au déplacement angulaire de la plaquette. A titre de^ comparaison, on a représenté sur la figure 7 un "spoiler" 40 ayant un bord pénétrant 41 rectiligne, fixé de 20 manière à pivoter sur la tuyère d'échappement 10, Le bord 41 réunit deux extrémités 42, 43 chanfreinées de la plaquette et le - bord 41 et l'extrémité 42 forment un angle obtus 44. Quand la plaquette est totalement immergée (comme l'indique le contour tracé en trait.mixte) dans le courant de gaz d'échappe-25 ment émis.par la tuyère, le bord pénétrant 41 est normal au plan radial 18 qui passe par le centre de poussée de la partie immergée de la plaquette. Ce n'est que dans cette position d'immersion maximale que la plaquette est symétrique par rapport audit plan radial. Dans toutes les autres positions de la plaquette, la partie 30 Immergée a une forme asymétrique, comme l'indique par. exemple la partie ombrée de la plaquette de la figure 7. . - De plus, • au-début.de l'immersion de la plaquette dans les gaz chauds, la force latérale commence à apparaître pour un angle de rotation d'environ- 20° à partir du plan radial 18, à comparer 35 avec l'apparition du début dudit effort-pour une rotation de 12° de la plaquette à bord, courbe selon l'invention décrite., ci-dessus. . • 70 29584 —6— 2058224 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. 70 29584 -7- 2058224 REVENDICATIONS 1. Plaquette obturatrice pivotante dite "spoiler", destinée à un système de commande du vecteur poussée d'un moteur-fusée, caractérisée en ce qu'elle comprend un bord de forme incurvée pé- 5- nétrant dans les gaz d'échappement, le déplacement dudit bord en travers de l'orifice de sortie d'une tuyère d'échappement du moteur amenant une partie de la plaquette, qui est symétrique par rapport à un plan radial passant par le centre de poussée de ladite partie, à dépasser en partie en travers dudit orifice de 10 sortie. 2. Plaquette obturatrice pivotante selon la revendication t, caractérisée en ce que le bord pénétrant est convexe. 3. Plaquette obturatrice pivotante selon la revendication 2, caractérisée en ce que le bord pénétrant est en forme d'arc 15 de cercle. 4. Plaquette obturatrice pivotante selon la revendication 3, caractérisée en ce que le rayon de courbure du bord pivotant correspond au rayon de l'orifice de sortie de la tuyère d'échappement du moteur-fusée. 20 5. Ensemble de tuyère d'échappement pour moteur-fusée, ca ractérisé en ce que ledit ensemble comporte au moins une plaquette obturatrice pivotante selon l'une quelconque des revendications