Brevet FR2126925A1 — publié le 19721013

La présente invention a pour objet un générateur de gaz hybride utilisable? en particulier, pour la propulsion des fusées. Les générateurs de gaz chauds hybrides utilisant un propergol en partie solide et en partie liquide, le constituant solide pouvant être, soit le combustible, soit le comburant, le constituant liquide lui étant complémentaire. Généralement, le constituant solide est disposé dans une chambre de réaction ou de combustion, tandis que le constituant liquide est délivré progressivement dans ladite chambre de combustion par des moyens appropriés, tels que des injecteursdoseurs reliés à un réservoir d'emmagasinage du constituant liquide. Parmi les générateurs de gaz chauds hybrides, on connaît celui qui consiste à disposer dans une chambre de combustion, prolongée d'un côté par une tuyère d'éjection des gaz brûlés, un foyer comprenant un ergol solide tapissant les parois internes de la chambre de combustion et un canal central ménagé dans l'axe de l'ergol solide, ledit canal débouchant à l'entrée de la tuyère d'éjection. Un diaphragme peut être disposé à une certaine distance de l'extrémité amont de la chambre de combustion de manière à créer un étranglement local dans le canal central et à augmenter le temps de séjour de l'ergol liquide dans la partie du canal située en amont dudit diaphragme.De plus, il peut être prévu de disposer d'autres injecteurs d'ergol liquide en plus de l'injecteur principal pour augmenter le rendement global du générateur de gaz.chaudsO Toutefois, il est nécessaire de prévoir des .généra- teurs dont le rapport longueur sur diamètre de la chambre de combustion est très élevé. De ce fait, on conçoit qu'un tel générateur comportant une chambre de combustion de grande longueur soit préjudiciable au rendement de combustion et donc à l'impulsion spécifique. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités et a pour objet de mettre en oeuvre un générateur de gaz chauds hybride dans lequel le rendement de combustion est nettement amélioré et qui, dans le cas d'une fusée, peut être disposé plus-facilement dans le volume disponible A cet ef-fet, le générateur comprend une pluralité de foyers indépendants dont les canaux axiaux débouchent dans une chambre de mélange unique ménagée entre les faces arrière des foyers et le convergent d'-une tuyère unique d'éjection, et en ce que les canaux axiaux sont susceptibles d'être, simultanément ou successivement, alimentés en ergol liquide par les moyens d'injection. De ce fait, on obtient pour une masse donnée d'ergol solide une excellente poussée et de bonnes performances de vol Grâce à la présence d'une chambre de mélange nique dans laquelle parviennent les gaz chauds créés par les réactions entre les ergols solide et liquide dans les différents foyers, les gaz éjectés par la tuyère d'éjection seront des gaz totalement brûlés. En outre, en cas d'utilisation comme propulseur, la poussée sera rigoureusement axiale, la tuyère d'éjection étant unique. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque canal axial est susceptible d'être obturé par une membrane déchirable disposée à l'extrémité arrière du foyer cor respondant de manière à permettre un allumage successif des foyers de combustion par groupes de deux, diamétralement op- posés Le cas échéant, un groupe de foyers peut fonctionner en veilleuse perdant qu'un-autre groupe de foyers fonctionne en régime normal. D'autres avantages et car-actéristiques ressortiront à la lecture de la description-donnée ci-dessous- à titre indicatif, mais non limitatif,~-ainsi-que du'dessin -annexé sur lequel - la!figure-l est une vué partiellement en-coupe longitudinalé suivant I-I de la figure 2 du générateur de gaz chauds hybrides selon un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant un autre mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1 est représenté un générateur de gaz chauds hybride dont un des foyers l est représenté en coupe, tandis qu'un autre foyer est représenté en élévation. Le générateur comprend plusieurs foyers indépendants I maintenus en place chacun par des tirants 2 fixés à la périphérie de deux brides de support 3 disposées chacune à proximité d'une extrémité du foyer. Les tirants 2 sont également introduits dans des orifices ménagés sur une bride 5 support d'un injecteur 6 débouchant dans la partie arrière du foyer correspondant et relié par une conduite 4 et à travers une vanne 7 à un réservoir d'emmagasinage d'ergol liquide 8 mis en pression par un générateur approprié 9. Du côté de la partie frontale des foyers 1 indépendants est prévue une tuyère d'éjection des gaz brûlés 10, disposée dans le bouclier traditionnel Il. Chaque foyer indépendant 1 est disposé dans une enceinte 14 constituant chambre de combustion et est constitué par un pain d'ergol solide 12 dans lequel est ménagé un canal axial 13. A l'extrémité avant de chaque canal axial 13 débouche un injecteur 6, tandis que, à ltextrémité arrière, est susceptible d'être disposé un diaphragme 15. Toutes les extrémités arrière des canaux axiaux débouchent dans une chambre unique de mélange 16 ménagée entre une plaque de protection thermique 17 et ltentrée du convergent de la tuyère d'éjection 10, ladite plaque de protection thermique 17 comportant des orifices 18, de préférence inclinés, et prévus en regard des ouvertures 19 des diaphragmes 15 Cette disposition permet ainsi de brûler complè- tement les gaz produits par la réaction entre les pains d'ergol solide et ergol liquide distribué à partir du réservoir d'emmagasinage 8, le débit de l'ergol liquide étant modulé par la vanne 7, ce qui permet de moduler également la poussée en cours de fonctionnement. En effet, les gaz de réaction, à leur entrée dans la chambre unique de mélange 16 continuent de brûler entre eux pour donner, à la sortie du divergent de la tuyère d'éjection 10, des gaz totalement brûlés. De ce fait, le rendement du générateur se trouve accru.De plus, on peut augmenter la réaction entre l'ergol solide et ergol liquide en prévoyant dans chaque canal axial 13 un ou plusieurs diaphragmes ainsi qu'un ou plusieurs injecteurs d'ergol liquide supplémentaires et ce, de manière à utiliser la totalité de l'ergol solide disponible dans chaque foyer. I1 est également possible de parfaire la combustion en admettant de l'ergol liquide dans la chambre unique de mélange 16 au moyen d'un injecteur 20 relié à travers la vanne de régulation 7 au réservoir d'emmagasinage d'ergol liquide 8. Dans une autre forme de réalisation de l'invention représentée à la figure 3, le générateur de gaz chauds hybrides comporte une enceinte 21 dans laquelle est disposée la pluralité des foyers, ces derniers, par exemple au nombre de quatre, étant isolés les uns des autres par deux cloisons en croix 22. Ainsi, chaque pain d'ergol solide 23 est délimité par une partie de la paroi interne de ltenveloppe 24 de l'enceinte 21 et par deux demi-cloisons adjacentes. I1 va de soi que dans le cas d'un plus grand nombre de foyers, on disposera les cloisons 22 dans des directions radiales de manière à bien isoler les pains d'ergol solide 23. Dans chacun de ces derniers est ménagé un canal axial 25 de section triangulaire avec au-moins un des côtés curvilignes, de manière à éviter les imbrûlés dans les angles. Les cloisons 22 séparant les foyers peuvent être très minces si les foyers sont allumés simultanément, les pressions s-'égalisant dans les différents foyers. On peut prolonger les cloisons 22 dans la chambre unique de mélange 16 et supprimer les diaphragmes 15 pour éviter que les instabilités qui naîtraient éventuellement dans la chambre unique de mélange 16 ne remontent dans les foyers Enfin, il serait possible, dans un autre mode de réalisation non représenté, de supprimer les cloisons de séparation et éventuellement, de disposer les canaux de telle sorte que ceux-ci se rejoignent latéralement avant la fin de combustion du bloc, pour ne plus former qu'un seul canal, ce qui permettrait d'obtenir deux régimes de combustion différents. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes. C'est ainsi, par exemple, qu'on peut équiper chaque foyer d'une vanne individuelle de manière à régler le débit d'ergol liquide dans chaque foyer indépendamment les uns des autres ou remplacer le é- servoir unique par un groupe de réservoirs occupant au mieux la place disponible, chacun pouvant être ou non associé à un foyer et équipé d'une vanne de régulation du débit d'ergol liquide. De même, il est possible d'allumer, dans un premier temps, les foyers par groupe de deux ou plus et àla fin de combustion de ce groupe, allumer les autres foyers Z pendant la combustion des premiers groupes de foyers, les canaux des autres foyers peuvent être obturées, si nécessaire, par des membranes claquables épaulées présentant une résistance au cisaillement plus élevée dans le sens qui va de l'extrémité arrière vers l'extrémité avant du foyer correspondant ; dans ce cas, les cloisons 22 séparant les foyers doivent présenter une certaine épaisseur et non plus tre très minces comme dans, le cas où les foyers sont allumés simultanément. REVENDICATIONS 1. Générateur de gaz ou propulseur hybride comprenant une chambre de combustion dans laquelle est disposé un ergol solide, une tuyère d'éjection des gaz de combustion, un réservoir d'emmagasinage d'un ergol liquide sous pression, des moyens d'injection de l'ergol liquide dans la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de foyers qui sont indépendants les uns des autres et dont les canaux axiaux débouchent dans une chambre de mélange unique ménagée entre les faces arrière des foyers et le convergent de la tuyère unique d'éjection, ces canaux axiaux étant susceptibles d'être simultanément ou successivement alimentés en ergol liquide par des moyens d'in section. 2 Générateur de gaz ou propulseur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité des foyers est disposée dans une enceinte unique, chaque foyer étant délimité par une partie de la paroi interne de l'enveloppe de ladite enceinte et par deux cloisons, les différentes cloisons étant disposées dans des plans radiaux par rapport au centre de l'enceinte. 3. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon la revendication 2, caractérisé en ce que les canaux axiaux sont, en section, triangulaires dont un des côtés au moins est courbe. 4. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les cloisons se prolong.ent d'un côté dans la chambre de mélange unique 5. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon l'une des revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que les cloisons sont très minces. 6 Générateur de gaz ou propulseur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que les foyers sont ménagés dans un pain d'ergol solide unique disposé dans une enceinte unique 7. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon la revendication 6, caractérisé en ce que les canaux se rejoignent latéralement pour former un seul canal avant la fin de combustion du pain d'ergol solide. 8. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un diaphragme est disposé à l'extrémité arrière de chaque canal axial. 9. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque diaphragme délimite une préchambre dans chaque foyer correspondant. 10. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque canal axial est susceptible d'être obturé par une membrane déchirable disposée à l'extrémité arrière du foyer correspon dant 11. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque membrane déchirable présente une résistance au cisaillement élevée prise dans le sens arrière vers l'avant de chaque canal axial. 12. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un groupe de canaux peut fonctionner en veilleuse pendant qu'un autre groupe fonctionne en régime normal, 13. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection d'ergol liquide dans les canaux est assurée par une pompe. 14. Générateur de gaz ou propulseur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation des canaux axiaux est réalisée à partir d'un groupe de réservoirs susceptibles chacun d'alimenter un ou plusieurs foyers- et à travers une ou plusieurs vannes