Brevet FR2113856A1 — publié le 19720630

~71 39412 1 2113855 la présente invention concerne un dispositif engendrant au moyen de tuyères spéciales des moments de direction autour d'au moins un des trois axes principaux d'un engin, ou missile, propulsé par fusée, notamment d'un étage de fusée à 5 propulseur du type dit à flux principal. On connaît par le brevet américain n° 3 260 244 un missile propulsé par un moteur-fusée à propergol liquide dans lequel une suspension pivotante de ce dernier permet, en combinaison arae des SEruCmcfeeuis àbfcelÉS au corps dudit moteur-fusée, des mouve-0 ments de pilotage en direction autour des axes de tangage et de giration. Quant aux moments de direction autour de l'axe de roulis, ils sont engendrés par une tuyère pivotante qui est montée extérieurement sur le missile et dont l'axe longitudinal coupe, en la position zéro, ledit axe de roulis sous un angle aigu, et 5 cela au centre de gravité du missile. Cette tuyère de direction, dont le pivotement par rapport à la. position zéro est assuré par un système de leviers actionné hydrauliquement et compliqué, reçoit tout le débit de sortie d'une turbine alimentée par un générateur de gaz et entraînant une pompe à propergol. D Dans un autre missile de type connu à propulsion ■ par fusée, on a renoncé à une suspension pivotante du moteur-fusée principal pour" la production de mouvements de pilotage autour des axes de tangage et de giration, cela en raison à la fois de la grande complication qu'elle entraîne pour la construction, 5 du poids supplémentaire considérable qu'elle représente conjointement aux puôs sants servomoteurs nécessaires et enfin du fort risque de grippage encouru dans les, conditions de fonctionnement extrêmes par les parties mobiles. On réalise au contraire les moments de direction autour des axes de tangage et de giration, 3 de la même façon que par rapport à l'axe de roulis, au moyen de tuyères spéciales d'un système propulseur de pilotage alimenté en propergol indépendamment du propulseur principal. Ces tuyères directrices réparties individuellement sur le pourtour du missile sont orientées d'emblée radialement ou tangentiellement 5 selon leur destination : en quoi, elles diffèrent nettement de la tuyère directrice du missile cité en premier lieu,laquelle 'devait en cas de besoin être pivotée d'abord à partir de sa position zéro par un système de leviers compliqué et sujet au grippage. Une autre différence réside dans le fait que, contrairement D à la tuyère précitée, celles de ce second missile ne sont alimen '71 39412 * 2113856 tées en fluide actif que lorsque cela devient nécessaire. Cette alimentation intermittente des diverses tuyères directrices exige^ cependant des soupapes d'ouverture et de fermeture coûteuses et provoque, de plus, des contraintes de choc indésira-5 blés dans le système propulseur de direction, dont le poids ne laisse pas d'être considérable par suite de son alimentation en propergol séparée de celle du propulseur principal. L'invention a pour objet un dispositif du genre annoncé dohfc, la structure soit simple, le poids faible et le 10 fonctionnement très air. Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comporte des groupes de tuyères directrices répartis sur le pourtour du missile et alimentés en continu par de faibles quantités de gaz sous pression du circuit de la fusée, lesquels groupes 15 se composent, d'une part, d'une tuyère dont la poussée s'exerce dans la même direction que la poussée principale et qui est alimentée, par le gaz sous pression amené en continu, jusqu'à l'apparition d'écarts par rapport au cap et, d'autre part, d'au moins une autre tuyère de direction de poussée opposée à celle 20 de la poussée principale ou tangentielle, dans le sens des aiguilles d'une montre ou le sens inverse, l'alimentation de cette ou ces dernières tuyères par le gaz sous pression amené en continu au groupe de direction étant réglable, de même que celle de la pre mière, au moyen d'éléments de commutation fonctionnant en continu 25 et réagissant à des écarts de cap. Le dispositif selon l'invention est remarquable par sa structure simple, son poids relativement faible et la grande sûreté de son fonctionnement. Il convient donc parfaitement à la régulation de position de missiles propulsés par fusée 30 en combinant les avantages des dispositifs connus précités sans présenter leurs inconvénients. Sa structure simple et son faible poids résultent principalement de l'alimentation des groupes de tuyères directrices par du gaz sous pression dérivé du circuit de la fusée et non pas fourni par un système à propergol spécia-35 lement affecté à cet usage et séparé du moteur-fusée du missile. Le fait que cette alimentation en gaz sous pression ait lieu en continu rend inutile l'installation de soupapes d'ouverture et de fermeture, coûteuses et sujettes à des perturbations, dans les canalisations conduisant aux groupes de tuyères directrices. 40 La grande sûreté de fonctionnement du dispositif tient surtout 71 39412 3 2113856 à cette suppression et à l'absence de tuyères directrices pivotantes ayant, on le sait, tendance au grippage. Lorsque le missile à propulsion par fusée muni de ce dispositif est bien au cap, le gaz sous pression dérivé du circuit de la fusée et amené en 5 continu à chaque groupe de tuyères directrices se détend chaque fois, comme on l'a déjà mentionné, dans celle de ces tuyères dont la direction de poussée concorde avec celle de la poussée principale, si bien que la poussée de direction engendrée par elle contribue à la propulsion. Ce même gaz peut si nécessaire être dévié 10 vers une autre tuyère directrice du même groupe orientée de façon correspondant à la correction de position voulue, avant qu'il n'entre dans les tuyères directrices du dernier genre cité. L'amenée continue du gaz sous pression aux divers groupes de tuyères directrices permet sans aucune difficulté une telle déviation, 15 par exemple au moyen de clapets d'étranglement, commutateurs de flig ou autres organes analogues, fonctionnant en continu. Selon une forme de réalisation destinée à engendrer des moments directeurs autour de l'axe de roulis d'un missile à propulsion par fusée, le dispositif se compose essentielle-20 ment de deux paires de groupes de tuyères directrices. Les deux groupes d'une de ces paires comportent chacun une tuyère dont la poussée s'exerce dans la même direction que celle de la poussée principale et une autre dont la poussée s'exerce tangentiellement dans le sens des aiguilles d'une montre. Les deux groupes de l'au-25 tre paire sont composés individuellement d'une première tuyère également orientée comme la poussée principale et d'une seconde exerçant une poussée tangentielle dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre. Les quatre groupes sont répartis à intervalle uniforme sur le pourtour du missile, cela en sorte 30 que ceux de même paire soient chaque fois diamétralement opposés. Un tel dispositif fonctionne comme suit : le gaz sous pression amené en continu, du circuit de la fusée, aux groupes de tuyères directrices des deux paires se détend normalement dans celles de ces tuyères dont la direction de poussée 35 concorde avec celle de la poussée principale et c'est exclusivement èn cas de nécessité de moments directeurs agissant autour de l'axe de roulis du missile dans le sens des aiguilles d'une montre ou le sens inverse que ledit gaz est dérivé, au moyen dté-léments de commutation du genre précité, Vers les tuyères direc- 1 40 trices d'orientation appropriée, dans l'une ou l'autre paire de ? { 71 39412 4 2113856 groupes opposés. Si, selon une autre particularité, chacun de quatre groupes de tuyères directrices uniformément répartis sur le pourtour du missile comporte, outre une tuyère de même direc-5 tion de poussée que celle de la poussée principale, deux tuyères exerçant une poussée tangentielle, l'une dans le sens des aiguilles d'une montre, l'autre dans le sens inverse, il devient possible d'engendrer des moments directeurs non seulement autour de l'axe de roulis, mais aussi autour des axes de tangage et de gi-10 ration. Pour engendrer de tels moments autour de ces derniers axes, il suffit que, par le jeu des éléments de commutation affectés aux groupes de tuyères directrices, le courant de gaz sous pression amené en continu soit chaque fois dévié, dans l'un de deux groupes diamétralement opposés, vers la tuyère directrice 15 exerçant une poussée tangentielle dans le sens des aiguilles d'une montre ou le sens inverse et, dans l'autre, vers la tuyère de direction de poussée opposée. En extension de l'invention, chaque groupe de tuyères directrices en comporte, en plus des trois précitées, 20 une quatrième dont la direction de poussée est opposée à celle, de la poussée principale. Cette disposition entraîne une complication un peu plus grande, en éléments de commutation pour la déviation dans les quatre directions de poussée dès lors existantes du gaz sous pression amené en continu, mais permet d'en-25 gendrer des iroments directeurs supplémentaires autour des axes de tangage et de giration du missile en cas de répartition appropriée des groupes de tuyères directrices sur le pourtour de celui-ci. Dans un moteur-fusée du type dit à flux princi-30 pal, on engendre, comme on le sait, dans une chambre de précombustion un mélange gazeux riche en oxygène ou en combustible qui, avant de réagir plus outre dans une chambre de combustion principale avec des combustibles ou des porteurs d'oxygène, se détend dans une turbine en fournissant de l'énergie. Si le 35 dispositif selon l'invention est affecté à un missile équipé d'un tel moteur-fusée, il y a intérêt à dériver du gaz de sortie de la turbine les faibles quantités de gaz sous pression à amener en continu aux groupes de tuyères directrices. En ce cas, l'expansion dans les tuyères directrices des quantités de 40 gaz sous pression dérivées donne en effet approximativement la \ 71 39412 2113856 m'ème impulsion spécifique que celle du moteur-fusée, par exemple 400 secondes contre 450, si bien que, pour une poussée directrice nécessaire de par exemple 1% de la poussée principale, la perte d'impulsion spécifique résultant de la dérivation du gaz sous 5 pression n'est que de l'ordre de 1% . Cette faible perte est compensée,et au-delà, par les avantages du dispositif selon l'invention tels que sa structure simple, son faible poids et la grande sûreté de son fonctionnement. Tout en étant particulièrement recommandé, pour 10 les raisais précitées, à la sortie de la turbine d'un moteur-fusée à flux principal, le prélèvement continu de gaz sous pression pour les groupes de tuyères directrices n'est pas limité à cet emplacement. Ces quantités de gaz sous pression destinées en continu aux-dits groupes peuvent au contraire être prélevées à l'extrémité de 15 sortie soit du système de refroicïssement de la chambre de combustion, soit de la chambre de précombustion précédant la turbine, soit encore de la chambre de combustion principale. Il est parfois recommandé aussi, pour s'assurer une température de régime optimale dans les tuyères directrices, de dériver des gaz sous pression 20' en deux ou plus de deux des emplacements ci-dessus définis et de le les mélanger avant leur introduction en continu dans les divers groupes de tuyères directrices. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisation pris comme 25 exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, de l'extrémité arrière d'un missile à propulsion par fusée muni dIn dispositif selon l'invention, à quatre 30 groupes de tuyères directrices ; la figure 2 est une coupe longitudinale d'un des quatre groupes de tuyères directrices selon la figure 1; la figure 3 représente, partie en coupe longitudinale, partie en développement à plat, l'extrémité arrière d'un 35 autre missile à propulsion par fusée muni d'un dispositif selon une variante de l'invention, également à quatre groupes de tuyères directrices ; la figure 4 est une coupe transversale d'un des groupes de tuyères directrices selon la figure 3. 40 On voit sur la figure 1 l'extrémité arrière d'un 71 39412 6 2113856 missile 1 propulsé par un moteur-fusée et comportant une enveloppe 2. La chambre de combustion, entourée par cette dernière, du moteur-fusée fournissant la poussée principale et la tuyère d'éjection raccordée à ladite chambre de combustion portent respec-5 tivement les références 3 et 4. Des groupes de tuyères directrices 5ai 5h, 6a et 6b répartis uniformément sur le pourtour de l'enveloppe du missile sont fixés extérieurement sur celle-ci et alimentés tous les quatre en continu par de faibles quantités de gee sous pression arrivant delà chambre de combustion 3 du moteur-10 fusée par quatre lignes de dérivation 8a, 8b, 9a et 9b prises sur un anneau distributeur 7- Les groupes de tuyères directrices diamétralement opposés 5a, 5b et 6a, 6b forment chaque fois une paire.. Les groupes 5a, 5b de l'une d'elles comportent chacun une tuyère directrice 10a, 10b exerçant sa poussée dans la même direc-15 tion que la poussée principale et une autre 12a, 12b dont la poussée est tangentielle dans le sens des aiguilles d'une montre. Quant aux groupes 6a, 6t> de l'autre paire, ils sont composés également chacun de deux tuyères directrices, l1une lia, 1Tb de même direction de poussée elle aussi que la poussée principale, l'autre 20 13a, 13b exerçant une poussée tangentielle, mais, à la différence des tuyères 12a, 12b de la première paire, dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre. Les gaz sous pression amenés en continu se détendent dans celles des tuyères directrices des deux groupes dont 25 les directions de poussée concordent avec celle de la poussée principale jusqu'à ce. qu'un mouvement de roulis du missile dans le sens des aiguilles d'une montre ou le sens inverse devienne nécessaire. Auquel cas, lês gaz sous pression amenés en continu sont déviés de leur direction initiale vers les tuyères directri-30 ces à poussée tangentielle d'orientation appropriée dans l'une ou l'autre paire de groupes. Cétte déviation est assurée par des commutateurs de flux bistables associés aux divers groupes de tuyères directrices. La figure 2?représentant en coupe longitudinale 35 l'un des groupes de tuyères directrices 5a, permet de voir nettement la structure d'un commutateur de flux 15 du genre précité. Celui-ci se compose essentiellement d'un conduit d'entrée 16 qui s'achève en secteur de tuyère 17 convergent-divergent, de deux conduits de sortie 18a, 18b faisant suite à ce premier conduit 40 et de deux canalisations d'injection 19a, 19b pour fluides 71 39412 7 2113856 auxiliaires, lesquelles débouchent aux emplacements de transition entre lesdits conduits de sortie 18a, l8b et le conduit d'entrée 16. Des deux conduits de sortie 18a, 18b, cintrés en forme de pales ou aubes, le premier -l8a- conduit à la tuyère 10a dont la di 5 rection de poussée concorde avec celle de la poussée principale et l'autre -18b- à la tuyère directrice 12a de poussée tangentielle dans le sens des aiguilles d'une montre. Ce conduit de sortie l8b^ dont la section est barrée à son entrée par une tôle de guidage 20 en matériau facilement fusible, croise le premier 18a. Il en 10 résulte cet avantage qu'en cas d'alimentation d'un des deux conduits de sortie 18a ou 18b par le gaz sous pression amené en continu au groupe de tuyères directrices $a, ledit gaz bloque le conduit de sortie 18b ou 18a non alimenté et empêche une disparition de la pression régnant dans ce dernier et ayant un effet sta-15 bilisateur sur l'écoulement. A l'entrée en fonction du groupe de tu yères directrices 5a, la présence de la tôle de guidage 20, qui fond peu à peu, force le gaz sous pression amené en continu de la ligne de dérivation 8a, figure 1, au conduit d'entrée 16 et traversant celui-ci dans le sens de la flèche 21 à pénétrer tout 20 d'abord dans le conduit de sortie 18a conduisant à la tuyère directrice 10a orientée comme la poussée principale. Dès que les gaz sous pression ont détruit cette même tôle de guidage 20, ils peuvent être déviés vers l'un ou l'autre, l8ib ou l8a, des deux conduits de sortie par injection alternée de fluide auxiliaire 25 à travers les canalisations 19a, 19b prévues à cet effet. La figure 3 représente l'extrémité arrière 25 d'un missile dont l'enveloppe, visible partie en coupe longitudinale 26a, partie en développement à plat 26b, entoure -un moteur-fusée 27 à propergol liquide et du type dit à flux princi-30 pal. Ce moteur-fusée 27 s3 compose essentiellement d'une chambre de précombustion 28, d'une chambre de combustion principale 29, d'une turbine auxiliaire 30 intercalée entre ces deux chambres de combustion 28 et 29 et enfin d'une tuyère d'éjection 31 faisant suite à la chambre de combustion principale 29. La turbine 35 auxiliaire 30 est précédée d'une grille directrice d'entrée 32 et suivi d'une grille directrice 33 à effet retardateur. Elle entraîne par un arbre 34 deux pompes 35 et 36 qui débitent chacune un ergol à partir de réservoirs 37 et 38. L'un de ces ergols chemine aux fins de refroidissement dans la paroi de la tuyère 40 d'éjection 31 et de la chambre de combustion principale 29 avant 71 39412 b 211385é d'être introduit intégralement par une canalisation 39 dans la chambre de précombustion 28, où il réagit avec une partie amenée par la canalisation 40 de l'autre ergol en donnant naissance à des gaz propulseurs. Le reste de ce second ergol parvient par 5 une canalisation 41 à la grille retardatrice 33, où il se mélange aux gaz propulseurs détendus avec cession d'énergie dans la turbine auxiliaire 30. Avant l'entrée de ces gaz dans ladite grille retardatrice 33 suivant la turbine*auxiliaire 30, de faibles quantités en sont dérivées en continu en quatre emplacements, 10 dont deux, 42b et 42d, visibles sur la figure, répartis uniformément sur le pourtour du moteur-fusée, et elles sont amenées, également en continu, à quartre groupes de tuyères directrices 44a-44d par des canalisations 43a-43d. Ces groupes de tuyères directrices 44a-44d sont montés extérieurement et à écartement uniforme 15 sur l'enveloppe du missile, comme on le voit d'après le développement 26b de celle-ci. Ils comportent chacun trois tuyères directrices 45a, 46a, 47a à 45d, 46d, 47d : une première, 45a-45d, de même direction de poussée que la poussée principale ; une seconde, 46a-46d, de direction de poussée tangentielle dans le sens des 20 aiguilles d'une montre ; une troisième,. 47a-47d, de poussée tangentielle en sens inverse de celui des aiguilles d'une montre. L'alimentation alternée des tuyères directrices 45a, 46a, 47a à 45d, 46d, 47d des quatre groupes 44a-44d en les gaz propulseurs précités amenés en continu est réglée, comme on le voit d'après 25 la coupe d'un groupe -44b- que reproduit la figure 4, par des clapets d'étranglement tels que 48b, 49b, 50b fonctionnant en continu et actionnés électriquement, dans les amenées aux tuyères directrices telles que 45b, 46b et 47b, dont on ne voit sur cette figure que celles de direction de poussée tangentielle 46b, 30 et 47b. 71 39412 2113856 REVENDICATIONS 1. Dispositif engendrant au moyen de•tuyères spéciales des moments de direction autour d'au moins un des trois axes principaux d'un engin, ou missile, propulsé par fusée, notam- 5 ment d'un étage de fusée à propulseur du type dit à flux principal, caractérisé par le fait qu'il comporte des groupes de tuyères directrices répartis sur le pourtour du missile et alimentés en continu par de faibles quantités de gaz sous pression du circuit de la fusée, lesquels groupes se composent, d'une part, d'une 10 tuyère dont la poussée s'exerce dans la même direction que la poussée principale et qui est alimentée, par le gaz sous pression anené en continu, isqu'à l'apparition d'écarts par rapport au cap et, d'autre part, d'une ou de plusieurs autres tuyères de direction de poussée opposée à celle de la poussée principale ou de 15 direction de poussée tangentielle, dans le sens des aiguilles d'une montre ou le sens inverse, l'alimentation de ces dernières . tuyères par le gaz sous pression amené en continu au groupe de direction étant réglable, de même que celle de la première, au moyen d'éléments de commutation fonctionnant en continu et réa-20 gissant à des écarts de cap. 2. Dispositif selon la revendication 1 pour la production de moments directeurs autour de l'axe de roulis caractérisé par le fait qu'il se compose de deux paires de groupes de tuyères directrices, la première paire comportant des tuyères 25 dont la poussée s'exerce dans la même direction que celle de la poussée principale et des tuyères à poussée de direction tangentielle dans le sens des aiguilles d'une montre, l'autre des tuyères également orientées comme la poussée principale et des tuyères à direction de poussée tangentielle, mais dans le sens 30 inverse de celui des aiguilles d'une montre^ et les deux paires étant réparties uniformément sur le pourtour du missile en sorte que les groupes de tuyères directrices de chacune d'elles soient chaque fois diamétralement opposés. 3. Dispositif selon la revendication 1 pour la 35 production de moments directeurs autour des axes de roulis, de tangage et de giration caractérisé par le fait que quatre groupes de tuyères directrices uniformément répartis sur le pourtour du missile se composent' chacun d'une tuyère de même direction de poussée que celle de la poussée principale et de deux tuyères 40 exerçant une poussée tangentielle, l'une dans le sens des aiguil- 71 39412 .2113856 les d'une montre, l'autre dans' le sens inverse. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que chaque groupe de tuyères directrices comporte une autre tuyère de direction de poussée opposée à celle de la 5 poussée principale. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour un étage de fusée à propulseur individuel du type à flux principal, dans lequel des gaz de réaction riches en oxygène ou en combustible sont amenés, après détente dans -une tur- i bine, à une chambre de combustion principale pour y réagir encore avec des combustibles ou des porteurs d'oxygène^caractérisé par le fait que les faibles quantités de gaz sous pression amenées en continu auxj^roupes de tuyères directrices sont dérivées du gaz de sortie de la turbine. I 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven dications 1 à 5 caractérisé par le fait que des clapets d'étranglement couplés entre eux et fonctionnant en continu servent d'éléments de commutation pour dévier dans la direction de poussée de commande chaque fois nécessaire le gaz sous pression amené en i continu à un groupe de tuyères directrices. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que des commutateurs de flux servent à dévier dans la direction de poussée de commande chaque fois nécessaire le gaz sous pression amené en continu à i un groupe de tuyères directrices.