Brevet FR2203026A1 — publié le 19740510

La présente invention concerne une canalisation permettant un déplacement relatif de l'une de ses extrémités par rapport à l'autre, canalisation destinée à l'alimentation des tuyères, en particulier des tuyères orientables, dans des propulseurs ou fusées et prévue entre la sortie des réservoirs de liquides, carburant, comburant, liquide de refroidissement.... et le dispositif d'alimentation. Les efforts mis en jeu lors du fonctionnement de la fusée sont en effet tels qu'ils provoquent des déformations des différents organes et de leurs liaisons, ainsi que des vibrations desdits organes et liaisons. Ces divers facteurs, aux quels vient s'ajouter, le cas échéant, le braquage des tuyères, rendent donc nécessaire l'utilisation des canalisations susceptibles de permettre les déplacements relatifs qui en résultent entre leurs extrémités. Plusieurs types de canalisations permettant lesdits déplacements relatifs sont connus et utilisés, à savoir : canalisationssouples, canalisations à soufflets et canalisations composées d'au moins deux tubes rigides s'emboîtant suivant un montage télescopique. Mais tous ces types de canalisations présentent un inconvénient majeur : celui de voir leur volume intérieur varier en fonction des déplacements relatifs de leurs différents éléments , lesdits déplacements induisent par conséquent un effet de pompe du liquide circulant dans ladite canalisation. Or, cet effet est très préjudiciable au bon fonctionnement du propulseur ou de la fusée puisqu'il fait varier les conditions d'alimentation de la tuyère. En particulier, en présence de vibrations organisées résultant du couplage des structures, des écoulements et de la poussée connus sous le nom "d'effet Pogo", les déplacements relatifs induits par ces vibrations sont responsables, par les variations consécutives de volume dans les canalisations d'une pulsation supplémentaire de débit qui vient s'ajouter aux causes excitatrices. La présente invention s'est donc fixé pour but de réaliser dans le cadre du domaine technique précité une canalisation telle que sa longueur axiale, c'est-à-dire la distance séparant son plan de section d'entrée dans la tuyère de son plan de section de sortie du réservoir du carburant ou du liquide, soit variable, mais que les variations de ladite longueur laissent globalement constant le volume interne de canalisation compris entre les deux plans de section cités et rempli par le liquide. Ders le cas d'une canalisation de longueur axiale variable et destinée à l'alimentation des fusées ou des propulseurs, ce but est atteint du fait qu'à cette canalisation sont associés des moyens de compensation de la variation de volume engendrée normalement par une variation de la longueur de ladite canalisation. Il est ainsi possible d'utiliser une canalisation de longueur variable, capable de ne pas amplifier les vibrations d'une tuyère en fonctionnement, puisque non sujette à l'inconvénient du phénomène de pompage mentionné plus haut , plus particulièrement, les moyens de compensation comprennent une chambre de volume variable grâce à une paroi mobile contigüe à l'écoulement et un élément de commande susceptible d'asservir les variations de volume de ladite chambre à celles de la longueur de la canalisation et compensent ainsi, selon une loi de variation choisie les variations du volume intérieur de ladite canalisation normalement engendrée par celles de sa longueur. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre indicatif mais non limitatif, d'un mode de réalisation description faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique représente une vue en coupe axiale d'une canalisation selon l'invention. Comme on peut le voir sur cette figure, cette canalisation est du type télescopique en ce qui concerne la partie connue et raccorde une vanne standard 1 solidaire des réservoirs de carburant ou de comburant d'un propulseur ou d'une fusée, non représentée, à l'injecteur 2 dudit carburant et dudit comburant dans la tuyère non représentée dudit propulseur ou de ladite fusée. Par souci de simplification, on ne parlera ci-après que de propulseur et de carburant, étant entendu que cette canalisation s'applique aussi aux fusées et peut également conduire du comburant ou un mélange carburant-comburant ou tout liquide nécessaire au fonctionnement du propulseur.La canalisation comporte un tube cylindrique 3 qUi s'emboîte, à son extrémité amont, dans la partie cylindrique d'un raccord cylindro-conique 4 solidaire de la vanne 1, et, à son extrémité aval, dans la partie cylindrique d'un autre raccord cylindro-conique 5 solidaire de l'injecteur 2. La tuyère, non représentée, et située en aval de l'injecteur 2 est en outre reliée mécaniquement aux réservoirs par des bras de fixation ou éléments analogues comprenant un mécanisme du ytpe cardan, partiellement représenté en 6, et permettant d'orienter ladite tuyère de telle sorte que son axe fasse avec la la position de repos de la tuyère un angle voulu. Les extrémités 3a et 3b du tube 3 présentent, d'une part, une face interne évasée vers l'extérieur de manière à faciliter le passage du carburant 7 dans le sens des flèches 8, et, d'autre part, une face externe 3c et 3e sensiblement sphérique. Cette face externe sphérique 3c et 3e est destinée à permettre d'une part des mouvements de translation longitudinaux par rapport au raccord 4, mouvements consécutifs aux déplacements longitudi naùx de la tuyère par, rapport à la vanne 1, et, d'autre part, les nutations de l'axe dudit tube 3 par rapport à ceux des raccords 4 et 5, nutations consécutives aux modifications de l'orientation de ladite tuyère par pivotement autour des axes 6a, 6b du mécanisme à cardan 6. Des joints toriques 9 et 10 sont prévus à chacune des extrémités 3a et 3b du tube 3 pour assurer l'étanchéité entre lesdites faces sphériques 3c et 3e et la face interne cylindrique 4a de l'extrémité aval du raccord 4 et la face interne cylindrique Sa de l'extrémité amont du raccord 5. 'Une tige de liaison 11 à l'une des extrémités de laquelle est usinée une rotule llo, est placée à l'intérieur du tube 3 et suivant le même axe. La rotule lla est montée dans un palier à rotule 2a solidaire de l'injecteur 2. Le palier 2a est coiffé par un déflecteur 12 vissé à l'injecteur 2 et destiné à dévier radialement le carburant vers ledit injecteur 2. Sur l'extrémité du déflecteur 12,extrémité tournée vers le tube 3, est vissé un écrou 13 à encoche annulaire 13a dans laquelle sont maintenus, avec un certain jeu nécessaire aux déplacements cidessus mentionnés, les becs 14a d'au moins trois pattes d'attache planes et radiales 14 solidaires du tube 3.Parallèlement à l'axe de la tige 11, le déflecteur 12 comporte plusieurs perçages 12a reliant la face amont dudit déflecteur à la face aval de ce dernier, face aval située du coté de l'injecteur 2, et destinés à assurer le refroidissement dudit injecteur 2 par le liquide circulant dans lesdits perçages 12a. La partie interne de l'écrou 13 et la partie interne supérieure du déflecteur 12 présentent des configurations tronconiques 13b et 12b en alignement afin de permettre à la tige 11 un certain débattement angulaire. Sur chacun des becs 14a des pattes 14 est prévue une surface sphérique concave 14b destinée à venir s'appliquer sur une surface sphérique 12c formant rotule usinée à l'extrémité amont du déflecteur 12. A l'autre extrémité llb de la tige 11, est fixée, par sa pointe, un piston creux 15 de forme cylindro-conique dont l'axe de révolution est confondu avec celui de la tige 11. Le piston 15 glisse dans un cylindre creux 16 qui est solidaire de la vanne 1 coaxial au tube 3 et dont le diamètre intérieur est égal à celui de la partie cylindrique 4a du raccord 4. La face extérieure 15a de la partie cylindrique du piston 15 est sensiblement sphérique de façon à pouvoir, d'une part, glisser dans le cylindre 16 et, d'autre part, permettre la nutation de l'axe du piston 15 provoquée par l'orientation de la tuyère. Un joint torique 17 est prèvu pour assurer l'étanchéité entre ladite surface 15a et la surface intérieure cylindrique 16a du cylindre 16. Entre la base 16b du cylindre creux à fond fermé 16 et la face intérieure 15b du piston 15 est délimitée une chambre 18 de volume variable. La tige 11 traverse le piston 15 de façon étanche au moyen d-un joint torique 19 logé dans la pointe dudit piston 15, l'extrémité supérieure de la tige 11, extrémité pé nétrant dans la chambre 18 étant serrée par une vis 20 contre un circlips 21 qui est fixé sur la tige L1 et sert de butée pour la pointe du plston 15. La vanne 1 étant supposée fixe, le fonctionnement du dispositif décrit est le suivant : un accroissement de la distance séparant le-raccord 5 du raccord 4 va entraîner un glissement du tube 3 par rapport au raccord 4 vers le bas suivant la figure. Ce glissement qui aurait normalement pour seul effet d'augmenter le volume de la canalisation d'une valeur égale au produit de la section dans la zone du déplacement par la longueur de ce dernier, a en outre ici pour autre effet d'augmenter le volume de la chambre 18. Il s'ensuit une diminution du volume intérieur de la canalisation égale à l'augmentation de volume de la chambre 18 et égale au produit de la section du cylindre 16 par le déplacement relatif du piston 15 par rapport au raccord 4. On conçoit ainsi la possibilité de rendre le volume disponible dans la canalisation indépendant de la position du raccord 4 par rapport au raccord 5 et donc des positions relatives de la tuyère et des réservoirs : à déplacement égal du tube 3 et du piston 15, il suffira de donner à la section interne de la chambre 18 à l'endroit de la paroi cylindrique 16a, une valeur égale à celle de l'extrémité cylindrique 4a du raccord 4. Il est bien évident que le même raisonnement s'appliquant point par point dans le cas d'une diminution de ladite distance, le volume de la canalisation peut donc être indépendant des déplacements longitudinaux, c'est-à-dire du va-et-vient, par rapport au réservoir de la tuyère et ce dans les différentes positions d'orientation de cette dernière. Il reste bien entendu que le mode de réalisation ci dessus décrit n'est donné qu'à titre purement indicatif mais non limitatif ; ainsi un certain nombre de modifications peuvent être apportées sans sortir du cadre de la présente invention délimitée par les revendications annexées. Il est en particulier possible de mettre sous pression la chambre 18 de façon à équilibrer les efforts longitudinaux supportés tant par la vanne 1 que par la tige ll et le piston 15. Il est aussi possible de mettre en communication ladite chambre 18 avec ltextérieur de la canalisation de façon à éviter de trop grandes variations de pression à l'intérieur de la chambre 18, ou encore, en choisissant une valeur de la section de la chambre 18 différente de celle de la section de la partie cylindrique 4a, d'adapter la compensation pour créer des conditions idéales d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Canalisation télescopique de longueur axiale variable, destinée à l'alimentation des tuyères dans des propulseurs ou fusées, en particulier des tuyères orientables, et prévue entre la sortie des réservoirs de liquides et la tuyère, caractérisée en ce qu à cette canalisation sont associés des moyens de compensation de la variation de volume intérieur engendrée normalement par ne variation de la longueur de cette canalisation. 2. Canalisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de compensation comprennent une chambre de volume variable gracie à une paroi mobile contigue à l'écoulement et un élément de commande susceptible d'asservir les variations de volume de ladite chambre à celles de la longueur de ladite canalisation et de compenser ainsi, selon une loi de variation choisie les variations du volume intérieur de ladite canalisation normalement engendrées par celles 'de sa longueur. 3. Canalisation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre est comprise entre un cylindre solidaire de l'une des extrémités de la canalisation et un piston solidaire de l'autre par l'intermédiaire d'une tige qui fait donc office d'élément de commande. 4. Canalisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la section du cylindre est égale à la section intérieure de la partie femelle de la canalisation télescopique. 5. Canalisatiòn selon la revendication 3, caractérisée en ce quel a section du cylindre est différente de la section intérieure de la partie femelle de la canalisation télescopique. 6. Canalisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de compensation sont compatibles avec une nutation de l'axe de la tuyère. 7. Canalisation selon les revendications 3 et 6, caractérisée en ce que la forme extérieure du piston est telle que son axe puisse faire un angle choisi avec celui du cylindre, et que celle de l'extrémité opposée au piston de la tige est articulée sur un palier solidaire de l'extrémité de la canalisation opposée à celle dont est solidaire ledit cylindre de façon à ce que l'axe de ladite tige puisse faire un certain angle avec celui de ladite extrémité. 8. Canalisation selon l'une des revendications 5, 7 caractérisée en ce que la chambre est placée immédiatement en amont ou en aval d'un organe nécessaire situé au sein de l'é- coulement du liquide, notamment une vanne.