Brevet FR2299517A1 — publié le 19760827

La présente invention a pour objet des nouvelles articulations pour tuyères de contre-poussée d'un propulseur et, notamment, d'un propulseur à propergol solide. Lorsqu'un satellite disposé dans l'ogive d'un propulseur est détaché de ce dernier pour poursuivre sa trajectoire prédéterminée à-sa mission, on est en présence de deux mobiles se déplaçant sur une même trajectoire et à presqu'une meme vitesse. Dès lors, il est nécessaire de freiner le propulseur de manière à permettre ltéloignement du satellite dudit propulseur. Le freinage est obtenu en créant une contre-poussée résultante susceptible de s'opposer à la poussée produite à l1arrière du propulseur, par la tuyère principale des gaz de combustion du propergol solide. La contre-poussée résultante est obtenue par l'ouverture sur le fond avant opposé à celui recevant la tuyère principale, d'une surface supérieure à la section du col de ladite tuyère principale. La surface de contre-poussée est constituée par l'ouverture d'un certain nombre d'orifices circulaires ménagés sur la périphérie du fond avant. Pendant la phase de propulsion et de lancement du satellite, les orifices sont obturés chacun par une soupape qui est déverrouillée puis éjectée par la pression interne du propulseur. les jets de gaz ainsi libérés donnent naissance à des contrepoussées dont la résultante est supérieure à celle de la tuyère principale. Mais, ces jets de gaz de contre-poussée ne peuvent avoir lieu de façon quelconque, car il est nécessaire de protéger le satellite depuis le moment où les jets de contre-poussée sont créés jusqu'à un certain temps qui peut entre variable. De ce fait, on est amené à doter lesdits orifices de divergents ou cheminées liés au fond avant du propulseur et à la jupe qui prolonge ledit propulseur vers l'avant et qui assure la liaison avec le satellite. Or, le fond avant et la jupe, bien que solidaires, ont des mouvements relatifs l'un par rapport à l'autre das au gonflement du fond avant lié à la pression interne développée dans le propulseur. Cette pression varie de O à 70 bar et chute notamment à l'ouverture des orifices de contre-poussée et n'autorise pas une liaison rigide entre le fond avant et la jupe du propulseur. Dès lors, on a été amené à concevoir une liaison apte à permettre les mouvements relatifs précités. Une solution proposée consiste à réaliser un divergent en acier ou en titane, protégé contre les gaz chauds de combustion par une plaque de protection, et relié à la jupe par un carter en alliage léger qui assure une liaison mobile par coulissement sur deux joints disposés dans deux porte-joints en alliage léger également, fixés l'un sur le divergent et l'autre sur une embase solidaire du fond avant du propulseur. Les porte-joints sont conçus à la manière de rotule de manière à permettre des déplacements transversaux à l'axe de l'embase. Toutefois, le carter en alliage léger assurant la liaison des porte-joints ne peut entre protégé par la plaque de protection prévue sur les parois internes du divergent et de l'embase en raison du fait qu'il doit présenter une surface de coulissement parfaitement lisse aux joints afin de permettre des déplacements faciles par suite des déformations du fond avant du propulseur et d'assurer une bonne étanchéité. I1 s'ensuit que ledit carter ne résiste que très faiblement aux gaz chauds et qu'il est perforé très vite, moins de deux secondes, après l'ouverture des orifices de contre-poussée. De ce fait, les gaz chauds pénètrent'dans l'espace compris entre la jupe et le fond avant et attaquent les divergents du côté où ils ne sont pas protégés par une plaque de protection. Leur tenue ne dépasse pas alors trois secondes, ce qui est inférieur au minimum demandé par les utilisateurs qui souhaitent que le satellite ne soit en aucun cas endommagé par les jets de gaz chauds et que son éloignement du propulseur de lancement soit assuré de façon satisfaisante. La présente invention a pour but de pallier aux inconvénients précités et d'assurer à la fois les conditions d'étanchéité, une bonne résistance à l'action des gaz chauds pendant un temps suffisant pour que la séparation entre le satellite et le propulseur soit bonne et sans danger pour ledit satellite, et permettre les mouvements relatifs dfls aux déformations du fond avant du propulseur. A cet effet, l'articulation mobile entre le divergent et le fond avant du propulseur est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un organe souple et résistant thermiquement susceptible de se déformer dans au moins une direction des mouvements relatifs du fond avant par rapport à la jupe du propulseur. L'organe souple qui peut se déformer dans tous les sens, permet les mouvements relatifs entre le divergent et le fond avant, tout en assurant une bonne étanchéité et résistance aux gaz chauds. Selon une autre caractéristique, l'organe souple est constitué par un manchon souple en caoutchouc d'une part fixé au moins en partie dans l'alésage d'un support rigide relié au fond avant du propulseur et, d'autre part, susceptible de coulisser à l'intérieur du divergent, ledit manchon pouvant, en outre, présenter dans sa zone centrale la forme d'un soufflet entre les pliures duquel sont disposés des anneaux raidisseurs. Il y a alors renforcement des parties sur lesquelles s exerce fortement l'action des gaz, tout en permettant à l'articulation d'être mobile. Selon une autre caractéristique, ladite articulation est caractérisée en ce que le manchon souple comporte un rebord annulaire fixé sur l'une de ses faces sur la paroi externe du fond avant du propulseur et sur l'autre face au support constitué par une couronne. Selon une autre variante de l'invention, l'organe souple est constitué par deux rotules sphériques de caoutchouc fixées l'une sur un élément de liaison solidaire du divergent et l'autre sur un autre élément de liaison solidaire du fond avant, lesdites rotules étant reliées par un support rigide constitué par un anneau métallique comportant des appuis sphériques pour le logement desdites rotules, et en ce que les éléments de liaison sont reliés sur leur face interne par un manchon de protection, l'espace compris entre ledit support rigide et ledit manchon étant rempli de graisse. Cela permet d'être en présence d'une articulation à rotule tout en lui conférant, en plus-des propriétés propres aux rotules, une étanchéité et une tenue aux gaz particulièrement avantageuses. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront à la lecture de la description donnée ci-dessous à titre indicatif mais non limitatif des modes de réalisation selon l'invention ainsi que du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une vue en coupe d'une articulation selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe d'une articulation selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe suivant un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 représente deux demi-vues en coupe de deux autres modes de réalisation de l'invention. Sur toutes les figures, on a représenté les orifices (1) de contre-poussée ouverts, ce qui correspond à une sépara-- tion entre le satellite et le propulseur représenté uniquement par son fond avant (2). De la meme manière, on n'a pas représenté la jupe du propulseur à laquelle sont reliés rigidement par tout moyen connu en soi, les divergents (3) des tuyères (4) de contre-poussée dont seules les extrémités correspondant aux entrées (convergent-col) des tuyères classiques sont visibles sur les figures 1 à 4. L'articulation représentée à la figure 1 comporte un organe souple constitué par un manchon (5) en caoutchouc résistant thermiquement dont l'extrémité supérieure (6) est emmanchée dans la section d'entrée du divergent (3) et dont ltextré- mité inférieure (7) est collée dans l'alésage d'un support (8) en alliage léger à base d'aluminium et de cuivre. Le support (8) est constitué par une couronne filetée qui se fixe sur une embase (9) comportant un alésage déterminant la section de passage des gaz chauds, ladite embase étant solidaire par tout moyen approprié sur le fond avant (2).Les parties métalliques fixes et soumises à l'action des gaz chauds sont recouvertes d'une plaque de protection (15) constituée par un composite de fibre d'amiante chrysotile et de résine phénolique. I1 en est notamment ainsi des parois internes du divergent (3) et d'une partie de l'embase (9). Comme on peut le voir sur cette figure, la déformation du fond avant (2) dans la direction de l'axe (10) se traduit par un coulissement de l'extrémité (6) du manchon (5) dans le divergent (3), tandis que les déformations transversales audit axe (10) sont répercutées sur ledit manchon dans la zone centrale comprise entre le support (8) et l'entrée du divergent (3). I1 va de soi que les dimensions du manchon (5) sont telles qu'il résiste aux pressions développées meme aux vitesses supersoniques. Selon le mode représenté à la figure 2, le manchon (5) en caoutchouc thermique dont l'extrémité supérieure (6) est susceptible de coulisser dans le divergent (3), comporte une partie en forme de soufflet (11) autorisant les déplacements transversaux entre les pliures duquel sont disposés des anneaux raidisseurs (12) collés audit manchon, ce qui assure une bonne tenue en pression, la tenue du collage au cisaillement étant largement calculée en fonction de la pression s'exerçant sur le manchon dans cette zone. Par ailleurs, leur indépendance est un élément de souplesse liée à l'élasticité et l'épaisseur du manchon. Bien entendu, on peut augmenter la zone du soufflet du manchon en fonction de la longueur totale du manchon et surtout de la longueur libre entre le divergent et le support ou raidisseur prévu à la partie inférieure dudit manchon. Un mode de collage possible des anneaux raidisseurs (12) sur le manchon est leur intégration dans le moule au moment de la fabrication du manchon. L'extrémité inférieure du manchon peut Btre collée sur un support analogue à celui représenté à la figure 1 ou comporter un rebord annulaire (13) collé sur une de ses faces sur le fond avant (2) du propulseur au droit de l'orifice (1) ou, de préférence, légèrement en retrait de façon que le collage ne soit pas directement soumis à l'action des gaz chauds. Sur ce rebord annulaire (13), on place par collage un raidisseur (14) semblable à une embase de manière à bien maintenir presque toute la surface du rebord annulaire (13) sur le fond avant (2) du propulseur. Le raidisseur (14) qui peut entre en acier ou en alliage léger ou de titane, permet non seulement de renforcer le manchon (5) dans sa partie inférieure, mais également de recevoir toute fixation mécanique sur le fond avant comme, par exemple, l'arrivée d'un cordeau de transmission. La variante selon la figure 3 comporte, fixée sur le divergent (3), une bride (16) se terminant en demi-cne et susceptible d'entre solidaire au moyen d'une sangle en acier (17) d'un élément de liaison (18) en forme de couronne métallique, se terminant à sa partie extrême par une bride également en demi-cone (19), l'étanchéité entre les deux brides semblables (16) et (19) étant assurée par un joint (20) logé dans une gorge (21), ménagée par exemple dans la bride (16). Sur une embase (9) solidaire du fond avant (2), est prévue une bride en demi-c8ne fixée à une bride semblable en demi-cne d'un élément de liaison inférieur (22), la fixation et l'étanchéité entre les deux brides étant assurées comme précédemment par une sangle en acier (17) et un joint (20) logé par exemple dans une gorge (21a) ménagée dans l'élé ment de liaison (22) ; l'ensemble de ces parties métalliques étant également protégé par le composite (15) à base d'amiante et de résine phénolique. L'organe souple est constitué par une membrane en caoutchouc (23) pincée entre un support métallique (24) en alliage léger et les éléments de liaison (18) et (22). La membrane souple (23) est en caoutchouc résistant thermiquement et est presque entièrement, dans sa partie où elle est verticale, logée dans le support (24), à l'exception de la boucle inférieure (25) qui permet à l'articulation de pouvoir se déplacer dans tous les sens pour suivre les déplacements ou déformations du fond avant du propulseur. A chaque extrémité, la membrane comporte, noyé dans la masse, un c ble de renfort (26) qui évite tout déchirement lors de sa mise en place entre le support (24) et les éléments de liaison (18) et (22). Elle est également renforcée à l'intérieur par un tissu de nylon (27) ou d'un autre matériau qui est mis dans la masse de ladite membrane lors de la fabrication de cette dernière, ce qui lui permet de mieux résister aux pressions internes. Enfin, sur la face située du coté de l'axe (10), on dépose une plaque de protection (28) réalisée dans un matériau également souple pour pouvoir se déformer en meme temps que ladite membrane.Cette plaque de protection peut entre, par exemple, une couche de caoutchouc thermique qui résiste aux gaz chauds, dans le cas où la membrane serait constituée par un caoutchouc naturel ou synthétique non thermique. Enfin, à la figure 4, on a représenté deux autres variantes différentes par le support qui est réalisé en une seule pièce sur la demi-figure gauche et en deux parties sur la demi-figure droite. Cette articulation comporte des éléments de liaison (18a) et (22a) terminés chacun par une bride en demi-c8ne solidarisée de la bride en demi-c8ne supérieure ou inférieure par une sangle d'acier, comme cela fut décrit à propos de la figure 3. La face externe de chaque élément de liaison comporte une surface sphérique (29) pour la mise en place par collage d'une rotule sphérique (30) en caoutchouc naturel ou synthétique, car il n'a pas à subir les contraintes thermiques. Les deux rotules (30) sont reliées par un support constitué par un anneau métallique (31) en alliage léger comportant au droit des rotules (30) une partie sphérique (32), apte à permettre la mise en place desdites rotules entre ledit support et lesdits éléments de liaison. Dans le cas de la demi-figure gauche, le support est en une seule pièce, tandis que sur la demi-figure droite, il est en deux parties (31a) et (31b) susceptibles de coulisser l'une par rapport à l'autre, leur étanchéité étant assurée par un joint torique d'étanchéité (33). Les faces intérieures des éléments de liaison (18a) et (22a) sont recouvertes par une plaque de caoutchouc thermique (34) et l'espace compris entre cette plaque de caoutchouc thermique (34) et le support (31) ou (31a) et (31b) est rempli de graisse de silicone (35). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1) Articulations pour tuyères de contre-poussée d'un propulseur du type comportant un divergent fixé à la jupe du propulseur et relié par une articulation annulaire et mobile au fond avant dudit propulseur, caractérisées en ce que l'articulation comporte aux moins un organe souple et résistant thermiquement susceptible de se déformer dans au moins une direction des mouvements relatifs du fond avant par rapport à la jupe du propulseur. 2) Articulations selon la revendication 1, caractérisées en ce que l'organe souple est constitué par un manchon en caoutchouc d'une part fixé au moins en partie dans l'alésage d'un support rigide relié au fond avant du propulseur et, d'autre part, susceptible de coulisser à l'intérieur du divergent. 3) Articulations selon la revendication 2, caractérisées en ce que, entre le support et le divergent, le manchon souple présente la forme d'un soufflet entre les pliures duquel sont disposés des anneaux raidisseurs. 4) Articulations selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisées en ce que le manchon souple comporte un rebord annulaire fixé sur l'une de ses faces sur la paroi externe du fond avant du propulseur et sur l'autre face au support. 5) Articulations selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisées en ce que le support est constitué par une couronne filetée reliée à une embase solidaire du fond avant du propulseur. 6) Articulations selon la revendication 1, caractérisées en ce que l'organe souple est constitué par une membrane disposée au moins en partie dans un support de renfort et fixée entre deux éléments de liaison solidaires l'un du divergent et l'autre du fond avant du propulseur. 7) Articulations selon la revendication 6, caractérisées en ce que la membrane est renforcée sur sa face interne. 8) Articulations selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisées en ce que la membrane comporte, à chaque extrémité, noyé dans la masse, un c ble de renfort. 9) Articulations selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisées en ce que la membrane comporte un tissu de renfort noyé dans la masse. 10) Articulations selon la revendication 6, caractérisées en ce que chaque élément de liaison est constitué par une couronne métallique terminée à leur partie extrême par une bride en demi-c6ne reliée par une sangle métallique à une bride similaire prévue sur le divergent ou l'embase solidaire du fond avant du propulseur. 11) Articulations selon la revendication 1, caractérisées en ce que l'organe souple est constitué par deux rotules de caoutchouc fixées l'une sur un élément de liaison solidaire du divergent et l'autre sur un élément de liaison solidaire du fond avant du propulseur ét reliées entre elles par un support rigide, et en ce que les éléments de liaison sont reliés, sur leur face interne, par un manchon de protection, l'espace ménagé entre le support rigide et ledit manchon étant rempli de graisse. 12) Articulations selon la revendication 11, caractérisées en ce que le support rigide est constitué par un anneau métallique comportant dans ses parties supérieure et inférieure, une surface sphérique pour le logement des rotules sphériques. 13) Articulations selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisées en ce que le support rigide est constitué en deux parties susceptibles de coulisser de façon étanche l'une par rapport à l'autre. 14) Articulations selon la revendication 11, caractérisées en ce que le manchon de protection est un manchon souple en caoutchouc résistant thermiquement. 15) Articulations selon l'une des revendications précédentes, caractérisées en ce que le caoutchouc résistant thermiquement est constitué par un mélange de néoprène et d'amiante.