Brevet FR2411972A1 — publié le 19790713

La présente invention concerne des perfectionnements apportés à des dispositifs destinés à produire un courant de gaz ou de fluide chaud et elle concerne de façon particulière, bien que non exclusive, des dispositifs dans lesquels on utilise ce courant de gaz chaud pour propulser un corps par une poussée. Dans de tels dispositifs, on. amène un combustible dans une chambre de combustion où il est chauffé jusqu'à ce qu'il s'enflamme et ensuite les produits de combustion se dilatent à travers une tuyère, grace à quoi la réaction de l'énergie libérée génère une force exerçant une poussée sur le corps auquel est fixée la chambre de combustion. Lorsqu'il est nécessaire de régler de façon précise la durée de la combustion et la force de poussée résultante, on peut utiliser un dispositif électromagnétique pour régler l'arrivée de combustible à la chambre de combustion et en outre, le combustible peut-être allumé au moyen d'un dispositif d'allumage électrique, le début de l'allumage et la durée de la combustion étant également réglés de façon précise. Cependant, pour obtenir ce réglage précis, il est nécessaire que le débit du combustible arrivant à la chambre de combustion soit constant pendant toute la durée de la combustion, grace à quoi non seulement le début de l'allumage est pratiquement instantané, mais encore la combustion se fait à un taux-constant et sa fin est également pratiquement instantanée. En d'autres termes, un diagramme obtenu à partir de la pression du fluide dans le tuyau d'alimentation pendant toute la période de combustion montrerait une montée brutale jusqu'à un maximum pratiquement constant pour se terminer ensuite également brutalement. Cepehdant, ces dispositifs présentent actuellement l'inconvénient que la chaleur provenant de la combustion affecte les caractéristiques d'arrivée du combustible à la chambre de combustion, ce qui se traduit par un taux de combustion-non uniforme et une poussée non constante. Le but de l'invention est de fournir des moyens pour résoudre ce problème. En conséquence, dans un dispositif dans lequel un combustible liquide est amené par un tuyau à une chambre de combustion et y est allumé pour produire un courant de fluide chaud, on prévoit une dérivation de chaleur couplée au tuyau immédiatement en amont de la chambre de combustion pour réduire la chaleur absorbée par le-combustible avant de pénétrer dans la chambre, ce qui permet d'éviter la vaporisation du combustible dans le tuyau. Afin d'illustrer l'invention, on va maintenant en décrire une forme de réalisation correspondant à un dispositif générateur de gaz, connu sous le nom de propulseur à hydrazine, et utilisé pour contrôler de façon précise la position d'un corps dans l'espace, ce dispositif étant représenté sur la figure unique du dessin joint. En se reportant au dessin, un propulseur à hydrazine comporte un chassis 1 portant un écran thermique 2 entourant une chambre de combustion 3 qui est chauffée par un serpentin de chauffage électrique 4 commandé au moyen d'interrupteurs non représentés. Du combustible arrive à la chambre * l'intermendiaire d'un tuyau 7, qui part d'une bride 6 espacée axialement de la chambre de combustion et le supportant par l'intermédiaire d'un tube perforé 5, les perforations empêchant la chaleur d'atteindre la bride 6 dans laquelle sont logis les vannes commandant l'arrivée du fluide par le tuyau 7. Afin de créer des conditions d'écoulement uniforme dans le trajet d'arrivée du combustible au voisinage de la chambre de combustion 3, l'alésage du tuyau 7 est petit. En conséquence, le volume stocké en aval de la vanne située dans la bride 6 est réduit au minimum et de ce fait, le départ et l'arrêt de l'écoulement de combustible sont peu affectés par le volume de combustible présent dans le tuyau. On a constaté que, du fait de la température élevée dans la chambre de combustion 3 et même si la durée de la combustion est courte, le liquide dans le tuyau 7 se vaporise, bouleversant ainsi les caractéris- tiques d'écoulement et le processus de combustion. Pour résoudre ce problème, on prévoit une dérivation de chaleur 8 constituée par une bande de cuivre 9 soudée à une extrémité 10 à un élément en cuivre analogue à un ressort 8a et à l'autre extrémité 10a au tuyau 7. L'élément en cuivre 8a est fixé par une vis 11 à la bride 6 qui sert de puits thermique. La dérivation de chaleur 8 a pour effet d'empêcher le tuyau 7 de ressentir les effets d'une chaleur excessive en provenance de la chambre 3, ce qui permet d'obtenir des conditions d'écoulement pratiquement constantes au voisinage immédiat de la chambre de combustion, améliorant ainsi les caractéristiques générales et notamment celles au début et à la fin de la période de combustion. Bien que, dans cet unique exemple de l'invention, la dérivation de chaleur soit mécanique et s'obtienne par conduction, l'invention n'est pas limitée à ce seul exemple, et on peut utiliser d'autres formes de déri vation de chaleur en fonction du type de l'appareil de production de chaleur devant être alimenté avec le gaz ou le fluide ; de tels dispositifs de dérivation de chaleur peuvent comporter des moyens gazeux, fluides, chimiques ou électriques, et agissant par évaporation ou rayonnement. En variante, on peut utiliser un certain pourcentage du fluide ou du gaz circulant à travers le tuyau dans un dispositif de bipasse pour refroidir l'extrémité du tuyau, ce fluide ou ce gaz étant utilisé comme agent pour refroidir la dérivation de chaleur fixée au voisinage immédiat de l'extrémité du tuyau ; et l'on peut prévoir des moyens d'échange ther- mique appropriés pour condenser ou refroidir ce fluide ou ce gaz avant qu'il soit recyclé dans lue système ; en variante, si c'est approprié, le fluide ou le gaz peuvent -être amenes directement à la chambre de combustion. Il est bien entendu que l'on peut utiliser toute combinaison appropriée des caractéristiques décrites pour obtenir le résultat final approprié au dispositif alimenté avec le liquide ou le gaz et que l'on peut utiliser des moyens d'isolation thermique appropriés pour réduire encore plus la chaleur amenée au tuyau d'alimentation, par exemple en disposant un manchon céramique entre la chambre de combustion et le tuyau d'arrivée du combustible. Il est également bien entendu que la capacité conductive de la dérivation de chaleur peut etre réglable en utilisant tout dispositif de chauffage ou de refroidissement approprié en-liaison avec cette dérivation, par exemple un dispositif de refroidissement thermoélectrique, fixé à la dérivation thermique, ou un jet de fluide ou de gaz de refroidissement ve nant heurter cette dérivation de chaleur, ou tout autre dispositif réglable approprié permettant de faire varier de façon appropriée la capacité de la dérivation de chaleur. R EVENDICAT ION5 1. - Dispositif dans lequel on amène un combustible liquide par un tuyau dans une chambre de combustion et on allume dans cette chambre pour produire un courant de fluide chaud, caractérisé en ce qu'une dérivation de chaleur est couplée au tuyau immédiatement en amont de la chambre de combustion pour réduire la chaleur absorbée par le combustible avant qu'il pénètre dans la chambre, ce qui permet d'éviter la vaporisation de combustible dans le tuyau. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dérivation de chaleur comporte un élément métallique conducteur de la chaleur, ayant une première extrémité en contact avec le tuyau et une deuxième extrémité en contact avec un puits thermique. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément métallique est une bande de cuivre soudée à une extrémité au tuyau et à l'autre extrémité à un élément de cuivre élastique fixé sur le puits thermique. 4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le puits thermique comporte une vanne de combustible, et que le tuyau s'étend entre la vanne de combustible et la chambre de combustion. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le puits thermique a la forme d'une bride et que la chambre de combustion est supportée par un tube perforé qui entoure le tuyau et qui est fixé sur cette bride à une extrémité éloignée de la chambre de combustion. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tuyau comporte un manchon céramique dans la portion raccordée à la chambre de combustion. 7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dérivation de chaleur comporte des moyens de refroidissement du courant liquide. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement du courant liquide comportent un échangeur thermique pour refroidir ou condenser le liquide de refroidissement. 9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement du courant liquide comportent un moyen de bipasse dans lequel une partie du combustible est déviée de la chambre de combustion. 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le combustible bipassé est recyclé dans le combustible se trouvant dans le tuyau. 11. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le combustible bipassé est amené directement à la chambre de combustion.