Brevet FR2407355A1 — publié le 19790525

La présente invention se rapporte Q un piston â pres- sion différentielle, en particulier pour chambre de combustion de fusées servant â la production de gaz propulseurs A partir de propergols liquides, en particulier hypergoliques, le piston pouvant glisser longitudinalement dans une enveloppe commune, divisant cette dernière, d une part, en une chambre de combus- tion et, d'autre part, en chambres de réserve de propergols et comportant une tige annulaire coaxiale, en retrait radialement vers l'intérieur par rapport au fond du piston et servant au guidage dans l'enveloppe ainsi qu' la formation d'une chambre de réserve centrale pour l'un des deux propergols, tandis que l'autre propergol est enagasiné en forme d' anneau autour de cette tige, une face frontale du fond de piston, formant la tête d'injection de la chambre de combustion,déliiitant cette dernière, tandis que l'autre face frontale de surnage réduite par rapport â la précédente ferme les chambre de propergols0 Comme il ressort du livre technique de E.G. Mebuss NBesprechung von Raketentriebwerken" fl(ssen 1957, pages 75 A 77, on connut déjà, pour les propulseurs-fusées à propergols liquides, des systèmes d'alimentation fonctionnant d'après le principe de la pression différentielle. Le piston à pression différentielle est en pareil cas réalisé sous la forme d'un piston annulaire dont la surface non réduite est tournée vers l'enceinte de gaz sous pression qui est raccordée à la chambre de combustion par une conduite centrale de gaz sous pression traversant le piston annulaire en son centre0 L'autre surface frontale ou de pression , tournée vers les deux chambres de propergol, du piston annulaire, est réduite par une tige en retrait par rapport au diamètre extérieur du piston, guidée de façon étanche dans l'une des faces frontales de l'enveloppe de la chambre de combustion et délimitant un espace interne central qui forme la chambre de réserve pour l'un des deux constituants du propergol.La chambre de réserve pour le deuxième propergol est située radialement entre la tige de piston précitée et lten veloppe de la chambre de combustion. La caractéristique particulière des chambres de con- bustion fonctionnant avec piston à pression différentielle réside dans le transport automatique des propergols depuis les réservoirs de stockage jusque dans la chambre de combustion:, la pression différentielle intervenant servant de pression dhinJection. De cette façon, il est possible d'utiliser des pressions de chambre de combustion très levées, attendu que les pompes d'injection mécaniquement très sensibles ne sont pas nécessaires.Malgré cet avantage, cette conception de chambre de combustion et de transport de propergol se heurte toutefois à des difficultés provenant en particulier de l'étanchéité i garantir entre la chambre de combustion et la chambre de réserve de propergol annulaire située radialement i ltextérieur. Si en: effet, au retour du piston: à pression différentielle, certaines quantités d'oxydant pénètrent dans la chambre de combustion par suite des défauts d'étanchéité du joint du piston, cela peut conduire , du fait de la présence des vapeurs riches en propergol, & des surchauffes locales sur la périphérie de la chai- bre de combustion et à l'usure totale de la paroi de cette dernière.Par ailleurs, le guidage exact du piston à pression différentielle joue un r81e non négligeable pour maintenir aussi faibles que possible les forces de frictions s'exerçant lors du retour du piston. La présente invention a par conséquent pour objet de supprimer les inconvénients précités et de réaliser une structure fiable et mécaniquement avantageuse d'un piston & pression différentielle. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le piston comporte une tige annulaire externe qui ferme radialement vers l'extérieur la chambre de réserve de propergol externe et qui est guidée dans la paroi frontale, fixe et voisine des chambres de réserve de propergols, de l'enveloppe commune Grâce à l'invention, la chambre de réserve de propergol radialement externe est, de façon avantageuse, également hermétiquement séparée de la chambre de combustion par une paroi. Par ailleurs, le guidage du piston & pression differen- tielle dans l'enveloppe commune est considérablement amélioré et par conséquent presque sans frottement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris cone exemple , main non limitatif,et illustré par le dessin annexé qui représente un propulseur-fuste. Un piston 2 à pression différentielle est monté dé- plaçable longitudinalement dans l'enveloppe 1 d'un propulseurfusé.. Ce piston divise cette enveloppe 1, d'une part, en un:. enceinte ou chambre de combustion 3 et, d'autre part, en cham- bres de réserve 4 et 5 pour les propergols. Dans la chambre de réserve centrale 4, délimitée par une tige de piston interme 6, est par exemple stocké le propergol liquide, tandis que dans la chambre de réserve annulaire 5, délimitée par une tige de piston externe 7, est par exemple stocké l'oxydant liquide. Le fond 8 du piston, sur lequel sont rigidement raccordées les deux tiges 6 et 7, sert en mEme temps de tête d'injection pour les deux propergols liquides. Â l'arrière de la chambre de com- bustion 3 se raccorde une tuyère de poussée contergente-diver- gent. 9 dans laquelle est placée une charge de démarrage 10 Vers l'avant, les deux tiges de piston 6 et 7 sont guidées, de façon déplaçable longitudinalement et étanche , dams une paroi frontale avant 11. A cet effet, on utilise des jointé 12 à anneau glissant.Le guidage arrière du piston 2 à pression diffé- rentielle vis-à-vis de l'enveloppe est assuré par le fond 8 du piston dans lequel est inséré un anneau glissant 13. Le propulseur démarre lorsque la charge 10 est allumée. A ce moisent, l'extrémité arrière de la tuyère de poussée 9 est encore fermée par une membrane claquable 14. La combustion de la charge de démarrage produit des gaz propulseurs qui dé- placent le piston 2 à pression différentielle dans le sens de la flèche X. Ce déplacement provoque de façon connue, par l'ister- médiaire des tuyères 15, la mise en route de l'injection des deux propergols, par exemple hypergoliques, dans le présent exemple. Ces derniers s'enflamment dans la chambre de combustion 3 où la pression monte et la membrane claquable 14 détruite. La pression d8 la chambre de combustion s'exerce sur une des surfaces 8a du piston. Comme les deux tiges de piston 6 et 7 diminuent l'autre surface 8b dudit piston, il s'exerce sur les deux propergols une pression qui est plus grande que la pression de la chambre de combustion. La différence de pression constitue la pression d'injection:. Entre le côté extérieur de la tige de piston externe 7 et le c8tS intérieur de l'enveloppe 1 du propulseur, est prévu une fente de compensation 16. Dans cette fente, il rbgne la P de la chambre de combustion, attendu que l'anneau glissant 13 n'est pas étanche. De ce fait, la pression que reçoit la tige de piston 7 vers l'extôrieur n'est due qu'à la seule pression diffé:entielle. Un contact direct entre les gaz très chauds produits dans la chambre de combustion et le propergol stocké dans la chambre de réserve 5 est rendu impossible par la présence de la tige de piston 7 REVEND I C AT IONS 1. Piston à pression différentielle, sn particulier pour chambre de combustion de fusées servant à la production de gaz propulseurs à partir de propergols liquides, en particulier hypergoliques, ce piston glissant longitudinalement dans une enveloppe commune, divisant cette dernière, d'une part, en une chambre de combustion et, d'autre part, en chambres de réserve de propergols, et comportant une tige annulaire coaxia le, en retrait radialement vers l'intérieur par rapport au fond du piston et servant au guidage dans l'enveloppe ainsi qu'à la formation d'une chambre de réserve centrale pour l'un des deux propergols, tandis que l'autre propergol est stocké en forme d'anneau autour de cette tige, une face frontale du fond de piston, formant la tette d'injection, délimitant la chambre de combustion, tandis que l'autre face frontale, de surface réduite par rapport à la précédente, ferme les chambres de propergols, caractérisé par le fait que le piston à pression différentielle comporte une tige annulaire externe qui délimite radialement vers ltextérieur la chambre de réserve externe de propergol et qui est guidée dans la paroi frontale fixe, voisine des cham bres de réserve de propergols, de l'enveloppe commune. 2. Piston à pression différentielle selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'une fente annulaire est prévue entre le côté extérieur de la tige de piston externe et le côté intérieur de l'enveloppe de la chambre de combus- tion