Brevet FR2444805A1 — publié le 19800718

La présente invention se rapporte à un dispositif de déviation du jet issu d'une tuyère de propulseurfusée à gaz chauds, lequel dispositif comprend une tuyère mobile par rapport à la structure du propulseur et montée sur cette dernière par une articulation à rotule. De nombreux missiles stratégiques ou tactiques sont pilotés par orientation du vecteur poussée, c'est à dire par déviation du jet des gaz issus d'une tuyère raccordée à une chambre de combustion. Plusieurs méthodes ont été utilisées pour permettre- cette déviation du jet. On connait notamment des systèmes à injection secondaire dans le divergent de la tuyère, des systèmes utilisant des obstacles en sortie de divergent et des systèmes à tuyères mobiles. Ces derniers systèmes sont les plus intéressants lorsque la déviation de poussée recherchée est importante, par exemple de l'ordre de 150. Diverses articulations entre la tuyère et la structure de la chambre de combustion du propulseur-fusée ont été utilisées ou propo sées. On a ainsi envisagé des articulations mécaniques par montage Cardan, des articulations par butée flexible, des articulations par butée hydraulique et des articulations par rotule. Tous ces systèmes présentent l'inconvénient majeur de nécessiter un groupe de puissance extérieur à la tuyère relativement encombrant et coûteux. La présente invention vise précisément à remédier à l'inconvénient précité età permettre l'obtention d'une déviation de poussée importante de manière simple et efficace à l'aide d'un dispositif compact de masse et d'encombrement réduits et sans faire appel à titre principal à une source d'énergie extérieure. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de déviation du jet tissu d'une tuyère de propulseur-fusée à gaz chauds du type mentionné au début, dispositif qui, conformément à l'invention comprend une tuyère en matériau réfractaire dont le col forme rotule, une contre-rotule en matériau réfractaire montée sur la structure du propulseur et un ensemble de vérins en matériaux réfractaires intégrés dans la contre-rotule et capables d'exercer sélectivement des efforts sur la tuyère sous l'action de la pression des gaz de combustion du propulseur pour produire un déplacement angulaire de la tuyère par rapport à la contrerotule. Selon la présente invention, il est ainsi réalisé un système de tuyère mobile auto-orientable prévue pour équiper un propulseur-fusée à gaz chauds. L'ensemble rotulesystème d'activation des mouvements de la tuyère est réalisé selon une structure compacte qui coopère étroitement et directement avec la tuyère elle-même, puisque la rotule d'articulation constitue le col même de la tuyère et les vérins provoquant le braquage de la tuyère sont incorporés dans la contre-rotule et captent leur énergie principale directement à partir de la pression des gaz chauds provenant de la chambre de combustion du propulseur. De façon plus particulière, chacun des vérins en matériaux réfractaires présente un piston dont l'une des faces est soumise à la pression des gaz de combustion du propulseur et l'autre face est soumise à une pression variable sélectivement en fonction de fuites issues de la chambre de combustion du propulseur et de l'ouverture d'un clapet de décharge associé au vérin. Ainsi, seule la commande de l'ouverture des clapets nécessite de faire appel à une source d'énergie extérieure, et cette énergie nécessaire reste extrêmement faible. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les vérins sont montés dans la contre-rotule de manière à exercer une action sélective de traction sur la partie de la tuyère formant rotule. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les vérins sont montés dans la contre-rotule de manière à exercer une action sélective de poussée sur la partie de la tuyère formant. divergent. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui fait suite de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un premier mode de réalisation de dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie en coupe d'une partie du dispositif de la figure 1 montrant une variante de réalisation, et - la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation de dispositif selon l'invention. On voit sur la figure 1 une tuyère 1, 2 comprenant une pièce de col 1 dont la face interne forme le col proprement dit de la tuyère et la face externe présente la forme d'une sphère et constitue une rotule. La tuyère 1, 2 comprend encore une pièce 2 formant divergent. La pièce 2 est fixée sur la pièce de col 1 par exemple par vissage grâce à des filetages 21. Le divergent 2 et le col 1 formant rotule sont réalisés en matériaux réfractaires. Le dispositif de la figure 1 comprend encore une pièce de liaison 3 en matériaux réfractaires qui présente une forme tronconique et sert à relier l'ensemble formant tuyère 1,2 à la structure 9 de la chambre de combustion du propulseurfusée sur lequel doit être rapportée la tuyère mobile 1,2. Une pièce isolante 4 isole thermiquement la pièce de liaison 3 de la bride 41 de fixation à la structure 9 du propulseur. La pièce de liaison 3 forme une contre-rotule et présente une surface interne concave 31-coopérant avec la surface extérieure sphérique de la rotule 1. Un revêtement fusible, tel que par exemple de l'étain, peut être avantageusement déposé sur la rotule 1 pour diminuer les efforts de frottement entre la rotule 1 et la contre-rotule 3 au niveau de la surface 31. Les mouvements de braquage de la tuyère 1, 2 par rapport à la pièce de liaison 3 sont produits à l'aide de vérins 5 réalisés également en matériaux réfractaires et incorporés dans la pièce de liaison 3 formant contre-rotu- le. Chaque vérin 5 comprend un corps des vérin formé directement dans la pièce de liaison 3 et définissant une cavité cylindrique 52, et un piston 51 coulissant dans la cavité 52 et exerçant une action sur la tuyère 1,2 par une tige 53 qui prolonge le piston 51 et coopère avec le col de tuyère 1. Les pistons 51 des vérins 5 sont mus directement par la pression des gaz de combustion du propulseur, qui exerce une action sur la face inférieure des pistons 51 grâce à l'ouverture ménagée entre la contre-rotule 3 et la rotule 1. Des passages 54 sont ménagés entre le corps d'un vérin et son piston 51 pour que des fuites de gaz de combustion puissent pénétrer dans la cavité du vérin au-dessus du piston 51. Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 2, un passage de fuite de gaz peut être constitué par un canal 55 de faible section ménagé latéralement par rapport au vérin. Les canaux tels que 55 débouchent dans la cavité d'un vérin 5 au voisinage du fond supérieur de la cavité-opposé à l'ouverture 30 de communication avec la chambre de combustion du propulseur. La présence de canaux 55 peut coexister ou non avec l'existence de fuites entre le piston 51 et le corps de vérin. Le fond supérieur de la cavité de chaque vérin 5 peut communiquer, par un canal 61 avec l'extérieur de l'engin sur lequel est monté la tuyère 1, 2. Le canal 61 est obturé par un clapet ou pointeau 6 rappelé en position fermée par un ressort 60. L'ouverture des pointeaux 6 est commandée par des dispositifs ne nécessitant qu'une énergie extrêmement faible. Le fonctionnement d'un vérin 5 est le suivant. A l'ouverture du pointeau 6, la pression chute dans le vérin 5 et celui-ci tire au moyen de la tige de piston 53 la tuyère 1, 2 par le col i qui pivote à l'intérieur de la pièce de liaison 3 formant contre-rotule. Le braquage de la tuyère 1, 2 est ainsi réalisé pratiquement sans apport d'énergie extérieure, Si ce n'est à titre accessoire pour la commande de l'ouverture du pointeau 6, puisque clest la pression des gaz de combustion du propulseur qui pénétrant par l'ouverture 30, exerce directement une action sur le piston 51 pour le repousser vers le haut. A la fermeture du pointeau 6, la pression remonte dans la cavité du vérin 5, grâce aux fuites ménagées entre le piston et le corps de vérin et/ou latéralement par rapport au vérin 5.Le piston 51 est ainsi renvoyé vers le bas, le verin 5 n'exerce plus d'effort sur le col de tuyère 1 et la tuyère 1, 2 reprend sa position initiale. Des éléments filtrants ss éliminant les particules solides ou liquides en suspens ion dans les gaz de combustion peuvent être placés sur un vérin 5 du coté de l'ouver- ture 30 ou au niveau d'un conduit latéral de fuite 55. Le nombre de vérins 5 utilisés n'est pas limité. Si la tuyère ne doit pivoter que dans un plan axial autour d'un axe perpendiculaire audit plan (par exemple le plan de la figure 1), deux vérins diamétralement opposés par rapport à la rotule 1 peuvent suffire. En revanche, si la tuyère doit pivoter angulairement par rapport à l'axe du propulseur dans des plans axiaux différents, il sera nécessaire de mettre en oeuvre un nombre de vérins plus importants. I1 est encore possible de prévoir un ensemble de vérins, par exemple, associés par paires, et dimensionnés de manière à provoquer des inclinaisons différentes et prédéterminées de la tuyère 1, 2. Pour empêcher que la rotule 1 ne tourne autour de l'axe de la tuyère 1, 2, un pion 7 en matériau réfractaire peut être placé sur la rotule 1 dans le plan perpendiculaire à l'axe de la tuyère et contenant le centre de la rotule 1. Le pion 7, solidaire de la rotule 1, est engagé dans un logement 71 ménagé dans la contre-rotule 3 coopérant avec la rotule 1. Le logement 71 est tel que la rotule 1 ne peut pivoter que selon un ou deux degrés de liberté autour d'axes perpendiculaires à l'axe de la tuyère. Si la tuyère 1, 2 est prévue pour ne pivoter que dans un plan déterminé, par exemple dans le plan de la figure 1, autour d'un axe perpendiculaire audit plan, deux pions 7 diamétralement opposés sur la rotule 1 dans le plan de pivotement peuvent être prévus pour coopérer avec des logements 71 qui n'autorisent un débattement prédéterminé que dans ledit plan de pivotement. La figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation ne diffère de celui décrit en référence à la figure 1 que par la configuration et l'agencement des vérins. Les éléments identiques à ceux déjà décrits à propos du premier mode de réalisation portent les memes références et ne seront pas décrits à nouveau. Le principe de fonctionnement du dispositif de la figure 3 reste le même que celui du dispositif de la figure 1. Toutefois, dans le cas de la figure 3, un vérin 105 exerce une action de poussée sur le divergent 2 de:la tuyère lorsque le clapet correspondant 106 est ouvert contre l'action du ressort 160, tandis que dans le cas de la figure 1, un vérin 5 exerce une action de traction sur la rotule 1 lorsque le clapet correspondant 6 est ouvert. Les vérins 105 présentent un corps réalisé dans la contre-rotule 103 et définissant une cavité dont la partie inférieure est en communication par l'ouverture 130 avec la chambre de combustion du propulseur.Ainsi, lorsque le clapet 106 obture le conduit 161 débouchant dans la partie supérieure de la cavité cylindrique d'un vérin 105, les gaz de combustion exercent une pression sur le piston correspondant 151 pour le repousser vers le haut et, par l'intermédiaire de la tige articulée 153 produire une inclinaison de la tuyère 1, 2. Lorsqu'un clapet 106 est refermé, la pression remonte dans la cavité du vérin correspondant entre la face supérieure de la cavité et la face supérieure du piston, grâce aux fuites de gaz qui apparaissent dans les passages ménagés à cet effet, par exemple les passages 154 entre corps de vérin et piston dûs à un jeu prédéterminé entre ces pièces. Comme dans le cas du premier mode de réalisation décrit, le piston est alors ramené vers le bas dans une position moyenne n'entrainant pas d'inclinaison dans la tuyère.La pression exercée dans le vérin contre la face supérieure du piston peut en fait être ajustée à toute valeur désirée en agissant sur les fuites issues de la chambre de combustion du propulseur ou sur l'ouverture du clapet de décharge qui peut être partielle. Les dispositifs conformes à la présenté invention sont d'une grande simplicité et souplesse d'utilisation et peuvent être sujets à de nombreuses variantes. La compacité peut en particulier être extrêmement grande, et l'angle de braquage peut être élevé, si la pièce de liaison 3 est elle-même suffisamment évasée. La seule limitation réside dans la réalisation des pièces 1, 2 de la tuyère. de la contre-rotule 3, 103 et de l'ensemble des vérins 5, 105 en matériaux réfractaires, tels que du type carbone-carbone. Le dispositif selon l'invention est applicable à tous les types de propulseurs de fusées à gaz chauds, quelle que soit leur taille. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de déviation du jet issu d'une tuyère de propulseur fusée à gaz chauds, dispositif du type comprenant une tuyère mobile par rapport à la structure du propulseur et montée sur cette dernière par une articulation à rotule, caractérisé en ce qu'il comprend une tuyère en matériau réfractaire dont le col forme rotule, une contre-rotule en matériau réfractaire montée sur la structure du propulseur et un ensemble de vérins en ma tériaux réfractaires intégrés dans la contre-rotule et capables d'exercer sélectivement des efforts sur la tuyère sous l'action de la pression des gaz de combustion du propulseur pour produire un déplacement angulaire de la tuyère par rapport à la contre-rotule. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des vérins en matériaux réfractaires présente un piston dont l'une des faces est soumise à la pression des gaz de combustion du propulseur et l'autre face est soumise à une pression variable sélectivement en fonction de fuites issues de la chambre de combustion du propulseur et de l'ouverture d'un clapet de décharge associé au verin. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caracterisé en ce que les fuites issues de la chambre de combustion du propulseur sont réalisées entre le corps d'un vérin et son piston. 4.- Dispositif selon la revendication 2 ou revendication 3, caractérise en ce que les fuites issues de la chambre de combustion du propulseur sont réalisées au moins partiellement par un conduit supplémentaire débouchant latéralement dans le corps du vérin au voisinage de l'embu chure du conduit associé au clapet de décharge. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les vérins sont montés dans la contre-rotule de manière à exercer une action sélective de traction sur la partie de la tuyère formant rotule. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les vérins sont montés dans la contre-rotule de manière à exercer une action sélective de poussée sur la partie de la tuyère formant divergent. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pièces en matériau réfractaire sont du type carbone-carbone. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la tuyère est formée d'une première pièce formant divergent et d'une deuxième pièce formant col de tuyère et rotule, ladite deuxième pièce étant rendue solidaire de la première pièce par une liaison telle qu'une liaison par filetage. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce en matériau réfractaire formant contre-rotule est reliée à la structure du propulseur par une pièce comportant au moins une partie isolante thermiquement. 10.- Dispositif selon ltune quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie de la tuyère formant rotule est recouverte, sur sa surface extérieure coopérant avec la contre-rotule, d'une couche d'un revêtement fusible tel que de l'étain. 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que des éléments filtrants sont disposés en travers des passages des fuites de gaz de combustion pénétrant dans la cavité du vérin pour retenir les particules solides ou liquides en suspension dans les gaz de combustion. 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un pion en matériau réfractaire est placé dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tuyère et contenant le centre de la rotule autour de son axe longitudinal.