Brevet FR2432094A1 — publié le 19800222

La présente invention se rapporte à une chambre de combustion, notamment avec tuyère de poussée, pour moteurs-fusées, présentant une paroi intérieure et une paroi extérieure située à distance de celle-ci dans le sens radial, ces deux parois étant ou rendues solidaires l'une à l'autre par des entretoises/barrettes de raccordement entre lesquelles passent des conduits de refroidissement. D'après le brevet DE 1 751 691, il est connu de réaliser les chambres de combustion de fusées avec un corps de base forgé dans lequel des conduits sont pratiqués par fraisage, et qui constitue de ce fait la paroi intérieure et les conduits de refroidissement, et avec une paroi extérieure rapportée par électro-déposition. Les barrettes de raccordement entre la paroi intérieure et la paroi extérieure de la chambre de combustion sont orientées dans le sens radial. Comme dans le cas de tous les moteurs à combustion interne, le rapport des pressions ou le rapport entre la pression régnant dans la chambre de combustion et la pression extérieure, ainsi que la température des gaz moteurs, sont aussi, pour la construction des propulseurs à réaction et notamment la construction des fusées, les paramètres déterminants en ce qui concerne la puissance spécifique du processus. Pendant le fonctionnement de la chambre de combustion et de la tuyère de poussée, la paroi intérieure, qui est en contact direct avec les gaz de combustion chauds, est exposée à des températures plus élevées que la paroi extérieure, qui est protégée par ltécoulement du fluide réfrigérant et qui n?a de contact matériel avec la paroi intérieure que par les barrettes de raccordement, lesquelles sont elles-mêmes intensivement refroidies sur les catés par le fluide réfrigérant. En raison de ce mode de construction, il y a une grande différence de température entre la paroi intérieure et la paroi extérieure, ce qui fait que la dilatation de-la paroi intérieure est nettement supérieure à celle de la paroi extérieure, et donne ainsi lieu à des sollicitations supplémentaires de la structure des parois, outre les contraintes thermiques élevées que subit notamment la paroi intérieure et les sollicitations mécaniques dues au fait que la pression du fluide réfrigérant est supérieure à la pression de la chambre de combustion. Outre le poids, qui doit être aussi faible que possible, c'est la durée de vie d'une chambre de combustion, et donc aussi d'une chambre de combustion avec tuyère d'éjection pour un moteur-fusée, qui constitue un critère important. Par suite des sollicitations supplémentaires provoquées par le fait que les phénomènes de dilatation sont nettement plus forts pour la paroi intérieure que pour la paroi extérieure, les contraintes totales existant dans la structure des parois sont telles que la durée de vie de la chambre de combustion (avec tuyère de poussée) tombe au-dessous de la valeur requise. Ceci s applique en particulier aux appareils réutilisables ou récupérables, c'est-à-dire aux appareils soumis à un grand nombre de lancements qui constituent des variations de la charge. Avec la durée de fonctionnement proprement dite, celles-ci déterminent la durée de vie d'une telle machine. Pour éviter, dans une large mesure, les contraintes thermiques dans la paroi de la chambre de combustion en cours d'exploitation, il est déjà connu de prévoir dans cette paroi des fentes ouvertes vers l'intérieur, ce qui permet à la paroi intérieure de se dilater sans subir de contraintes. Cependant, ces fentes, qui sont avantageuses sur le plan des contraintes, provoquent par contre aussi, en meme temps, une turbulence indésirable à l'intérieur du jet de gaz et entraient de plus une augmentation de la température de la paroi extérieure. Un tel mode de réalisation de la paroi est révélé par la demande de brevet DE 2 137 109. Eu égard aux considérations précédentes, la-présente invention a pour objet de mettre au point une chambre de combustion ou une structure chambre de combustion - tuyère de poussée pour moteurs-fusées, qui, tout en conservant une paroi intérieure lisse, assure une réduction sensible des sollicitations mécaniques globales. La présente invention permet de résoudre ce problème par le fait que les différentes barrettes de raccordement sont inclinées sous un angle d'au moins 300 par rapport au rayon correspondant en étant orientées de façon identique en direction périphérique. Contrairement à ce qui se passe avec la disposition radiale connue, dans laquelle les barrettes de raccordement subissent principalement des efforts de refoulement par suite des différences de dilatation précédemment mentionnées, ce qui entratne de fortes contraintes mécaniques non définies, les barrettes de raccordement orientées selon la présente invention n'offrent pas une résistance "rigide" aux phénomènes de dilatation qui affectent inévitablement davantage la paroi intérieure que la paroi extérieure mais ont au contraire un comportement élastique qui est limité et qui peut être déterminé par le calcul, et elles ne subissent, pour l'essentiel, que des efforts de flexion. Pour évite-r les phénomènes redoutés de contraintes d'entaille, un autre mode de réalisation de la présente invention propose, en outre, que les raccords entre les barrettes et la paroi intérieure ainsi que la paroi extérieure soient arrondies. La présente invention propose en outre que chacun des deux raccords à angle aigu entre les barrettes et la paroi intérieure ainsi que la paroi extérieure soit réalisé sous forme d'entaille avec un fond arrondi. On peut dire, en résumé, que la présente invention permet de réduire sensiblement les contraintes thermiques dans les parois des chambres de combustion et des tuyères de poussée ce qui contribue à prolonger considérablement la durée de vie de ces appareils, et ce qui rend aussi possible d'utiliser ceux-ci à des fins industrielles, par exemple comme générateurs de vapeur. Du fait que la disposition proposée permet, d'une part, de supprimer la sollicitation mécanique principale, on peut, d'autre part, augmenter la température-du processus tout en maintenant inchangés les dimensions et le poids de la construction. La puissance de refroidissement et, de ce fait, la puissance de pompage nécessaire pour le fluide réfrigérant peuvent donc être moindres, ce qui équivaut à une économie d'énergie ou à une amélioration du rendement. On peut donc réduire le niveau de pression du fluide réfrigérant, car les résistances à l'écoulement sont moindres, cette réduction entratnant à son tour une diminution de l'effort de flexion subi par la paroi intérieure qui est exposée à la différence entre la pression du fluide réfrigérant et la pression de processus. I1 y a en outre lieu de mentionner qu'en cas d'utilisation de fluides réfrigérants cryogènes, par exemple d'hydrogène liquide, les différences de dilatation entre la paroi intérieure, qui est en contact direct avec les gaz de combustion chauds, et la paroi extérieure exposée au fluide réfrigérant très froid, sont maximales. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une coupe d'un secteur d'une paroi de chambre de combustion ou d'une paroi de tuyère de poussée pour un moteur-fusée, et la figure 2 est une coupe d'une entretoise ou barrette avec ses raccords vers la paroi intérieure et vers la paroi extérieure. On contas tue sur la figure 1 que la structure de la chambre de combustion ou de la tuyère de poussée est constituée par une paroi intérieure 1, une paroi extérieure 2, et des entretoises ou barrettes de raccordement 5 qui relient ces deux parois et entre lesquelles passent des conduits de refroidissement 4. Les différentes barrettes de raccrodement 3 sont inclinées par rapport au rayon correspondant R, et ce d'un angle a égal ou supérieur à 300. Les différentes barrettes de raccordement 3 sont orientées obliquement de façon identique en direction périphérique. Lorsque, pendant le fonctionnement de la chambre de combustion, la paroi intérieure 1, qui est exposée à l'effet de la chaleur des gaz chauds, se dilate plus fortement que la paroi extérieure 2, qui est nettement plus froide, les différentes barrettes de raccordement 3 subissent un effort-de flexion et leur inclinaison augmente encore d'une petite valeur angulaire. Pour éviter les contraintes d'entaille pendant ce phénomène, il est prévu que les raccords 5 et 6 entre les barrettes 3 et la paroi intérieure 1 ainsi que la paroi extérieure 2 soient arrondis. Ainsi que l'indique la figure 2, les raccords à angle obtus 5 sont simplement arrondis, tandis que les raccords à angle aigu 6 sont réalisés sous forme d'entailles 6a dont le fond 6b est arrondi, ce qui permet d'éviter tout écrasement des fibres et d'augmenter l'élasticité de la barrette de raccordement 3 par rapport aux parois 1 et 2. La fabrication de la chambre de combustion peut, par exemple, être effectué de la façon suivante : les conduits de refroidissement 4 sont pratiqués dans un corps de base forgé, à l'aide d'un outil incliné, selon le principe du brevet DE 1 751 938, par exemple par fraisage. Les conduits de refroidssement 4 sont ensuite remplis de cire, dont la surface est rendue conductrice de l'électricité, puis la paroi extérieure 2 est rapportée par électro-dposition. Après cette opération, la cire est retirée par fusion. Les arrondis 5 et 6 peuvent être retouchés avec un outil de propage spécial, apres le fraisage des conduits de refroidissement 4. RvVENDIC;TIONS 1, Chambre de combustion, notamment avec tuyère de poussée, pour moteurs-fusées, présentant une paroi intérieure et une paroi extérieure située à distance de celle-ci dans le sens radial, ces deux parois étant rendues solidaires par des entretoises ou barrettes de raccordement entre lesquelles passent des conduits de refroidissement, caractérisée en ce que les différentes barrettes de raccordement sont inclinées sous un angle d'au moins 300 par rapport au rayon correspondant en étant orientées de façon identique en direction périphérique. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les raccords entre les barrettes et la paroi intérieure ainsi que la paroi extérieure sont arrondis. 3. Chambre de combustion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chacun des deux raccords à angle aigu entre les barrettes et la paroi intérieure ainsi que la paroi extérieure est réalisé sous forme d'entaille avec un fond arrondi.