Brevet FR2500067A1 — publié le 19820820

La présente invention concerne les ensembles de sortie de jet de propulsion à réaction permettant, outre la fonction de propulsion proprement dite, de contrôler un objet volant ou aérodyne au moins autour de son axe de roulis, et de préférence, également au- tour de ses axes de tangage et de lacet. L'objet volant ou aérodyne peut être, par exemple, un engin guidé, dans lequel cas l'ensemble d'échappement de jet peut faire partie d'un système de propulsion à moteur fusée. Selon la présente invention, l'ensemble d'échappement 1O de jet de propulsion à réaction permettant le contrôle du vol d'un aérodyne au moins autour de son axe de roulis, comprend, en combinai- son, un moyen de tuyère, définissant une ouverture par laquelle s'échappe le jet pour exercer une poussée propulsive, au-moins une région marginale de l'ouverture étant radialement espacée de l'axe de roulis d'une distance supérieure à d'autres régions marginales de l'ouverture, des moyens de volet déviateur ("spoilers") présen- tant une zone d'impact contre laquelle peut venir frapper le jet, des moyens d'actionnement pour réaliser un déplacement relatif entre le moyen de tuyère et le moyen de volet, de sorte que le jet s'échap- pant de la région de l'ouverture distante de l'axe de roulis vient frapper ladite zone d'impact et provoque une modification de la direction de poussée induisant un couple agissant au moins dans le sens du roulis. La zone d'impact du moyen de volet constitue de préfé- rence le bord d'une seconde ouverture par laquelle passe le jet en provenance du moyen de tuyère. De manière pratique, cette dernière ouverture est agencée de façon à pouvoir coïncider avec l'ouverture du moyen de tuyère. Le moyen de tuyère définit avantageusement une simple ouverture de forme non circulaire mais symétrique par rapport à l'axe de roulis, mais en variante, il peut définir une ouverture disposée asymétriquemnt par rapport à oet axe de roulis. Dans ce dernier cas, le mcyen de tuyère définit de préférence au moins une autre ouverture. De préférence, le déplacement relatif entre le moyen di tuyère et le moyen de volet pour la commande dans le sens du roulis est réalisé par un mouvement de rotation autour de l'ame de roulis. Dans ce cas, le déplacement relatif latéral est en outre effectué 38 de façon que la zone d'impact provoque une variation de la direc- tion de poussée induisant des couples agissant dans les sens de tangage et de lacet. La présente invention sera bien comprise au vu de la description suivante de modes de réalisation# donnés à titre il- lustratif mais nullement limitatif, fairte en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: Les figures la, lb et lc représentent schématiquement trois différentes ccnditions de l'ensemble d'échappement de jet selon la présente invention, vu de l'arrière; Les figures 2a à 2g représentent schématiquement d'au- tres variantes de l'ensemble d'échappement de jet selon la présente invention, également vu de l'arrière; Les figures 3a à 3c représentent schématiquement un autre mode de réalisation de l'ensemble d'échappement de jet selon la présente invention, dans trois conditions correspondant à celles des figures 1; La figure 4 est une vue isométrique, partiellement arrachée, de l'ensemble d'échappement de jet des figures 3a à 3c, dans un engin; et La figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4, également partiellement arrachée, représentant de façon schéma- tique certains mécanismes d'actionnement. Sur les figures la à lc, un engin guidé, généralement référencé 1, présente un axe de roulis X - X autour duquel on désire effectuer une commande en roulis simultanément avec des com- mandes en tangage et en lacet. L'engin guidé est représenté vu de l'arrière suivant l'axe de roulis X X. Il comporte un ensemble de sortie de jet comprenant un élément de tuyère 2 définissant une première ouver- ture unique 3 par laquelle s'effectue l'échappement du jet en pro- venance du moteur fusée. Quoique cette ouverture 3 soit représentée sur les dessins comre ayant une forme circulaire, elle peut présen- ter, en variante, des formes non circulaires. Pour commander l'engin guidé au moyen du jet de propul- sion, l'ensemble d'échappement de jet comprend également une plaque de volet de déviation (plaque de "spoiler") disposée au voisinage de l'élément de tuyre 2 mais en aval de celui-ci. La plaque 4 présente une lèvre d'impact 5 bordant une seconde ouverture 6 au 38 travers de laquelle s'effectue l'échappement du jet. Sur les figures, la seconde ouverture 6 a des dimensions et une forme correspondant à celles de la première ouverture 3 du moyen de tuyère, mais, en variante, ces formes et dimensions peuvent être différentes. La plaque 4 est montée à l'aide de moyens non repré- sentés mais qui seront décrits plus avant, de façon à pouvoir se déplacer d'un mouvement de rotation limité autour de l'axe X - X dans les deux directions horaire et anti-horaire jusqu'à par exem- ple la position représentée sur la figure la dans laquelle la pre- mière ouverture 3 est partiellement obturée par la plaque 4 de façon que le jet vienne frapper une portion 5a de la lèvre 5 en provoquant ainsi la variation de la direction de poussée. En rai- son du décalage des ouvertures par rapport à l'axe X - X, cette variation de poussée induit un couple agissant dans le sens de roulis. La plaque 4 est en outre montée de façon à pouvoir se déplacer dans son ensemble suivant un mouvement alternatif dans deux directions mutuellement orthogonales, généralement transversales à l'axe de roulis X - X. Sur la figure lb une partie 5b de la lèvre provoque un changement de la direction de poussée induisant un couple dans le sens de tangage, tandis que, sur la figure lc, une partie 5c de la lèvre 5 provoque un changement de direction de pous- sée induisant un couple dans le sens de lacet. Avec un tel agencement, en raison de la disposition asymétrique de la première ouverture 3 par rapport à l'axé X - X, l'effet de contrôle résultant du mouvement de rotation de la plaque 4, tel que décrit en référence avec la figure la, peut également être réalisé par un mouvement purement latéral comme décrit en relation avec la figure lc, le mouvement de rotation évoqué ci- dessus servira de base pour la description ci-dessous des figures suivantes. Les figures 2a à 2g sont des vues analogues à celles de la figure la, mais représentent des variantes de formes et de dispositions despremière et seconde ouvertures 3 et 6, dans lesquel- les les ouvertures sont disposées symétriquement par rapport à l'axe X - X. Sur ces figures également, les secondes ouvertures 6 corres- pondent en forme et en dimensions aux premières ouvertures 3, cette condition n'étant cependant pas impérative pourvu qu'une partie 5' 38 de la lèvre 5 puisse occulter partiellement la première ouverture et être frappée par le jet de propulsltnrorsque la plaque 4 est déplacée en rotation autour de l'axe X - X. Sur chacune des figures 2 on a représenté, en traits pointillés, une position angulairement décalée de la seconde ouverture 6 et on remarquera que les parties 5' sus-mentionnées sont toutes distances de l'axe X - X de façon à induire un couple par rapport à cet axe. Sur ces figures on a représente simplement le mouvement de rotation de la plaque 4; la possibilité de mouvement d'ensemble latéral pour le contrôle en tangage et en lacet demeure présente, mais n'est pas représentée pour faciliter la compréhension des figures. Les figures 3a à 3c correspondent respectivement aux figures la à lc. Elles représentent un ensemble d'échappement de jet de propulsion sensiblement similaire à l'ensemble de figures 1 mais dans lequel l'élément de tuyère 2 définit deux premières ouvertures supplémentaires 3 agencées et dimensionnées pour équili- brer l'asymétrie de l'ouverture unique des figures 1. La plaque 4 présente en conséquence des secondes ouvertures supplémentaires correspondantes 6, chacune délimitée extérieurement par une lèvre 5. Cet agencement, comprenant plusieurs ouvertures, fonctionne de la même façon que celui décrit en référence avec les figures la à lc, à savoir la rotation de la plaque 4 autour de l'axe X - X est effectuée de façon que les parties 5a des lèvres soient frappées par les jets de réaction pour créer un couple agissant dans le sens de roulis, les parties 5b et 5c étant frappées par les jets pour induire des couples agissant dans les sens de tangage et de lacet. La figure 4 représente le mode de réalisation de l'en- semble d'échappement de jet de réaction des figures 3a-à 3c, sous un angle différent déterminé pour exemplifier plus clairement un exem- ple de son incorporation dans l'engin guidé 1. La partie arrière arrachée de cet engin, dont il a déjà été fait état, est délimitée- par des plans passant par les lignes A - X - B et A' - X - B', X - X étant l'axe de roulis de l'engin. L'engin guidé 1 comprend un élément de tuyère 2 qui définit trois premières ouvertures 3 permettant l'échappement du Jet en provenance d'un moteur fusée, non représenté. L'élément de tuyère 2 est alimenté par une conduite 7 s'étendant coaxialement à l'axe X - X, des branches de dérivation dirigeant le jet vers 38 les trois premières ouvertures 3. Une plaque de volet déviâ-eur_4L7sr montke an _mcr-l nage de l'élément de tuyère 2, en aval de ce dernier, et présente des lèvres d'impact 5 délimitant trois secondes ouvertures 6 qui, dans l'exemple représenté, correspondent en dimensions et en for- me aux premières ouvertures 3, et par lesquelles s'échappent les jets canalisés par la tuyère. L'élément de tuyère 2 est conformé de façon que l'écoulement de gaz s'échappant des premières ouver- tures 3 se détende, c'est-à-dire soit en expansion (à cet effet les passages faisant communiquer le conduit 7 et les premières 1^ ouvertures 3 ont initialement une forme convergente puis une for- me divergente. En conséquence, les secondes ouvertures 6 dans la plaque 4 sont conformées pour permettre la continuation de cette détente et présentent, à cet effet, une surface croissant progres- sivement d'amont en aval. Cette caractéristique est représentée par la référence 8 sur la figure 4. La plaque 4 est montée pour pouvoir tourner de façon limitée autour de l'axe X - X dans les deux directions horaire et anti-horaire et pour pouvoir se déplacer dans son ensemble, laté- ralement dans des directions généralement transversales à l'axe de roulis X - X et mutuellement orthogonales. Cet équipage est suppor- té et actionné par des moyens d'actionnement comprenant un support annulaire 9 au travers duquel s'étend le conduit 7, et un palier porteur 10 de forme cylindrique, s'étendant autour de la partie arrière du conduit 7 et de l'élément de tuyère 2, sur lequel est montée la plaque 4 constituant ainsi une paroi d'extrémité dudit cylindre. Cette dernière caractéristique présente l'avantage de per- mettre de minimiser les fuites du flux de propulsion entre les premières ouvertures 3 et les secondes ouvertures 6. Dans ce mode de réalisation, le support annulaire 9 comprend deux plaques annulaires il et 12, espacées l'une de l'autre et fixées à l'élément de tuyère 2 et au conduit 7, et entre lesquelles est reçue une autre plaque annulaire 13 montée en appui tournant sur ces dernières au moyen de deux cages de rou- lement annulaires 14 et 15. Les plaques annulaires 11, 12 et 13 s'étendent toutes dans des plans perpendiculaires à l'axe de roulis X - X. La plaque intermédiaire 13 peut être déplacée dans son propre plan dans toutes les directions (c'est-à-dire latérale- 38 ment) et peut être simultanément déplacée en rotation autour de l'axe de roulis. La plaque annulaire 13-estreliée rigidement au cylindre porteur 10 et forme ainsi un élément de paroi d'extrémité du cylindre opposée à la plaque 4. Comme on le voit sur la figure 5, sur laquelle la peau externe de l'engin guidé a été partiellement enlevée, la région du support annulaire partiellement arrach5e et une partie de l'é- lément de tuyère 2 enlevée pour une meilleure clarté du dessin, le mouvement d'ensemble et de rotation de la plaque 12 (dans son pro- pre plan) et, par voie de conséquence, du cylindre porteur associé 10 et donc de la plaque 4,est effectué par quatre tiges s'étendant longitudinalement et équidistantes les unes des autres, parmi lesquelles deux seulement, référencées 16 et 17 respectivement, sont intégralement représentées sur la figure 5, également pour une meilleure clarté du dessin. Une autre tige est partiellement représentée en 17a. Les tiges 16 et 17 s'étendent à l'opposé l'une de l'autre de part et d'autre de l'axe X - X, plus spécifiquement au-dessus et au-dessous de ce dernier, comme représenté, tandis que les deux autres tiges (partiellement ou pas du tout représentées) s'étendent à l'opposé l'une de l'autre à gauche et à droite de l'axe X - X. Chaque tige se termine, à son extrémité arrière, par une sphère de contact 18. Un élément de couplage tibulaire 19 s'étend vers l'avant en direction des tiges à partir de la plaque annulaire 13. Cet élément comprend quatre fentes longitudinales 20 (dont seule- ment trois sont représentées sur le dessin) disposées à équidis- tance autour de son extrémité arrière, les fentes ayant des ex- trémités ouvertes pour permettre l'introduction des tiges asso- ciées. Les sphères d'appui 18 coopèrent avec les parois latérales des fentes correspondantes. Chaque tige est supportée et mise en oeuvre par soli propre mécanisme d'actionnement, mais du fait que seules les tiges 16 et 17 sont intégralement représentées, seuls les mécanismes d'actionnement associés 21 et 22 ont été également représentés. Les mécanismes associés aux deux autres tiges sont identiques à ceux référencés 21 et 22. Chaque mécanisme comprend un étrier 23. Chaque étrier 23 supporte une tige 16 ou 17 à son extrémité arrière et comprend 38 une extrémité avant fourchue montée à pivotement sur une barre transversale 24. La barre 24 est elle-meme supportèe-p vutemânt sur des tiges de piston 25 ou 26 s'étendant longitudinalement et associées à des ensembles de piston et de cylindre 27 et 28, respectivement. S En fonctionnement, un déplacement longitudinal de la tige 25 et un déplacement similaire opposé de la tige couplée 26 du mécanisme 21 entraîne un pivotement de la barre 23 autour d'un axe vertical, comme représenté sur les dessins, ce qui provoque un pivotement latéral de l'étrier 23 et de la tige 16 associée. Des déplacements similaires du mécanisme 22 provoquent également un pivotement latéral de la tige 17. Pour réaliser un déplacement d'ensemble horizontal de la plaque 13 dans son propre plan et, partant, provoquer un déplacement similaire de la plaque de dé- flexion 4, les deux mécanismes 21 et 22 sont agencés de façon à faire pivoter les tiges 16 et 17 latéralement dans la même direc- tion. Par exemple, lorsque les tiges de piston 26 sont rétractées, les tiges de piston 25 sont déplacées en extension et les tiges 16 et 17 se déplacent toutes deux dans la même direction, de sorte que la plaque 4 est également déplacée dans son ensemble dans cette même direction. Pour réaliser une rotation de la plaque 13 et, partant, réaliser un déplacement similaire de la plaque déflectrice 4 au- tour de l'axe X - X, les tiges de piston 16 et 17 sont déplacées de façon différentielle l'une par rapport à l'autre. Par exemple, la tige de piston 26 du mécanisme 21 est étendue vers l'arrière, tandis que la tige de piston 26 du mécanisme 22 est rétractée vers l'avant de sorte que les tiges 16 et 17 pivotent dans des direc- tions opposées. La paire de mécanismes non représentés est agencée pour fonctionner exactement de la même façon qu'explicité ci- dessus en relation avec la paire de mécanismes 21 et 22. Si, comme représenté, l'engin est équipé d'ailettes directives de commande de vol, celles-ci peuvent être actionnées simultanément avec le déflecteur 4 pour faciliter la commande de l'engin. Sur la figure 5, une ailette de commande 29 est associée au mécanisme 21, une ailette de commande 30 étant associée au mécanisme 22, deux autres ailettes de commande, esquissées sur la 38 figure 5, étant associées aux mécanismes non représentés. Pour réaliser un déplaceteat---óoÈt-rlé des ail-ettr-,' les barres 24 sont chacune pourvues d'un arbre 31, rendu solidaire des barres 24 et agencé pour s'étendre suivant leur axe de pivote- ment, afin de réaliser la rotation des ailettes associées. Quoique la présente invention ait été décrite en rela- tion avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trou- ve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'hornme de l'art. - REVENDICATIONS 1 - Ensemble d'échappement de jet de propulsion à réaction pour contrôler un véhicule en vol (1) au moins autour de son axe de roulis (X-X), caractérisé en ce qu'il comprend, en com- binaison: un moyen de tuyère (2) définissant une ouverture (3) par laquelle s'échappe le jet pour exercer une poussée propulsiv4, et comprenant au moins une zone marginale de l'ouverture, espacée radialement de l'axe de roulis (X-X) d'une distance supérieure aux autres zones marginales de ladite ouverture; un moyen de dé- flecteur (4) présentant une zone d'impact (5) sur laquelle le jet s'échappant du moyen de tuyère peut venir frapper; et des moyens d'actionnement (21, 22) pour réaliser un déplacement relatif entre le moyen de tuyère (2) et le moyen de déflecteur (4) de façon que le jet s'échappant de la partie de la première ouverture la plus éloignée de l'axe de roulis vienne frapper la zone d'impact (5) et provoque un changement de la direction de poussée induisant un couple agissant au moins dans le sens de roulis. 2 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone d'impact (5) du moyen de déflecteur (4) borde une seconde ouverture (6) au travers de laquelle passe le jet prove- nant du moyen de tuyère. 3 - Ensemble selon la revendication 2,caractérisé en ce que la seconde ouverture (6) correspond sensiblement en forme et en dimensions à l'ouverture (3) du moyen de tuyère (2). 4 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de tuyère (2) définit une ouverture (3) unique de forme non circulaire disposée symétriquement par rapport à l'axe de roulis (X-X)* - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de tuyère (2) définit une ouverture (3) disposée de façon asymétrique par rapport à l'axe de roulis (X-X). 6 - Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de tuyère (2) définit au moins une autre ouverture (3) additionnelle d'échappement de jet. 7 - Ensemble selon la revendication 6,caractérisâ en ce que chaque ouverture additionnelle est disposée pour équilibrer l'asymétrie de ladite première ouverture du moyen de tuyère. 38 8 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit déplacement relatif pour réaliser le contrôle dans le sens de roulis est un mouvement de rotation autour de l'axe de roulis (X-X), un déplacement relatif latéral entre!e moyen de tuyère (2) et le moyen de dZEflecteur (Il étant en outre réalisé de façon que la zone d'impact f;5 provoque un changement de la direction de poussée pour induire, en sus du couple agissant dans le sens de roulis, des couples agissant dans les sens de tangage et de lacet. 9 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de tuyère (2) est conformé de façon que le jet s'en échappant se détende et en ce aque le moyen de déflecteur (4) est conformé pour permettre la conhinuation de cette détente. - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyende d6flecteur (4) comprend un élément de plaque disposé généralement transversalement à l'axe de roulis (X-X) au voisinage du moyen de tuyère (2), en aval de ce dernier,et en ce que les moyens d'actionnement comprennent un moyen de support (9) et un moyen porteur (10) s'étendant à partir du moyen de sup- port (9) pour supporter le moyen de déflecteur (4), le moyen de support (9) permettant un déplacement du moyen porteur (10) dans lessens de tangage et de lacet et sa rotation dans le sens de roulis. 11 - Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen porteur (10) se présente sous la forme d'un cylindre, l'élément de plaque du moyen déviateur (4) formant une paroi d'extrémité dudit cylindre. 12 - Ensemble selon la revendication 10 ou la revendica- tion 11, caractérisé en ce que les moyens de support (9) compren- nent deux éléments fixes (11, 12) distants l'un de l'autre, un élément mobile (13) et des moyens de roulement portés (14, 15) par les deux éléments fixes (11, 12) pour maintenir l'élément mobile (13)entre les éléments fixes (11, 12) afin de lui permet- tre à la fois un;ouvement de rotation et un mouvement d'ensem- ble dans un plan transversal à l'axe de roulis, l'élément mobile (13) étant relié au moyen porteur (10). 13 - Ensemble selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (21, 22) comprennent en ou- tre deux élements de tige (16, 17) s'étendant longitudinalement, 38 des moyens de couplage (19) pour coupler les éléments de tige (16, 17) à l'élément mobile (13), les éléments de tige (16, 17) étant disposés de façon diamétralement opposée de part et d'autre de l'axe de roulis (X-X) et des moyens (23 à 28) pour réaliser un pivotement latéral des éléments de tige (16, 17) par rapport à l'axe de roulis dans le même sens et, différentiellement, dans des sens opposés. 14 - Ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser le pivotement latéral de chaque élément de tige (16, 17) comprennent un étrier (23) pivotant ayant une extrémité en forme de fourche entre laquelle l'élément de tige (16,17) est monté et à laquelle une paire de moyens de vérins (25 à 28) s'étendant longitudinalement sont reliés pour réaliser un actionnement différentiel.