Brevet FR2509377A1 — publié le 19830114

La présente invention concerne des unités ou-moteurs électrothermiques engendrant une poussée de gaz et qui servent à l'asservissement en assiette des véhicules spatiaux. Dans un moteur électrothermique typique de produc- tion d'une poussée de gaz, l'hydrazine est introduite par un tube d'injection dans une chambre de production de poussée, dans laquelle de la chaleur est introduite L'hydrazine se vaporise, se décompose et se dissocie en ammoniac, azote et hydrogène, avec production d'un supplément de chaleur Les gaz chauds résultants sont déchargés par une tuyère pour produire une poussée. La disponibilité d'un générateur de poussée cons- titue l'un des facteurs limitant la durée utile de service d'un véhicule spatial, de sorte que l'utilisation efficace de l'hydrazine disponible dans un générateur de poussée con- sommant de l'hydrazine est essentielle Comme les variations d'assiette d'un véhicule spatial n'exigent que de faibles impulsions, chaque impulsion du ou des générateurs de poussée ne dure que très peu de temps (de l'ordre de 5 millisecondes), de sorte que des phénomènes transitoires apparaissant au début d'une impulsion influent gravement sur le rendement et l'efficacité du générateur de poussée Des phénomènes tran- sitoires se produisent en raison du fait que la chaleur pro- venant de la chambre de production de poussée élève la tem- pérature de la jonction de cette chambre au tube d'injection et provoque une vaporisation de l'hydrazine dans ce tube d'injection Cela inhibe l'écoulement dans le tube d'injec- tion et peut également provoquer une décomposition prématurée dans-ce tube, ce qui entraîne une grande diminution de pous- sée et risque de soumettre le tube d'injection à des graves effets de variation cyclique de la température et à de fortes contraintes. Selon la présente invention, un générateur électro- thermique de poussée de gaz comprend une chambre de produc- tion de poussée, un prolongement tubulaire pénétrant dans la chambre, un tube d'injection pénétrant dans le prolongement tubulaire, et un diaphragme fixé au prolongement tubulaire au voisinage de la jonction de ce tube au tube d'injection, 2 2-509377 le diaphragme étant réalisé en une matière présentant une bonne conductibilité thermique. Dans une forme de réalisation de l'invention, le diaphragme présente une structure comportant des rayons (ou une structure "à rayons") et sert d'élément de support, en étant monté sur une structure faisant partie du disposi- tif de fixation du générateur de poussée à un véhicule spatial Un diaphragme semblable à rayons peut servir à mon- ter, par exemple, une sortie de tuyère de propulsion de poussée sur cette structure. On va maintenant-décrire, à titre d'exemple illus- tratif et non limitatif, une forme de réalisation de l'in- vention en se référant à la figure schématique unique d'accompagnement, qui montre en coupe une élévation d'un générateur de poussée consommant de l'hydrazine. Un générateur électrothermique de poussée de gaz selon l'invention comporte une chambre 10 de production de poussée délimitée par une enveloppe cylindrique 11 entourée par un élément 12 de chauffage électrique La chambre 10 contient un échangeur de chaleur 13 d'un type connu, et son-extrémité aval se raccorde à une tuyère 14 de propulsion ou de poussée, de type convergent-divergent La réalisation d'un échangeur de chaleur 13 et le fonctionnement de la chambre 10 et de l'équipement associé pour vaporiser, décomposer et dissocier de l'hydrazine et décharger les gaz résultants, sont décrits dans le brevet du Royaume-Uni nu 1 534 601, ne font pas partie de l'aspect inventif de la présente invention et ne seront pas décrits ici. A une extrémité amont de la chambre 10 de produc- tion de poussée, l'enveloppe Il s'effile pour rejoindre un tube cylindrique 15 de prolongement comportant un capuchon 26 d'extrémité Un tube d'injection 16 part d'un limiteur 17 de débit, relié à une source (non représentée) d'alimen- tation en hydrazine et pénètre dans le prolongement tubu- laire 15. Un diaphragme 18 à rayons, thermiquement conduc- teur, relie l'extrémité aval du prolongement tubulaire à un cylindre 19 de support externe, thermiquement conducteur ou dégageant de la chaleur par rayonnement, et un diaphragme à rayons relie l'extrémité de la tuyère de poussée 14 au cylindre de support 19 Les diaphragmes 18,20 supportent l'enveloppe 11 au sein du cylindre de support 19, et le rayonnement thermique provenant de l'enveloppe 11 est réduit par un garnissage de matière isolante 21 disposé entre l'en- veloppe 11, le cylindre 19 et les diaphragmes 18 et 20 Le cylindre de support 19 est monté sur une plaque 22 d'extrémi- té fixée au limiteur de débit 17 Les diaphragmes 18,20 et le cylindre de support 19 peuvent être, par exemple, en titane, en un alliage de titane ou en de l'acier inoxydable. Il n'est pas nécessaire qu'ils soient tous réalisés en le même matériau. En service, lorsque le système de commande d'un véhicule spatial,dans lequel le générateur de poussée est installé,exige le fonctionnement de ce générateur, le limi- teur de débit 17 libère une quantitée pulsée d'hydrazine. L'hydrazine s'écoule dans un tube d'injection 16 pour péné- trer dans le prolongement tubulaire 15, puis parvenir dans la chambre 10 de production d'une poussée Dans cette cham- bre 10, la chaleur provenant de l'élément 12 de chauffage vaporise l'hydrazine, qui se décompose alors et se dissocie en libérant de la chaleur Les gaz résultants sortent par la tuyère 14, en exerçant une poussée qui modifie l'assiette du véhicule spatial. La chaleur provenant de la chambre 10, laquelle présente typiquement une température de 600 'C-9000 C, passe inévitablement le long de l'enveloppe 11 vers le prolongement tubulaire 15 et vers la jonction entre ce tube 15 et l'in- jecteur tubulaire 16 Du fait d'une conception convenable du diaphragme 18 et de la structure de support, une quantité suffisante de chaleur est conduite le long du diaphragme 18 vers le cylindre 19 de support pour parvenir à la plaque 22 d'extrémité, *au limiteur de débit 17 et à la structure (non représentée) du véhicule spatial, afin de maintenir la jonction entre l'injecteur tubulaire 16 et le prolongement tubulaire 15, à travers le capuchon d'extrémité 26, au-dessous de la température (environ 3000 C) à laquelle l'hydrazine se vaporise Cela minimise les effets transitoires au début de chaque impulsion, en améliorant l'efficacité de l'utilisation (ou le rendement) dé-l'hydrazine et en empêchant que l'injec- teur tubulaire 16 ne soit soumis à des variations cycliques de la température et à des contraintes. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées au générateur électrothermique d'une poussée de gaz. 2509377 REVENDICATIONS - 1.Générateur électrothermique de poussée de gaz, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre ( 10) de produc- tion de poussée, un prolongement tubulaire ( 15) pénétrant dans la chambre ( 10), un injecteur tubulaire ( 16) pénétrant dans le tube ( 15) et un diaphragme ( 18) fixé sur le prolon- gement tubulaire ( 15) près de la jonction de l'injecteur tubulaire ( 16) avec le prolongement tubulaire ( 15), le dia- phragme ( 18) étant réalisé en une matière de conductibilité thermique connue. 2 Générateur de poussée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diaphragme a une structure à rayons. 3 Générateur de poussée selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le diaphragme ( 18) sert d'élément de support en étant monté sur une structure faisant partie du dispositif de fixation du générateur à un véhicule spatial. 4 Générateur de poussée selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure est réalisée en un maté- riau bon conducteur de la chaleur. Générateur de poussée selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure est réalisée en un maté- riau pouvant bien dégager de la chaleur par rayonnement. 6 Générateur de poussée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diaphragme est en titane. 7 Générateur de poussée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diaphragme est en un alliage de titane. 8 Générateur de poussée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diaphragme est en acier inoxydable. 9 Véhicule spatial caractérisé en ce qu'il comporte au moins un générateur de poussée selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. Véhicule spatial selon la revendication 9, carac- térisé en ce que le générateur de poussée est alimenté en hydrazine comme matière consommable. 11 Véhicule spatial selon la revendication 10, caractérisé en ce que la jonction entre l'injecteur tubulaire ( 16) et le prolongement tubulaire ( 15) est maintenue à une température inférieure à 3000 C.