Brevet FR2531141A1 — publié le 19840203

Moteur-fusée à propergol liquide du type à courant dérivé pour le fonctionnement dans l'espace vide d'air La présente invention concerne un moteur-fusée à propergol liquide du type à courant dérivé, pour le fonction- nement dans l'espace vide d'air, constitué essentiellement par une chambre de combustion comportant une partie avant en tuyère d'éjection convergente-divergente et une partie suivante en tuyère d'éjection sous vide; par des pompes de débit des ergols liquides notamment oxygène et hydrogène, et par une ou plusieurs turbines destinées à entraîner lesdites pompes à ergol et soumise à l'action de gaz propulsifs chauds qui sont engendrés, à partir d'une part, utilisée dans la turbine, d'un ergol, notamment de l'hydrogène, à l'intérieur de la paroi de la tuyère d'éjection, par amenée de chaleur, qui traversent ensuite la ou les turbines et parviennent à l'extérieur en tant que gaz de sortie de ces turbines par une tuyère à courant dérivé. On connaît par la demande de brevet allemand DE-OS 27 43 983 un tel moteur-fusée à turbines entraînées par des gaz engendrés a partir d'une faible part d'un ergol liquide, notamment de l'hydrogène, qui circule par des canaux de refroidissement dans la paroi de la partie en tuyère d'éjection sous vide et s'y échauffe On fait ainsi 19 économie du générateur de gaz généralement utilisé pour les gaz propulsifs de la turbine d'entraînement des pompes, ce qui améliore globalement le poids au cheval et abaisse le prix de l'installation du moteur-fusée. La conception connue précitée convient particulièrement aux moteurs-fusées fonctionnant sous des pressions basses et moyennes, qui donnent aussi des conditions de fonctionnement favorables0 Cette installation de moteur-fusée connue est moins utilisable pour de hautes pressions, car l'amenée de chaleur n'est pas suffisante pour engendrer des gaz d'en- traînement de turbine hautement énergétiques. L'invention a pour objet un moteur-fusée a propergol liquide du genre annoncé dans lequel soit créé pour l'ergol liquide servant au refroidissement de la chambre de combustion et de la tuyère d'éjection un circuit d'écoulement qui procure aux gaz de propulsion de la turbine une capacité thermique assez élevée pour que le moteur-fusée puisse fonctionner sous de fortes pressions, c'est-à-dire avec une puissance spécifique élevée. Ce moteur-fusée est caractérisé par le fait que la totalité d'un ergol, notamment de l'hydrogène, est introduite à l'extrémité arrière de la partie avant en tuyère d'éjection et s'écoule sous absorption de chaleur, à travers la paroi de ladite partie et la paroi de la chambre de combustion, vers l'avant, où elle est divisée en une forte part destinée à etre injectée dans la chambre de combustion et une plus faible part à utiliser dans la turbine, laquelle est de son côté introduite ensuite à l'extrémité avant de la partie en tuyère de poussée sous vide dans la paroi de cette dernière et s'écoule vers l'arrière sous absorption supplémentaire de chaleur, Le système de circulation selon l'invention permet d9une part l'obtention d températures élevées pour les gaz propulsifs agissant sur la turbine d'entraînement des e s pompes et par conséquent le fonctionnement d'un moteur Busée dn genre en question sous de fortes pressons et avec des puissances spécifiques élevées. Ce résultat est dû au fait que la part prévue 'a cet effet en étant utilisée pour la turbine participe aussi bien au refroidissement de la partie en tuyère d'éjection arrière et de la chambre de combustion qu'S celui de la partie dite en tuyère d'éjection sous vide. Le système proposé donne d'autre part la possibilité d'influencer favorablement le refroidissement de la chambre de combustion et de la tuyère d'éjection en ce sens que, par la fixation du plan de séparation entre l'extrémité arrière de la partie en tuyère d'éjection avant et l'extrémité avant de la partie en tuyère d'éjection sous vide, c'est-à-dire par la localisation de la surface de séparation commune entre les deux parties en tuyères d'éjection, on peut déterminer le bilan thermique, c'est-à-dire les conditions de refroidis sement, de la partie avant en tuyère d'éjection, très chaude, ainsi que de la chambre de combustion et de la partie en tuyère d'éjection sous vide, moins chaude, et commander en même temps la température de la part d'injection, la plus grande, ainsi que celle des gaz d'entraînement de la turbine0 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin annexée Le moteur-fusée à courant dérivé pris ainsi pour exemple fonctionne avec des ergols liquides, notamment avec de l'hydrogène et de l'oxygène, et se compose essentiellement d'une chambre de combustion 1 à toto d'injection 2 et d'une partie (avant) en tuyère d'éjection 3 convergente-divergente à degré d'expansion convenant au fonctionnement au sol-ou à relativement faible altitude, d'une partie en tuyère d'éjection sous vide 4 à degré d'expansion convenant au fonctionnement dans l'espace vide d'air, d'un réservoir à hydrogène liquide 5 et d'un réservoir à oxygène liquide 6, d'une pompe à hydrogène 7 et d'une pompe à oxygène 8, d'une turbine à gaz 9 entraînant les deux pompes à ergol précitées 7 et 8 et d'une tuyère d'éjection 1û à courant dérivé. La quantité totale d'hydrogène H2 refoulée par la pompe 7 est amenée par une conduite 11 à l'anneau d'alimentation 12 à partir duquel sont desservis les divers canaux de refroidissement circulant dans la paroi de la partie avant en tuyère d'éjection 3 et dans celle de la chambre de combustion 1, canaux dans lesquels l'hydrogène s'échauffe en refroidissant lesdites parois. Une plus faible part H2a ds la quantité totale d'hydrogène H2 est collectée dans un anneau d'écoulement 13 placé dans la région avant de la chambre de combustion 1 est amenée par une conduite 14 à un anneau 15 à l'extrémité avant de la partie en tuyère d'éjection sous vide 4. La part principale H2b de l'hydrogène H2 parvient par une conduite 16 à la t8te d'injection 2 et est injectée ensuite dans la chambre de combustion 1 en même temps que l'oxygène 02, qui afflue par une conduite 17. La plus faible part d'hydrogène H2a, déjà chauffée, qui est parvenue à l'anneau d'alimentation 15 est distribuée de là aux différents petits tubes de refroidissement dont est composée la paroi de la partie en tuyère d'éjection sous vide 4 et se rassemble a l'extrémité arrière de cette dernière dans un anneau de sortie 18. La partie en tuyère d'éjection sous vide 4 est le siège d'un échauffement supplémentaire de la petite part H2a de l'hydrogène H2. Les gaz chauds do cette plus faible part H2a utilisée dans la turbine parviennent par une conduite 19 la turbine 9, qu'ils entraînent, et sortent ensuite à l'extérieur par la buse d'éjection à courant dérivé 109 REVENDICATION Moteur-Îusée à propergol liquide , du type à courant dérivé, pour le fonctionnement dans l'espace vide d'air, constitué essentiellement par une chambre de combustion comportant une partie avant en tuyère d'éjection convergente- divergente et une partie suivante en tuyère d'éjection sous vide, par des pompes de refoulement des ergols liquides, notamment oxygène et hydrogène, par une ou plusieurs turbines destinées à entraîner lesdites pompes à argol et soumises à l'action de gaz propulsifs chauds qui sont engendrés à partir d'une part, utilisée dans les turbines, d'un ergol, notamment de l'hydrogène, à l'intérieur de la paroi de la tuyère par amenée de chaleur, qui traversent ensuite la ou les turbines et parviennent a l'extérieur en gaz de sortie de turbine par une tuyère à courant dérivé, moteur-fusée caractérisé par le fait que la totalité(H2)d'un ergol, notamment de l'hydrogène, est introduite à l'extrémité arrière de la partie avant en tuyère déjection (3) et s'écoule sous absorption de chaleur, à travers la paroi de ladite partie et la paroi de la chambre de combustion (1), vers l'avant, où elle est divisée en une forte part (H2b) destinée à être injectée dans la chambre de combustion (1) et une plus faible part (H2a) à utiliser dans la turbine, laquelle est de son côté introduite ensuite à l'extrémité avant de la partie en tuyère d'éjection sous vide (4) dans la paroi de cette dernière et s'écoule vers l'arrière sous absorption supplémentaire de chaleur