Brevet FR2543222A1 — publié le 19840928

Tête d'injection pour chambres de combustion de moteurs=fusées à propergol liquide. La présente invention se rapporte à une tête dlinzection pour des chambres de combustion de moteurs-fusées fonctionnant avec des ergols liquides, où l'un des ergols prenant part au processus de combustion est amené dans la chambre de com bustion par plusieurs buses ou perçages d'introduction disposés dans le corps de la tête d'injection. Selon le brevet R.F.A. NO 1 290 375 on connaît un moteur-fusée ou l'un des ergols, en particulier l'oxygène, est introduit dans la chambre de combustion par des tuyères d'introduction et l'autre ergol, en particulier le combustible ou respectivement l'hydrogène, est introduit par plusieurs perçages dans le corps de la tête d'injection. La tête d'injection a pour tâche générale d s introduire les deux ergols dans l'espace de combustion de façon que l'on obtienne une répartition et un mélange interne aussi réguliers que possible de l'oxygène et du combustible, ce qui accélère la réaction, augmente le degré de combustion et raccourcit la longueur de combustion et ainsi la longueur de la chambre de combustion.Les moteurs-fusées servent souvent à la propulsion de missiles. Dans ce cas, il est nécessaire, en première ligne, pour la réduction de la résistance adrody- namique de diminuer le diamètre du missile et ainsi également de la chambre de combustion pour une puissance indentique. Cela rend nécessaire l'augmentation de la puissance spéci- fique ou charge de la chambre de combustion. En d'autres termes, on arrive à la maxime selon laquelle, pour un diametre identique de la tête d'injection, il faut introduire un plus grand volume d'ergols, par unité de temps, dans la chambre de combustion. La présente invention a donc pour but de configurer la tête d'injection d'une chambre de combustion pour des moteurs-fusées fonctionnant avec des ergols liquides de façon que pour une section transversale prédéterminée d'injec tion, la section libre de passage pour les ergols soit portée à un maximum en améliorant, en même temps, les conditions d'injection et le processus de combustion qui suit. Cette tâche est résolue selon l'invention par le fait que les buses d'injection prévues dans le corps de buses d'injection, ou bien les bases des perçages d'injection, pour l'un des ergols, en particulier l'oxygène, sont entourées directement d'un réseau continu de canaux d'injection, par lequel l'autre ergol, en particulier le combustible ou respectivement l'hydrogène, est introduit dans l'espace de combustion. En rendant maximale, selon l'invention, la section libre de-passage pour les ergols et en rendant maximales les surfaces de mélange des ergols par suite de l'introduction d'un ergol par un réseau continu de canaux d'introduction, on peut non seulement diminuer le diamètre du moteurfusée et augmenter la puissance spécifique de la chambre de combustion mais, par l'augmentation de la qualité du mélange, on augmente aussi bien la vitesse de la réaction gu'Eyale- ment le degré de réaction, donc la combustion est rendue plus intensive et la longueur de combustion est réduite, ce qui permet de réduire la longueur et le poids de la chambre de combustion. Pour pouvoir obtenir un groupement extrêmement étroit des tuyères d'injection pour l'un des deux ergols, on prévoit, selon un mode de réalisation de l'invention, de donner à chaque buse ou au moins à son extrémité, une forme polygonale, par exemple hexagonale. Dans une autre forme de réalisation d'une tête d'injection selon l'invention, dont la structure de base est formée d'une plaque massive d'injection en tant que corps de la tête d'injection dans laquelle sont creusés les perçages d'introduction du premier ergol, on prévoit que le réseau continu de canaux d'introduction pour l'introduction de l'autre ergol, en particulier du combustible ou respectivement de l'hydrogène, soit formé par un premier groupe de fentes d'introduction creusées dans le corps d'injection en forme de plaque, et parallèles les unes aux autres, et de plus par un deuxième groupe de fentes d'injection obliques par rapport aux premières et en particulier, à angle droit avec elles, creusées dans le corps d'injection en forme de plaques et parallèles les unes aux autres, et que les perçages d'introduction pour le premier ergol, en particulier l'oxygène, traversent les cloisons ou respectivement bases restant entre les fentes d'introduction ci-dessus. Pour l'alimentation du réseau de canaux d'introduction ci-dessus décrit ou respectivement des fentes d'introduction, au moyen de l'autre ergol, en particulier d'hydrogène, sont prévus dans le corps de la tête d'injection en forme de plaque, des canaux de répartition parallèles aux fentes d'introduction ci-dessus, et qui se croisent ou communiquent les uns avec les autres. La conception selon l'invention de la tête d'injection amène un avantage particulier par le fait que le réseau continu de canaux d'introduction, les buses d'injection de forme tubulaire qui ainsi restent libres dans le corps de la tête d'injection, permet d'obtenir un profilage dirigé vers la chambre de combustion, lequel, grâce à sa surface minime de réflexion, est fortement adapté comme une structure de paroi absorbant le son, à amortir les oscillations dynamiques nocives des gaz résultant du processus de combustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation en se référant aux dessins joints, dans lesquels - la figure 1 montre une première forme d'une tête d'injection en coupe longitudinale - la figure 2 est une vue dans la direction de la flèche Il-Il de la tête d'injection de la Figure 1 - la figure 3 montre une forme modifiée de réali sation de la tête d'injection de la figure 1, également en coupe longitudinale, à la moitié droite avec les tuyères d'introduction en coupe longitudinale et à la moitié gauche avec les tuyères d'introduction non en coupe ; - la figure 4 montre une deuxième forme d'une tête d'injection, vue à partir de l'espace interne de la chambre de combustion ;; - la figure 5 est une vue en coupe faite suivant V-V de la figure 4, et - la figure 6 est une vue en coupe faite suivan VI-VI de la figure 3. Comme il ressort des figures 1 et 2, la tête d'injection montée dans le carter 1 de la chambre de combustion se compose en substance d'un grand nombre de buses d'introduction 2, qui sont régulièrement réparties sur la section transversale d'injection et qui sont montées rigidement dans le corps 3 de la tête d'injection de façon que leurs extrémités 2a de forme hexagonale délimitent des fentes qui forment ensemble un réseau continu-de canaux qui sera désigné ci-après par réseau de canaux d'introduction 4. L'un des deux ergols, dans le cas présent par exemple l'oxygène O, afflue par un espace de répartition 5 et arrive alors par les buses d'introduction 2 dans l'espace interne la de la chambre de combustion. L'autre ergol, dans le cas présent par exemple le combustible ou respectivement l'hydrogène H, afflue par un canal 6-et arrive, par un espace de répartition 7 se trouvant entre les buses d'introduction 2, dans le réseau de canaux d'introduction 4, également dans l'espace interne la de la chambre de combustion. Des chicanes de rotation 8 dans les buses d'introduction 2 donnent, à l'oxygène O qui afflue, un mouvement de rotation. Aux extrémités 2a des buses d'introduction sont prévus des espaceurs 19 ponctuels, qui empêchent la production d'oscillations dans les buses d'introduction 2 isolées. Comme le montre la figure 3, chaque buse d'intro duction 20 présente, pour la formation d'étranglements inter médiaires, en considérant la direction de l'écoulement en amont de son extrémité 20a, côté chambre de combustion, un collet 21 de forme hexagonale. Les collets 21 de toutes les buses d'introduction 20 se touchent par leurs six surfaces externes et forment, en aval, avec les extrémités 20a des buses d'introduction, une chambre 22 de compensation de pression pour créer, pour le réseau continu de canaux d'introduction 4, des conditions égales de pression sur toute la section transversale d'introduction. De plus, les collets 21 délimitent, en amont, un espace continu de répartition 23 qui sert à une répartition régulière de l'hydrogène H en amont de chaque étranglement intermédiaire (collets 21).Dans les surfaces externes des collets 21 sont prévus des canaux d'étranglement 24, qui forment une communication entre l'espace de répartition 23 et la chambre de compensation de pression 22.Le parcours oblique des canaux d'étranglement 24 a pour effet que les masses d'ergol ou respectivement d'hydrogène n'affluent pas directement au réseau de canaux d'introduction 4, mais se repartissent d'abord dans la chambre de compensation de pression 22 t cela favorise ici la compensation de pression. Comme le montrent les figures 3, 4 et 5 dans un corps de tête d'injection 13 en forme de plaque sont prévues plusieurs rangées de perçages d'introduction 12 pour le premier ergol, l'oxygène O, entre lesquels sont creusées, dans le corps de tête d'injection 13, en direction de l'espace interne la de la chambre de combustion, plusieurs rangées de fentes 11 et plusieurs rangées de fentes 14 qui sont perpendiculaires aux fentes 11, de façon qu'il en résulte des cloisons ou respectivement, des bases 15 disposées à la façon d'un échiquier qui sont traversées par les perçages 12 d'introduction. Les fentes 11 et 14 forment un réseau continu de canaux d'introduction 11, 14, pour l'introduction du deuxième ou respectivement autre ergol, dans le cas présent l'hydrogène H, dans l'espace interne la de la chambre de combustion. Pour l'alimentation des fentes d'introduction 11 et 14 ou respectivement du réseau de canaux d'introduction 11, 14, avec de l'hydrogène H, sont prévus, dans le corps 13 de tête d'injection en forme de plaque, des canaux de répartition 16 et 17 qui sont parallèles aux fentes d'introduction 11 et 14 et qui se croisent, c'est-à-dire communiquent les uns avec les autres. L'hydrogène est amené aux canaux 16 et 17 par des canaux d'afflux 18. REVENDICATIONS 1. Tête d'injection pour chambres de combustion de moteurs-fusées fonctionnant avec des ergols liquides, où l'un des ergols prenant part au processus de combustion est introduit dans la chambre de combustion par plusieurs buses ou perçages d'introduction disposés dans le corps de la tête d'injection, caractérisée en ce que l'autre ergol, en particulier un combustible ou respectivement de l'hydrogène (H) est introduit dans l'espace de combustion (la) par un réseau continu de canaux d'introduction (4 ou respectivement 11, 14), entourant directement les buses d'introduction (2,2a) ou bien la base (15) des perçages d'introduction (12). 2. Tête d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque buse d'introduction (2 ou respectivement 20) ou au moins son extrémité (2a ou respectivement 20a) est de configuration polygonale, par exemple hexagonale. 3. Tête d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, avec des buses d'introduction disposées dans le corps de tête d'injection pour lue premier ergol, en particulier de l'oxygène, caractérisée en ce que les buses d'introduction (20) présentent, pour la formation d'étranglements intermédiaires, en considérant la direction d'écoulement en amont de leurs extrémités, côté chambre de combustion (20a), des collets (21) polygonaux, en particulier hexagonaux, qui se touchent mutuellement par leurs surfaces externes et délimitent, en aval, avec les extrémités (20a) des buses d'introduction, une chambre de compensation de pression (22) et délimitent, en amont, un espace de répartition (23), et que dans les surfaces externes des collets (21) sont prévus des canaux d'étranglement (24) allant de l'espace de répartition (23) à la chambre de compensation de pression (22). 4. Tête d'injection selon la revendication 3, caractérisée en ce que les canaux d'étranglement (24) dans les surfaces externes des collets (21) sont obliques. 5. Tête d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'entre les extrémités voisines (2a ou respectivement 20a) des buses d'introduction sont disposés des espacements (19) ponctuels. 6. Tête d'injection selon la revendication 1, avec une plaque massive d'injection en tant que corps de tête d'injection, où sont creusés les perçages d'introduction pour l'un des ergols, caractérisée en ce que le réseau continu de canaux d'introduction (11, 14) pour l'ìntroduc- tion de l'autre ergol, en particulier du combustible ou respectivement de l'hydrogène (H), est formé par un premier groupe de fentes d'introduction (11) creusées dans le corps d'injection (13) en forme de plaques, qui sont parallèles les unes aux autres, et de plus, par un deuxième groupe de fentes d'introduction (14) creusées de façon oblique ou Flus particulièrement à angle droit par rapport aux premières, dans le corps (13) de la tête d'injection en forme de plaque, et qui sont parallèles les unes aux autres et en ce que les perçages d'introduction (12) pour le premier ergol, en particulier l'oxygène (O), traversent les cloisons ou respectivement bases (15) qui restent entre lesdites fentes d'introduction (11 et 14). 7. Tête d'injection selon la revendication 4, caractérisée en ce que pour l'alimentation du réseau de canaux d'introduction (11, 14) ou respectivement des fentes d'introduction (11 et 14) avec l'autre ergol, en particulier l'hydrogène (H), sont prévus, dans le corps de tête d'injection tel3) en forme de plaque, des canaux de répartition (16 et 17) qui sont parallèles aux fentes d'introduction (11 et 14) et qui se croisent ou communiquent les uns aux autres. 8. Tête d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu' à l'intérieur des buses d'injection (2 ou 20) ou bien des perçages d'injection (12) sont disposées des chicanes de rotation (8).