Brevet FR2556046A1 — publié le 19850607

Protection de dispositif de chauffage pour impulseurs. La présente invention concerne des impul- seurs (petits moteurs de fusées) et, plus particu- lièrement, des impulseurs fonctionnant avec un agent de propulsion qui est décomposé par un catalyseur chauffé dans l'impulseur. Des moteurs de fusées à faible poussée (im- pulseurs) sont utilisés dans la plupart des engins spatiaux pour contrôler la direction et la vitesse de déplacement de ces derniers, ainsi que pour contrôler leur attitude par rapport à la terre ou à n'importe quel autre système de coordonnées. Dans les impul- seurs classiques, on utilise un agent de propulsion tel que l'hydrazine (N2H4) qui est décomposé en un état gazeux dans un lit de catalyseur, les gaz étant ensuiteexpulsés de l'impulseur via une tuyère. Afin de favoriser l'amorçage de la décomposition de l'agent de propulsion dans le lit de catalyseur, on a adopté la pratique consistant à chauffer le lit spécifiquement à une température de 37 à 149 C à l'aide de dispositifs de chauffage électriques dispo- sés dans le lit ou à proximité de ce dernier. Etant donné que la décomposition de l'agent de propulsion est une réaction exothermique, la mise à feu de l'im- pulseur a pour effet de chauffer spécifiquement le - lit à des températures se situant dans l'intervalle de 816 à 927 C. Dès lors, on comprendra que des mi- ses à feu répétées d'un impulseur exposent à plu- sieurs reprises le dispositif de chauffage du lit de catalyseur aux températures extrêmes associées à la décomposition de l'agent de propulsion, réduisant ainsi la durée de vie utile du dispositif de chauf- fage du lit de catalyseur et, partant, de l'impulseur lui-même. En conséquence, un des objets principaux de la présente invention est de fournir un moyen des- tiné à protéger un dispositif de chauffage d'impul- seur contre les températures extrêmes associées à la décomposition d'un agent de propulsion à l'inté- rieur de l'impulseur. Suivant la présente invention, dans un im- pulseur dans lequel la décomposition de l'agent de propulsion dans une chambre est amorcée au moins en partie par un dispositif de chauffage, ce dernier est localisé à un endroit éloigné de la chambre et est raccordé à cette dernière par un moyen destiné à véhiculer la chaleur dans une seule direction du dispositif de chauffage à la chambre, de telle sorte que la chaleur dégagée dans cette dernière par la décomposition de l'agent de propulsion ne puisse atteindre le dispositif de chauffage, prolongeant ainsi la durée de vie de ce dernier et de l'impul- seur lui-même. Dans la forme de réalisation préfé- rée, l'impulseur est du type dans lequel on utilise un lit de catalyseur chauffé pour la décomposition de l'agent de propulsion, le lit de catalyseur étant raccordé au dispositif de chauffage par un conduit de chaleur à diode thermique qui véhicule la chaleur du dispositif de chauffage au lit de catalyseur au cours des périodes de repos. Lorsque l'impulseur est mis à feu, la partie du conduit de chaleur qui est adjacente à la chambre, est asséchée afin de blo- quer le transfert de la chaleur à partir de la cham- bre et l'empêcher de revenir au dispositif de chauf- fage. La protection du dispositif de chauffage as- surée par la présente invention est utile avec des impulseurs dans lesquels on utilise l'hydrazine ou d'autres agents de propulsion à un seul ou à plu- sieurs composants nécessitant l'application de cha- leur pour l'amorçage et/ou l'entretien de la décom- position de l'agent de propulsion. L'unique dessin annexé est une vue en éléva- tion et en coupe partielle d'un impulseur dans lequel on utilise la protection de dispositif de chauffage suivant la présente invention. En se référant à ce dessin, on représente un impulseur indiqué d'une manière générale en 10 et qui est alimenté en agent de propulsion tel que l'hy- drazine à partir d'un réservoir approprié (non repré- senté)-, l'alimentation en agent de propulsion à l'im- pulseur étant contrôlée par n'importe quelle soupape appropriée (non représentée) qui, tout comme le ré- servoir, est disposée à l'intérieur d'un logement 15. L'impulseur est monté sur une base 17 et il comprend un logement 20 définissant, en partie, un tube d'arrêt à ouvertures 25 qui dissipe une grande partie de la chaleur de décomposition de l'agent de propulsion avant que cette chaleur soit recyclée au logement 15. Un tube d'injection 30 relié à la soupape contrôlant l'alimentation en agent de propulsion à l'intérieur du logement 15 s'étend à travers-le tube d'arrêt 25 et débouche dans un injecteur d'agent de propulsion (tête de distribution) 35 pourvu de plusieurs con- duits 40 à travers lesquels l'agent de propulsion est acheminé à un lit contenant un catalyseur 45 tel que le catalyseur "Shell 405" (marque commerciale dé- posée) sous forme granulaire. Le lit de catalyseur est défini par la paroi latérale du logement 20, par la tête de distribution 35, ainsi que par un tamis 50 disposé à l'opposé de cette dernière. Ainsi que - l'appréciera aisément l'homme de métier, rl'agent de propulsion injecté dans le lit de catalyseur y est décomposé en un état gazeux, les gaz étant expulsés du lit de catalyseur à travers le tamis 50 qui, con- jointement avec la partie de droite du logement 20, définit une chambre 55 dans laquelle les produits de décomposition gazeux de l'agent de propulsion se dilatent. De la chambre de décomposition, les gaz passent à travers un limiteur 60 formé dans l'ex- trémité du logement 20, pour pénétrer finalement dans une tuyère d'échappement 65 qui, comme le montre le dessin, peut être solidaife du logement. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, afin de favoriser l'amorçage de la décomposition de l'agent de propulsion à l'intérieur du lit de cataly- seur, la pratique a consisté à prévoir un dispositif de chauffage tel qu'un dispositif de chauffage élec- trique alimenté par batterie, à l'emplacement du lit de catalyseur ou à proximité de ce dernier. Toute- fois, les températures extrêmement élevées associées à la décomposition de l'agent de propulsion à l'inté- rieur du lit de catalyseur exposent le dispositif de chauffage monté de la sorte à un flux de chaleur ex- trêmement dommageable, limitant ainsi sérieusement la durée de vie utile du dispositif de chauffage et, partant, de l'impulseur lui-même. Afin de réduire au minimum ce flux de chaleur dommageable allant du lit de catalyseur au dispositif de chauffage, suivant la présente invention, le dispositif de chauffage est situé à un endroit éloigné du lit de catalyseur en-y étant raccordé par un moyen destiné à véhicu- ler la chaleur dans une seule direction du disposi- tif de chauffage au lit de catalyseur. Comme le mon- tre le dessin, un dispositif de chauffage électri- que 65 comprenant un corps 70 dans lequel est encas- trée une bobine de résistance électrique 75, est dis- posé sur la base 17 à laquelle il est assujetti au moyen de vis ou d'éléments de fixation semblables 80. Le dispositif de chauffage entoure et retient une ex- trémité d'un conduit de chaleur à diode thermique 90 qui est fixé, à son extrémité opposée proche du lit de catalyseur 40/ au moyen d'une bague de serrage 95 entourant à la fois l'extrémité du conduit de cha- leur 90 et la partie adjacente du logement 20. Le conduit de chaleur 90 comprend un piège élargi 92, ainsi qu'un tube allongé solidaire 100, ce piège et ce tube étant tous deux revêtus intérieurement d'une matière appropriée 105 agissant à la manière d'une mèche. Un fluide de transfert de chaleur vaporisa- ble tel que l'ammoniaque, est absorbé à l'intérieur de la matière à effet de mèche. Lors de la mise en service, au cours des périodes de repos, le dispositif de chauffage 65 est excité, vaporisant ainsi le flui- de dans et à proximité du piège 92, la vapeur s'écou- lant par convection vers l'extrémité opposée du con- duit de chaleur o elle se condense, ce qui a pour effet de libérer la chaleur de vaporisation en di- rection du lit de catalyseur afin de maintenir ce dernier à la température désirée mentionnée ci-dessus. Ensuite, le condensat revient à l'extrémité du tube qui est la plus proche du piège par infiltration du liquide à travers la matière à effet de mèche 105, le piège restant sec. On constatera ensuite qu'au cours de ces périodes de repos, la diode fonctionne à la manière d'un conduit de chaleur ordinaire, en vaporisant à plusieurs reprises le fluide dans le tube 100 à proximité du piège 92 et en condensant le fluide vaporisé à proximité du lit de catalyseur avec la libération de chaleur qui en résulte, en direction de ce dernier. Toutefois, lors de la mise à feu de i'impulseur, le dispositif de chauffage est désexci- té et l'extrémité du tube 100 la plus proche du lit de catalyseur est chauffée à des températures nette- ment supérieures à celle du piège 92. En conséquen- ce, le piège devient l'extrémité froide du conduit de chaleur, tandis que le liquide se condense à l'inté- rieur du piège o il s'accumule et provoque un assè- chement rapide de la matière à effet de mèche du con- duit de chaleur principal, empêchant ainsi le trans- fert de chaleur de la chambre de catalyseur au dispo- sitif de chauffage. Le conduit de chaleur cesse de faire office de moyen de transfert de chaleur et,pendant la durée de la mise à feu, il agit plutôt à la manière d'un isolateur, isolant ainsi la chaleur exothermique associée à la mise à feu de l'impulseur vis-à-vis du dispositif de chauffage afin de préserver et, partant de prolonger la durée de vie utile du dispositif de chauffage et, par la même occasion, de l'impulseur. Bien que l'on ait illustré et décrit une forme de réalisation particulière de la présente in- vention, on comprendra que diverses modifications de cette dernière apparaîtront d'elles-mêmes à l'hom- me de métier à la lecture de la description ci-dessus. Par exemple, bien que l'on ait illustré un impulseur à lit de catalyseur, il est entendu que la présente invention convient tout aussi bien pour des impulseurs dans lesquels la chaleur seule est utilisée pour dé- composer l'agent de propulsion. Dans ce cas, la pré- sente invention pourrait servir à isoler le disposi- tif de chauffage vis-à-vis de la chaleur exothermique résultant de la décomposition de l'agent de propul- sion de la même manière que celle décrite ici. De même, bien qu!un conduit de chaleur à diode thermique soit utilisé ici comme moyen destiné à véhiculer la - chaleur dans une seule direction du dispositif de chauffage à la chambre dans laquelle l'agent de pro- pulsion est décomposé, il est entendu que l'on peut employer divers moyens équivalents pour le transfert unidirectionnel de la chaleur du dispositif de chauf- fage à un endroit éloigné sans se départir de la pré- -2556046 sente invention. Les revendications ci-après sont destinées à couvrir ces modifications, ainsi que d'au- tres dans la mesure o elles rentrent dans le cadre et l'esprit réel de la présente invention. - 8 - REVENDICATIONS 1. Impulseur comprenant une chambre (55) pour la dé- composition d'un agent de propulsion, un moyen (35) destiné à injecter l1agent de propulsion dans la chambre (55), ainsi qu'une tuyère (65) pour l'expulsion de l'agent de propulsion décomposé hors de la chambre (55), cet impulseur (10) étant équipé d'un dispositif de chauffage (65) destiné à chauffer l'agent de propulsion afin de favoriser la décomposition de cer dernier, charactérisé en ce que: le dispositif de chauffage (65) est situé à un endroit éloigné de la chambre (55); et en ce qu'on prévoit un moyen raccordant le dispositif de chauffage (65) à la chambre (55) en vue de véhiculer la chaleur dans une seule direction du dispositif de chauffage (65) à la chambre (55), minimisant ainsi le transfert, entre cette dernière et le dispositif de chauffage (65), de la chaleur libérée par une décomposition exothermique de l'agent de propulsion à l'intérieur de la chambre (55). 2. Impulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de transfert de chaleur comprend un conduit de chaleur (90). -3. Impulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de chaleur (90) comprend un tube allongé (100) revêtu intérieurement d'une matière à effet de mèche (105) et comportant, à son extrémité la plus proche du dis- positif de chauffage (65), un piège élargi (92) radialement qui est également revêtu intérieurement d'une matière à ef- fet de mèche (105).