Brevet FR2572511A1 — publié le 19860502

d-j? 2572511 La présente invention concerne les stabilisateurs de fusées et spécialement, mais non exclusivement, un stabilisateur pour fusée lancée par tube. La stabilité en vol d'une fusée exige que son centre de pres- sion soit situé en arrière de son centre de gravité, à une dis- tance appelée "marge statique" qui, de préférence, ne sera pas inférieure à la moitié du diamètre du corps de fusée. Cette marge statique indispensable est normalement obtenue en amenant le centre de pression au point voulu au moyen de surfaces pro- longées ou de stabilisateurs fixés à la partie arrière de la fusée. L'emploi de stabilisateurs de trainée comportant une partie arrière évasée ou des gouvernes stabilisatrices pour le vol subsonique est connu, mais ces dispositifs, comme leur nom l'indique, créent une trainée et ne conviennent pas au vol transsonique ou supersonique du fait que les erreurs de direc- tion possibles sont trop grandes. Les stabilisateurs de por- tance, comportant des empennages axiaux fixes saillant radia- lement de la tuyère propulsive de la fusée, sont connus comme convenant à toutes les vitesses de vol mais, pour les fusées lancées par tube de calibre correspondant au corps de fusée, la saillie des empennages réduira forcément la section mini- male de sortie de la tuyère. Le rétrécissement ainsi provoqué peut être réduit par l'emploi d'empennages repliés ne se déployant qu'après le lancement. Une forme connue d'empennage replié est celle des empennages dits "en lames de canif" dans lesquels plusieurs ailettes sont montées à pivot sur une extrémité de la tuyère et repliées vers l'avant le long de cette dernière pendant qu'elle se trouve dans le tube de lancement. Ces empennages sont forcément é- troits, possèdent un allongement aérodynamique élevé et ne peu- vent pas procurer une stabilisation efficace aux vitesses su- périeures aux vitesses subsoniques. Une forme d'empennage mieux appropriée aux vitesses trans- soniques est celle des empennages repliés circonférentielle- ment et s'ouvrant brusquement en sortant du tube de lancement pour former des ailettes de faible allongement, mais ces em- 5.pennages exigent également une certaine place, ce qui réduit forcément la section de sortie de la tuyère. En outre, ces empennages et leur mécanisme de déclenchement à ressorts sont assez complexes et lourds et provoquent un décalage fâcheux du centre de gravité de la fusée vers l'arrière. De plus, les diverses ailettesconstituant l'empennage doivent àtre synchro- nisées pour s'ouvrir simultanément. Une autre forme de stabilisateur de portance fixe est celle affectant la forme d'un cylindre monté coaxialement A l'extré- mité arrière d'une bombe, par exemple, mais, comme dans le& exemples précédents,, le diamètre de la partie portant le sta- bilisateur devra être inférieur à celui du reste du corps du projectile ai l'on envisage le lancement par tube. La présente invention a pour objet de réaliser un stabilisateur de fusée efficace à toutes les vitesses de trajectoire, n'en- traînant que peu ou pas de réduction de la section de la tuy- ère, et permettant de ce fait d'équiper d'une tuyère de cali- bre essentiellement maximal une fusée lancée par tube. Le stabilisateur de fusée selon l'invention, pour fusée dont la tuyère comporte un rebord de sortie axialement symétrique, comprend une pièce annulaire aérodynamiquement profilée ou aileron circulaire disposé de façon à être aligné, pendant la trajectoire, sur ledit rebord de sortie et à une certaine dis- tance axiale en aval de lui de façon à définir avec lui une ouverture circonférentielle, l'aileron circulairepossédant un bord d'attaque opposé au rebord de sortie et une surface in- terne offrant un parcours d'écoulement plus long que sa sur- face externe. De préférence, la partie externe de la tuyère sera conformée, au voisinage du rebord de sortie, de façon à aller en sta- mincissan-t légèrement vers l'intérieur en direction aval afin d'aider, pendant le vol de la fusée, à l'admission d'air ex- térieur à la surface interne de l'aileron circulaire. L'aileron circulaire pourra être calé sur la tuyère à une cer- taine distance axiale de celle-ci au moyen d'un châssis por- teur comportant les ouvertures appropriées. Mais dans une disposition préférée, dans laquelle l'aileron circulaire ne se déploie qu'après le lancement, le ch1ssis porteur est disposé de façon à coulisser axialement sur la tuère de la fusée de façon à permettre au bord d'attaque de l'aileron d'être fermé par lerebord de sortie. Dans une telle disposition, le rebordde sortie et ledit bord d'attaque sont conformés de façon à s'épouser étroitement, et le reste de la surface interne de l'aileron circulaire est conformé de façon à prolonger sans discontinuité le contour intérieur, c'est à dire le cône de sortie, de la tuyère. Avant le lancement, l'aileron circulaire est fermé par le rebord/de sortie, ce qui exclut toute discontinuité dans le cône de sortie qui pourrait provoquer des déviations de la direction lors du lancement. Pendant la période de combustion et pendant que la tuyère est encore dans le tube de lancement, l'aileron circulaire east maintenu vers l'avant contre la levre de sortie par la pres- sion d'échappement mais, après la sortie du tube, le courant d'air extérieur fait se déployer l'aileron circulaire et son châssis porteur vers l'arrière en position active. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un stabilisateur de fu- sée selon l'invention, comportant un aileron circulaire dé- ployable représenté dan s la position précédant le lance- ment; - la figure 2 est unu coupe axiale partielle du stabilisateur de la figure 1 montrant l'aileron circulaire déployé en po- sition de vol; et - la figure 3 est une coupe transversale du stabilisateur selon la ligne A-A de la figure 1. Le stabilisateur de fusée représenté aux figures 1 et 3 com- prend une tuyère propulsive 1 fi3e au corps 2 d'une fusée et comportant un étrécissement 3, un cône de sortie 4 et un. re- bord de sortie 5. Une pièce annulaire légère profilée aéro- dynamiquement (ou aileron circulaire ou en tonneau) 6, en alliage d'aluminium par exemple, comportant un bord d'attaque 7, une surface externe 8 et une surface interne 9, est porté, en aval du rebord 5, sur les extrémités de huit tiges 10 parallèles à l'axe de la fusée, régulierement réparties sur la circonférence dudit rebord - les autreextrémités des luit tiges étant fixées à une bague d'arrêt 11 montée coulis- sante sur le corps de fusée 2. Les tiges 10 peuvent, dans leur partie médiane, coulisser à travers un bourrelet 12 fixé à la tuyère propuls ive 1 et pouvant pénétrer, en ajustement glissant, dans le tube de lancement (non représenté). La surface extérieure de la tuyère 1 comporte une partie ar- rière 13 allant en siamincissant vers l'intérieur et s'éten- dant en aval du rebord de sortie 5, lui-même conformé de façon à épouser une partie du bord d'attaque 7 de l'aileron circulaire 6 lorsque l'engin est dans la position prête au lancement. La surface intérieure 9 de l'aileron circulaire 6 est conformée de façon à constituer le prolongement du cène de sortie 4. Lorsque le dispositif se déploie (voir figure 2), la bague d'arrêt 11 coulisse vers l'aval pour venir s'appuyer contre le- bourrelet 12 contre lequel elle reste maintenue par l'é- coulement d'air extérieur et l'emboîtement d'une bague calan- te (ou de profil en forme de coin) 14 fixée sur la face amont du bourrelet avec une ouverture annulaire 15 de profil corres- ' 2572511 pondant ménagéedans la face aval de la bague d'arrêt 11. L'aileron circulaire 6 s'éloigne donc de la tuyère 1 vers l'aval pour découvrir une ouverture circulaire 16. Pendant le vol de la fusée, l'air extérieur s'écoulant le long du corps 2 et de la tuyère 1 se divise à l'endroit du rebord de sortie 5, une partie de cet air poursuivant sa marche le long de la surface extérieure 8 de l'aileron circulaire tandis que le reste-de l'air pénètre par l'ouverture 16 pour s'écou- ler le long de la surface intérieure 9 dudit aileron circulai- re, ce qui engendre une pression radiale résultante agissant, par tous les points du centre annulaire de pression 17 de l'ai- leron circulaire 6, en direction de l'axe 18 de la fusée o Le centre de pression de l'ensemble du missile se trouve donc déplacé vers l'arrière par l'action de l'aileron circulaire 6 pendant le vol. L'augmentation de la marge statique accessible de cette façon ne dépend pas seulement de la surface alaire de l'aileron cir- culaire 6 mais également de la proportion du courant d'air a- mené à s'écouler le long de sa surface intérieure 9. Cet é- coulement d'air interne lui-même dépend de la longueur axiale de l'ouverture 16, de l'angle de conicité externe de la tuyère 13 et de la forme du bord d'attaque 7 de l'aileron circulaire. Toutes ces variables sont choisies de façon à rester dans les limites des servitudes dimentionnelles imposées par les condi- tions de lancement, afin d'obtenir une répartition optimale des écoulements. Il importe évidemment de maintenir une symétrie axiale précise de tous les composants aérodynamiquement profilés, toute er- reur d'alignement pouvant entraîner une réduction de l'angle de régulation et engendrer par conséquent des erreurs de di- rection à moins que la fusée équipée de ce stabilisateur ne soit soumise à un mouvement giratoire lent. Il apparattra aux spécialistes de la question que la présente invention admet diverses variantes. L'aileron circulaire dé- ployable, par exemple, pourra être porté par un manchon cylin- drique coulissant sur le corps de fusée et percé d'une couron- ne d'orifices rectangulaires donnant après déploiement l'ouver- ture circonférentielle nécessaire mais assez solide pour immo- biliser l'aileron circulaire de façon fiable. Dans un autre mode de réalisation, ce manchon pourra être calé en position déployée s'il s'avère sans importance pour les conditions de lancement que ltaileron circulaire occupe, dès avant le départ, sa position déployée. Il sera également possible d'améliorer l'écoulement de l'air sur la surface interne de l'aileron circulaire en prévoyant un petit anneau profilé, formant en quelque sorteeun volet compen- sateur, infléchi vers l'extérieur, dirigé vers l'amont et fixé, par son extrémité aval, au bord d'attaque de l'aileron circu- laire, de façon à être maintenu contre la tuyère pendant qu'il se trouve dans le tube de lancement mais fasse saillie en sor- tant du tube de façon à former un petit guidage conique d'écou- lement. Le système de déploiement est également susceptible de varian- tes. Par exemple, un aileron circulaire muni d'un châssis por- teur adéquat pourra être placé séparément dans le tube de lan- cement an amont de la fusée de façon qu'au moment du départ cette dernière passe à travers l'aileron circulaire et l'ac- croche par son bourrelet de tuyère avant de partir. Ce dispo- sitif pourra présenter des avantages avec un tube de lancement télescopique. Tous ces dispositifs permettent de réaliser un stabilisateur de fusée de faible poids et peu encombrant, dont le système de déploiement ne comporte pas de ressorts et se verrouille auto- matiquer.ment. REVENDICATIONS 1. Stabilisateur de fusée, pour fusée dont la tuyère comporte un rebord de sortie axialement symétrique, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce annulaire aérodynamiquement pro- filée ou "aileron circulaire" disposée de façon à être ali- gnée, pendant le vol de la fusée, sur ledit rebore de sortie et à une certaine distance axiale en aval de lui de façon à définir avec lui une ouverture circonférentielle, ledit ai- leron circulaire possédant un bord d'attaque opposé audit rebord de sortie et une surface intérieure offrant un par- cours d'écoulement plus long que sa surface extérieure. 2. Stabilisateur de fusée selon-la Revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère et l'aileron circulaire ont essentielle- ment le même diamètre extérieur, et en ce que la tuyère pos- sède une partie allant extérieurement en s'amincissant au voisinage du rebord de sortie et se réduisant, à l'endroit dudit rebord de sortie, à un diamètre extérieur inférieur à celui du bord d'attaque de l'aileron circulaire. 3. Stabilisateur de fusée selon une quelconque des Revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aileron circulaire est monté mr un chassis porteur axialement symétrique. 4. Stabilisateur de fusée selon la Revendication 3, caractérisé en ce que le châssis porteur est rigidement fixé à la tuyère 5. Stabilisateur de fusée selon une quelconque des Revendica- tions 3 ou 4, caractérisé en ce que le châssis porteur com- porte un cylindre coaxial s'étendant vers l'amont depuis le bord d'attaque de l'aileron circulaire et pourvu d'une plu- ralité d'ouvertures radiales. 6. Stabilisateur de fusée selon la Revendication 3, caractéri- sé en ce que le châssis porteur est fixé de façon coulissan- te à la tuyère afin de permettre la fermeture axiale du bord d'attaque de l'aileron circulaire par le rebord de sortie lorsque la fusée n'est pas encore lancée. 7. Stabilisateur de fusée selon la Revendication 6, caractéri- sé en oe que la tuyère est munie d'un bourrelet percé d'une pluralité de trous axialement parallèles, et en ce que le châssis porteur comporte une pluralité de tiges axialement parallèles, diaque tige pouvant coulisser dans l'un des-trous et étant fixée par une de ses extrémités à l'aileron circu- laire et par son autre extrémité à une bague d'arrêt pou- vant coulisser sur la fusée. 8. Stabilisateur de fusée selon une quelconque des Revendica- tions 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que la surface intérieure de l'aileron circulaire est conformée de façon à1rolonger sans discontinuité le contour intérieur de latuyère. 9. Stabilisateur de fusée selon une quelconque des Revendica- tions 1, 2, 3, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que le rebord dessortie est conformé de façon à pouser e xactement le bord d'attaque c l'aileron circulaire. 10. Stabilisateur de fusée selon la Revendication 3, caractéri- sé en ce qu'avant le lancement l'aileron circulaire et le châssis porteur sont disposés axi-symétriquement dans un tube de lancement en amont de la tuyère, ledit châssis por- teur étant capturé, au cours du lancement, par un bourrelet porté par la tuyère. 11. Stabilisateur de fusée selon une quelconque des Revendica- tions 1, 2, 3, 4, 5, 6-, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce qu'un guidage conique flexible et faisant face à l'amont est fixé à la périphérie du bord d'attaque de l'aileron circulaire.