Brevet FR2570129A1 — publié le 19860314

DISPOSITIF POUR AMORTIR LES VIBRATIONS DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION DE MOTEURS-FUSEES A PROPERGOLS LIQUIDES La présente invention concerne un dispositif pour amortir les vibrations qui se produisent dans les gaz, au cours de la combustion, à l'intérieur de la chambre de combustion de moteurs-fusées fonctionnant avec des propergols liquides, dans lequel l'amortissement est réalisé à l'aide de chambres d'amortissement qui sont agencées dans la région de la tête d'injection et communiquent avec la chambre de combustion par des canaux de passage. Lors de la combustion d'un propergol liquide avec l'oxygène de l'air ou avec de l'oxygène chimique, par exemple lors de la combustion hydrogène-oxygène, dans les chambres de combustion de moteurs-fusées, des vibrations plus ou moins intenses se produisent dans les gaz, en fonction des conditions inhérentes à la construction et à la combustion, et des états physiques, et se transmettent aux composants environnants, autrement dit à la chambre de combustion avec tuyère d'éjection et à la tête d'injection. Ces vibrations indésirables, résultant de pointes de pression et d'irrégularités de combustion, sont une cause de pertes de rendement, donc de puissance, si elles ne dépassent pas une certaine ampleur, et, si elles sont très intenses, peuvent conduire à la rupture de composants voisins. En matière de construction de chambre de combustion pour moteurs-fusées, il est connu, pour supprimer ces vibrations des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion, de prévoir à l'extrémité antérieure de celle-ci de nombreuses fenêtres de passage régulièrement réparties sur son pourtour et débouchant dans des chambres d'amortissement conjuguées, relativement petites et de mêmes dimensions, dans la tête d'injection. Ces chambres d'amortissement agencées uniquement dans la région périphérique de la tête d'injection amortissent suffisamment les phénomènes vibratoires d'intensité normale. I1 y a toutefois lieu d'admettre que l'occurrence de vibrations plus fortes n'est qu'insuffisamment empêchée, notamment parce que les chambres d'amortissement individuelles sont en partie trop éloignées des sources de vibrations situées dans la région centrale. C'est ici qu'intervient l'invention qui a pour but de réaliser un dispositif d'amortissement du type mentionné au début, mais qui sera capable de lutter contre les phénomènes vibratoires qui surviennent et d'amortir efficacement les vibrations, mêmes extrêmes. Dans le cadre d'un dispositif pour amortir les vibrations des gaz produites dans là chambre de combustion de moteurs-fusées, ce but est atteint, selon l'invention, par le fait que les chambres d'amortissement, réparties sur toute la surface de la tête d'injection, sont prévues à l'intérieur de celle-ci. Grâce à l'invention, les vibrations se produisant à l'intérieur de la chambre de combustion sont combattues sur toute l'étendue de la section de celle-ci, et sont étouffées. Dans une forme de réalisation dans laquelle, pour permettre l'amenée de deux propergols dans la tête d'injection, il est prévu plusieurs injecteurs mutuellement parallèles, disposés à distance les uns des autres, comportant chacun un canal d'amenée central pour l'un des propergols, notamment pour l'oxygéne, et un canal annulaire coaxial pour l'autre propergol, notamment l'hydrogène, le volume subsistant entre ces injecteurs faisant office de volume de distribution de propergol, à partir duquel les canaux annulaires coaxiaux d'amenée de propergol aménagés dans les injecteurs sont alimentés en l'autre propergol, notamment l'hydrogène, l'invention prévoit que les chambres d'amortissement sont prévues à l'intérieur de la tête d'injection et-agencées entre les injecteurs. Dans le cadre d'une première forme de réalisation, l'invention propose que les chambres d'amortissement soient réalisées sous forme de composants spécifiques, en forme de bouteille, fixés par leurs cols dans la paroi terminale de la tête d'injection et s'étendant, en formant saillie entre les injecteurs, dans le volume de distribution de l'autre propergol constitué notamment par l'hydrogène. L'avantage particulier de cette réalisation selon l'invention réside dans le fait qu'en considérant l'ensemble de la section de la chambre de combustion, on peut, en fonction d'une distribution donnée des vibrations, utiliser des chambres d'amortissement correctement adaptées dans lesquelles les vibrations localement engendrées s'éteignent. Les chambres d'amortissement excitées pour accomplir des vibrations secondaires sont elles-mêmes amorties par le propergol environnant, de sorte que l'on obtient au total une grande capacité d'amortissement. Une deuxième forme de conception et réalisation, selon l'invention, d'un agencement de chambres d'amortissement à l'intérieur d'une tête d'injection, comme décrit plus haut, consiste en ce qu'en les considérant depuis la chambre de combustion, les chambres d'amortissement sont prévues derrière le volume de distribution de propergol dont elles sont séparées par une cloison, la communication entre la chambre de combustion et les chambres d'amortissement individuelles ayant lieu par des tubes de communication qui, en tant que canaux de passage ayant une longueur relativement grande, traversent le volume de distribution de propergol. Les avantages de cette forme de réalisation résident dans l'importance du volume des chambres d'amortissement, donc dans leur capacité d'amortissement particulière, et en outre dans le fait que les tubes de communication ont une longueur relativement grande grâce à laquelle les vibrations radiales à haute fréquence sont notamment éliminées. Une troisième forme de réalisation de l'invention consiste, dans le cas d'une tête d'injection du type considéré, à agencer les chambres d'amortissement immédiatement derrière la paroi terminale de la tête d'injection, en étant radialement adjacentes, et à les séparer du volume de distribution de propergol par une cloison située derrière elles, les canaux de passage prévus entre la chambre de combustion et les chambres d'amortissement étant prévus dans la paroi terminale de la tête d'injection. Cette forme de réalisation est particulièrement simple du point de vue de la fabrication. Afin de pouvoir combattre individuellement les phénomènes vibratoires ayant des intensités, amplitudes et fréquences différentes, en tenant compte de leur irrégularité de distribution à l'intérieur de la chambre de combustion, l'invention propose que les chambres d'amortissement individuelles soient adaptées, pour ce qui est de leurs volumes diamètres et longueurs, aux paramètres de perturbation. Ainsi, elles peuvent avoir des volumes différents, des diamètres différents et des longueurs différentes. Ces adaptations sont également applicables aux canaux de passage qui peuvent avoir des longueurs différentes. En outre, des ouvertures de balayage ouvrant sur le volume de distribution de propergol, notamment d'hydrogène, peuvent être prévues dans les chambres d'amortissement. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée ci-après, à titre non limitatif, de trois exemples de réalisation avec chambres d'amortissement agencées à l'intérieur de la tête d'injection de la chambre de combustion d'un moteur-fusée. Ces exemples sont décrits en se reportant au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente une forme de réalisation avec chambres d'amortissement en forme de bouteille; - la figure 2 représente une forme de réalisation avec chambres d'amortissement situées derrière le volume de distribution de propergol dont elles sont séparées par une cloison; et - la figure 3 représente une forme de réalisation avec chambres d'amortissement situées immédiatement derrière la paroi terminale de la tête d'injection et devant le volume de distribution de propergol dont elles sont séparées par une cloison. Comme on peut le voir sur les trois figures, on a prévu, dans la tête d'injection, plusieurs injecteurs 1 mutuellement parallèles, par le tube central 2 de chacun desquels l'un des deux propergols, notamment de l'oxygène 0, est amené à la chambre de combustion 3, tandis que l'autre propergol, notamment de l'hydrogène H, est injecté dans la chambre de combustion 3 par un interstice annulaire 4 compris entre, d'une part, la surface externe du tube central 2 et, d'autre part, un manchon externe 5 (figure 1) et une pièce d'embout 6 (figures 2 et 3). L'hydrogène venant d'un volume de distribution 7 arrive par des trous d'amenée 8 dans les manchons externes 5. Une paroi terminale 9 constitue la terminaison antérieure de la tête d'injection par rapport à la chambre de combustion 3. Comme représenté sur la figure 1, des chambres d'amortissement à paroi relativement mince, en forme de bouteille, sont insérées dans cette paroi terminale 9 par leurs cols 10a et s'étendent, en formant saillie, à l'intérieur du volume de distribution 7. Les vibrations engendrées au sein des gaz dans la chambre de combustion 3 se propagent dans les chambres d'amortissement 10 où elles sont efficacement étouffées. Les chambres d'amortissement 10 constituent elles-mêmes des organes capables de vibrer. Leurs vibrations propres sont amorties par la masse importante de l'hydrogène qui les entoure. Sur la figure 2, des chambres d'amortissement individuelles 20, mutuellement adjacentes, sont prévues derrière le volume de distribution de propergol 7 dont elles sont séparées par une cloison 11. Le volume de distribution 7 est franchi par des tubes de communication 12 qui la traversent et relient la chambre de combustion 3 aux chambres d'amortissement 20. Cette forme de réalisation offre l'avantage que les chambres d'amortissement 20 peuvent avoir un grand volume et que, en tant que canaux de passage, les tubes de communication 12 relativement longs créent un important pouvoir d'amortissement à l'égard des "vecteurs vibration" radiaux. Dans la forme de réalisation selon la figure 3, les chambres d'amortissement individuelles 30 mutuellement adjacentes sont prévues immédiatement derrière la paroi terminale 9 et sont séparées du volume de distribution d'hydrogène H située derrière elles par une cloison 21 qui, afin de pouvoir elle-même capter les vibrations, est dotée d'une paroi relativement mince. Les canaux de passage 22 passant entre la chambre de combustion et les chambres d'amortissement individuelles 30 sont prévus directement dans la paroi terminale 9. Dans cette réalisation, test par les courts canaux de passage 22 que les vibrations parviennent dans les diverses chambres d'amortissement 30 où elles sont amorties. Les diverses chambres d'amortissement, 10, 20 et 30, comportent des ouvertures de balayage 13 dirigées vers les chambres de distribution 7 dans lesquelles se trouve l'hydrogène H, de sorte qu'une quantité partielle passe dans les chambres d'amortissement, 10, 20 et 30, ce qui évite la formation de mélanges réactifs dans celles-ci. En outre, l'insufflation de petites quantités d'hydrogène évite la formation de givre dans les chambres d' amortissement. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour amcrtir les vibrations qui se produisent dans les gaz, au cours du processus de combustion, à l'intérieur de la chambre de combustion de moteurs-fusées Fonctionnant avec des propergols liquides, dans lequel l'amortissement est réalisé à l'aide de chambres d'amortissement qui sont agencées dans la région de la tête d'injection et communiquent avec-la chambre de combustion par des canaux de passage, caractérisé.en ce-que les chambres d'amortissement (10; 20; 30), réparties sur toute la face terminale de la tête d'injection, sont prévues à l'intérieur de celle-ci. 2 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel, pour permettre l'amenée de deux propergols dans la tête d'injection, il est prévu plusieurs injecteurs mutuellement parallèles, disposés à distance les uns des autres, comportant chacun un canal d'amenée central pour l'un des propergols, notamment pour l'oxygène, et un canal annulaire coaxial pour l'autre propergol, notamment l'hydrogène, le volume subsistant entre ces injecteurs Faisant office ae volume de distribution de propergol, à partir duquel les canaux annulaires coaxiaux d'amenée de propergol aménagés dans les injecteurs sont alimentés en l'autre propergol, notamment l'hydrogène, caractérisé en ce que les chambres d'amortissement (10; 20; 30) sone prévues à l'intérieur de la tête d'injection et agencées ente les injecteurs ( 1 ). 3. DispositiF selon la revendication 2, caractérisé en ce que les chambres d'amortissement (10) sont réalisées sous forme de composants spécifiques, en forme de bouteille, Fixés par leurs cols (10a) dans la paroi terminale (9) de la tête d'injection et s'étendant, en formant saillie entre les injecteurs (1), dans le volume de distribution (7) de l?autre propergol 4.Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, considerées depuis la chambre ce combustion (3), les chambres d'amortissement (20) sont prévues derrière le volume de distribution de propergol dont elles sont séparées par une cloison (11). la communication entre la chambre de combustion (3) et les chambres d'amortissement individuelles (20) ayant lieu par des tubes de communication (12) qui, en tant que canaux de passage ayant une longueur relativement grande, traversent le volume de distribution de propergol. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les chambres d'amortissement individuelles (30) sont agencées immédiatement derrière la paroi terminale (9) de la tête d'injection en étant radialement adjacentes et sont séparées du volume (7) de distribution de propergol par une cloison (21 ) situé derrière el 7 S, les es canaux de passage (22) prévus entre la chambre de combustion (3) et les chambres d'amortissement étant prévus dans la paroi terminale (9) et a = tube d'injection 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que des ouvertures de balayage (13) ouvrant sur le volume de distribution (7) de propergol, notamment d'hydrogène (H), sont prévues dans les chambres d'amortissement (10;20;30). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les chambres d'amorties sement (10;20;30) individuelles présentent des volumes différents, des diamètres différents et des longueurs différentes, ainsi que différentes longueurs des canaux de passage allant à ces chambres d'amortissement,