Brevet FR2649160A1 — publié le 19910104

La présente invention concerne de façon gé-, nérale de petits systèmes de propulsion pour manoeu- vrer un engin spatial, et elle porte plus particuliè- rement sur un propulseur électrothermique à chambre d'arc employant l'une quelconque parmi plusieurs ca- ractéristiques différentes pour améliorer la fixation de l'arc, et obtenir ainsi un meilleur rendement. Comme-ion le sait, un propulseur électrother- mique à chambre d'arc convertit de l'énergie électri- que en énergie thermique par transfert de chaleur d'une décharge d'arc vers un écoulement de gaz propul- sif, et il convertit l'énergie thermique en énergie cinétique dirigée, par expansion du gaz propulsif chauffé, dans une tuyère. Pour avoir une explication d'un point de vue historique de la structure et du fonctionnement des propulseurs à chambre d'arc, et des problèmes associés à ce type de propulsion électro- thermique, on pourra se référer aux publications sui- vantes: "Arcjet Thruster for Space Propulsion" par L.E. Wallner et J. Czika, Jr., NASA Tech Note D-2868, juin 1965; "The Arc Heated Thermal Jet Engine" par F.G. Penzig, AD 671501, Hollomen Air Force Base, mars 1966; et "Physics of Electric Propulsion" par R.G. Jahn, McGraw-Hill Book Company, 1968. On pourra égale- ment se référer au brevet des E.U.A. n 4 548 033 dé- livré à G.M. Cann. La plupart des propulseurs électrothermiques à chambre d'arc ont à titre de caractéristiques commu- nes, une anode se présentant sous la forme d'un corps de tuyère, et une cathode se présentant sous la forme d'une tige cylindrique avec un bout conique. Le corps de tuyère comporte une chambre d'arc qui est définie par un élément constricteur dans une partie arrière du corps, et une tuyère dans une partie avant de celui- ci. La tigedecathode est alignée avec'l'axe longitudi- nal du corps de la tuyère, et son bout conique pénètre dans l'extrémité amont de la chambre d'arc, en étant espacé par rapport à l'élément constricteur, de façon à définir un espace entre eux. Les propulseurs électrothermiques à chambre d'arc qui sont développés à l'heure actuelle ont un rendement qui est principalement limité par un méca- nisme de pertes qu'on appelle des pertes d'écoulement figé. Les pertes d'écoulement figé comprennent l'ioni- sation, la dissociation et le dépôt d'énergie dans des états moléculaires excités. Des pertes d'écoulement figé apparaissent lorsque le gaz propulsif est chauffé à des températures très élevées, par contact intime - avec un arc électrique, et est ensuite éjecté par une tuyère. Dans des propulseurs à chambre d'arc de type classique, le temps pendant lequel le gaz reste dans des régions à haute pression est insuffisant pour as- surer la recombinaison des ions ou des molécules dis- sociées, ou pour la relaxation des états excités. L'énergie qui est verrouillée dans ces processus est donc perdue et n'est pas disponible pour la poussée. En plus des pertes d'écoulement figé dans la configu- ration géométrique de constriction d'arc classique, les propulseurs à chambre d'arc à constriction de type classique ne tolèrent pas des fluctuations élevées du débit-masse, du fait que l'arc est "soufflé" vers des régions dans lesquelles le transfert de chaleur et la conversion d'énergie thermique en énergie cinétique s'effectuent avec un mauvais rendement. Il existe donc un besoin portant sur une nouvelle façon d'aborder l'amélioration de la fixation de l'arc dans un propulseur à chambre d'arc, d'une ma- nière qui améliore le rendement de celui-ci. L'invention procure un propulseur à chambre d'arc présentant un meilleur rendement, qui est conçu 2649160. pour satisfaire les besoins précités. La présente in- vention porte sur plusieurs caractéristiques diffé- rentes, inconnues dans l'art antérieur, qui atténuent notablement les problèmes rencontrés jusqu'à présent en ce qui concerne la ma trise de la région de fixa-. tion de l'arc dans des propulseurs à chambre d'arc de type classique, et elle laisse entrevoir la possibili- té que le propulseur à jet d'arc devienne un système de propulsion économique et fiable pour manoeuvrer un engin spatial. La plupart des caractéristiques sont avantageusement incorporées ensemble dans le même pro- pulseur à chambre d'arc, pour obtenir un rendement no- tablement amélioré et des performances optimisées, bien que dans certains cas les avantages qui résultent de certaines des caractéristiques puissent être mis à profit séparément des autres, dans des propulseurs différents. Fondamentalement, les caractéristiques amé- liorent le rendement et la souplesse d'un propulseur à chambre d'arc, en imposant la position de la zone de fixation d'arc, par l'utilisation appropriée d'une isolation, et en permettant l'existence, en aval de cette zone, de conditions qui créent une recombinaison et une relaxation en liaison avec des pertes d'écoule- ment figé. Une caractéristique porte sur l'utilisation de techniques d'isolation électrique pour imposer la fixation de l'arc avant la tuyère d'expansion, ou en amont de cette dernière, dans une configuration géomé- trique à constriction d'arc. Une autre caractéristique porte sur l'utilisation d'une section divergente/con- vergente en combinaison avec la maîtrise de la fixa- tion de l'arc dans une configuration géométrique à constriction d'arc. Une autre caractéristique encore porte sur l'utilisation d'un espace isolant au point de vue thermique et mécanique (sans matière), en com- binaison avec l'une ou l'autre des deux caractéristi- ques ci-dessus, ce qui permet de faire en sorte que la région d'isolation et la région de fixation d'arc soient très proches, sans érosion de i'isolation. Une caractéristique finale porte sur l'utilisation d'une injection de gaz propulsif secondaire en combinaison avec l'une quelconque des trois caractéristiques ci-dessus, pour améliorer le rendement par la récupération de l'énergie correspondant à des pertes d'écoulement figé. L'invention porte donc sur un propulseur à chambre d'arc qui comprend la combinaison des éléments suivants: (a) des moyens formant un élément de cons- triction de forme annulaire et une tuyère de forme annulaire disposés en tandem et ayant des surface in- térieures respectives qui définissent ensemble une chambre d'arc, l'élément constricteur définissant une zone de transition subsonique-supersonique dont l'éten- due axiale coincide avec sa surface intérieure; (b) une première partie de forme annulaire de l'élément constricteur étant électriquement isolante pour défi- nir un isolateur; (c) une seconde partie de forme an- nulaire de.l'élément constricteur étant électriquement conductrice pour définir une anode qui est disposée côte à côte avec l'isolateur et qui se trouve en amont de ce dernier, l'isolateur et l'anode s'étendant axia- lement en coincidence mutuelle et étant disposés le long de la zone de transition qui est définie par l'élément constricteur; (d) une pièce allongée ayant un bout qui est placé en position adjacente à l'anode de l'élément constricteur, et qui est espacé en amont de cette dernière, cette pièce étant électriquement conductrice pour définir une cathode qui est séparée de l'anode par un espace qui s'étend de façon générale en colcidence avec la chambre d'arc; et (e) des moyens pour appliquer un potentiel électrique à l'anode et à Z649160 la cathode, afin de produire un arc électrique dans la chambre d'arc, de la cathode vers l'anode, cet arc produisant un chauffage thermique de gaz propulsifs qui circulent dans la zone de transition de l'élément constricteur, et l'expansion de ces gaz dans la tuyère, la disposition de l'isolateur en aval de l'anode pro- voquant la diffusion et la fixation de l'arc électrique dans la région de l'anode, dans la zone de transition de l'élément constricteur, et empêchant un mouvement - de la région de diffusion et de fixation de l'arc vers l'aval, au-delà de l'isolateur, en direction de la tuyère, sous l'effet de variations du débit-masse du gaz propulsif qui traverse l'élément constricteur. De plus, le propulseur peut comporter une troisième partie de forme annulaire de l'élément constricteur qui est électriquement isolante, pour définir un autre-isola- teur qui est disposé côte à côte avec l'anode, en amont de cette dernière, et plus près de la cathode que ne l'est l'anode. En outre, le propulseur à chambre d'arc peut comprendre une cavité d'expansion et de compres- sion qui est formée dans la chambre par des parties divergente et convergente- de la surface de l'élément constricteur, disposées côte à côte, qui sont définies sur l'anode et l'isolateur, disposés côté à côte de façon correspondante. Les cavités d'expansion et de compression établissent une région à faible pression à l'anode pour la fixation et la diffusion de l'arc. En outre, le propulseur peut comprendre des moyens se trouvant sur l'élément constricteur et définissant une zone d'isolation thermique et mécanique entre l'anode et l'isolateur, pour établir une région de gaz stag- nant et une interface mécanique dans la zone, ce qui réduit de façon correspondante la température au ni- veau de l'isolateur et déplace sa position plus loin de la région de fixation et de diffusion de l'arc à l'anode. Le propulseur peut également comprendre des moyens définissant un passage à travers l'isolateur, vers la chambre d'arc, pour établir un chemin pour un écoulement secondaire de gaz propulsif vers la cham- bre, en aval de la région de fixation et de diffusion de l'arc, dans le but de récupérer l'énergie corres- pondant aux pertes d'écoulement figé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe axiale schémati- que de la tige de cathode et du corps de tuyère/anode d'un propulseur à chambre d'arc classique de l'art antérieur. La figure 2 est une coupe axiale schémati- que d'un premier mode de réalisation de la tige de cathode et du corps de tuyère/anode d'un propulseur à chambre d'arc à rendement amélioré, construit con- formément à l'invention. La figure 3 est une coupe axiale schémati- que d'un second mode de réalisation de la tige de ca- thode et du corps de tuyère/anode du propulseur à chambre d'arc construit conformément à l'invention. La figure 4 est une coupe axiale schémati- que d'un troisième mode de réalisation de la tige de cathode et du corps de tuyère/anode du propulseur à chambre d'arc construit conformément à l'invention. La figure 5 est une coupe axiale schémati- que d'un quatrième mode de réalisation de la tige de cathode et du corps de tuyère/anode du propulseur à chambre d'arc construit conformément à l'invention. Dans la description qui suit, des caractè- res de référence semblables désignent des éléments semblables ou correspondants dans l'ensemble des des- sins. En considérant maintenant les dessins, et en particulier la figure 1, on voit sous une forme sché- matique et partielle un propulseur Iélectrothermique à chambre d'arc ayant une configuration géométrique à constriction d'arc, d'un type classique de l'art anté- rieur, qui est désigné de façon générale par la réfé- rence 10. Comme on le sait, le propulseur à chambre d'arc 10 comprend fondamentalement une anode 12 se présentant sous la forme d'un corps cylindrique cons- titué par un métal conducteur de l'électricité, et une cathode 14 se présentant sous la forme d'une tige cy- lindrique allongée qui est constituée par un métal conducteur de l'électricité, avec un bout conique 16. Le corps d'anode 12 contient une chambre d'arc 18 qui est définie par un élément constricteur 20 sous la forme d'une surface intérieure cylindrique 22 dans une partie arrière du corps, et par une tuyère 24 sous la forme d'une surface intérieure conique 26 dans une partie amont du corps. L'élément constricteur 20 défi- nit une zone de transition subsonique-supersonique dans le propulseur à chambre d'arc 10, et cette zone s'étend axialement en coïncidence avec sa surface in- térieure 22. La tige de cathode 14 est alignée sur l'axe longitudinal A du corps d'anode 12, avec son bout 16 pénétrant dans l'extrémité amont de la chambre d'arc 18, en étant espacé de l'élément constricteur , de façon à définir un espace 28 entre eux. Un dispositif de commande de puissance 30 est connecté électriquement entre le corps d'anode 12 et la tige de cathode 14, et on peut faire fonctionner ce dispositif d'une manière connue pour établir un po- tentiel électrique entre les électrodes, ce potentiel étant positif sur le corps d'anode 12 et négatif sur la tige de cathode 14, pour déclencher la génération d'un arc 32 dans l'espace 28. Le dispositif de comman- de de puissance 30 est représenté sous la forme d'un bloc, du fait que ses composants sont bien connus dans la technique, et leur reproduction détaillée ne servi- raît qu'à accroître la complexité de l'explication du propulseur à chambre d'arc 10, sans augmenter sa clar- té. L'arc 32 est amorcé initialement entre la pointe 16, la tige de cathode 14 et le corps d'anode 12, à l'entrée de l'élément constricteur 20. L'arc 32 est ensuite entraîné le long de la surface 22 de l'élément constricteur 20, par un écoulement tourbil- lonnaire d'un gaz propulsif, comme l'indique la flèche 34, et il traverse l'élément constricteur 20 et sort par la zone de transition subsoniquesupersonique de la tuyère 24 du propulseur 10. L'arc 32 se stabilise sur la surface 26 de la tuyère 24 du corps d'anode 12. Dans le propulseur à chambre d'arc a confi- guration géométrique à constriction d'arc 10 du type classique, décrit cidessus, l'arc électrique 32 est soumis à une action de "constriction" par la configu- ration géométrique à électrodes parallèles de la sur- face cylindrique 22 de l'élément constricteur, et par les forces dynamiques radiales du gaz dans le tourbil- lon induit qui résulte de l'injection tangentielle du gaz propulsif. Le gaz propulsif est chauffé dans la région de l'élément constricteur 20 et dans la région de diffusion d'arc à l'embouchure 36 de la tuyère 22, en aval de la sortie de l'élément constricteur. Ce gaz surchauffé est ensuite éjecté de la tuyère 22 pour produire une poussée. Le circuit électrique du propul- seur à chambre d'arc 10 est fermé entre la tige de ca- thode 14 et le corps d'anode 12, et la fixation de l'arc a lieu dans la région de l'embouchure 36 de la tuyère. La position-de la région de fixation de l'arc dans le corps d'anode 12 est déterminée par le débit- masse, qui "pousse" la région de diffusion d'arc vers l'aval de la tuyère 22, et par la disponibilité d'une région électriquement conductrice, c'est-à-dire le corps d'anode, pour la fixation de l'arc. Des tests récents effectués sur un propul- seur à chambre d'arc ayant la configuration classique décrite ci-dessus ont permis de découvrir deux aspects importants du fonctionnement dupropulseur à chambre d'arc. Dans ces tests, on a trouvé que la région de diffusion d'arc contribuait pour une large part au transfert de chaleur vers le gaz propulsif. On a étu- dié de façon paramétrique le transfert de chaleur dans la région de l'élément constricteur 20, en faisant va- rier la longueur de ce dernier. Les caractéristiques de fonctionnement enregistrées ont indiqué que même si la longueur était réduite à zéro, le propulseur fonc- tionnait pratiquement de la même manière. Cette pre- mière découverte importante de ces tests a été l'im- portance critique de la fixation de l'arc, et une au- tre découverte de ces tests a été que le rendement du propulseur changeait considérablement lorsqu'on faisait varier le débit-masse. Des variations de débit-masse de 10-15% ont provoqué des changements du rendement global s'élevant jusqu'à 25%. Comme indiqué précédem- ment, les variations de débit-masse changent la posi- tion de la région de diffusion d'arc et de la zone de fixation d'arc. D'importantes fluctuations de rendement lorsque le débit-masse varie sont inacceptables, du fait que des engins spatiaux utilisent un procédé d'alimentation en gaz propulsif par "soufflage", dans lequel la pression de débit du réservoir de gaz pro- pulsif, et donc le débit-masse, peuvent diminuer d'un facteur s'élevant jusqu'à 2, depuis la mise à feu ini- tiale jusqu'à la fin d'une mission. La commande de la zone de fixation d'arc dans des conditions variables de débit-masse est donc très importante pour l'utili- sation éventuelle de ce propulseur à chambre d'arc dans un système d'alimentation en gaz propulsif du ty- pe à "soufflage". Des analyses et des tests antérieurs ont permis de déterminer que de grandes variations de ren- dement du propulseur pouvaient être liées à des chan- gements relatifs à la fois à la quantité d'énergie dé- posée dans l'anode, et à la quantité d'énergie perdue du fait de pertes d'écoulement figé. Pour minimiser les pertes d'écoulement figé, on a trouvé qu'il était avantageux d'utiliser un temps de présence supplémen- taire avant l'expansion dans la tuyère. Ceci est par- ticulièrement efficace si le temps de présence supplé- mentaire est passé dans une région de pression élevée et/ou de température inférieure, mais sans mélange no- table et sans fusion résultante -de l'anode. Les carac- téristiques de la présente invention qu'on va mainte- nant décrire concernent directement la réalisation de cet objectif, et la façon de minimiser le mouvement de la région de fixation d'arc en présence d'un débit- masse variable, ce qui est l'inconvénient du propul- seur à chambre d'arc 10 de type classique, décbrit ci- dessus. La figure 2 illustre un premier mode de réa- lisation d'un propulseur à chambre d'arc à rendement amélioré, 40, qui est construit conformément à la pré- sente invention. Le premier mode de réalisation illus- tre l'utilisation de techniques d'isolation électrique pour imposer la fixation et la diffusion de l'arc avant la tuyère d'expansion du propulseur, dans une configuration géométrique à constriction d'arc. 1 1 Fondamentalement, le propulseur à chambre d'arc 40 comprend un corps cylindrique 42 qui forme un élément constricteur de forme annulaire 44 et une tuyère de forme annulaire 46, qui sont disposés en tan- dem dans des parties avant et arrière du corps 42, et qui comportent des surfaces intérieures cylindrique et conique respectives 48, 50, définissant conjointement une chambre d'arc 52. L'élément constricteur 44 définit une zone de transition subsonique-supersonique dans le propulseur à chambre d'arc 40, et l'étendue axiale de cette zone de transition coincide avec la surface in- térieure 48 de l'élément constricteur. Une première partie de forme annulaire 54 de l'élément constricteur 44 est un isolateur qui est formé par un matériau élec- triquement isolant. A titre d'exemple, le matériau de l'isolateur 54 peut être du nitrure de bore, de l'alu- mine, du quartz ou n'importe quel matériau d'isolation approprié pouvant fonctionner à température élevée. Une seconde partie de forme annulaire 56 de l'élément cons- tricteur 44 est une anode qui est formée par un métal conducteur de l'électricité. A titre d'exemple, le mé- tal de l'anode 56 peut être du tungstène. L'anode 56 et l'isolateur 54 sont disposés côte à côte, avec l'anode en amont de l'isolateur. De plus, l'isolateur 54 et l'anode 56 disposés en tandem sont disposés le long de la zone de transition qui est définie par l'élément constricteur 44, et leur étendue axiale coin- cide avec celle de cette zone de transition. Le propulseur 40 comprend en outre un élément allongé se présentant sous la forme d'une tige cylin- drique 58 ayant un bout conique 60 qui est disposé en position adjacente à l'élément constricteur 44, et est espacé par rapport à ce dernier, du côté amont. La tige 58 consiste en un métal conducteur de l'électricité, tel que le tungstène, et elle définit une cathode qui est séparée de l'anode 56 par un espace 62 dont l'éten- due coïncide de façon générale avec celle de la chambre d'arc 52. Plus précisément, la cathode 58 est alignée sur l'axe longitudinal B du corps 42, avec son bout 60 pénétrant dans l'extrémité amont de la chambre d'arc 52. Un dispositif de commande de puissance 64 est connecté électriquement entre l'anode 56 et la ca- thode 58, et on peut le faire fonctionner d'une manière connue pour établir un potentiel électrique entre ces électrodes, avec une polarité positive sur l'anode an- nulaire et négative sur la cathode, pour amorcer un arc lectrique 66 dans l'espace 62. Le dispositif de commande de puissance 64 est par lui-même identique à celui qui est utilisé dans le propulseur classique de l'art anté- rieur, 10, ce qui fait qu'il est également représenté sous la forme d'un bloc, du fait que ses composants sont bien connus dans la technique, et que le fait de les reproduire en détail ne ferait qu'augmenter la com- plexité de l'explication du propulseur à chambre d'arc , sans ajouter à sa clarté. Comme précédemment, l'arc 66 qui est amorcé dans la chambre 52 produit un chauffage thermique de gaz propulsifs qui traversent la chambre, comme l'indi- que la flèche 68, et l'expansion de ces gaz dans une tuyère de propulseur 46. Cependant, lorsqu'on considère maintenant le cas du propulseur à rendement amélioré , on note que la présence de l'isolateur 54 en aval de l'anode 56 fait que la diffusion et la fixation de l'arc électrique 66 se produisent dans la région de l'anode 56, et donc dans la zone de transition de l'élément constricteur 44, comme représenté sur la fi- gure 2, et elle empêche un déplacement de la région de diffusion et de fixation d'arc vers l'aval, au-delà de l'isolateur 54, en direction de la tuyère 46, sous l'effet de variations du débit-masse de gaz propulsifs traversant l'élément constricteur 44. L'utilisation décrite ci-dessus d'une isola- tion électrique dans l'élément constricteur 44 permet de maîtriser la fixation de l'arc et favorise la rela- xation correspondant aux pertes d'écoulement figé. L'arc électrique 66 ne peut pas être soufflé vers l'aval de l'élément constricteur 44, du fait de la présence de l'isolateur 54 dans ce dernier, et du fait que la tuyère 46 est isolde du chemin de retour de courant passant par l'anode 56, qui est placée en amont de l'isolateur 54. On peut également utiliser une isolation supplémentaire pour obtenir l'emplacement de fixation désiré, en interdisant la circulation du courant vers l'amont de la région de fixation de l'anode 56. L'uti- lisation d'une telle isolation supplémentaire est re- présentée sur la figure 3, dans laquelle une troisième * partie de l'élément constricteur 40, qui est électri- quement isolante et de forme annulaire, définit un au- tre isolateur 70 qui est disposé côte à cote par rap- port à l'anode 56, en amont de cette dernière, et en amont de la zone de transition, et plus près de la ca- thode 58 que ne l'est l'anode. L'isolateur amont 70 n'est pas obligatoire pour obtenir l'effet désiré à tous les débits-masse et tous les niveaux de puissance. A titre d'exemple, à des niveaux de courant inférieurs à 12-15 ampères, on a obtenu des démarrages sans éro- sion, même si la totalité du corps 42 se trouvant en amont de l'anode 56 est constituée par le même maté- riau électriquement conducteur que l'anode. A 25 ampè- res et à des courants plus élevés, il est difficile de faire appel uniquement au mouvement rapide de la co- lonne d'arc, induit par la dynamique des gaz, dans la région du corps 42 qui se trouve en amont de l'anode 56, pour éviter l'érosion. Par conséquent, à des ni- veaux de courant plus élevés, la partie de corps amont doit se présenter sous la forme de l'isolateur 70 de la figure 3. Il n'est cependant pas nécessaire que la tuyère 46 soit constituée par un matériau électriquement isolant. Elle peut être constituée par n'importe quel isolateur approprié capable de travailler à haute température, ou par n'importe quel métal pouvant tra- vailler à haute température, comme le tungstène ou le rhénium, à condition qu'aucun chemin de retour de cou- rant ne soit établi. Un transfert de chaleur de l'arc 66 vers l'écoulement de gaz se produit principalement dans la région de diffusion et de fixation d'arc, à l'anode 56. Si cette région ne permet pas la diffusion de l'arc à cause de la pression élevée dans l'élément constricteur 44, le tourbillon de gaz propulsif met l'arc en rotation et diffuse ce dernier, ce qui évite une fusion locale de la région d'anode. La relaxation des modes d'énergie, qui est inhérente à la prévention de pertes d'écoulement figé, se produit dans la région de l'isolateur 54 qui se trouve immédiatement en aval de l'anode 54. La longueur et le diamètre de la région de l'isolateur seront variables pour différents ni- veaux de puissance et différents débits-masse. L'ex- pansion du gaz propulsif surchauffé, pour obtenir la poussée, se produit ensuite dans la tuyère 46. La figure 3 illustre un second mode de réa- lisation du propulseur à chambre d'arc à rendement amélioré, désigné par la référence 40A, qui est cons- truit conformément aux principes de la présente in- vention et qui présente la même structure que le pre- mier mode de réalisation de la figure 2, à l'exception de la caractéristique supplémentaire suivante. Le se- cond mode de réalisation illustre l'utilisation d'une cavité d'expansion et'de compression 72 qui est formée dans la chambre d'arc 52 par des parties de surface 74, 76 de l'élément constricteur, qui sont côte à c6te et respectivement divergente et convergente, ces par- ties étant définies sur l'anode 56 et l'isolateur 54 qui sont disposes côte à c5te de façon correspondante. La cavité d'expansion et de compression 72 procure une région à faible pression à l'anode 56, pour la fixa- tion et la diffusion de l'arc. La cavité 72 permet donc d'obtenir lesobjectifs conjoints de maîtrise de la fixation de l'arc et de fixation à l'anode à une plus faible pression. Toutes les régions isolantes et électriquement isolées peuvent être les mêmes que dans le propulseur 40 de la figure 2. La configuration géo- métrique de surface de l'élément constricteur 44 est changée pour permettre l'existence d'une région de diffusion et de fixation d'arc à plus faible pression sur l'anode 56. En commandant la pression et en utili- sant les changements de configuration géométrique qui sont représentés, on peut obtenir une moindre érosion de la région de l'élément constricteur 54 qui se trou- ve en amont de l'anode 56 (lorsqu'elle est conductrice ou constitue un chemin potentiel de retour de courant). La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation du propulseur à chambre d'arc à rendement amélioré, désigné par la référence 40B, qui est cons- truit conformément aux principes de la présente inven- tion et a la même structure que le premier mode de réalisation de la figure 2, à l'exception de la carac- téristique supplémentaire suivante. Le troisième mode de réalisation illustre l'utilisation des moyens, sur l'élément constricteur 44, qui définissent une zone d'isolation thermique et mécanique entre l'anode 56 et l'isolateur 54. Plus précisément, cette zone éta- blit une région de gaz stagnant intérieure 78 et une interface mécanique extérieure 80 qui réduisent de fa- son correspondante l'échauffement de l'isolateur 54 par l'anode 56, et déplacent sa position plus loin de la région de fixation et de diffusion d'arc, sur l'anode 56. On peut utiliser cette caractéristique en combinaison avec la caractéristique de la figure 2 (comme représenté sur la figure 4), ou avec les carac- téristiques des figures 2 et 3. De façon générale, on peut obtenir une iso- lation électrique entre deux conducteurs ou une isola- tion thermique et mécanique entre un conducteur et un isolateur, en maintenant un espace suffisant entre ces surfaces, par écartementcontr8l6. Si les deux maté- riaux sont à des températures très élevées et si l'un des matériaux a une tenue en température qui est moins bonne que celle de l'autre, l'isolation physique peut devenir critique pour empêcher la sublimation du maté- riau ayant la moins bonne tenue en température. Sur les figures 2 et 3, le matériau de l'isolateur 54 est placé en contact avec le matériau de l'anode 56 défi- nissant le chemin de retour de courant. Des tests et des analyses ont montré que dans certaines conditions, la région conductrice localisée de l'anode qui consti- tue la région de fixation peut atteindre des tempéra- tures qui dépassent les températures stables de maté- riaux électriquement isolants. Bien qu'on ait effectué avec succès des tests faisant intervenir des interfa- ces isolant/conducteur directes, jusqu'à des niveaux de puissance de 2 kW, une érosion notable du matériau de l'isolateur s'est effectivement manifestée dans des tests dans la plage de 10-30 kW. La figure 4 représente l'isolation d'une chambre ou de régions de gaz stagnant 78 pour réali- ser l'isolation mécanique et thermique de la région de fixation d'arc, sur l'anode 56, par rapport à l'isolateur électrique 54. L'interface mécanique d'ai- re réduite 80 entre le matériau de l'anode et le maté- riau de l'isolateur est déplacée plus loin de la ré- gion localisée de fixation d'arc, et la conduction thermique vers l'isolateur 54 à partir de l'électrode de retour de courant, ou anode, 56, est minimisée. Les régions de gaz stagnant 78 n'affectent pratiquement pas l'écoulement en volume des gaz propulsifs, si ces régions sont suffisamment petites. Les régions de gaz stagnant 78 utilisent du gaz plus froid près de la partie de surface 75, ce qui fait que la température de stagnation du gaz est très inférieure à celle de l'anode 56. La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation du propulseur à chambre d'arc à rendement amélioré, désigné par la référence 40C, qui est cons- truit conformément aux principes de l'invention et qui présente la même structure que le second mode de réalisation de la figure 3, à l'exception de la ca- ractéristique supplémentaire suivante. Le quatrième mode de réalisation illustre l'utilisation d'un passa- ge 82 qui est défini à travers l'isolateur 54, vers la chambre d'arc 52, pour définir un chemin pour un écou- lement secondaire de gaz propulsif, indiqué par la flèche 84, vers la chambre 52 en aval de la région de fixation et de diffusion d'arc, correspondant à l'anode 56, dans le but de récupérer l'énergie corres- pondant aux pertes d'écoulement figé. On peut utiliser cette caractéristique en combinaison avec la caracté- ristique de la figure 2 ou avec les caractéristiques des deux figures 2 et 3 (comme représenté sur la figu- re 5), avec ou sans la caractéristique de la figure 4. De façon générale, on peut minimiser nota- blement des pertes d'écoulement figé en renforçant des événements de recombinaison'et de relaxation entre mo- lécules. La fréquence de ces événements est plus éle-- vée dans des régions de pression supérieure et de température inférieure. On peut obtenir ces deux con- ditions par l'injection d'une petite quantité du gaz propulsif qui n'a pas été en contact intime avec l'arc électrique 66. La figure 5 représente l'utilisa- tion de l'injection secondaire dans le cadre de la maîtrise de la fixation de l'arc au moyen d'une pres- sion faible. Le gaz propulsif correspondant à l'in- jection principale de gaz propulsif 68 est chauffé par le contact avec l'arc 66 dans la région de diffu- sion d'arc. Avant l'injection principale de gaz pro- pulsif, une fraction de l'écoulement de gaz propulsif est déviée par des moyens appropriés (non représentés) -15 vers le passage (ou les passages) d'injection secon- daire 82 qui sont formés dans l'isolateur 54. Cet écoulement à plus basse température entre dans la ré- gion de pré-expansion de la chambre d'arc 52, juste en amont de la tuyère 46, ce qui crée une plus grande quantité d'événements de recombinaison et de relaxa- tion. Selon une variante, on peut utiliser une injec- tion secondaire de cette manière dans l'isolation par un espace qui correspond à la troisième caractéristi- que représentée sur la figure 3, en faisant en sorte que l'espace d'isolation constitue un passage pour l'injection secondaire. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1. Propulseur à chambre d'arc, caractérise en ce qu'il comprend, en combinaison: -(a) des moyens formant un élément constricteur de forme annulaire (44) et une tuyère de forme annulaire (46) qui sont disposés en tandem et qui ont des surfaces intérieures respectives (48, 50) qui définissent ensemble une chambre d'arc (52), cet élément constricteur (44) dé- finissant une zone de transition subsonique-superso- nique dont l'étendue axiale coincide avec sa surface intérieure; (b) une première partie de forme annulaire (54) de l'élément constricteur (44) étant électrique- ment isolante pour définir un isolateur; (c) une se- conde partie de forme annulaire de l'élément constric- teur (46) étant électriquement conductrice pour défi- nir une anode qui est disposée côte à côte avec l'iso- lateur (54) et qui se trouve en amont de ce dernier, l'isolateur (54) et l'anode (56) étant disposes le long de la zone de transition qui est définie par l'élément constricteur (44) et ayant des étendues axiales qui coïncident avec cette zone; (d) un élément allongé (58) ayant un bout (60) placé en position adjacente à l'anode (56) de l'élément constricteur, à une certaine distance en amont de l'anode, cet élé- ment étant électriquement conducteur pour définir une cathode (58) qui est séparée de l'anode (56) par un espace (62) dont l'étendue coincide de façon générale avec la chambre d'arc (52); et (e) des moyens (64) pour appliquer un potentiel électrique à l'anode (68) et à la cathode (56), afin de produire un arc électri- que (66) dans la chambre d'arc (52), de la cathode (58) vers l'anode (56), cet arc produisant un chauffa- ge thermique de gaz propulsifs qui traversent la zone de transition de l'élément constricteur (44), et une expansion de ces gaz dans la tuyère (46), la disposi- tion de l'isolateur (54) en aval de l'anode (56) fai- sant en sorte que la diffusion et la fixation de l'arc électrique se produisent dans la région de l'anode (56), dans la zone de transition de l'élément constric- teur (44), et empêchant le déplacement de la région de diffusion et de fixation d'arc vers l'aval, au-delà de l'isolateur (54), jusque dans la tuyère (46), sous l'effet de variations du débit-masse des gaz propul- sifs à travers l'élément constricteur (44). 2. Propulseur à chambre d'arc selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième partie de forme annulaire (70) de l'élément constricteur (44), qui est électriquement isolante pour définir un autre isolateur disposé côte à côte avec-l'anode (56), en amont de celle-ci, et plus près de la cathode (58) que ne l'est l'anode (56). 3. Propulseur à chambre d'arc selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une cavité d'expansion et de compression (72) qui est formée dans la chambre (52) par des parties de surface (74, 76) de l'élément constricteur, qui sont respectivement divergente et convergente et sont placées côte à cote, en étant définies sur l'anode (56) et l'isolateur (54) disposés côte à côte de façon correspondante, cette cavité d'expansion et de com- pression (72) établissant une région à faible pression au niveau de l'anode (56) pour la fixation et la dif- fusion de l'arc. 4. Propulseûr a chambre d'arc selon la re- vendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens formes dans l'élément constricteur (44) définissant une zone d'isolation thermique et mé- canique entre l'anode (56) et l'isolateur (54), gui établit une région de gaz stagnant (78) et une inter- face mécanique (80) dans cette zone, ce qui réduit de façon correspondante la température au niveau de l'isolateur (54) et déplace sa position plus loin de la région de fixation et de diffusion de l'arc, qui se trouve sur l'anode (56). 5. Propulseur à chambre d'arc selon la re- vendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens qui définissent un passage (82) à travers l'isolateur (54) vers la chambre d'arc (52), pour établir un chemin pour un écoulement secondaire (84) de gaz propulsif vers la chambre (52), en aval de la région de fixation et de diffusion de l'arc, dans le but de récupérer l'énergie correspondant aux pertes d'écoulement figé. 6. Propulseur à chambre d'arc selon la re- vendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième partie de forme annulaire (70) de l'élément constricteur (44), qui est électriquement isolante pour définir un autre isolateur disposé côte à côte avec l'anode (56), en amont de celle-ci, et plus près de la cathode (58) que ne l'est l'anode (56). 7. Propulseur à chambre d'arc selon la re- vendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens formes dans l'élément constricteur (44) définissant une zone d'isolation thermique et mé- canique entre l'anode (56) et l'isolateur (54), qui établit une région de gaz stagnant (78) et une inter- face mécanique (80) dans cette zone, ce qui réduit de façon correspondante la température au niveau de l'isolateur (54) et déplace sa position plus loin de la région de fixation et de diffusion de l'arc, qui se trouve sur l'anode (56). 8. Propulseur à chambre d'arc selon la re- vendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en ou- tre des moyens qui définissent un passage (82) à tra- vers l'isolateur (54) vers la chambre d'arc (52), pour établir un chemin pour un écoulement secondaire (84) de gaz propulsif vers la chambre (52), en aval de la région de fixation et de diffusion de l'arc, dans le but de récupérer l'énergie correspondant aux pertes d'écoulement figé. 9. Propulseur à chambre d'arc selon la re- vendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en ou- tre des moyens qui définissent un passage (82) à tra- vers l'isolateur (54) vers la chambre d'arc (52), pour établir un chemin pour un écoulement secondaire (84) de gaz propulsif vers la chambre (52), en aval de.la région de fixation et de diffusion de l'arc, dans le but de récupérer l'énergie correspondant aux pertes d'écoulement figé. 10. Propulseur à chambre d'arc selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en ou- tre des moyens formes dans l'élément constricteur (44) définissant une zone d'isolation thermique et mécani- que entre l'anode (56) et l'isolateur (54), qui éta- blit une région de gaz stagnant (78) et une interface mécanique (80) dans cette zone, ce qui réduit de façon correspondante la température au niveau de l'isolateur (54) et déplace sa position plus loin de la région de fixation et de diffusion de l'arc, qui se trouve sur l'anode (56). 11.Proplseur àd camed'arc lonlarevzndication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens qui définissent un passage (82) à travers l'isolateur (54) vers la chambre d'arc (52), pour établir un che- min pour un écoulement secondaire (84) de gaz propul- sif vers la chambre (52), en aval de la région de fi- xation et de diffusion de l'arc, dans le but de récu- pérer l'énergie correspondant aux pertes d'écoulement figé. 12.Prpulseur à cbamle d'ar selon la evndication 10, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième partie de forme annulaire (70) de l'élément constricteur (44), qui est électriquement isolante pour définir un autre isolateur disposé côte à côte avec l'anode (56), en amont de celle-ci, et plus près de la cathode (58) que ne l'est l'anode (56). 13.Pzopulseur à chamre d'a- selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens qui définissent un passage (82) à travers l'isolateur (54) vers la chambre d'arc (52), pour établir un che- min pour un écoulement secondaire (84) de gaz propul- sif vers la chambre (52), en aval de la région de fi- xation et de diffusion de l'arc, dans le but de récu- pérer l'énergie correspondant aux pertes d'écoulement figé. 14.Piopulseur à &iambred'arc selon la evemration 13, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième partie de forme annulaire (70) de l'élément constricteur (44), qui est électriquement isolante pour définir un autre isolateur disposé côte à côte avec l'anode (56), en amont de celle-ci, et plus près de la cathode (58) que ne l'est l'anode (56).