Brevet FR2666143A1 — publié le 19920228

DISPOSITIF D'EVACUATION DES GAZ POUR MODULE DE LANCEMENT VERTICAL DE MISSILES La présente invention concerne un dispositif d'évacuation des gaz pour module de lancement vertical qui comprend des alvéoles régulièrement réparties autour d'une chambre d'évacuation des gaz et dans chacune desquelles est disposé un missile, et plus spécialement pour un module de lancement vertical de missiles à partir d'un bâtiment de surface. Les modules de lancement vertical équipant un bâ- timent de surface sont généralement encastrés sous le pont du bâtiment Pour permettre leur encastrement sous le pont, les modules comprennent chacun un dispositif d'évacuation des gaz de propulsion produits lors d'un tir normal d'un missile ou d'un allumage intempestif, qui évacue les gaz de propulsion par l'extrémité supérieure ou par le haut du module. Diverses architectures des modules de lancement vertical ont été proposées. Dans une des architectures possibles, chaque al- véole est délimitée par un conteneur lanceur de missile, l'évacuation des gaz étant assurée par des moyens prévus dans chaque conteneur. Une autre architecture, plus répandue, comprend un plénum ou chambre de tranquillisation, dans lequel sont recueillis les gaz de propulsion, et une cheminée unique d'évacuation par le haut des gaz de propulsion. Pour ce faire, et de manière à réduire le plus possible la surface occupée sur le pont, pour des raisons qui sont évidentes, on a ménagé le plénum à la base des alvéoles contenant les missiles et la cheminée unique sous forme rectangulaire entre deux rangées d'alvéoles La cheminée rectangulaire est métallique et présente une section de passage pour les gaz évacués relativement étroite. Il est nécessaire, compte tenu de la pression des gaz, de prévoir des parois relativement épaisses et donc d'un poids de matière très important, ce qui constitue un grave inconvénient. Un autre inconvénient est que le métal peut être corrodé à long terme par les gaz. De plus, la forme rectangulaire s'adapte mal, pour ne pas dire de façon quasiment impossible, à une réalisation de la cheminée à partir d'un matériau composite, par enroulement filamentaire notamment, ce qui aurait pu constituer une solution à la réduction de masse, en raison de la légèreté des matériaux composites. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et elle a pour objet un dispositif d'évacuation des gaz de propulsion, de même encombrement que la cheminée centrale rectangulaire, mais d'un poids considérablement réduit tout en présentant une excellente résistance aux gaz de propulsion tant du point de vue de la pression que de la corrosion. La présente invention a pour objet un dispositif d'évacuation des gaz du type relié à un plénum et qui est caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation est constitué par plusieurs conduits d'évacuation distincts les uns des autres et communiquant chacun avec ledit plénum, au moins une partie desdits conduits étant de révolution autour d'un axe vertical. Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'on peut alléger considérablement le dispositif d'évacuation des gaz, tout en ayant une section totale de passage pour les gaz de propulsion au moins égale à celle que présente une cheminée unique. De plus, la fabrication et la mise en place de conduits distincts sont plus faciles à réaliser: enfin, il devient maintenant possible d'utiliser des matériaux autres que le métal, tels que des matériaux composites très résistants et qui ne sont pas corrodés par les gaz de propulsion. D'autres avantages et caractéristiques ressorti- ront mieux à la lecture de plusieurs modes de réalisation donnés à titre indicatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un module de lancement vertical équipé d'un dispositif d'évacuation des gaz de propulsion selon un mode de réalisation de l'invention; les figures 2 a et 2 b sont des représentations schématiques des sections de passage des gaz dans une cheminée rectangulaire et dans des conduits distincts, respectivement; la figure 3 est une courbe représentant la pression instantanée dans le dispositif d'évacuation en fonction du débit dans les conduits; la figure 4 est une représentation en plan schématique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Le module de lancement vertical, représenté sur la figure 1, comprend une structure 1 dans laquelle sont ménagées des alvéoles 2 de réception de missiles, non représentés, les alvéoles 2 débouchant dans une plaque supérieure 3 par des ouvertures supérieures 4 et dans une plaque inférieure 5 par des passages 6. Les passages 6 communiquent avec un plénum ou chambre de tranquillisation 7 qui occupe la majeure partie de la base 8 de la structure 1. Le dispositif d'évacuation des gaz de propulsion des missiles est constitué dans l'exemple représenté sur la figure 1 par quatre conduits distincts 9, de préfé- rence de forme cylindrique, et qui sont disposés entre les plaques supérieure et inférieure 3 et 5, d'une part, et entre les passages 6, d'autre part, de manière à occuper le volume du module délimité par les alvéoles. Chaque conduit 9 communique avec le plénum 7 et débouche à l'atmosphère par son extrémité supérieure 10, soit directement au niveau de la plaque supérieure 7 soit par l'intermédiaire d'une chambre collectrice Les moyens de fermeture et d'isolation du dispositif d'évacuation des gaz de propulsion ne sont pas représentés et peuvent être de tout type approprié. Sur la figure 2 a est représentée de façon schéma- tique, la section S' d'une cheminée unique 11 d'évacua- tion des gaz de l'art antérieur La cheminée 11 en raison de l'épaisseur e des parois 12 n'offre qu'une section de passage S qui est sensiblement inférieure ou égale à la moitié de la section SI qui est la section disponible entre les alvéoles du module de lancement vertical. Comme cela est représenté schématiquement sur la figure 2 b, en utilisant ladite section disponible, on peut disposer au moins quatre cylindres de diamètre égal à la largeur de la cheminée 11, ce qui offre déjà une section totale de passage pour les gaz de propulsion supérieure à S. Dans le cas d'un module de lancement vertical à huit alvéoles (figure 1), les conduits ou cylindres d'évacuation 9 peuvent être alignés avec les ouvertures 4 des alvéoles, ce qui limite le nombre des conduits d'évacuation à quatre, imposé par la section disponible. Dans le cas de la figure 4, les conduits d'évacuation 13 sont au nombre de trois mais disposés en quinconces par rapport aux alvéoles du module, mais chacun avec une plus grande section de passage. Chaque conduit d'évacuation 9 ou 13 peut être réalisé indépendamment dans un matériau composite à la fois léger et résistant suivant une technique déjà éprouvée dans l'industrie spatiale On peut, par exemple, les réaliser à partir d'un enroulement filamentaire composite Mais on peut également les réaliser en métal car la forme de révolution des conduits permet de diminuer les épaisseurs requises comparées à celles d'une forme rectangulaire, la masse globale des quatre conduits d'évacuation en métal étant deux à trois fois moindre qu'avec une géométrie rectangulaire. Les simulations réalisées avec le dispositif selon l'invention ont permis de vérifier que le débit des gaz de propulsion contenus dans le plénum 7 se répartis- sait équitablement entre les conduits d'évacuation et d'avoir en entrée de chaque conduit une pression des gaz sensiblement la même. Ceci est explicité de la manière suivante en référence à la figure 3. Le régime général d'écoulement des gaz nécessite, pour passer d'un écoulement subsonique à un écoulement transonique puis supersonique, une très forte montée en pression instantanée à l'entrée d'un conduit d'évacua- tion Cette relation est matérialisée par la courbe 14, la zone hachurée 15 représentant la pression régnant dans 6 2666143 le plénum pour un écoulement transonique dans les conduits d'évacuation. Dans la zone D 1 (écoulement subsonique), le débit par unité de surface est relativement faible, et à une augmentation de débit correspond une augmentation relativement faible de la pression au-dessus de la pression atmosphérique Pa Les gaz de propulsion peuvent alors s'évacuer par un ou plusieurs des conduits d'évacuation. Lorsque le débit tend à augmenter dans un conduit 1 i mais se situant dans la zone D 2 (écoulement transonique), l'augmentation de débit est autorisée par une augmen- tation de la pression disponible en entrée dudit conduit, pression qui est inférieure ou égale à la pression des gaz dans le plénum. Par contre, lorsque le débit surfacique dans un des conduits tend à entrer dans la zone D 3 (écoulement supersonique) alors la pression nécessaire en entrée dans le conduit n'est pas suffisante et il se trouve, en conséquence, dévié vers le conduit adjacent ce qui équilibre les débits. C'est pourquoi selon l'invention, en fonction des dimensions du plénum et de la section disponible entre les alvéoles, on choisit des sections de passage pour les conduits d'évacuation qui soient telles qu'on ait un écoulement subsonique ou à la limite transonique sur l'ensemble des conduits. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'évacuation des gaz pour module de lancement vertical à alvéoles multiples ( 2) pour missiles régulièrement répartis autour du dispositif d'évacuation qui est relié à un plénum ( 7) ou chambre de tranquil- lisation des gaz, caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation est constitué par plusieurs conduits ( 9) d'évacuation distincts les uns des autres et communiquant chacun avec ledit plénum, au moins une partie desdits conduits étant de révolution autour d'un axe vertical. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des conduits ( 9) est de forme cylindrique. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sections des conduits cylindriques sont égales. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conduits sont métalliques. Dispositif selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que les conduits sont réalisés à partir d'enroulements d'un matériau composite. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les enroulements sont filementaires.