Brevet FR2672972A1 — publié le 19920821

CANON AVEC SYSTEYR D'EJECTION A PROPERGOL LIQUIDE L' invention concerne un canon avec un système d'éjection à l'aide d'un propergol à deux composants et d'une chambre de combustion de propergol placée axialement par rapport au tube en communication avec une chambre de projectile dans laquelle débouche au moins une tuyère pour l'injection du propergol reliée à un réservoir de propergol par une canalisation. Le problème décisif sur des armes à éjection par propergol liquide est que les liquides doivent être transformés en gaz de façon reproductible pour qu'ils réagissent En outre, la durée de retard physique aussi bien que la durée du retard chimique, c'est-à-dire le temps de réaction, sont à considérer En premier lieu, un mélange suffisamment bon des liquides présents dans la chambre de combustion des propergols sous forme gazeuse assure une combustion optimale avec une réaction totale du propergol par un processus de combustion régulier. Par le brevet DE-B-33 07 730 on connait un canon du type précité sur lequel la chambre de combustion du propergol est à peu près en forme de poire et dans l'espace autour de la chambre de combustion en direction de la chambre de projectile du canon sont placées des canalisations de communication de section en profil creux différentes On obtient ainsi une communication avec la chambre de projectile se trouvant du côté de la sortie de la chambre de combustion du propergol de façon à obtenir lors de l'utilisation de monergols une réaction complète et sans restes du propergol liquide par un processus de combustion régulier selon un diagramme combustion- temps-pression La chambre de combustion est alimentée par un propergol qui est amené dans cette dernière par une tuyère reliée par une conduite à un système automatique de délivrance par dose commandé par un calculateur. Selon ce brevet DE-B-33 07 730, le point de repère principal réside dans l'agrandissement, épargnant de la place, de la surface en combustion pour faire varier la caractéristique de combustion du propergol liquide Par suite de la répartition judicieuse des canalisations de communication, on obtient un agrandissement de la surface de la chambre de combustion du propergol, de sorte que dans un court laps de temps il se produit un rapprochement régulier de la pression entre l'intérieur de la chambre de combustion et la chambre de projectile se trouvant du côté extérieur, et on peut assurer une combustion régulière. De manière connue cependant, une bonne et complète, et par là régulière, combustion du propergol liquide dans la chambre de combustion dépend aussi de la prise en considération des temps de retard physiques et chimiques et de l'atomisation suffisante du propergol liquide Sur ces conditions fondamentales, il n'y a rien dans le brevet DE-PS-33 07 730. Pour cette raison, l'invention se propose de créer un canon comportant un système de propulsion par propergol liquide du type précité et de ce fait d'offrir un mécanisme grâce auquel sont pulvérisées des gouttes les plus petites possibles et donc toujours de forme régulière indépendamment des conditions d'environnement et indépendamment des conditions instantanées de la tension de surface du propergol liquide dans la chambre de combustion. Le problème est résolu selon l'invention par le fait que les tuyères d'injection sont de section circulaire ou possèdent au choix une section de profil allant en s'évasant et sont disposées à intervalle régulier sur un anneau circulaire. Des réalisations avantageuses du principe de solution inventif consistent en ce que deux tuyères voisines sur l'anneau sont de sections de profil différentes, que les intervalles qui séparent deux tuyères voisines sont égaux ou plus petits que la 3 2672972 section de profil de ces tuyères, qu'entre deux tuyères voisines sur l'anneau, on prévoit des aiguilles ou des barreaux chauffants qui peuvent être combustibles ou chauffées électriquement à des températures réglables5 déterminées et sont constituées d'un matériau catalytique, et qu'entre deux tuyères voisines sur l'anneau circulaire sont disposés des tubes chauffants placés au centre d'une plaque de tuyère autour desquels sont disposées concentriquement les tuyères d'injection, les barreaux, aiguilles ou tubes chauffants faisant saillie par rapport aux tuyères d'injection d'une longueur déterminée dans la chambre de combustion. Par la solution de l'invention, on obtient une tuyère d'injection comme tuyère de mélange pour deux liquides qui permet une mise en contact intense des jets les uns avec les autres de façon correspondant aux sections de profil des tuyères et à leur répartition sur un anneau circulaire, ce qui assure une explosion20 des jets injectés dans la chambre de combustion et une recirculation éventuellement nécessaire ou souhaitée. Par l'apport de chaleur maîtrisé par l'intermédiaire des aiguilles, barreaux ou tubes chauffants entre chaque tuyère, on assure un temps d'échauffement reproductible L'apport de chaleur maîtrisé remplace la chaleur de vaporisation On trouve ici une initiation commandée qui remplace l'apport d'énergie d'activation nécessaire auparavant. L'utilisation d'aiguilles ou de tubes chauffants permet30 une injection de quantités déterminées de propergols liquides dans la chambre de combustion L'apport de chaleur maîtrisé peut dépendre en principe du nombre et de l'écartement réciproque des aiguilles ou des tubes chauffants Par les barreaux ou tubes chauffants35 insérés entre les tuyères, le liquide se condense et il n'est retirée aucune chaleur au mélange, chaleur qui est à nouveau nécessaire à la vaporisation dans la chambre de combustion. Yt 2672972 Sur les dessins on a représenté des exemples de réalisation: Figures l A à l E: Des sections de profils de tuyères d'injection. Figure 2: Les tuyères d'injection placées sur un anneau circulaire. Figure 3: Une plaque de tuyère selon la ligne III-III de la figure 2. Figure 4: Vue en coupe, une plaque de tuyère munie de barreaux chauffants. Figure 5: Vue en plan selon la flèche V de la figure 4 une plaque de tuyère munie de barreaux chauffants. Figure 6 Vue en plan selon la flèche V de la figure 4 une plaque de tuyère munie de tubes chauffants. Figure 7: Vue en coupe, une plaque de tuyère avec un tube chauffant inséré. Le canon avec son système de propulsion par deux composants de propergols liquides est équipé de tuyères de mélange et d'injection à travers lesquelles les propergols liquides sont injectés à partir d'un réservoir de propergol dans une chambre de combustion des propergols du canon Pour obtenir une irruption25 brutale et un bon mélange des deux liquides, les sections de profil des tuyères d'injection sont choisies différentes. D'après la figure l A, la section du profil de la tuyère la est circulaire. La figure 1 B montre une section de profil carrée de la tuyère d'injection lb, tandis que la figure 1 C représente une section de profil rectangulaire. D'après la figure 1 D, la section du profil de la tuyère d'injection id est de forme circulaire et présente trois renfoncements en demi cercle répartis régulièrement à la périphérie. Sur la figure l E, la tuyère d'injection le est en forme de secteur circulaire. A cette géométrie des tuyères d'injection le, pour l'obtention de l'atomisation nécessaire par mélange, afin d'obtenir de cette façon une forme gazeuse reproductible des propergols injectés, s'ajoute5 une disposition particulière des tuyères d'injection la à le sur un anneau circulaire. Selon les figures 2 et 3 les tuyères d'injection sont en outre disposées à intervalles réguliers les unes par rapport aux autres sur l'anneau circulaire sur lequel, en outre, deux tuyères voisines la et lb ont des sections de profil différentes Cela signifie que dans la chambre de combustion à travers la tuyère d'injection la est injecté un composant du propergol, par exemple une matière combustible, et à travers l'autre tuyère d'injection lb est injecté l'autre composant du propergol, par exemple l'oxydant. La figure 3 montre ici une plaque de tuyère 2 d'épaisseur déterminée, dans laquelle sont insérées les tuyères la et lb Par la disposition proposée des tuyères d'injection sur un anneau circulaire 3, il se produit une mise en contact intense des deux jets de propergols liquides à mélanger dans la chambre de combustion. Cela entraîne en outre un éclatement des aciers et provoque une recirculation L'efficacité des tuyères d'injection la à le est naturellement influencée par les dimensions des sections et les intervalles réciproques des tuyères En outre, le diamètre de l'anneau circulaire 3 sur lequel sont placées les30 tuyères d'injection la à le joue un rôle à cet effet. Finalement intervient encore l'influence des différences de pression entre le corps 4 de la plaque de tuyères 2 et le côté sortie 5. Pour obtenir un apport de chaleur maîtrisé, on insère selon les figures 4 et 5, entre les tuyères d'injection la à le, des aiguilles ou des barreaux chauffants 6 Ces barreaux chauffants 6 dépassent d'une longueur prédéterminée 7 du côté supérieur 5 des tuyères. P 2672972 Selon la figure 5, les barreaux chauffants 6 sont insérés entre chacune des deux tuyères d'injection la Une répartition irrégulière de ces barreaux chauffants 6 à cet emplacement est cependant possible.5 Au lieu des barreaux chauffants 6, on peut insérer aussi entre les tuyères d'injection individuelles, des tubes chauffants Au lieu des nombreux tubes chauffants 8 à insérer entre les tuyères d'injection 1, on peut aussi prévoir au centre de la10 plaque de tuyère 2 un seul tube chauffant 9, à travers lequel circule un milieu chauffant tel que de la vapeur d'eau. Les aiguilles chauffantes 6 sont préparées à partir d'un matériau catalytique ou elles injectent un tel matériau pour obtenir une accélération ou une homogénéisation de l'allumage et de l'extinction des aiguilles chauffantes 6. X 2672972 R E V E N D I C A T I ON S 1 Canon avec propulsion par un propergol liquide à deux composants comportant en communication avec une chambre de projectile une chambre de combustion du propergol placée dans l'axe du tube de5 l'arme dans laquelle débouche au moins une tuyère d'injection du propergol reliée par une canalisation à un réservoir de propergol, caractérisé en ce que les buses d'injection ( 1) sont de section circulaire ou possèdent au choix une section de profil allant en10 s'évasant, et sont réparties sur un anneau circulaire à intervalles réguliers les unes par rapport aux autres. 2 Canon selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux tuyères d'injection voisines sur l'anneau circulaire présente une section de profil différente. 3 Canon selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les espaces entre deux tuyères ( 1) voisines sur l'anneau circulaire ( 3) sont égaux ou inférieurs à la section de profil des tuyères d'injection ( 1 >. 4 Canon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sont disposés sur l'anneau circulaire ( 3) entre deux tuyères d'injection ( 1), des aiguilles ou des barreaux25 chauffants 6. Canon selon la revendication 4, caractérisé en ce que les aiguilles ou les barreaux chauffants sont combustibles. 6 Canon selon la revendication 4, caractérisé en ce que les aiguilles ou les barreaux chauffants peuvent être chauffés électriquement à des températures prédéterminées de façon réglable. 7 Canon selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les aiguilles ou les barreaux chauffants sont constitués en un matériau catalytique. 8 Canon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'entre deux tuyères d'injection ( 1) voisines disposées sur l'anneau circulaire ( 3) sont prévus des tubes5 chauffants ( 8). 9 Canon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tuyères d'injection ( 1) sont disposées concentriquement à un tube chauffant ( 9) placé dans la plaque de tuyère ( 2). 10 Canon selon l'ensemble des revendications 4, 8 et 9, caractérisé en ce que les aiguilles, les barreaux ( 6) ou les tubes ( 8, 9) chauffants font saillie par rapport aux tuyères d'injection ( 1) d'une longueur prédéterminée dans la chambre de combustion de propergol.