Brevet FR2664658A1 — publié le 19920117

Cette invention a trait à des propulseurs aérospatiaux et se rapporte plus particulièrement aux propulseurs aérospatiaux du type de celui décrit dans la demande de brevet britannique 84-30157. La demande de brevet britannique 84-30157 décrit un propulseur aérospatial adapté à propulser des véhicules aérospatiaux à très grandes vitesses en vue soit de réduire le temps de transit terrestre, soit de les placer en orbite Le propulseur y parvient grâce à un compresseur, un appareil de combustion et une tuyère de propulsion disposée de façon à recevoir les produits de combustion et à les expulser pour donner une poussée de propulsion L'appareil de combustion peut recevoir du carburant, tel que de lhydrogène liquide, ainsi que de l'air comprimé provenant du compresseur et qui a été refroidi avant sa compression grâce à un échangeur de chaleur o circule lhydrogène carburant sous forme liquide L'appareil de combustion peut également recevoir du carburant et du comburant liquide passant par un système de vannes capables de contrôler les écoulements d'air, d'hydrogène et d'oxygène Le propulseur fonctionne pour l'essentiel en utilisant de rair et de lhydrogène liquide tant qu'il reste dans la partie de l'atmosphère o l'alimentation en air correspond aux besoins du propulseur Lorsque lalimentation en air devient inadaptée, le propulseur change de mode de fonctionnement et c'est de roxygène liquide (provenant d'une alimentation embarquée) qui est dirigé vers rappareil de combustion à la place de l'air. Ainsi, lorsque le propulseur fonctionne dans la partie de l'atmosphère correspondant à une alimentation en air adaptée à un fonctionnement efficace, les composants du propulseur liés à l'oxygène liquide et à son pompage ne sont pas en service. On a constaté que pendant certaines portions de la trajectoire de vol du propulseur aérospatial dans latmosphère, une élévation supplémentaire de la pression du compresseur du propulseur est souhaitable soit afin de réduire le rapport de pression nominal du compresseur, soit pour permettre au compresseur de fonctionner à un rapport de pression déterminé inaccessible jusque là. La présente invention -a pour objet de fournir un propulseur aérospatial au sein duquel est obtenue une telle élévation supplémentaire de la pression du compresseur du propulseur. Conformément à la présente invention, un propulseur aérospatial comprend des moyens de compression de l'air, un appareil de combustion et une tuyère de propulsion adaptée à recevoir les produits de combustion et à produire de la sorte une poussée de propulsion, ledit appareil de combustion étant adapté à recevoir du carburant et, dans un premier mode de fonctionnement du moteur, de l'air au moins partiellement comprimé par lesdits moyens de compression de l'air et, dans un second mode de fonctionnement, un comburant liquide pompé par des moyens de pompage à partir d'un réservoir de comburant liquide, lesdits moyens de compression de l'air étant actionnés par une turbine actionnée hydrauliquement par le comburant liquide pompé à partir dudit réservoir par lesdits moyens de pompage, lesdits moyens de pompage étant en service pendant lesdits deux modes de fonctionnement du moteur. L'invention va à présent être décrite, au moyen d'un exemple, en regard du dessin joint qui est une vue de côté schématique, partiellement en coupe, d'un propulseur aérospatial conforme à la présente invention. D'après le dessin, un propulseur aérospatial portant la référence générale 10 comprend une admission d'air 11 dans laquelle se trouve un échangeur de chaleur 12. L'échangeur de chaleur 12 est alimenté en hydrogène liquide par un tube d'alimentation 13 L'hydrogène liquide sert-à abaisser la température de lair entrant dans le moteur à une valeur qui est thermodynamiquement souhaitable pour le fonctionnement efficace du propulseur L'hydrogène est ensuite évacué de l'échangeur de chaleur 12 par un autre tube 14 jusqu'à une turbine 15 L'hydrogène se dilate à travers la turbine 15, ramenant à entraîner un arbre de rotation 16 avant d'être évacué par un autre tube 17. Le tube 17 dirige à son tour lhydrogène vers la chambre de combustion du propulseur 10. L'arbre d'entraînement 16 de la turbine entraîne une pompe 19 qui sert à pomper de roxygène liquide à partir d'un réservoir 20 de stockage par un tube 21 L'oxygène liquide pompé est ensuite dirigé par un tube 22 vers une vanne 23 de dérivation qui envoie roxygène liquide soit vers la chambre de combustion 18 du propulseur par un tube 24, soit vers une turbine 26 par un tube 25. La turbine 26 entraînée par l'oxygène liquide se trouve à raval de ladmission 11 du propulseur, maintenue par une série d'aubes 27 de stator qui s'étendent radialement à rintérieur du carter 28 du propulseur La turbine 26 entraîne une soufflante 29 qui sert à élever la pression de lair admis dans le propulseur 10 par son admission 11 d'air La vitesse avec laquelle la soufflante 29 est entraînée, est contrôlée par une vanne 31 variable placée sur le tube 25 On comprendra toutefois que la vitesse de la soufflante 29 puisse aussi être modulée par des variations de la vitesse de la pompe 19 d'oxygène liquide. L'oxygène liquide est évacué de la turbine 26 par un tube 30 qui sert à renvoyer roxygène liquide au réservoir 20 de stockage pour un usage ultérieur Des moyens (non représentés) sont de préférence prévus dans le réservoir 20 de stockage afin d'autoriser l'évaporation ou la séparation de l'oxygène gazeux En effet, de rénergie calorifique est transmise à loxygène liquide lors de son passage à travers la turbine 26. Aussi, afin de maintenir la pression constante au sein du réservoir 20, un certain taux d'évaporation de l'oxygène liquide renvoyé au réservoir 20 doit-il être autorisé, évitant de la sorte des augmentations indésirables de la température de l'ensemble de roxygène liquide stocké à l'intérieur du réservoir 20. Lorsque le propulseur 10 fonctionne dans l'atmosphère, la vanne 23 de dérivation est disposée de telle sorte que roxygène liquide est pompé par la pompe 19 vers la turbine 26 Dès lors, la soufflante 29 est entraînée pour élever la pression de lair L'air refroidi par léchangeur de chaleur 12 et qui a été comprimé par la soufflante 29 est ensuite dirigé par les aubes 27 de stator à lintérieur d'un compresseur à écoulement axial Ce dernier, dont une partie est montrée en 32, sert à comprimer encore rair L'air comprimé est ensuite envoyé au sein de la chambre de combustion 18 o il est mélangé à l'hydrogène délivré par le tube 17 et la combustion a lieu Les produits de combustion qui en résultent se dilatent alors à travers une tuyère 33 à naval de la chambre de combustion 18 pour fournir la poussée de propulsion. Lorsque le propulseur 10 fonctionne en dehors de ratmosphère, la vanne 23 de dérivation est disposée de sorte que loxygène liquide, au lieu d'être pompé par la pompe 19 vers la turbine 26, est pompé par le tube 24 vers la chambre de combustion 18 Là, il est mélangé à lhydrogène délivré par le tube 17 et la combustion a lieu. Ensuite, comme dans le cas du fonctionnement dans l'atmosphère, les produits de combustion se dilatent à travers la tuyère 33 pour fournir la poussée de propulsion. On comprendra donc que la pompe 19 d'oxygène liquide fonctionne en continue pendant le fonctionnement du propulseur pour soit actionner la soufflante 29, soit alimenter en oxygène la chambre de combustion 18. La soufflante 29, qui peut évidemment comprendre plusieurs étages si nécessaire, est ainsi entraînée d'une façon telle que toute liaison mécanique avec d'autres parties du propulseur 10 est évitée En outre, il n'est pas nécessaire d'avoir une boîte d'engrenages pour entraîner la soufflante 29 Ainsi obtient-on un mécanisme de soufflante léger. Bien que la présente invention ait été décrite en faisant référence à un recours à de loxygène liquide, on comprendra que d'autres comburants liquides convenables puissent être utilisés si on le souhaite. La soufflante 29 produit donc une élévation de la pression de l'air dans le propulseur 10 qui s'ajoute à celle produite par le compresseur 32 En conséquence, le rapport de pression nominal du compresseur 32 est réduit De façon alternative, le compresseur 32 pourrait, grâce à la présence de la soufflante 29, fonctionner à un rapport de pression déterminé qui serait inaccessible par le compresseur 32 seul. 4 2664658 Revendications: 1. Propulseur aérospatial comprenant des moyens de compression de l'air, un appareil de combustion et une tuyère de propulsion adaptée à recevoir les produits de combustion et produire de la sorte une poussée de propulsion, ledit appareil de combustion étant adapté à recevoir du carburant ainsi que, dans un premier mode de fonctionnement du moteur, de l'air comprimé au moins partiellement par lesdits moyens de compression de l'air et, dans un second mode de fonctionnement, un comburant liquide pompé par des moyens de pompage à partir d'un réservoir dudit comburant liquide, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 29) de compression de l'air sont actionnés par une turbine ( 26) mue hydrauliquement par ledit comburant liquide provenant dudit réservoir ( 20) au moyen desdits moyens de pompage ( 19), lesdits moyens de pompage ( 19) étant en service pendant lesdits deux modes de fonctionnement du moteur. 2. Propulseur aérospatial selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit carburant, avant d'être envoyé audit appareil de combustion ( 18), est dirigé pour entraîner une turbine ( 15), ladite turbine ( 15) actionnant à son tour lesdits moyens de pompage ( 19) dudit comburant liquide. 3. Propulseur aérospatial selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit carburant échange de la chaleur avec ledit air qui est ensuite comprimé au moins partiellement par lesdits moyens de compression ( 29). 4 Propulseur aérospatial selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit carburant est de l'hydrogène liquide. 5. Propulseur aérospatial selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de fonctionnement desdits moyens ( 29) de compression de l'air est contrôlée par les changements de débit dudit comburant liquide pompé vers ladite turbine ( 26) mue hydrauliquement. 6. Propulseur aérospatial selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que d'autres moyens ( 32) de compression de l'air non actionnés par ladite turbine ( 26) mue hydrauliquement sont disposés à l'aval desdits moyens ( 29) de compression de l'air. 7 Propulseur aérospatial selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 29) de compression de l'air actionnés par ladite turbine ( 26) mue hydrauliquement comprennent une soufflante à un seul étage. 8. Propulseur aérospatial selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit comburant liquide est de l'oxygène liquide.