Brevet FR2693235A1 — publié le 19940107

La présente invention concerne des ensembles à moteur-fusée de façon générale, et elle concerne plus précisément un ensemble ayant une tuyère qui réduit la poussée et est destinée à un leurre à fusée. Des leurres infrarouges ont déjà été utilisés pour la protection des aéronefs-contre l'attaque par des engins ennemis Un leurre efficace doit correspondre aux para- mètres de vol et à la signature du rayonnement de l'aéronef qu'il doit protéger L'intensité, la longueur d'onde et la distribution spatiale du rayonnement créé par le leurre doivent correspondre étroitement à celles de l'aéronef En outre, les niveaux de poussée présentent une restriction. Des fusées éclairantes constituent un type de leurre infrarouge Les fusées éclairantes sont des dispositifs pyrotechniques qui se consument à la pression atmosphérique et qui créent un point de rayonnement de forte intensité. Cependant, ces fusées éclairantes sont des dispositifs sans propulsion, elles n'escortent pas l'aéronef mais elles tombent au contraire en chute libre à partir de celui-ci. Ainsi, les fusées éclairantes n'assurent la protection que pendant un court intervalle de temps. Les leurres à fusée présentent des avantages par rapport aux fusées éclairantes Les leurres à fusée sont destinés à créer une poussée, contrairement aux fusées éclairantes à poussée nulle De cette manière, le leurre à fusée peut voler derrière un aéronef et l'escorter pendant une longue période Cependant, on a constaté que ces leurres à fusée étaient limités par certains facteurs Ces facteurs comprennent l'impossibilité de l'obtention de la température maximale de combustion (c'est-à-dire une intensité du panache d'échappement) à cause d'un mauvais mélange des produits de combustion Ceci pose des problèmes de simulation du panache d'échappement de l'aéronef à protéger En outre, le débit massique nécessaire pour l'obtention de l'intensité voulue du panache d'échappement peut donner un niveau de poussée trop élevé pour que les performances soient les meilleures Plus précisément, un niveau excessif de poussée peut provoquer un dépassement par le leurre de l'aéronef qui doit être protégé Une tentative de réduction de la poussée de la fusée a compris le montage des tuyères d'échappement du moteur-fusée à l'extérieur, à distance de l'axe central de vol, afin que des jets d'échappement soient dirigés radialement vers l'extérieur Cependant, on a constaté que cette solution dissipait le courant d'échappement et provoquait une réduction indésirable de l'intensité du panache d'échappement. Ainsi, il est nécessaire de réaliser un moteur-fusée ayant une tuyère qui facilite l'obtention de plus grandes températures de combustion et du panache d'échappement, tout en permettant une réduction du niveau de poussée. La présente invention concerne une tuyère de moteur- fusée qui ne pose pas les problèmes de la technique anté- rieure et évite ces inconvénients L'invention atteint ce résultat par réalisation d'une construction de tuyère qui augmente le rendement de combustion tout en permettant une réduction de la poussée permise La tuyère a une paroi de forme générale cylindrique et un organe en forme de cuvette placé à l'intérieur Ce déflecteur en forme de cuvette comprend une partie de forme générale cylindrique placée radialement à distance à l'intérieur de la paroi externe de forme générale cylindrique de la tuyère, et forme ainsi un canal ou une chambre sous pression entre elles La partie cylindrique comprend aussi plusieurs orifices assurant la communication pour le fluide entre la chambre de pression et l'intérieur de l'organe en forme de cuvette pour le mélange puis l'évacuation Pendant le fonctionnement, la tuyère est placée en aval d'une chambre classique de combustion de fusée, l'extrémité fermée de l'organe en forme de cuvette étant tournée vers la chambre Lorsque le propergol brûle dans la chambre de combustion, les produits de combustion s'écoulent dans le canal externe de la tuyère puis radialement vers l'intérieur par les orifices de projection de la tuyère et dans la chambre de mélange Dans cette chambre de mélange, les courants projetés viennent se rencontrer et provoquent un mélange chaotique qui améliore le rendement de combustion mais n'augmente pas la poussée. La poussée est en fait réduite Les produits de combustion sortent alors de la chambre de mélange par l'extrémité ouverte de l'organe en forme de cuvette. Une autre caractéristique importante de l'invention est le fait que la partie cylindrique de l'organe en forme de cuvette est placée concentriquement dans la paroi externe de la tuyère Ceci assure un équilibre des cou- rants En outre, les orifices sont pratiquement équidis- tants en direction circonférentielle dans la partie cylin- drique Dans cette configuration, la direction résultante des jets formés par la combustion dans la chambre de mélange est nulle Ceci réduit avantageusement au minimum la poussée du leurre à fusée. Comme l'indique clairement la description qui précède, la tuyère selon l'invention améliore les perfor- mances du leurre en provoquant un mélange turbulent des produits de combustion si bien que la température de réaction et l'intensité du panache d'échappement sont accrues Il permet aussi la combustion du propergol à des pressions nominales choisies correspondant à un fonction- nement fiable et reproductible, avec production de plus faibles niveaux de poussée que ceux que donnent les tuyères classiques. La description qui précède indique en résumé cer- tains inconvénients de la technique antérieure et certains avantages de l'invention D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe du moteur-fusée et de la tuyère selon l'invention; et la figure 2 est une coupe de la tuyère suivant la ligne 2-2 de la figure 1. On se réfère maintenant plus en détail aux dessins sur lesquels les références numériques désignent des éléments identiques; le moteur- fusée 1 représenté est réalisé selon l'invention Le moteur-fusée 1 comprend de façon générale une partie 2 de chambre de combustion et une partie 4 de tuyère par laquelle les gaz ou produits de combustion à haute pression créés dans la chambre de combustion 2 sortent du moteur-fusée. Sur la figure 1, une chambre classique 2 de combus- tion et une tuyère 4 sont placées dans un boîtier classique de fusée et fixées à celui-ci de manière connue dans la technique (la tuyère 4 peut être collée au boîtier 5 par exemple) La chambre de combustion 2, qui a une construc- tion classique, comprend un revêtement 6 en forme de cuvette destiné à contenir une composition 10 d'énergie élevée et un boîtier isolant 5 de manière connue dans la technique Bien que la composition 10 soit représentée sous forme d'un tube, d'autres dispositions et configurations classiques peuvent être utilisées sans sortir du cadre de l'invention Les matériaux utilisés pour la réalisation du revêtement 6 en forme de cuvette peuvent beaucoup varier comme peuvent le noter les hommes du métier Les matériaux utilisés pour la construction du revêtement 6 en forme de cuvette sont notamment des matières phénoliques. On se réfère maintenant aux figures 1 et 2; la tuyère 4 a une enveloppe externe 8 de préférence cylin- drique et un déflecteur 12 en forme de cuvette placé à l'intérieur L'enveloppe 8 est en butée contre le revête- ment 6 en forme de cuvette, de manière classique L'organe 12 en forme de cuvette a une partie 14 qui est de préfé- rence cylindrique et un déflecteur ou paroi 16 d'extrémité qui n'est pas perforé et qui forme une chambre de mélange 18 La partie cylindrique 14 est placée radialement à distance à l'intérieur de l'enveloppe externe 8 pour la formation d'un canal annulaire ou d'une chambre de pression La partie cylindrique 14 comporte aussi plusieurs orifices 22 qui assurent la communication entre le canal annulaire 20 et la chambre de mélange 18 La paroi annu- laire 24 est placée entre l'enveloppe externe 8 et la partie cylindrique 14 à un emplacement qui se trouve en aval des orifices 22 La paroi annulaire 24 empêche la sortie des produits de combustion qui pénètrent dans le canal annulaire 20 en dehors du moteur sans passage dans la chambre de mélange 18. Pendant le fonctionnement, la composition 10 réagit et forme des produits de combustion qui comprennent un gaz chaud produit à haute pression Le déflecteur 16 provoque la circulation des gaz produits ou des produits de combus- tion portant la référence générale 26 dans la chambre annulaire 20 à partir de laquelle les produits de combus- tion circulent dans les orifices 22 de projection de la tuyère vers la chambre de mélange 18 Dans cette chambre de mélange, les courants projetés, représentés de façon générale par les flèches 28, viennent se rencontrer en provoquant un mélange chaotique qui augmente le rendement de combustion Les produis de combustion passent alors de la chambre de mélange par l'extrémité ouverte ou plane 30 de sortie de l'organe 12 en forme de cuvette en créant une poussée réduite avec une intensité accrue de rayonnement. On se réfère maintenant à la figure 2; une partie cylindrique 14 est placée concentriquement dans l'enveloppe externe 8 et des orifices 22 de projection sont réguliè- rement espacés à la circonférence de la partie cylindrique 14 Cette disposition équilibre l'énergie cinétique des courants projetés dans la chambre de mélange 18 En consé- quence, la direction résultante des jets 28 est nulle si bien que la poussée est réduite au minimum. Des propergols classiques peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention Par exemple, ces proper- gols contiennent de l'aluminium et un oxydant Cependant, des propergols contenant du magnésium et non de l'aluminium donnent un panache plus brillant et peuvent brûler à diverses pressions qui facilitent l'adaptation à la signa- ture du rayonnement et aux paramètres de vol de l'aéronef que le leurre est destiné à protéger Ainsi, des propergols contenant du magnésium sont préférables Cependant, il faut noter que la composition du propergol particulier est choisie d'après l'intensité, la longueur d'onde et la distribution spatiale du rayonnement créé par le panache d'échappement de l'aéronef particulier que doit imiter intimement le leurre. Les dimensions et matériaux utilisés pour la tuyère peuvent beaucoup varier comme peuvent le noter les hommes du métier Les matières utilisées pour la construction de la tuyère peuvent contenir des graphites et des matières phénoliques renforcées par exemple Le nombre, la dimension et la disposition exacts des orifices de projection ainsi que les dimensions de la chambre annulaire et de la chambre de mélange sont déterminés en fonction du débit massique voulu à la sortie de la buse Ce débit massique doit donner des paramètres de vol et la signature du rayonnement voulus pour l'aéronef que doit protéger le leurre Les sections d'écoulement sont optimisées de manière classique Dans tous les cas cependant, les sections de la chambre annu- laire et de la chambre de mélange doivent être chacune supérieure à la section totale des orifices de projection. En outre, les orifices de projection peuvent être alignés de manière que leurs axes centraux soient perpendiculaires à l'axe central de la tuyère comme indiqué sur la figure 1, ou ils peuvent être légèrement inclinés vers l'arrière, d'un angle pouvant atteindre 100 environ. L'exemple suivant est considéré simplement comme exemple de réalisation préféré de tuyère Il faut noter que cet exemple est donné à titre purement illustratif et non limitatif de la portée de l'invention. Exemple La tuyère testée selon l'invention a été réalisée en graphite "ATJ" Quatre orifices de projection régulièrement espacés et de 6,35 mm ont été utilisés La section de la chambre annulaire et du plan de sortie de l'organe en forme de cuvette était 7 et 12 fois supérieure à la section totale des orifices de projection respectivement Le rapport de la longueur au diamètre (L/D) de la chambre de mélange était égal à 0,55 Plus précisément, la chambre de mélange avait une longueur d'environ 25 mm et un diamètre d'environ 46 mm La longueur axiale de la tuyère était de 38 mm La tuyère a été placée axialement à une distance d'environ 13 mm du propergol La chambre de combustion avait un diamètre interne d'environ 76 mm Le propergol avait une configuration tubulaire avec une épaisseur de paroi d'environ 25 mm et une longueur d'environ 165 mm Le propergol utilisé contenait environ 40 % en poids de magnésium, 40 % en poids de perchlorate d'ammonium et 20 % en poids d'un liant hydrocarboné destiné à lier les poudres de magnésium et de perchlorate d'ammonium On a constaté que la poussée fournie par cette tuyère était à peu près égale à la moitié de la valeur minimale qui aurait pu être obtenue avec une tuyère classique Les mesures ont aussi indiqué que l'intensité du panache d'échappement était extraordinairement élevée. REVENDICATIONS 1 Tuyère de réduction de poussée pour fusée, caractérisée en ce qu'elle comprend: une paroi externe de forme générale cylindrique ayant une partie amont et une partie aval, et un organe ( 12) en forme de cuvette placé à l'inté- rieur de la paroi externe et ayant une extrémité fermée ( 16) constituée d'une paroi non perforée, une extrémité ouverte ( 30) directement exposée à l'atmosphère, et une partie de forme générale cylindrique ( 14) placée entre les extrémités, les extrémités fermée et ouverte étant voisines des parties amont et aval respectivement, la partie cylin- drique ( 14) étant placée radialement à distance de la paroi externe et formant un canal ( 20) de forme générale annu- laire avec elles, la partie cylindrique ( 14) comportant en outre plusieurs ouvertures ( 22) qui la traversent et assurent la communication entre la chambre annulaire et l'intérieur de l'organe en forme de cuvette ( 12) afin que les gaz à haute pression de la fusée pénètrent à proximité de l'extrémité fermée de l'organe en forme de cuvette, que les gaz pénètrent dans le canal ( 20) dans lequel ils s'écoulent vers l'aval par les ouvertures ( 22), puis dans l'organe en forme de cuvette avant de sortir par l'extré- mité ouverte. 2 Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que les axes centraux des ouvertures ( 22) sont dirigés de façon générale vers l'axe central de l'organe en forme de cuvette ( 12). 3 Moteur-fusée, du type qui comprend une chambre de combustion et une tuyère placée en aval de la chambre de combustion, le moteur-fusée étant caractérisé en ce que sa tuyère comprend: un premier organe de forme générale cylindrique ayant une partie d'extrémité amont adjacente à la chambre de combustion et une partie d'extrémité aval, un second organe ( 12) de forme générale cylindrique placé radialement à distance vers l'intérieur du premier organe de forme générale cylindrique afin qu'un canal ( 20) soit formé entre eux, le canal communiquant directement avec la chambre de combustion, le second organe de forme générale cylindrique ayant une extrémité amont fermée ( 16) et une extrémité aval ouverte ( 30) formant une sortie d'échappement, le second organe de forme générale cylin- drique ( 12) comprenant en outre au moins un orifice ( 22) qui le traverse et qui assure la communication entre le canal ( 20) et l'intérieur du second organe ( 12) de forme générale cylindrique, l'axe central du canal ( 22) étant dirigé de façon générale vers l'axe central du second organe ( 12) de forme générale cylindrique, et une paroi non perforée ( 16) d'extrémité raccordée au second organe de forme générale cylindrique et formant l'extrémité fermée, cette paroi d'extrémité ayant une surface externe tournée vers la chambre de combustion et une surface interne tournée vers l'extrémité ouverte du second organe ( 12) de forme générale cylindrique. 4 Moteur-fusée selon la revendication 3, dans lequel le second organe comprend plusieurs orifices ( 22) espacés de manière pratiquement régulière en direction circonférentielle sur le second organe ( 12), les axes centraux des orifices ( 22) étant dirigés de façon générale vers l'axe central du second organe ( 12) de forme générale cylindrique. Moteur-fusée selon la revendication 4, dans lequel les orifices ( 22) sont orientés afin que leurs axes centraux se trouvent dans un plan. 6 Moteur-fusée selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la tuyère a une paroi placée entre le premier et le second organe de forme générale cylindrique et elle est placée en aval de l'orifice au moins ( 22). 7 Moteur-fusée selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le second organe ( 12) de forme générale cylindrique comprend plusieurs orifices ( 22) qui le tra- versent et qui assurent la communication entre le canal et l'intérieur du second organe de forme générale cylindrique ( 12), les sections transversales du canal et de l'extrémité ouverte du second organe de forme générale cylindrique ( 12) étant chacune supérieure à la section totale des orifices ( 22). 8 Moteur-fusée caractérisé en ce qu'il comprend une partie amont ( 2) de forme générale cylindrique, une partie aval ( 4) de forme générale cylindrique, une chambre de combustion formée par la partie amont et destinée à contenir la réaction d'une composition ( 10) à forte densité d'énergie, un organe ( 12) en forme de cuvette placé dans la partie aval et ayant un tronçon de forme générale cylin- drique ( 14) placé radialement à distance à l'intérieur de la partie aval de manière qu'un canal ( 20) soit formé entre eux, le canal communiquant directement avec la chambre de combustion, le tronçon de forme générale cylindrique ( 14) ayant une extrémité amont adjacente à la chambre de combus- tion et une extrémité aval ouverte pour l'évacuation des produits de combustion à l'atmosphère, l'organe en forme de cuvette ( 12) ayant une paroi ( 16) d'extrémité qui n'est pratiquement pas perforée et qui recouvre l'extrémité amont du tronçon de forme générale cylindrique, et plusieurs orifices ( 22) formés à travers le tronçon de forme générale cylindrique de manière que les orifices assurent la communication entre le canal ( 20) et l'inté- rieur de l'organe ( 12) en forme de cuvette, les axes centraux des orifices recoupant l'axe central de l'organe en forme de cuvette ( 12) entre les extrémités amont et aval. 9 Moteur-fusée selon la revendication 8, caracté- risé en ce qu'il comprend une paroi annulaire placée en aval des orifices ( 22) et disposée entre le tronçon de forme générale cylindrique et la partie aval. Moteur-fusée selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les sections transversales du canal ( 20) et de l'extrémité aval ouverte sont chacune supérieure à la somme des sections des orifices ( 22).