Brevet FR2724979A1 — publié le 19960329

La présente invention se rapporte aux missiles qui sont lads en immersion, notamment les missiles chassés de sous-marins en plongée, et qui sont mis à feu avant ou au moment de leur sortie de l'eau. Des échecs ont e été remontrés lors de lancements de missiles de ce type, de la catégorie "TRIDENT 2 DS ICBM" par la Marine des Etats-Unis d'Aménquc. La recherche de la cause de ces échecs a permis de mettre en évidence l'effet dit de "bouchon d'eau". Celui-ci se produit lorsque, à la mise à feu du moteur du missile, une masse d'eau est présente à l'extrémité de la tuyère et obstrue totalement ou en grande partie la sortie de la tuyère. Une telle masse d'eau forme un bouchon qui avant d'être expulsé par les gaz de combustion, provoque une brève mais importante montée en pression dans le divergent de la tuyère. Cette montée cn pression se traduit par l'application d'un effort axial intense, dans le sens avalamont, susceptible d'endommager des organes situés à la partie arriere du missile. Ce phénomène est illustré par la figure 1. Sur cette figure est schématiquement représentée la partie arrière d'un missile 1 avec une tuyère 2 ayant un col 2a et un divergent 2b. La tuyère est reliée par une articulation 4 au corps 5 du missile ou du premier étage de celui-ci, dans le cas d'un missile à plusieurs étages. L'articulation 4 permet de faire pivoter la tuyère sous la commande d'actionneurs 6 afin de contrôler l'orientation du vecteur de poussée. De façon connue en soi, I'articulation 4 peut être formée par une butée lamifiée flexible constituée par un empilement de couches altemativement en métal et en caoutchouc adhérant les unes aux autres. On notera que la butée lamifiée est disposée de manière à être sollicitée normalement en compression sous l'effet des gaz engendrés dans la chambre de combustion du moteur, en amont du col 2a dc la tuyère 2.L'articulation 4 est reliée à la tuyère 2 par l'intermédiaire d'une embase 7 et au corps 5 par l'intermédiaire d'un fond 8. Une telle tuyère articulée est bien connue en elle-meme. Sur la figure 1, la référence 9 désigne un bouchon d'eau qui est situé dans la partie d'extrémité du divergent 3 et obstrue la sortie de la tuyère 2. Cette eau peut avoir été aspirée lors du trajet du missile entre son point de lancement et la surface de l'eau. Lorsque le moteur du missile ou de son premier étage est mis à feu en présence du bouchon d'eau 9, la montée de pression dans le divergent, avant l'expulsion du bouchon d'eau, se traduit par l'application, sur la paroi interne du divergent, de forces dont la résultante a une composante axiale FAX dirigée de l'aval vers l'amont de la tuyère. Des essais sur maquette à échelle 1/10 réalisés par la déposante ont montré que la composante axiale FAX ainsi brièvement engendrée a une intensité égale à plus du triple de celle exercée dans le sens amont-aval lors du fonctionnement normal du moiteur. La composante FAX est transmise au corps 5 par l'articulation 4 et les actionneurs 6, ainsi que par l'embrase 7 et le fond 8. Lorsque l'articulation 4 est une butée flexible lamifiée, celle-ci est alors sollicitée en traction, c'est-à-dire dans les conditions où elle présente le moins de résistance mécanique. ll peut en résulter un endommagement de la butée flexible tel que la conduite du missile devint impossible. Des dégâts peuvent aussi être causés aux actionneurs 6 ainsi qu'à l'embrase 7 et au fond 8, dégâts susceptibles également de conduire à la perte du missile. Pour résoudre le problème posé par l'effet bouchon d'eau, il a été proposé, pour les missiles "TRIDENT" mentionnés plus haut, d'installer une vessie gonflable qui s'adapte entre la tuyère et la partie arrière du missile, du côté extérieur et qui, lorsqu'elle est gonflée, bloque la tuyère de façon à rigidifier l'ensemble tuyère-partie arrière du missile. On pourra se référer à l'article dc Edward H. Kolcum intitulé "Three Successful Launches Verify Design Fixes to Trident 2D5 ICBM" et paru dans la publication "Aviation Week & Space Technology" January 8, 1990.L'effort axial aval-amont résultant de la présence éventuelle d'un bouchon d'eau est transmis de la tuyère vers la partie amère du missile par l'intermédiaire de la vessie gonflée, sans risque d'endommagement de l'articulation de la tuyère et des actionneurs d'orientation de poussée. Toutefois, cette solution permet de neutraliser l'effet bouchon d'eau uniquement pour les éléments d'orientation de la tuyère, mais pas pour les autres constituants de la partie arrière du missile, notamment l'embase et le fond. Or, ces constituants ne sont normalement pas prévus pour résister à un effort intense s exerçant de l'aval vers l'amont. En outre, la phase de lancement est rendue plus délicate et plus complexe puisqu'il est nécessaire, d'abord, de gonfler la vessie avant ou pendant la chasse du missile, en tout cas avant la mise à feu, et ensuite d'assurer de façon rapide et complète la vidange de la vessie, après la mise à feu et une fois écoulé le délai nécessaire à l'expulsion d'un bouchon d'eau éventuel, pour retrouver la liberté complète de contrôle de l'orientation de la poussée. La vidange rapide de la vessie nécessite des moyens pyrotechniques et une commande appropriée de ccux ci. L'invention a pour but d'apporter une solution plus simple et plus fiable au problème posé par l'effet bouchon d'eau, offrant une protection efficace non seulement des éléments d'orientation (articulation et actionneurs) mais aussi des autres constituants de la partie arrière du missile. Ce but est atteint du fait que, conformément à l'invention, une structure provisoire est disposée à l'intérieur du divergent de façon à transformer la veine divergente de celui-ci en une veine sensiblement cylindrique, sur au moins la plus grande partie de la longueur du divergent et de façon éphémère après la mise à feu du missile. De la sorte, on évite qu'une augmentation de pression dans le divergent due à la présence accidentelle d'un bouchon d'eau à son extrémité au moment de la mise à feu induise sur la tuyère et des constituants de la partie arrière du missile un effort dont la résultante ait une composante axiale dommageable, dirigée de l'aval vers l'amont de la tuyère, avant l'expulsion du bouchon d'eau. La forme et la disposition de la structure provisoire sont de préférence choisies de manière que la composante axiale aval-amont soit aussi réduite que possible, en tout cas insusceptible d'endommager les organes de la partie arrière du missile. La structure provisoire doit être apte à remplir sa fonction pendant la durée nécessaire, après la mise à feu, à l'expulsion d'un bouchon d'eau éventuellement présent, mais doit être éliminée ensuite de façon aussi rapide que possible pour retrouver la configuration normale du divergent. En pratique, le caractère éphémère de la structure provisoire, après la mise à feu, signifie une durée de préférence inférieure à 1 s, de l'ordre de quelques 1/10e de seconde. La structure provisoire est de préférence réalisée en un ou plusieurs matériaux ayant une tenue éphémère aux gaz de combustion produits par la mise à feu du missile. Ainsi, I'élimination de la structure provisoire ne demande pas d'intervention particulière. Ce même avantage peut être obtenu en fixant la structure provisoire au divergent par des moyens de liaison ayant une tenue éphémère à ces gaz de combustion, de sorte que la structure provisoire peut être expulsée de la tuyère dans le délai voulu après la mise à feu. Selon un autre mode de réalisation, la structure provisoire peut etre fixée au divergent par des moyens de liaison auxquels sont associés des moyens, par exemple pyrotechniques, permettant de commander la rupture des moyens dc liaison un temps déterminé après la mise à feu du missile. Avantageusement, la structure provisoire comprend une partie tubulaire rigide définissant la veine cylindrique et fixée à la paroi du divergent. Un matériau de remplissage est alors de préférence disposé entre la partie tubulaire et la paroi interne du divergent. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ciaprès, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, illustre l'effet bouchon d'eau sur une tuyère non protégée; - la figure 2 est une vue très schématique, en coupe, illustrant un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; et - les figures 3 et 4 sont des vues très schématiques en coupe illustrant deux variantes de réalisation du dispositif de la figure 2. La figure 2 illustre très schématiquement la partie arrière d'un missile 1 1 destiné à être lancé en immersion. Le missile comprend une tuyère 12 ayant un col 12a prolongé vers l'extrémité de la tuyère par un divergent 12b. En amont du col 12a, la tuyère 12 présente une partie convergente 12c qui communique avec la chambre de combustion 13 du missile ou du premier étage de celui-ci, dans le cas d'un missile à plusieurs étages. La surface externe du convergent 12c, qui est tournée vers l'arrière du missile, s'appuie sur une butée flexible 14 par l'intermédiaire d'une embase annulaire 17. La butée 14 est reliée au corps 15 du missile ou du premier étage de celui-ci par un fond 18. La butée 14 est une butée lamifiée qui comprend des couches alternées en métal 14a et en caoutchouc 14b adhérant les unes aux autres. Les couches 14a et 14b ont la forme d'anneaux sphériques de même centre de sorte que, par la capacité de déformation des couches en caoutchouc, la butée 14 constitue une articulation permettant à la tuyère 12 de pivoter par rapport au corps 15. Le pivotement de la tuyère 12 et, par là même, l'orientation du vecteur de poussée pendant le vol du missile, sont commandés au moyen d'actionneurs 16 articulés respectivement sur le fond 18 et sur la tuyère 12, à l'extérieur de la tuyère. La tuyère 12, le fond 18 et le corps 15 sont munis de protections thermiques internes 10. Conformément à l'invention, une structure provisoire 20 est introduitc dans le divergent 12b de la tuyère 12. Cette structure provisoire 20 transforme la veine divergente en veine cylindrique sur la plus grande partie de la longueur du divergent. La structure 20 comprend une partie tubulaire rigide 20a, qui définit la veine cylindrique, et un remplissage 20b qui occupe l'espace entre la partie tubulaire 20a et la paroi interne du divergent. Les matériaux constitutifs de la partie tubulaire 20a et du remplissage 20b sont choisis de manière à être éliminés, par exemple sublimés, par les gaz provenant de la chambre de combustion peu de temps après la mise à feu du missile. A titre d'exemple, la partie tubulaire rigide 20a peut être en un matériau composite du type résine renforcée par des fibres, telles que des fibres de verre, ou en un métal facilement sublimable, tel que l'aluminium. Le remplissage 20b est en un matériau relativement léger résistant à la compression, par exemple en un polymère expansé, tel qu'une mousse de polyuréthane.La partie tubulaire 20a est collée sur le bloc 20b de matériau dc remplissage et est fixée au divergent 12b par collage du bloc 20b sur la paroi interne du divergent. A sa base, le bloc 20b peut être muni d'un revêtement arrière 20c, par exemple de même nature que la partie tubulaire 20a et collé sur le bloc 20b. Lorsque, à la mise à feu du missile, un bouchon d'eau 19 est présent à l'extrémité de la tuyère 12, une pression importante est engendrée dans le divergent jusqu'à expulsion du bouchon d'eau. Cette pression se traduit par l'application dc forces normales à la paroi de la veine du divergent. Du fait de la présent de la structure provisoire 20, la veine est cylindrique sur une grande partie de la longueur de la tuyère, de sorte que la résultante des forces appliquées sur la paroi interne de cette veine ne présente pas de composante axiale notable dirigée de l'aval vers l'amont de la tuyère. On notera que le diamètre intérieur de la structure provisoire 20 est de préférence supérieur à celui du col 12a pour que cette structure n occupe pas un volume trop important dans le divergent 12b et ne laisse qu'une veine centrale trop étroite.De ce fait, la pression qui s'applique à la partie supérieure du divergent, directement sur la paroi de celui-ci, peut se traduire par une force axiale résiduelle aval-amont non nulle. Celle-ci est toutefois très inférieure à la valeur qu'elle prendrait en l'absence de la structure provisoire 20. fil suffit de choisir le diamètre interne de la structure 20 pour que la force axiale résiduelle aval-amont soit suffisamment faible pour éviter tout risque de détérioration des organes de la partie arrière du missile. Le temps nécessaire à l'expulsion d'un bouchon d'eau éventuel, après mise à feu, est normalement inférieur à 1 s, de l'ordre de quelques 1/10e de seconde. Il suffit donc de réaliser la structure provisoire 20 de manière qu'elle conserve son intégrité uniquement pendant ce délai. Le mode de réalisation de la figure 3 se distingue notamment de celui de la figure 2 en ce que la structure provisoire 20 est fixée à l'intérieur du divergent par des moyens de liaison 21 ayant une tenue éphémère aux gaz de combustion produits par la mise à feu du missile. Les moyens de liaison 21 consistent, dans l'exemple illustré, en une bande annulaire qui est collée sur la paroi interne cylindrique de la structure 20, à la partie supérieure de celle-ci, et sur la paroi interne du divergent 12b, également à la partie supérieure de celui-ci. La bande annulaire 21 peut être en matériau composite, par exemple en résine renforcée de fibres, telles que des fibres de verre, ou en métal, par exemple en aluminium.L'élimination dc la structure provisoire 20 résulte de la destruction des moyens de liaison 21, dans le délai voulu après la mise à feu, suivie de l'expulsion de la structure provisoire. Celle-ci peut alors être réalisée en différents matériaux non necessailement éliminables par les gaz de combustion. La figure 4 illustre une variante de réalisation du dispositif de la figure 3 dans laquelle la structure provisoire 20 est fixée au divergent non pas par des moyens de liaison ayant une tenue éphémère aux gaz de combustion, mais par des moyens de liaison 22 dont la rupture peut être commandée. La structure provisoire 20 s'étend jusqu'à l'extrémité du divergent et est fixée à celui-ci au moyen de boulons explosifs 22 à la périphérie du divergent. La rupture des boulons 22 est commandée un temps déterminé après la mise à feu du missile pour permettre l'expulsion de la structure provisoire 20 immédiatement après celle d'un bouchon d'eau éventuellement présent à la mise à feu. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre l'effet bouchon d'eau lors de la mise à feu d'un missile lancé en immersion et présentant une tuyère (12) se terminant, à l'arrière du missile, par un divergent (12b), caractérisé en ce qu'une structure provisoire (20) est disposée à l'intérieur du divergent (12b) de façon à transformer la veine divergente de celui-ci en une veine sensiblement cylindrique, sur au moins la plus grande partie de la longueur du divergent et de façon éphémère après la mise à feu du missile, de sorte qu'une augmentation de pression dans le divergent due à la présence accidentelle d'un bouchon d'eau (19) à son extrémité au moment de la mise à feu n'induise pas sur la tuyère et des constituants de la partie arrière du missile un effort dont la résultante ait une composante axiale dommageable, dirigée de l'aval vers l'amont de la tuyère, avant l'expulsion du bouchon d'eau. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure provisoire (20) est réalisée en un ou plusieurs matériaux ayant une tenue éphémère aux gaz de combustion produits par la mise à feu du missile. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure provisoire (20) est fixée au divergent par des moyens de liaison (21) ayant une tenue éphémère aux gaz de combustion produits par la mise à feu du missile. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure provisoire est fixée au divergent (12b) par des moyens de liaison (22) et en ce que des moyens sont prévus pour commander la rupture des moyens de liaison un temps déterminé après la mise à feu du missile. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure provisoire (20) comprend une partie tubulaire rigide (20a) définissant la veine cylindrique et fixée à la paroi du divergent. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie tubulaire rigide (20a) est en une résine armée de fibres. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la structure provisoire comprend en outre un matériau de remplissage (20b) entre la partie tubulaire (20a) et la paroi interne du divergent (12b). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau de remplissage (20b) est un polymère expansé. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la partie tubulaire (20a) adhère au matériau de remplissage (20b) et celui-ci est collé sur la paroi interne du divergent (12b).