Brevet FR2740105A1 — publié le 19970425

La présente invention concerne un dispositif de pilotage par vannage de gaz, en particulier un dispositif de pilotage comprenant une pluralité de tuyères orientées dans différentes directions, plusieurs générateurs de gaz, et des tuyauteries reliant les générateurs de gaz aux tuyères par l'intermédiaire de vannes équipant les tuyères pour autoriser ou non l'éjection de gaz à travers celles-ci. Un tel dispositif de pilotage est utilisé en particulier pour des véhicules spatiaux afin, notamment, de placer ceux-ci ou des charges qu'ils portent sur des trajectoires prédéterminées. Dans une telle application, la procédure habituelle connue consiste à allumer simultanément les différents générateurs de gaz de manière à fournir un débit global Q pendant une durée t qui est la durée de fonctionnement d'un générateur. Les gaz produits par les générateurs sont distribués par l'intermédiaire des tuyauteries pour être éjectés à travers des tuyères qui sont sélectionnées par commande des vannes associées aux tuyères en fonction de l'orientation à donner au véhicule spatial. Afin de donner plus de souplesse au dispositif de pilotage, il serait avantageux de commander l'allumage des générateurs de gaz de façon indépen- dante avec accroissement de la durée de pilotage. Ainsi, avec quatre générateurs de gaz, par exemple, il pourrait être obtenu un débit Q/2 pendant une durée 2t en allumant les générateurs deux par deux, successivement, ou encore un débit Q/4 pendant une durée 4t en allumant les générateurs un par un, successivement, ou bien encore la combinaison d'un débit 0Q/2 pendant une durée t (deux générateurs allumés simultanément) et d'un débit Q/4 pendant une durée 2t (deux générateurs allumés successivement). Toutefois, au plus tard dès l'allumage d'un ou d'une partie des générateurs, il est alors nécessaire d'isoler les autres générateurs dont l'allumage doit être différé afin d'éviter leur mise à feu intempestive par les gaz chauds provenant d'un générateur en fonctionnement et véhiculé par les tuyauteries. L'isolation d'un générateur de gaz doit être réalisée de manière à pouvoir résister aux pressions élevées des gaz chauds dans les tuyauteries, mais sans gêner l'allumage ultérieur de ce générateur et la sortie immédiate des gaz produits par celui-ci vers les tuyauteries. L'invention a pour but de fournir un dispositif de pilotage capable de satisfaire ces conditions. Ce but est atteint avec un dispositif tel que défini en tête de la description dans lequel chaque générateur de gaz est équipé d'un obturateur disposé dans un passage de sortie reliant le générateur aux tuyauteries, l'obturateur ayant une position fermée dans laquelle il obture le passage de sortie par appui sur un siège formé dans le passage et contre lequel il est plaqué, lorsque le générateur n'est pas allumé, pour isoler de façon étanche le générateur de gaz vis-à-vis de gaz contenus dans les tuyauteries en provenance d'autres générateurs, et l'obturateur étant automatiquement décollé de son siège pour passer de la position fermée à une position ouverte sous l'effet de la pression produite dans le générateur en réponse à l'allumage de celui-ci, de sorte que le pilotage peut être réalisé avec allumage des générateurs de gaz indépendamment les uns des autres. De préférence, l'obturateur associé à un générateur de gaz est verrouillé en position fermée, et est déverrouillable automatiquement en réponse à l'allumage du générateur de gaz. Le verrouillage est par exemple réalisé au moyen d'au moins une goupille frangible susceptible d'être rompue par la pression des gaz produits en réponse à l'allumage du générateur de gaz. Avantageusement encore, chaque obturateur est muni de moyens de verrouillage automatique en position ouverte. Un mode particulier de réalisation d'un dispositif de pilotage conforme à l'invention sera maintenant décrit, de façon indicative mais non limitative, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 illustre très schématiquement, de façon développée, une partie d'un dispositif de pilotage d'un véhicule spatial par vannage de gaz chauds, les figures 2A et 2B sont des demi-vues en coupe plus détaillées montrant l'obturateur d'un générateur de gaz du dispositif de la figure 1 respectivement en position fermée et en position ouverte. La figure 1 montre, de facçon développée, une disposition classique d'un système de pilotage à plusieurs générateurs de gaz 10. Ceux-ci sont fixés à la périphérie d'un véhicule spatial en étant répartis régulièrement autour de celui-ci et sont généralement au nombre de quatre (trois seulement sont représentés sur la figure 1). Chaque générateur de gaz 10 comprend une chambre de combustion 12 dans laquelle est logé un propergol solide 14. La chambre 12 communique par un passage 20 avec des tuyauteries 30 qui permettent de distribuer les gaz de combustion produits par le générateur à une pluralité de tuyères 32 orientées dans différentes directions et équipées de vannes individuelles 34. Dans l'exemple illustré, trois tuyères 321, 322, 323 sont montées sur chaque générateur de gaz. Toujours à titre d'exemple, l'une des tuyères, 321, peut être orientée de manière à exercer une poussée axiale, tandis que les deux autres tuyères, 322, 323, peuvent être orientées de manière à exercer des poussées radiales dans deux directions sensiblement opposées. On notera que le montage des tuyères par groupe de trois sur les générateurs de gaz répond à un simple souci de commodité dans la mesure o, par l'intermédiaire des tuyauteries 30, chaque tuyère doit pouvoir recevoir des gaz produits par n'importe lequel des générateurs de gaz. De façon connue, les vannes 34 sont commandées individuellement et de façon sélective en fonction de l'orientation à donner au véhicule spatial. Conformément à l'invention, chaque générateur de gaz 10 est muni d'un obturateur 40 (figures 1, 2A, 3B) logé dans le passage de sortie 20, afin de mettre ou non le générateur de gaz en communication avec les tuyauteries 30. L'obturateur 40 présente un corps d'obturateur 42 formant soupape. Des nervures radiales ou ailettes 44, 46 solidaires du corps de soupape sont formées d'un côté et de l'autre de celui-ci afin de guider axialement l'obturateur dans le passage 20. Le passage de sortie 20 est défini par une pièce tubulaire 22 prolongée à son extrémité amont (par référence au sens d'écoulement des gaz produits par le générateur) par une bague 24 et un manchon 26. Le manchon 26 est vissé sur la pièce tubulaire 22 et présente un épaulement interne 27 qui prend appui sur la bague 24, bloquant celle-ci entre l'extrémité amont de la pièce 22 et le manchon 26. On notera que les faces en contact de la bague 24 et de la pièce 22 ont des formes de gradins complémentaires afin d'assurer leur centrage mutuel. A partir de l'épaulement 27 et en direction amont, la paroi interne du manchon 26 présente une partie cylindrique 26a qui se raccorde à une partie cylindrique 26b de plus petit diamètre par l'intermédiaire d'une partie tronconique 28 dont le diamètre est décroissant vers l'amont. La surface 28 constitue un siège de soupape coopérant avec le corps d'obturateur 42 du côté 42a de celui-ci tourné vers l'amont. Un joint d'étanchéité annulaire 43 est logé dans une rainure formée dans le côté 42â du corps d'obturateur. On notera que les ailettes radiales 44 situées du côté 42a du corps d'obturateur s'étendent sur un rayon sensiblement égal ou très légèrement inférieur à celui de la paroi cylindrique 26b de sorte que l'obturateur est guidé dans son déplacement axial. A partir de sa face d'extrémité amont en contact avec le manchon 26, et en direction aval, la bague 24 a une paroi interne qui présente une partie cylin- drique 24a se raccordant à une partie cylindrique 24b de plus petit diamètre par l'intermédiaire d'une partie tronconique 25 dont le diamètre est décroissant vers l'aval. La surface tronconique 25 constitue une butée coopérant avec les extrémités aval des ailettes 46 située du côté 42b du corps d'obturateur tourné vers l'aval. Les extrémités aval des ailettes 46 sont biseautées pour avoir une forme correspondante à celle de la butée tronconique 25. On notera que les ailettes radiales 46 s'étendent sur un rayon sensiblement égal ou très légèrement inférieur à celui des parois cylindriques 26â et 24a contribuant également à guider l'obturateur dans son déplacement axial. En position fermée (figure 2A), l'obturateur 42 est plaqué contre le siège 28 et, grâce notamment au joint d'étanchéité 43, isole le générateur de gaz du passage 20 et des tuyauteries raccordées à celui-ci. L'obturateur 42 est verrouillé en position fermée au moyen de goupilles frangibles 45 qui sont insérées dans des perçages radiaux formés dans la partie d'extrémité amont du manchon 26. Les goupilles 45 pénètrent dans des logements radiaux formés dans les nervures 44, ou au moins une partie d'entre elles, à partir de leurs faces externes. Lorsque l'obturateur est en position fermée, l'apparition de gaz chauds dans les tuyauteries communiquant avec le passage 20, par suite de l'allumage d'un ou plusieurs autres obturateurs, établit une surpression du côté aval de l'obturateur 42. Celui-ci est d'autant plaqué sur le siège 28, obturant l'accès au générateur de gaz qui lui est associé et empêchant ainsi un allumage intempestif de celui-ci par les gaz chauds. Les goupilles 43 ne sont alors pratiquement pas sollicitées en rupture. Dès que l'allumage du générateur de gaz est réalisé, la pression du côté amont de l'obturateur 42 croît brusquement et provoque la rupture des goupilles 45. L'obturateur est déplacé vers sa position ouverte (figure 2B) dans laquelle les ailettes 46 sont en appui sur la surface de butée 25. Dans son déplacement, l'obturateur est guidé par les ailettes 44, 46 le long des parois 26, 26a et 24a. On notera que les ailettes 46 font saillie au-delà de la surface latérale et de la surface aval (côté 42) de l'obturateur, de sorte qu'un passage (flèches 21) est ménagé pour les gaz autour de l'obturateur, établissant la communication entre le générateur de gaz et les tuyauteries. Dès qu'il parvient en position ouverte, l'obturateur 42 est verrouillé dans cette position au moyen d'un jonc élastique fendu 49 qui est logé dans une rainure 23 formée à l'extrémité amont de la bague 24 et qui coopère avec des redents 47 formés aux extrémités des ailettes 46. Lorsque l'obturateur est en position fermée, le jonc est maintenu dans la rainure 23 par les nervures 46 (figure 2A). Lorsque l'obturateur atteint la position ouverte, le jonc est partielle- ment libéré par la venue des redents 47 au regard de la rainure 23. Un col sonique est prévu dans le passage 20 en aval de l'obturateur pour ne pas perturber le calibrage du débit du générateur de gaz. Le col sonique peut être formé par une pièce 29 rapportée à l'extrémité amont de la pièce tubulaire 22. Du fait des températures élevées que présentent les gaz en sortie du générateur, les pièces en contact avec les gaz, au moins l'obturateur 42, le manchon 26, la bague 24 et le col 29 sont réalisées en matériau réfractaire, par exemple en matériau composite carbone-carbone, tandis que le jonc 49 est en métal réfractaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pilotage par vannage de gaz, comprenant une pluralité de tuyères (32) orientées dans différentes directions, plusieurs générateurs de gaz (10), et des tuyauteries (30) reliant les générateurs de gaz aux tuyères par l'intermédiaire de vannes (34) équipant les tuyères pour autoriser ou non l'éjection de gaz à travers celles-ci, caractérisé en ce que chaque générateur de gaz (10) est équipé d'un obturateur (42) disposé dans un passage de sortie (20) reliant le générateur aux tuyauteries (30), l'obturateur ayant une position fermée dans laquelle il obture le passage de sortie par appui sur un siège (28) formé dans le passage et contre lequel il est plaqué, lorsque le générateur n'est pas allumé, pour isoler de façon étanche le générateur de gaz vis-à-vis de gaz contenus dans les tuyauteries (30) en provenance d'autres générateurs, et l'obturateur étant automatiquement décollé de son siège pour passer de la position fermée à une position ouverte sous l'effet de la pression produite dans le générateur en réponse à l'allumage de celui-ci, de sorte que le pilotage peut être réalisé avec allumage des générateurs de gaz indépendamment les uns des autres. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obturateur (42) associé à un générateur de gaz (10) est verrouillé en position fermée, et est déverrouillable automatiquement en réponse à l'allumage du générateur de gaz. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le verrouillage de l'obturateur (42) est réalisé au moyen d'au moins une goupille frangible (45) susceptible d'être rompue par la pression des gaz produits en réponse à l'allumage du générateur de gaz (10). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (49, 23) de verrouillage automatique de chaque obturateur (42) en position ouverte. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la position ouverte d'un obturateur (42) est définie par la venue en contact mutuel de parties de l'obturateur avec une surface de butée (25) formée dans le passage (20). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'obturateur (42) est muni de nervures (46) qui définissent entre elles des passages pour les gaz produits par le générateur de gaz associé (10) et qui coopèrent avec la surface de butée (25) lorsque l'obturateur est en position ouverte. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le passage de sortie (20) d'un générateur de gaz (10) dans lequel est monté l'obturateur communique avec les tuyauteries (30) par l'intermédiaire d'un col sonique (29).