Brevet FR2743110A1 — publié le 19970704

La présente invention a pour objet un divergent déployable de propulseur. La poussée d'un propulseur dépend du débit de gaz éjecté et de la vitesse d'éjection. Pour optimiser ce demier paramètre, il est nécessaire d'avoir un divergent de fort diamètre de sortie, principalement dans le cas d'un deuxième ou d'un troisième étage d'un propulseur multi-étages. Cela conduit à des divergents longs, souvent peu compatibles avec l'encombrement disponible. Une solution consiste à concevoir un divergent déployable ayant une longueur réduite dans sa configuration initiale et qui peut être allongé par mise en place d'un ou plusieurs anneaux de divergent. Des divergents déployables sont également utilisés pour permettre une adaptation de la section de sortie de tuyères de propulseurs, en fonction de la pression ambiante, laquelle diminue entre des faibles altitudes proches du sol et les altitudes élevées, de sorte qu'une poussée optimale soit le plus possible approchée malgré les changements d'altitude. Dans tous ces cas, le déploiement de la partie déployable du divergent doit pouvoir s'effectuer de façon automatique et fiable avec un minimum de dépense d'énergie. ll a été proposé différents types de mécanismes de déploiement de divergents déployables, en particulier des mécanismes utilisant des systèmes à câbles, à vis à rouleaux, à vis à billes, à poutres déroulables ou à membrane. Dans l'ensemble, ces mécanismes sont relativement encombrants et apportent un accroissement de masse très pénalisant, notamment dans le cas de divergents de grands diamètres. Un mécanisme de déploiement ne présentant pas ces inconvénients a déjà été proposé dans le brevet US 5282576 de la demanderesse. Le divergent comprend une première partie dont l'extrémité amont est raccordée au fond du propulseur et une deuxième partie sous forme d'un anneau mobile entre une position rétractée, dans laquelle il entoure la première partie de divergent, ct une position déployée dans laquelle il se raccorde à l'extrémité aval de la première partie pour prolonger celle-ci. Le mécanisme de déploiement comprend des bras articulés dont une extrémité est reliée à l'anneau de divergent, et des moyens d'actionnement des bras permettant de déplacer l'anneau de divergent de sa position rétractée à sa position déployée. Un blocage de l'anneau de divergent dans sa position déployée est nécessaire pour éviter son retour vers la position rétractée sous la poussée du jet qui le traverse. Dans le brevet US 5 282 576, ce blocage est réalisé par arcboutement des bras afin de ne pas laisser le moyen d'actionnement activé en permanence après déploiement, le fonctionnement du mécanisme de déploiement étant réversible. La présente invention a pour but de fournir un divergent déployable du type de celui du brevet US 5 282 576, mais dans lequel le verrouillage de l'anneau en position déployée est réalisé de façon fiable, sans nécessiter une géométrie particulière des bras, le mécanisme de déploiement n'étant pas destiné à être réversible. Ce but est atteint du fait que: - des moyens sont prévus de façon répartie à la périphérie de l'extrémité aval de la première partie de divergent et à la périphérie de l'extrémité amont de l'anneau de divergent afin de permettre un verrouillage de l'anneau de divergent sur l'extrémité aval de la première partie de divergent lorsque l'anneau de divergent est en position déployée, et - le mécanisme de déploiement comprend au moins quatre bras formant avec l'anneau de divergent un ensemble hyperstatique, de sorte que l'anneau peut être déplacé sans être sensiblemcnt déformé afin d'être amené dans la position voulue pour se verrouiller automatiquement et complètement sur la première partie de divergent, lorsqu'il est déployé. Le divergent déployable selon l'invention est ainsi remarquable par la combinaison du verrouillage automatique de l'anneau de divergent sur la première partie de divergent, grâce à des moyens de verrouillage répartis à leur périphérie, et du caractère hyperstatique de l'ensemble mobile qui permet de guider l'anneau de divergent avec précision vers la position déployée exacte requise pour que se réalise le verrouillage automatique. Avantageusement, les moyens de verrouillage comprennent une pluralité de languettes flexibles coopérant avec un ou plusieurs logements correspondants de manière à venir s'encliqueter dans le ou les logements lorsque l'anneau de divergent parvient en position déployée. Avantageusement encore, des moyens de blocage déverrouillables sont prévus pour bloquer l'anneau de divergent en position rétractée. 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 est une demi-vue schématique en coupe montrant un divergent déployable selon un premier mode de réalisation de l'invention, avec l'anneau de divergent en position rétractée, - la figure 2 est une demi-vue en coupe similaire à la figure 1, mais avec l'anneau de divergent en position déployée; - la figure 3 est une vue de dessus d'un bras du mécanisme de déploiement des figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue de détail montrant les moyens de verrouillage de l'anneau de divergent sur la première partie de divergent dans le divergent déployable des figures 1 et 2, immédiatement avant verrouillage; - la figure S est une vue de détail similaire à la figure 4, mais après verrouillage;; - la figure 6 est une demi-vue schématique en coupe montrant un divergent déployable selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, avec l'anneau de divergent en position rétractée ; et - la figure 7 est une demi-vue en coupe similaire à la figure 1, mais avec l'anneau de divergent en position déployée. Sur les figures 1 et 2, la référence 10 désigne un corps de propulseur, par exemple un propulseur à propergol solide, dont la chambre de combustion 12 s'ouvre, à travers le fond 14 du propulseur, par un col de tuyère 16 prolongé par une partie première 20 d'un divergent déployable. L'extrémité amont de la partie de divergent 20, dans le sens d'écoulement du flux gazeux, et le col de tuyère 16 sont raccordés au fond 14 du propulseur par l'intermédiaire d'un cône, dans le cas d'une tuyère fixe ou, dans le cas illustré d'une tuyère articulée, par l'intermédiaire d'une butée flexible 18. Celle-ci est par exemple une butée d'articulation sphérique formée, de façon connue en soi, de couches alternées de métal ou matériau composite et d'élastomère adhérisées. Le corps et le fond du propulseur, ainsi que le col de tuyère et la partie 20 de divergent sont normalement revêtus intérieurement d'un matériau ablatif de protection thermique. Le divergent déployable comprend en outre un anneau de divergent 22 qui, en position rétractée (figure 1), entoure la partie de divergent 20 en étant coaxial avec celle-ci et, en position déployée (figure 2), se raccorde à l'extrémité aval de la partie de divergent 20 et prolonge celle-ci de manière à former un divergent ayant un diamètre de sortie agrandi. Le maintien de l'anneau de divergent 22 en position rétractée et son guidage vers la position déployée sont assurés au moyen de quatre bras articulés 30 répartis régulièrement autour de la première partie de divergent 20. Chaque bras (figures 1, 2, 3) comporte un premier segment 32 articulé à une première extrémité sur une platine 36 fixée sur la paroi extérieure de la première partie de divergent 20 (axe 33) et, à une deuxième extrémité, sur une première extrémité d'un deuxième segment 34 (axe 35). A sa deuxième extrémité, le segment 34 est articulé sur une platine 38 fixée sur la paroi extérieure de l'anneau de divergent (axe 37). Chaque segment de bras 32, 34 est formé de deux flancs, respectivement 321 32b et 341 34k parallèles entre eux. Le plan de symétne P (figure 3) de chaque bras contient l'axe A du divergent, les axes d'articulation 33, 35 et 37 aux extrémités des segments 32 et 34 étant perpendiculaires au plan P et à l'axe A.Comme le montre la figure 1, un dispositif de blocage du bras en position rétractée comprend une butée 40 solidaire du segment 32 et munie d'un ergot 42 qui pénètre dans un logement 39 de la platine 38. Le dégagement de l'ergot 42 hors du logement 39 afin de libérer le bras 30 peut être réalisé par des moyens pneumatiques, par exemple en reliant l'ergot au piston d'un vérin pneumatique, ou par des moyens pyrotechniques. fi n'est pas nécessaire de prévoir un dispositif de blocage sur chaque bras 30, le blocage d'un bras pouvant suffire à maintenir l'ensemble en position rétractée. Lorsque le bras 30 est libéré, il peut se déployer avec rotation des segments 32, 34 autour de leurs axes d'articulation d'extrémité. Pendant le déploiement du bras, la position du plan de symétrie P reste inchangée. Dans l'exemple des figures 1 à 3, le déploiement du bras 30 est réalisé au moyen d'un ressort de torsion 44 monté sur l'axe d'articulation 33. Le ressort 44 entraîne un arbre de sortie cannelé 45 en prise avec le segment 32. Pour réaliser le déploiement de l'anneau de divergent 22, les quatre bras 30 sont libérés simultanément par déblocage des ergots 42. Les ressorts 44 ainsi libérés provoquent la rotation simultanée des segments de bras 32 et, par là même le déploiement simultané des bras. On notera que l'ensemble formé par les quatre bras 30 et l'anneau de divergent 22 est hyperstatique, ce qui fait que l'anneau 22 se déplace sans se déformer et en restant constamment centré sur l'axe A. Le caractère hyperstatique du montage permet donc d'assurer un guidage précis de l'anneau de divergent 22 vers la position déployée, une absence de synchronisme des mouvements des bras étant empêchée. On notera que ce résultat peut toujours être obtenu en montant un ressort de torsion sur seulement certains des bras, voire même un seul. Le caractère hyperstatique vient ici du fait que quatre bras 30 sont prévus. Le nombre de bras pourrait être supérieur à quatre, mais avec pour conséquence un alourdissement du mécanisme n'apportant pas réellement d'avantage supplémentaire. Selon une particularité du divergent déployable conforme à l'invention, des moyens sont prévus, à la périphérie de l'extrémité aval de la partie de divergent 20 et à la périphérie de l'extrémité amont de l'anneau de divergent 22 pour assurer leur verrouillage mutuel lorsque l'anneau de divergent parvient en position déployée. Dans l'exemple illustré (figures 1, 2,4 et 5) ces moyens de verrouillage sont constitués par une pluralité de languettes flexibles 50 qui sont fixées à la périphérie de l'extrémité aval de la partie de divergent 20, du côté extérieur, et par un décrochement annulaire 52 formé à l'extrémité amont de l'anneau de divergent 22, du côté intérieur. Lorsque l'anneau de divergent 22 parvient à proximité de sa position complètement déployée, la paroi inteme 22 de l'anneau 22 prend appui sur les languettes 50, faisant fléchir celles-ci vers l'axe du divergent (figure 4). A cet effet, les languettes 50 ménagent, dans leur partie d'extrémité libre, un espace 51 avec la paroi extérieure de la partie de divergent 20. La position des languettes 50 est déterminée, de même que celle du décrochement 52, pour que les languettes s'encliquettent dans le décrochement 52 dès que l'anneau de divergent 22 parvient en position déployée (figure 5). Le verrouillage de l'anneau de divergent 22 sur la partie de divergent 20 est ainsi assuré. On notera que la précision apportée par le montage hyperstatique autorise ce mode de verrouillage automatique. On notera aussi que le décrochement 52 pourra être remplacé par une pluralité de logements correspondant aux languettes. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le déploiement des bras est assuré par un ou plusieurs ressorts de torsion. Cette solution convient lorsque le divergent est déployé avant allumage du propulseur, mais la force développée par le ou les ressorts serait normalement insuffisante pour s'opposer à la pression du jet de gaz si le déploiement était commandé après allumage. Un mode de réalisation convenant dans le cas d'un déploiement après allumage du propulseur est illustré par les figures 6 et 7. Dans ce deuxième mode de réalisation, les parties du divergent déployable correspondant à des parties du mode de réalisation des figures 1 à 5 portent les mêmes références et ne seront pas à nouveau décrites. Comme le montrent les figures 6 et 7, le maintien du bras 30 à l'état rétracté et son déploiement sont assurés par au moins un vérin 60 dont le cylindre 62 est articulé sur une platine 64 fixée sur la paroi externe de la partie de divergent 20 et dont la tige 66 est articulée à son extrémité sur le segment 32 du bras 30. n n' est pas nécessaire de prévoir de dispositif de blocage du bras 30 en position rétractée. Le vérin 60 peut être de type pneumatique ou hydraulique. n est possible de prévoir un seul vérin, le déplacement simultané des autres bras étant assuré par le montage hyperstatique, ou de munir plusieurs bras d'un vérin. Le verrouillage de l'anneau de divergent 22 sur la partie de divergent 20 est assuré comme décrit en référence aux figures 4 et 5. D'autres moyens peuvent être prévus pour assurer la motorisation des moyens de déploiement lorsque le déploiement doit être effectué après allumage. n est possible par exemple de remplacer les ressorts de torsion du mode de réalisation des figures 1 à 3 par un moteur ou plusieurs moteurs. En outre, bien entendu, une motorisation par vérin ou moteur peut être prévue même dans le cas où le déploiement est réalisé avant allumage. Il est encore envisageable de réaliser le déploiement par des moyens pyrotechniques. On notera enfin que le mode de verrouillage par languettes ct décrochement illustré par les figures 4 et 5 pourra aisément être remplacé par tout autre moyen connu permettant de réaliser un verrouillage ou un encliquetage de façon automatique. REVENDICATIONS 1 - Divergent déployable de propulseur, comprenant: - une première partie de divergent (20) ayant une extrémité amont raccordée au fond (14) du propulseur, - une deuxième partie de divergent (22) sous forme d'un anneau mobile entre une position rétractée dans laquelle il entoure la première partie de divergent (20) et une position déployée dans laquelle il se raccorde à l'extrémité aval de la première partie pour prolonger celle-ci, et - un mécanisme de déploiement comportant plusieurs bras articulés (30) dont une extrémité est reliée à l'anneau de divergent, et des moyens (44; 60) d'actionnement des bras permettant de déplacer l'anneau de divergent de sa position rétractée à sa position déployée, caractérisé en ce que: - des moyens (50, 52) sont prévus de façon répartie à la périphérie de l'extrémité aval de la première partie de divergent et à la périphérie de l'extrémité amont de l'anneau de divergent afin de permettre un verrouillage de l'anneau de divergent (22) sur l'extrémité aval de la première partie de divergent (20) lorsque l'anneau de divergent est en position déployée, et - le mécanisme de déploiement comprend au moins quatre bras (30) formant avec l'anneau de divergent (22) un ensemble hyperstatique, de sorte que l'anneau peut être déplacé sans être sensiblement déformé afin d'être amené dans la position voulue pour se verrouiller automatiquement et complètement sur la première partie de divergent (20), lorsqu'il est déployé. 2- Divergent selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage comprennent une pluralité de languettes flexibles (50) coopérant avec un ou plusieurs logements correspondants (52) de manière à venir s'encliqueter dans le ou les logements (52) lorsque l'anneau de divergent (22) parvient en position déployée. 3 - Divergent selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des moyens de blocage déverrouillables sont prévus pour bloquer l'anneau de divergent (22) en position rétractée. 4 - Divergent selon la revendication 3, dans lequel chaque bras (30) comprend plusieurs segments articulés (32, 34), caractérisé en ce que les moyens de blocage (42, 39) sont agencés de manière à immobiliser un segment d'au moins un bras par rapport à un autre segment du même bras. 5 - Divergent selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le déplacement des bras (30) en position déployée est réalisé par des moyens moteurs montés sur une articulation d'au moins un bras. 6- Divergent selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens moteurs sont constitués par un ressort de torsion. 7 - Divergent selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le déplacement du bras (30) en position déployée est réalisé par des moyens moteurs agissant sur un segment d'au moins un bras (30). 8- Divergent selon la revendication 7, caractérisé en ce que le déplacement des bras (30) en position déployée est réalisé au moyen d'au moins un vérin (60) monté entre la première partie de divergent (20) et un segment de bras articulé (30).