Brevet FR2745334A1 — publié le 19970829

La présente invention concerne des tuyères de propulsion à section variable et en particulier des tuyères à deux positions pour des moteurs intégrés fusée/statoréacteur destinés à des missiles. Ces moteurs fonctionnent normalement par combustion d'une charge de démarrage d'un combustible pour fusées avec utilisation d'une tuyère fixe pour donner au missile l'accélération qui l'amène aux vitesses supersoniques, après quoi, lorsque la charge est consumée, le moteur se comporte comme un statoréacteur. Dans les moteurs traditionnels de ce type, lorsque la charge de démarrage est épuisée, le contenant de celleci est retenu comme chambre de combustion pour le combustible du statoréacteur, mais la tuyère fixe est éjectée du missile et une seconde tuyère, d'une forme plus efficace pour le fonctionnement à grande vitesse en statoréacteur, entre alors en action. Pour éviter le risque que peut faire courir la tuyère éjectée à l'avion d'oû le missile est lancé, il est désirable d'avoir pour ce type de moteurs intégrés une tuyère à section variable qui soit efficace aussi bien pour la marche en fusée que pour celle en statoréacteur. On connaît déjà les tuyères de propulsion à section variable utilisées dans les turbomachines, mais comme ces tuyères doivent pouvoir être réglées sur des sections différentes plusieurs fois au cours d'un vol de l'engin, elles présentent nécessairement une grande complexité du point de vue mécanique, ce qui les alourdit et les rend impropres comme tuyères de propulseurs de missiles. L'invention a donc pour objet de fournir une tuyère simple, à deux positions, apte à être utilisée dans un moteur intégré fusée/statoréacteur. A cet effet, la tuyère de propulsion à section variable selon l'invention, a deux positions, correspondant respectivement à une section minimale et à une section maximale et comporte une enveloppe extérieure, sur laquelle est formée une surface intérieure continue définissant la forme de la tuyère dans sa position de section maximale, une pluralité d'éléments de tuyère coopérant initialement les uns avec les autres pour produire la forme de la tuyè- re dans la position de section minimale et déplaçables vers une position dans laquelle ils recouvrent la dite surface intérieure de l'enveloppe pour définir la position de section maximale, les dits éléments étant recouverts d'une peau qui empêche les fuites de flux entre les bords qui coopèrent entre eux de ces mêmes éléments et la dite peau étant faite d'un matériau qui se rompt au moins le long des bords précités lorsque les éléments passent de la position de section minimale à celle de section maximale. Dans une forme d'exécution de cette tuyère, les éléments mobiles ont une forme fixe, correspondant, dans le sens de la longueur, à celle de la surface intérieure de l'enveloppe dans la position de section maximale et, dans le sens de leur largeur, ils se rejoignent par leurs bords latéraux qui se touchent dans la position de section minimale. Dans des tuyères aptes à être utilisées avec des gaz d'échappement chauds, la peau prend la forme d'un revêtement de céramique qui est suffisamment fragile pour se rompre dès que la tuyère commence à changer de position, mais suffisamment résistant pour supporter les températures et les pressions qui entrent en jeu. L'actionnement de la tuyère pour son passage d'une position à l'autre peut s'effectuer au moyen de ressorts montés entre chacun des éléments et l'enveloppe et qui se trouvent sous tension. On peut empêcher un éclatement de la tuyère sous l'effet de la force des ressorts et de la pression des gaz en encerclant son col avec un ruban cassant relié à l'enveloppe par ses deux extrémités. Dans une forme d'exécution préférée, il est prévu toutefois un mécanisme d'actionnement qui comprend des biellettes montées entre les éléments et l'enveloppe et servant à la fois à supporter les éléments dans la position de section minimale et à les amener à la position de section maximale. Dans une forme de réalisation de ce mécanisme, une paire de biellettes est associée à chacun des éléments, biellettes qui s'articulent par une de leurs extrémités, l'une sur l'élément associé et l'autre sur l'enveloppe de la tuyère, tandis qu'elles s'articulent par leur autre extrémité l'une sur l'autre et sur une tige de manoeuvre. Les biellettes sont tirées par la tige de manoeuvre dans une position déployée au-delà de l'alignement de leurs axes d'articulation, dans laquelle elles maintiennent les éléments écartés de l'enveloppe, dans la position de section minimale. Toutes ces paires de biellettes sont reliées à une bague de synchronisation du mouvement, qui actionne le mécanisme. De toute façon, l'invention sera bien comprise à 1' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cette tuyère: Fig. 1 est une vue de l'extrémité arrière du logement du propulseur dans un missile, une partie du carter ayant été enlevée pour montrer les détails de la tuyère; Fig. 2 est une vue en coupe transversale complexe suivant A-A et B-B de fig. 1, montrant la tuyère dans ses deux positions; Fig. 3 est une vue en coupe similaire à fig. 1 et montrant une autre forme d'exécution du mécanisme d'actionnement des éléments de tuyère; Fig. 4 est une vue de côté partielle du missile de fig. 3, le carter n'étant pas représenté pour montrer d' autres détails du mécanisme d'actionnement. Les fig. 1 et 2 montrent un missile avec un logement de propulseur 10, à l'extrémité arrière duquel se trouve une tuyère 12 à section variable entre deux positions. Cette tuyère est conçue de façon à prendre une position de section minimale, représentée dans la moitié inférieure de la figure 1, pendant la période de démarrage du missile, alors que la charge de combustible solide brûle et que le propulseur fonctionne comme une fusée. Pour la vitesse de croisière du missile, le propulseur se comporte comme un statoréacteur, avec la tuyère dans la position de section maximale représentée dans la moitié supérieure de la figure 1. Pour assurer ces deux modes de fonctionnement du propulseur, il est prévu une pluralité d'éléments de tuyère en forme de pétales 14, qui peuvent être déplacés entre deux positions à l'intérieur de l'enveloppe 16 du missile. La position correspondant à la section maximale de la tuyère est définie par une paroi intérieure de l'enveloppe 16 du missile, qui peut, comme le montre la figure 1, être formée sur une chemise séparée 18 fixée à l'enveloppe ou faire partie intégrante de cette dernière. Dans la forme d'exécution représentée, les pétales 14 ont une forme fixe dans le sens de leur longueur, forme qui est choisie telle qu'ils sont en contact avec la chemise 18 dans la position de section maximale de la tuyère et qu'ils se touchent par leurs côtés latéraux dans la position de section minimale. Le contact entre les bords latéraux des pétales 14 est rendu étanche par un revêtement de céramique qui, en fait, peut s'étendre sur toute la surface des pétales et qui est suffisamment fragile pour se rompre le long des dits bords lorsque les pétales changent de position. A l'extrémité amont de la tuyère, il est prévu un groupe de pétales secondaires 20 pour remplir l'espace entre l'extrémité amont des pétales 14 et la chemise 18, lorsque la tuyère se trouve dans la position de section minimale. Chaque pétale secondaire 20 est articulé en 22 à 1' extrémité amont d'un pétale 14 respectif et présente un pivot mobile 24 à son extrémité amont. Les pivots mobiles 24 coulissent dans des guidages (non représentés) formés dans la chemise 18, un guidage étant prévu dans l'axe médian de chaque pétale secondaire. Des évidements 26 sont aussi pré- vus dans la chemise 18 pour loger les pétales secondaires 20 dans la position de section maximale de la tuyère. Pour diminuer la complexité de l'actionnement, les pétales 14 sont amenés de leur position de section minimale représentée dans la moitié inférieure de la figure 1 à celle de section maximale visible dans la moitié supérieure au moyen de biellettes 28 sollicitées par des ressorts 30. Ces ressorts sont tendus dans la position de section minimale et leur action se conjugue à celle de la pression à l'intérieur de la tuyère pour déplacer les pétales 14 radialement vers l'extérieur lorsque le changement de section est nécessaire. Dans la position de section minimale, les pétales 14 doivent, pour se déplacer vers la position de section maximale, vaincre la résistance du revêtement de céramique qui les lie l'un à l'autre et aussi celle d'un fil ou d'un ruban 32, qui les entoure à l'endroit du col de la tuyère. Ce fil ou ruban 32 est passé autour du groupe de pétales 14 et ses extrémités libres sont fixées à l'enveloppe 16 du missile. Une fois que la charge de démarrage est épuisée, un dispositif explosif est actionné pour rompre le fil ou ruban et la pression qui règne à l'intérieur de la tuyère, ajoutée à celle des ressorts 30, suffit pour briser le revêtement de céramique et pour déplacer les pétales 14 vers l'extérieur. Le trait mixte 34 indique une position intermédiaire par laquelle passent les pétales principaux et illustre le pivotement des pétales secondaires 20. On peut voir dans la moitié supérieure de la figure 10 que, dans la position de section maximale, les pétales secondaires 20 et les biellettes 28 se trouvent dans des évidements respectifs 26 et 29 de la chemise 18 et que les pétales principaux 14 sont appliqués contre cette-dernière. Etant donné que les pétales se trouvent maintenant sur une circonférence de plus grand rayon que dans la position de section minimale, des espaces libres se forment entre les bords de ces pétales, espaces qui sont visibles à la figure 2. La chemise 18 présente des saillies 36 de forme appropriée, qui remplissent ces espaces libres lorsque les pétales se trouvent en position de section minimale, de sorte que l'intérieur de la tuyère présente une surface lisse à l'écoulement des gaz. Dans la moitié inférieure de la figure 2, qui représente la position de section minimale, la partie gauche est une vue suivant B-B de la figure 1, tandis que la partie droite est une vue des pétales secondaires suivant A-A de cette même figure. Le revêtement de céramique sur les bords latéraux en contact des pétales 14 pendant la période de démarrage assure une étanchéité efficace contre les fuites de gaz entre les pétales et, comme les dits pétales sont appliqués par toute leur surface sur la chemise 18 en position de section maximale, il ne se produit pas de fuite de gaz non plus dans cette dernière position. On obtient donc une tuyère à deux positions légère, qui ne présente pas de problèmes d'étanchéité. Les figures 3 et 4 représentent une autre forme d' exécution du mécanisme d'actionnement de la tuyère. Pour plus de commodité, dans ces figures les mêmes éléments qu'aux figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes références. Le mécanisme d'actionnement comprend pour chacun des pétales 14 une paire de biellettes 40 et 42, dont l'une 40 est articulée en 44 au pétale, tandis que l'autre 42 est articulée en 46 à l'enveloppe 16 du missile. Les deux biellettes sont en outre articulées l'une sur l'autre en 48, point où s'articule aussi une tige de manoeuvre 50. La tige de manoeuvre est,à son autre extrémité, articulée à une tige d'actionnement 52, laquelle s'articule à son tour sur une bague rotative 54 de synchronisation des mouvement des pétales. Sur son côté aval, la bague 54 est reliée par une pluralité de tiges d'actionnement 56 à une bague 58 axialement déplaçable, à laquelle est articulée en 60 l'extrémité aval de chacun des pétales 14. Il n'est pas nécessaire de prévoir une tige d'actionnement 56 pour chaque pétale et dans la forme d'exécution représentée, il n'y en a que trois, uniformément réparties sur la circonférence du missile. Les extrémités amont des pétales secondaires 20 sont reliées à des points fixes 62 sur l'enveloppe du missile 16. Ce mécanisme fonctionne de la manière suivante: Dans la position de section minimale représentée dans la moitié inférieure de la figure 3, les biellettes 40 et 42 sont en position déployée au-delà de l'alignement de leurs axes d'articulation et agissent comme un étançon pour les pétales 14. Pour faire passer les pétales dans la position de section maximale, on fait tourner la bague 54 en actionnant un dispositif explosif (non représenté), ce qui a pour effet de modifier les angles des tiges d'actionnement 52 et 54. Il en résulte un déplacement axial des axes d'articulation 48 et 60, l'axe 48 se déplaçant vers l'amont, "cassant" ainsi l'étançon en repliant les biellettes 40 et 42 et en déplaçant les pétales 14 et 20 radialement vers 1' extérieur pour les amener en contact avec l'enveloppe du missile. Les pétales de la tuyère sont munis d'un revêtement de céramique au moins le long de leurs bords latéraux en contact comme décrit plus haut et le revê- tement craque lorsque les pétales commencent à se déplacer. Le dispositif explosif peut agir directement sur la bague, par exemple comme un piston, ou, comme variante, il peut agir comme une cisaille pour trancher un fil de retenue ou une cheville qui, normalement empêche la rotation de la bague, de sorte que des ressorts tendus entre elle et l'enveloppe peuvent la faire tourner. Ces dispositifs explosifs sont bien connus et ne sont donc pas décrits ici en détail. Ils permettent de faire passer la tuyère d'une position à l'autre sans mécanisme compliqué, hydraulique ou autre. Dans une variante de tuyère, les éléments mobi les peuvent avoir la forme de bandes ou fibres flexibles tendues entre deux bagues espacées dans le. sens axial. Les fibres ou bandes sont fixées à la périphérie des bagues et la rotation relative de celles-ci provoque une torsion de l'ensemble de bandes et de fibres, donnant à cellesci la forme d'une hyperbole dans le sens de leur longueur. Une tuyère de ce type est décrite et revendiquée dans la demande de brevet britannique NO 47040/78 de la Déposante. - REVENDICATIONS 1. - Tuyère de propulsion à section variable, caractérisée en ce qu'elle a une position de section maximale et une position de section minimale et comprend une enveloppe extérieure (16), sur laquelle est formée une surface intérieure continue (18) définissant la forme de la tuyère dans sa position de section maximale, une pluralité d'éléments de tuyère (14) coopérant initialement les uns avec les autres pour produire la forme de la tuyère dans la position de section minimale et déplaçables vers une position dans laquelle ils recouvrent la dite surface intérieure (ji de l'enveloppe (16) pour définir la position de section maximale, les dits éléments étant recouverts d'une peau qui empêche les fuites du flux entre les bords coopérant entre eux de ces mêmes éléments et la dite peau étant faite d'un matériau qui se romptau moins le long des bords précités lorsque les éléments passent de la position de section minimale à celle de section maximale. 2.- Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments déplaçables comprennent des pétales d'amont (20) et des pétales d'aval (14), dont chacun est articulé sur 1 'autre par une de ses extrémités axiales, les pétales d'amont étant en outre articulés sur l'envelop- pe par leur extrémité amont, tandis que les pétales d'aval sont en outre articulés à l'enveloppe par leur extrémité aval. 3.- Tuyère selon la revendication 2, caractérisée en ce que les pétales ont une forme fixe telle que, dans le sens de leur longueur, elle correspond a celle de la surface intérieure de l'enveloppe dans la position de section maximale et que, dans le sens de la largeur, ils se rejoignent par leurs bords latéraux qui se touchent dans la position de section minimale. 4.- Tuyère selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce que des ressorts (30! sont montés entre les pétales (14) et l'enveloppe, ressorts qui sont tendus lorsque la tuyère est dans la position de sec tion minimale, des moyens détachables étant prévus (32) pour empêcher les pétales de se déplacer tant que ces mêmes moyens ne sont pas libérés pour permettre le mouvement des pétales vers la position de section maximale. 5.- Tuyère selon la revendication 2, caractérisée en ce quelle comporte un mécanisme d'actionnement qui comprend des biellettes montées entre chaque pétale et l'enveloppe pour supporter le pétale dans la position de section minimale et qui peuvent être actionnées de façon à amener les pétales en position de section maximale. 6.- Tuyère selon la revendication 5, caractérisée en ce queues biellettes sont montées par paires, en ce qu' une paire de biellettes (40, 42) est associée à chaque pétale, biellettes qui s'articulent par une de leurs extrémités, l'une sur l'élément associé, l'autre sur l'enve- loppe, tandis qu'elles s'articulent par leur autre extrémité l'une sur l'autre et sur une tige de manoeuvre, laquelle s'articule sur une bague de synchronisation du mouvement par l'intermédiaire d'une tige d'actionnement, la rotation de la bague ayant pour effet d'amener les pétales dans la position de section minimale. 7. Tuyère selon la revendication 5, caractérisée en ce que d'autres tiges d'actionnement (56) sont montées entre la bague de synchronisation (54) et une bague (58) axialement déplaçable à l'extrémité aval de la tuyère, bague sur laquelle s'articule l'extrémité aval des pétales. 8.- Tuyère selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un revêtement de céramique est prévu sur les éléments déplaçables, le dit revêtement étant suffisamment fragile pour se rompre au moins le long des bords latéraux des éléments lorsque la tuyère passe de la position de section minimale à celle de section maximale.