Brevet FR2776716A1 — publié le 19991001

PROCEDE DE GENERATION D'UNE POUSSEE TRANSVERSALE La présente invention concerne un procédé de génération d'une poussée transversale dans un objet volant, procédé selon lequel est introduite, dans un moteur-fusée disposé transversalement à l'axe longitudinal du corps volant et comportant une chambre de réaction et une tuyère à divergent, une quantité définie10 d'un propergol du type monergol, qui est décomposé par une source de chaleur pour ainsi produire la poussée transversale désirée d'une durée prédéfinie. Un tel procédé sert notamment à la correction de position et de trajectoire d'engins spatiaux; on peut alors prévoir un ou plusieurs moteurs-fusées, qui sont disposés transversalement à l'axe longitudinal de l'engin et qui sont mis à feu individuellement à des moments prédéfinis pour pouvoir exécuter la correction désirée de la trajectoire.20 On utilise souvent des moteurs-fusées à propergol solide pour la correction de la trajectoire et, dans ce cas, il faut chaque fois un moteur-fusée pour chacune des impulsions de correction à émettre à plusieurs reprises, si bien qu'une pluralité de moteurs-fusées à propergol25 solide sont prévus dans l'engin, ce qui signifie une grande masse et de gros volumes d'installation en conséquence. En ce qui concerne la commande de la poussée transversale proprement dite par un générateur de gaz à poudre, le flux de gaz doit être commandé par des30 soupapes à gaz chauds, ce qui nécessite des dispositifs d'actionnement onéreux. On connaît, par EP-A 522 270, un moteur-fusée pour la correction de trajectoire d'engins spatiaux, qui consiste en un carter, réalisé en tant qu'anode, et qui35 constitue en même temps le divergent, et en une cathode en forme de barre, électriquement isolée, qui y est maintenue au centre. La cathode est disposée dans une chambre de combustion, dans laquelle sont injectés des gaz propulseurs, la pointe de la cathode étant écartée par un petit interstice du col de la tuyère de section rétrécie. Entre l'anode et la cathode, un arc électrique est amorcé lors d'une arrivée de gaz, et les gaz propulseurs peuvent ainsi recevoir de l'énergie thermique supplémentaire. Une partie des gaz propulseurs est10 injectée dans la chambre de combustion, par l'intermédiaire d'un passage situé au centre de la cathode. La pointe de la cathode, faisant face au col de la tuyère, est constituée par un élément rapporté en tungstène. Le gaz propulseur est, en règle générale, un15 mélange, produit par décomposition thermique et/ou catalytique d'hydrazine (N2H4), consistant en de l'ammoniac, de l'azote et de l'hydrogène, qui présente tout d'abord, à son entrée dans la chambre de combustion, une température de l'ordre de 500 à 600 C et qui se20 trouve chauffé, dans l'arc électrique, jusqu'à des températures comprises entre 10 000 et 15 000 C, avant de quitter le divergent et d'y produire la poussée transversale désirée. Un tel moteur-fusée est extrêmement sollicité thermiquement, notamment dans la zone de la cathode, en raison de la concentration du courant d'arc sur une zone relativement étroite, notamment dans la zone de la pointe de la cathode. Or, cela agit défavorablement sur la durée de vie d'un tel moteur-fusée.30 L'utilisation de monergols, par exemple l'hydrazine, en tant que propergol pour un objet volant et, plus particulièrement, pour un satellite, est connue par DE-A 25 37 543. Par monergol, il faut entendre ici un propergol liquide qui fournit, par sa transformation propre et sans ajout d'une autre substance, lors d'une amenée d'énergie adéquate, un gaz de décomposition qui peut être utilisé, par exemple, pour mettre sous pression le propergol. On connaît également, par DE-A 36 16 184, l'utilisation d'un générateur de gaz pyrotechnique pour le guidage d'objets volants ou de projectiles guidés en phase finale, dans lequel une charge propulsive est transformée en gaz dans une chambre de combustion, ce gaz étant amené à des tuyères de commande lorsqu'une correction de la direction est nécessaire. Un fonctionnement, utilisable à des fins de commande, de ce générateur connu de gaz n'est possible que dans des conditions de pression constante à l'intérieur de la chambre de combustion, si bien que plus particulièrement des pointes de surpression sont à éviter. Cela peut s'effectuer au moyen de soupapes mécaniques de surpression, qui consistent globalement en un système de ressort et de masse et qui occupent beaucoup de place si bien que, notamment dans le cas de projectiles guidés en20 phase finale, elles ne peuvent plus être disposées à proximité immédiate de la chambre de combustion. En outre, en raison des constantes de temps relativement grandes du système de ressort et de masse, les soupapes mécaniques de surpression présentent un comportement25 médiocre de réponse, qui ne satisfait pas aux exigences de la pratique. Le fonctionnement d'ouverture et de fermeture des soupapes mécaniques de surpression classiques est également grevé de tolérances trop élevées, ce qui exclut son utilisation pour des agencements de guidage de précision. Afin de pouvoir éviter ces inconvénients, il a déjà été proposé, dans cette publication antérieure, de prévoir un capteur de pression dans la chambre de combustion et de le relier, du côté sortie, à un circuit électronique pour la35 détermination d'une pression de consigne, qui dépend de la température et d'une vitesse prédéfinie de combustion du bloc de propergol, ainsi que de prévoir, dans le bloc de propergol, une sonde de température qui est reliée au circuit électronique, et enfin d'incorporer un élément de5 réglage qui, lors de la détection d'une pression dépassant la pression de consigne dans la chambre de combustion, ouvre celle-ci pour décharger la surpression. Le but de la présente invention consiste, par conséquent, à proposer un procédé, particulièrement simple et à réaction rapide, pour l'obtention d'une poussée transversale dans un objet volant, permettant de produire en peu de temps et dans une direction définie une poussée à haute densité d'impulsions. En partant d'un procédé du type examiné plus en détail au début, ce but est atteint par la présente invention, en ce que la quantité de propergol du type monergol est commandée par une soupape électromagnétique pour arriver tangentiellement à grande vitesse dans la chambre de réaction, de telle manière que se constitue,20 sur la paroi, une pellicule de propergol ayant une épaisseur qui est fonction de la conformation de la paroi, de la vitesse de chargement et de la durée du chargement; en ce que la pellicule de propergol est décomposée par une source de chaleur pyrotechnique,25 disposée dans la paroi de la chambre de réaction et à proximité de la tuyère à divergent; en ce que les gaz chauds, résultant de la décomposition, produisent dans la chambre de réaction une pression élevée comprise entre 500 et 800 bars et une forte poussée en conséquence dans la tuyère à divergent. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description détaillée qui va suivre, en liaison avec les dessins, qui représentent les étapes individuelles du35 procédé, à l'aide d'un moteur-fusée produisant une poussée transversale, et qui montrent: figure 1 une coupe d'un moteurfusée de poussée transversale, qui peut être commandé selon la présente invention;5 figure 2 une représentation, en agrandissement, de l'arrivée du propergol dans le moteur-fusée; et figure 3 un schéma de principe de la commande de poussée transversale par quatre moteurs-fusées de poussée transversale.10 Sur les figures, o des éléments identiques sont désignés par des références identiques, la référence 1 désigne la chambre de réaction du moteur-fusée servant à produire la poussée transversale, et dont la section transversale décroît en direction d'une tuyère à15 divergent 2, qui s'y raccorde et dont la section transversale croit, de la manière habituelle, à partir du point de jonction avec la chambre de réaction 1. La référence 3 désigne une arrivée de propergol, disposée tangentiellement et par laquelle le propergol, c'est-à-dire un monergol, est introduit tangentiellement dans la chambre de réaction 1 en étant commandé par une soupape électromagnétique 4. La référence 5 indique la pellicule de propergol qui se forme du fait de l'introduction du monergol dans la chambre de réaction 125 et dont la surface est signalée par la référence 6. L'épaisseur de la pellicule de propergol 5 dans la chambre de réaction 1 est en outre fonction de la conformation de la paroi de la chambre de réaction 1, de la vitesse de chargement et de la durée du chargement du30 propergol. La référence 7 désigne une source de chaleur pyrotechnique, qui est prévue à proximité du point de jonction entre chambre de réaction 1 et tuyère à divergent 2, et qui est placée dans la paroi de la35 chambre de réaction, cette source ayant pour effet de décomposer la quantité de monergol chargée dans la chambre de réaction 1, si bien que des gaz chauds sont produits à une pression élevée, comprise entre environ 500 et 800 bars et que, lors de leur détente, ils donnent lieu à une forte poussée en conséquence dans la tuyère ultrasonique à divergent 2. Le moteur-fusée, comportant la chambre de réaction 1 et la tuyère à divergent 2, est disposé perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'objet10 volant, et une quantité définie de propergol, sous la forme d'un monergol, est chargée par l'intermédiaire de la soupape électromagnétique 4, comme on l'a déjà dit, de manière tangentielle et à grande vitesse. La pellicule de propergol 5 ainsi créée atteint la source de chaleur15 pyrotechnique 7, logée dans la chambre de réaction, si bien que s'amorce une décomposition spontanée de la totalité du propergol présent dans la chambre de réaction. Pendant le temps au cours duquel prédomine la haute pression dans la chambre de réaction 1, l'arrivée20 de propergol 3 est fermée par un clapet antiretour de fluide 8, ainsi que le montre schématiquement la représentation en agrandissement de l'arrivée de propergol 3 à la figure 2. On obtient ainsi que la soupape électromagnétique de commande 4 soit sollicitée uniquement par la pression réduite nécessaire à l'amenée du monergol. Le fonctionnement de la source de chaleur pyrotechnique 7 est maintenu en continu du début jusqu'à la fin de la génération de la poussée transversale,30 tandis que l'arrivée de propergol dans la chambre de réaction 1 n'est libérée que lors d'un besoin de poussée transversale. La figure 3 montre schématiquement la disposition de quatre moteurs-fusées de poussée transversale de ce type dans un objet volant et ils sont reliés à un réservoir 10 commun pour le propergol du type monergol. Ce réservoir est divisé en deux chambres par une membrane, par exemple une membrane métallique 11, l'une des chambres étant remplie d'un gaz sous pression 13, qui sollicite le5 propergol du type monergol 12, contenu dans l'autre chambre, en direction des quatre moteurs-fusées de poussée transversale 1, 1', 1'', 1''', la conduite de liaison entre le réservoir 10 et les soupapes individuelles de commande pour les quatre moteurs-fusées10 étant pourvue d'une pyrosoupape 9. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que15 des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de génération d'une poussée transversale dans un objet volant, selon lequel est introduite, dans un moteur-fusée disposé transversalement à l'axe longitudinal de l'objet volant et comportant une chambre de réaction (1) et une tuyère à divergent (2), une quantité définie d'un propergol du type monergol, qui est décomposé par une source de chaleur (7) pour ainsi10 produire la poussée transversale désirée d'une durée prédéfinie, caractérisé par les étapes suivantes: la quantité de propergol du type monergol est commandée par une soupape électromagnétique (4) pour arriver tangentiellement à grande vitesse dans la chambre15 de réaction (1), de telle manière que se constitue, au niveau de la paroi, une pellicule de propergol (5) ayant une épaisseur qui est fonction de la conformation de la paroi, de la vitesse de chargement et de la durée du chargement; la pellicule de propergol (5) est décomposée20 par une source de chaleur pyrotechnique (7), disposée dans la paroi de la chambre de réaction (1) et à proximité de la tuyère à divergent (2); les gaz chauds, résultant de la décomposition, produisent dans la chambre de réaction (1) une pression élevée comprise entre 500 et25 800 bars et une forte poussée en conséquence dans la tuyère à divergent (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant le temps au cours duquel prédominent la haute pression dans la chambre de réaction (1) et la30 poussée correspondante dans la tuyère à divergent (2), l'orifice d'arrivée (3) pour le propergol du type monergol est fermé par un clapet antiretour de fluide (8). 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la source de chaleur pyrotechnique (7) produit la chaleur en continu du début jusqu'à la fin du processus de décomposition.