Brevet FR2840030A1 — publié le 20031128

tion 1 2. La presente invention concerne un moteur 3 tuyere a noyau central pour lanceur spatial, du type connu dans la technique sous la denomina tion " aerospike ". Un tel moteur, particulierement approprie--quoique non exciusi vement-- a la propulsion de l'etage superieur d'un tel lanceur spatial est par exemple decrit dans le document AIAA 2001-3692 "Innovative Upper Stage Propulsion Concepts For Future Launchers" edite a ['occasion de la conference ct de ['exposition 37th AIAA/ASME/SAE/ASEE JPC Conference and Exhibit" qui ont eu lieu du 8 au 11 juillet 2001 3 Salt Lake City (Etats-Unis d'Amerique - Etat de ['Utah). Les particularites structurelles essentielles de ce moteur "aerospike" vent de presenter une tuyere a noyau central et des moyens generateurs de flux gazeux sous pression, adressant celui-ci sur la surface audit noyau central. Ce noyau central est coaxial a l'axe longitudinal du moteur et il comporte une surface laterale fonctionnelle au moins approximativement a la forme d'un cone dont la base et le sommet vent respectivement disposes du cote audit moteur et a ['oppose de celui-ci. Quant a eux, lesdits moyens generateurs de flux gazeux sous pression vent constitues par une pluralite de generateurs individuals qui vent repar tis autour de l'axe du moteur, au voisinage de la base audit noyau central. Ainsi, lesdits flux gazeux individuals desdits generateurs individuals frap pent ladite surface laterale du noyau central, de sorte que celle-ci remplit ['office de paroi de tuyere pour ledit moteur. Bien entendu, la poussee d'un tel moteur resulte de ['application, sur ladite surface fonctionnelle du noyau, de la pression exercee par les dits flux gazeux et cette poussee est d'autant plus forte que cette surface fonctionnelle est plus grande, de sorte que, pour un moteur determine, la poussee est d'autant plus forte que le noyau est plus long. II en resulte qu'un moteur "aerospike" performant presente un encombrement longitu dinal important, ce qui est fortement prejudiciable dans le domaine spatial. La presente invention a pour objet de remedier a cet inconvenient. A cette fin, selon ['invention, le moteur pour lanceur spatial, no tamment approprie a la propulsion de l'etage superieur d'un tel lanceur, ledit moteur ayant un axe longitudinal et comportant: - un noyau central, coaxial audit axe longitudinal et comportant une sur face laterale fonctionnelle au moins approximativement a la forme d'un c6ne dont la base est disposee du cote du moteur; et - des moyens generateurs de flux gazeux sous pression, disposes a la peripherie de ladite base de la surface laterale fonctionnelle et engen drant des flux gazeux sous pression frappant ladite surface laterale fonctionnelle, qui, ce ce fait, remplit 1'office de paroi de tuyere pour le dit moteur, est remarquable en ce que, du cote oppose a ladite base, la partie d'ex tremite en pointe audit noyau central est constituee par une structure de formable pouvant prendre: À soit une position repliee, pour laquelle ladite pointe audit noyau central est tronquee, la surface laterale audit noyau central etant alors plus course que ladite surface laterale fonctionnelle; À soit une position deployee, pour laquelle la surface laterale audit noyau central correspond a ladite surface laterale fonctionnelle. Ainsi, grace a la presente invention, le moteur peut, en dehors de sa phase de fonctionnement, presenter une longueur limitee (position re pliee de la structure deformable), alors que, en fonctionnement, ladite structure deformable est en position deployee et ledit moteur comporte le noyau de forme et longueur appropriees a son bon fonctionnement, avec une impulsion specifique elevee. On remarquera que, du cote de sa pointe, ledit noyau est soumis a des contraintes thermomecaniques moindres que du cote de ladite base. Aussi, ladite structure deformable pourrait etre du type vessie gonflable. Cependant, de preference, ladite structure deformable comporte une paroi pliable, mais non extensible, qui, en position deployee, forme la pointe d'extremite audit noyau central opposee a ladite base. Cette paroi pliable peut comporter une pluralite d'anneaux, qui vent coaxiaux audit axe longi tudinal et qui vent relies les uns aux autres a la maniere d'un accordeon par des lignes circulaires d'articulation. Une telle paroi pliable est de prefe rence realisee 3 base de fibres de carbone, par exemple en un tissu de carbone sec ou en une moquette de carbone, double interieurement d'une couche d'elastomere assurant ['isolation thermique et l'etancheite. Ainsi, ladite structure deformable peut passer de sa position pliee a sa position deployee sous ['action d'un gaz sous pression. On remarquera que, dans les moteurs a noyau central connu, le combustible et le comburant vent contenus dans des reservoirs, qui vent mis sous pression par un gaz "helium) contenu dans au moins un troisieme reservoir, et que ce troisieme reservoir est generalement loge dans la pointe audit noyau. Une telle disposition audit troisieme reservoir est done genante pour la mise en ocuvre a plein effet de la presente invention. Aussi, selon une autre caracteristique du moteur conforme a ['invention, ledit troisieme reservoir est loge dans l'un ou l'autre desdits reservoirs contenant le combustible et le comburant, respectivement. Ainsi, il libere l'espace interieur de la pointe du noyau, qui peut ainsi etre conforme en structure deformable pliable et deployable. De plus, il est avantageux d'utiliser le gaz audit troisieme reservoir pour actionner ladite paroi pliable decrite ci-dessus. Les figures du dessin annexe feront bien comprendre comment ['invention peut etre realisee. Sur ces figures, des references identiques designent des elements semblables. La figure 1 est une coupe axiale en perspective d'un mode de realisation du moteur pour lanceur spatial conforme a la presente inven tion, le noyau central audit moteur etant represente tronque 3 son extrd mite opposee a ce dernier. La figure 2 est une vue semblable 3 celle de la figure 1, le noyau central etant deploye. La figure 3 illustre, de fa,con schematique et simplifiee, un exemple de realisation de structure deformable pour la partie d'extremite audit noyau central, ladite structure etant representee repliee. La figure 4 montre ladite partie d'extremite en position deployee. La figure 5 est une coupe schematique, a plus grande echelle, donnant un exemple de realisation de la paroi dont est constituee la struc ture deformable des figures 3 et 4. Le moteur 1 pour lanceur spatial, conforme 3 la presente invention et represente schematiquement sur les figures 1 et 2, presente un axe longitudinal L-L et comporte une enveloppe cylindrique creuse 2, a l'inte rieur de laquelle vent loges un reservoir de combustible 3 (a base d'hydro gene) et un reservoir de comburant 4 (3 base d'oxygene). En realite, le reservoir de comburant 4 se trouve 3 I'interieur du reservoir de combusti ble 3. II en est de meme de deux reservoirs 5 en forme de spheres, conte nant un gaz sous pression (helium) et charge de mettre sous pression les reservoirs 3 et 4, grace 3 des conduits comme celui portent la reference 6. Le moteur 1 comporte de plus un noyau central 7, coaxial audit axe longitudinal et faisant saillie hors de ladite enveloppe creuse 2, 3 tra vers ltouverture arriere ouverte 8 de celle-ci. Le noyau central 7 presente une surface laterale fonctionnelle 9, au moins approximativement en forme de cone dont la base 10 est disposee du cote audit moteur. Sur la figure 2, la pointe l 1 audit noyau central 7, opposee a ladite base 10, est representee de forme arrondie. Autour de la base 10 du noyau 7 vent repartis peripheriquement une pluralite de generateurs de gaz 12, dont chacun d'eux engendre un flux gazeux sous pression individual apte a frapper ladite surface laterale fonctionnelle 9. La surface laterale fonctionnelle 9 du noyau 7 fait done office de paroi de tuyere pour le moteur 1. Comme cela est illustre par les figures 1 et 2, la pointe 11 du noyau central 7, est constituee par une structure deformable pouvant prendre: soit une position repliee (figure 1) pour laquelle ledit noyau central 7 est tronque du cote oppose 3 la base 10, ledit noyau central 7 etant ainsi raccourci et presentant une surface laterale plus petite que ladite surface laterale fonctionnelle 9; - soit une position deployee (figure 2) pour laquelle ledit noyau central prend sa configuration fonctionnelle Sur les figures 3 et 4, on a represente schematiquement un mode de realisation prefere pour la structure deformable de ladite pointe 11. Celle-ci comporte une paroi pliable, mais non extensible 13, constituee d'une pluralite d'anneaux concentriques 13.1 a 13.6 qui vent relies les uns aux autres, a la maniere d'un accordeon, par des lignes de pliage 14. 1 a 14.5. De plus, I'anneau le plus grand 13.1 est articule de facon etanche, par une ligne de pliage 15, au bord de l'ouverture 15 d'un carter 17 rac corde a la paroi laterale 9, tandis que l'anneau le plus petit 13.6 est obture par une portion de paroi 18. En position repliee (voir figures 1 et 3), la paroi pliable 13 est lo gee entierement dans le carter 17, alors quten position deployee (voir figu res 2 et 4), la paroi pliable 13 est entierement disposee a l'exterieur du carter 17 et presente la forme de la pointe 11. Le passage de la paroi 13 de sa position depliee a sa position de ployee est avantageusement obtenu par introduction d'un gaz sous pres S sion dans le carter 17, a travers un orifice 19 de celui-ci, comme cela est symbolise schematiquement par la fleche 20. Ce gaz sous pression pro vient, par exemple et avantageusement, desdits reservoirs 5. La paroi pliable 13 peut etre constituee par au moins une couche 21 d'un tissu de carbone sec ou une moquette de carbone, doublee inte rieurement par au moins une couche 28 d'etancheite et de protection thermique, par exemple, en un elastomere (voir la figure 5). Les anneaux 13.1 a 13.6 et les lignes de pliage 14.1 a 14.5 vent marques dans la paroi 13, a la fabrication de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Moteur (1) pour lanceur spatial, notamment approprie a la pro pulsion de l'etage superieur d'un tel lanceur, ledit moteur (1) ayant un axe longitudinal (L-L) et comportant: - un noyau central (7), coaxial audit axe longitudinal (L-L) et comportant une surface laterale fonctionnelle (9) au moins approximativement 3 la forme d'un cone dont la base 110) est disposee du c6te du moteur; et - des moyens (12) generateurs de flux gazeux sous pression, disposes a la peripherie de ladite base (10) de la surface laterale fonctionnelle (9) et engendrant des flux gazeux sous pression frappant ladite surface la terale fonctionnelle (9), qui, de ce fait, remplit ltoffice de paroi de tuyere pour ledit moteur (1), caracterise en ce que, du cote oppose a ladite base (10), la pointe d'ex tremite (11) audit noyau central (7) est constituee par une structure de formable ( 1 3) pouvant prendre: À soit une position repliee, pour laquelle ledit noyau central (7) est tron que du c6te oppose a ladite base (10), la surface laterale audit noyau central etant alors plus course que ladite surface laterale fonctionnelle (9) et presentant une surface laterale plus petite que cette derriere; À soit une position deployee, pour laquelle la surface laterale audit noyau central (7) correspond a ladite surface laterale fonctionnelle (9). 2. Moteur selon la revendication 1, caracterise en ce que ladite structure deformable est du type vessie gon flable. 3. Moteur selon la revendication 1, caracterise en ce que ladite structure deformable comporte une paroi plia ble (13), mais non extensible, qui, en position deployee, forme la pointe d'extremite (11) audit noyau central (7) opposee a ladite base (10). 4. Moteur selon la revendication 3, caracterise en ce que ladite paroi pliable (13) comporte une pluralite d'an neaux concentriques (13.1 a 13.6) relies les uns aux autres, 3 la maniere d'un accordeon par des lignes circuiaires d'articulation (14.1 3 14.5). 5. Moteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caracterise en ce que ladite paroi pliable (13) est realisee 3 base de fibres de carbone. 6. Moteur selon la revendication 5, caracterise en ce que ladite paroi pliable (13) est doublee d'au moins une couche d'elastomere (22). 7. Moteur selon l'une des revendications 3 3 6, caracterise en ce que ladite paroi pliable (13) passe de la position pliee 3 la position deployee sous ['action d'un gaz sous pression. 8. Moteur selon la revendication 7, comportant un premier et un second reservoirs (3, 4) contenant respectivement un combustible et un comburant, lesdits reservoirs (7, 4) etant mis sous pression par un gaz contenu dans au moins un troisieme reservoir (5), caracterise en ce que ledit gaz sous pression actionnant ladite paroi pliable (13) provient audit troisieme reservoir (5). 9. Moteur selon l'une des revendications 1 3 8, comportant un premier et un second reservoirs (3, 4) contenant respectivement un com bustible et un comburant, lesdits reservoirs (7, 4) etant mis sous pression par un gaz contenu dans au moins un troisieme reservoir (5), caracterise en ce que ledit troisieme reservoir (5) est loge dans ledit pre mier reservoir (3) contenant le combustible. 10. Moteur selon l'une des revendications 1 3 8, comportant un premier et un second reservoirs (3, 4) contenant respectivement un com bustible et un comburant, lesdits reservoirs (7, 4) etant mis sous pression par un gaz contenu dans au moins un troisieme reservoir (5), caracterise en ce que ledit troisieme reservoir (5) est loge dens ledit se