Brevet FR2911676A1 — publié le 20080725

La présente invention a pour objet un système de tuyères pour le contrôle de la trajectoire d'un mobile, tel qu'un missile, une torpille, un satellite, etc ... Quoique non exclusivement, elle est particulièrement appropriée au guidage de missiles pourvus d'un accélérateur de poussée, lors de la phase de lancement desdits missiles. On sait que, pour les mobiles mus par réaction, il est usuel de contrôler la trajectoire desdits mobiles par orientation de la poussée. On sait de plus que le guidage d'un tel mobile doit pouvoir être réalisé dans les quatre sens de deux directions orthogonales (vers le haut, vers le bas, vers la droite et vers la gauche), de sorte que l'on prévoit généralement des systèmes d'articulations complexes pour les tuyères, comme par exemple des rotules étanches ou des paliers élastiques déformables, et de nombreux actionneurs pour orienter lesdites tuyères (généralement deux actionneurs par tuyère). La complexité de tels systèmes d'articulation est encore augmentée du fait que, étant soumis à un échauffement important par les gaz de propulsion, ils doivent être aptes à résister aux températures élevées. Cependant, dans le brevet FR-1 246 339, est décrit un système pour le contrôle de la trajectoire d'un missile, comportant trois tuyères disposées aux sommets d'un triangle équilatéral autour de l'axe longitudinal dudit missile. Dans ce système connu, le pavillon divergent de chaque tuyère est incliné par rapport au col de tuyère correspondant et chaque col de tuyère est monté en rotation par rapport audit missile à la manière d'un arbre dans un palier cylindrique, autour d'un axe parallèle audit axe Iongi- tudinal. 2 On évite ainsi les systèmes d'articulation compliqués, d'autant plus que lesdits paliers ne sont pas au contact direct des flux chauds traversant les tuyères et travaillent donc dans des conditions de température moins élevées. De plus, l'étanchéité d'un palier cylindrique est aisée à réaliser et un seul actionneur peut être utilisé pour faire tourner chaque tuyère. Le système du brevet FR-1 246 339 présente donc des avantages certains par rapport au reste de la technique antérieure. Toutefois, il pré-sente l'inconvénient de nécessiter trois tuyères. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient en perfectionnant le système du brevet FR-1 246 339. A cette fin, selon l'invention, le système de tuyères pour le contrôle de la trajectoire d'un mobile mû par réaction et présentant un axe longitudinal à l'intersection du plan longitudinal médian horizontal et du 15 plan longitudinal médian vertical dudit mobile, système dans lequel : chacune desdites tuyères comporte un col prolongé par un pavillon divergent, le col de chaque tuyère présentant un axe de col parallèle audit axe longitudinal du mobile et étant monté rotatif, par rapport audit mobile, autour dudit axe de col, alors que le pavillon de chaque tuyère 20 présente un axe de pavillon incliné d'un angle prédéterminé fixe par rapport audit axe de col correspondant, l'axe de col et l'axe de pavillon d'une tuyère formant un plan de symétrie pour celle-ci ; à chaque tuyère est associé un actionneur apte à faire tourner ladite tuyère autour de l'axe de col correspondant ; et 25 des moyens sont prévus pour commander l'orientation desdites tuyères sous l'action desdits actionneurs, est remarquable en ce que : û ledit système comporte une unique paire de tuyères diamétralement opposées par rapport audit axe longitudinal du mobile, les axes des cols 3 des deux tuyères étant disposés dans ledit plan longitudinal médian horizontal du mobile ; lorsque ledit mobile est en croisière, ledit plan longitudinal médian horizontal est disposé horizontalement et les plans de symétrie des deux tuyères sont confondus avec ledit plan longitudinal médian hori- zontal, les tuyères étant dirigées en sens opposés ; et à partir de cette configuration de croisière, une déviation dudit missile dans une direction transversale audit axe longitudinal est obtenue : • par une rotation en roulis préalable autour dudit axe longitudinal 10 amenant ledit plan longitudinal médian horizontal du mobile dans une position au moins sensiblement orthogonale à ladite direction transversale, puis par une déflexion résultant d'une orientation symétrique des plans de symétrie des deux tuyères par rapport audit plan longitudinal 15 médian vertical dudit mobile, lesdites tuyères étant dirigées en commun dans le sens opposé à ladite déviation. Ainsi, grâce à la présente invention, le système de tuyères peut ne mettre en oeuvre que deux tuyères, ce qui permet de réaliser des économies de masse, d'encombrement et de coûts. 20 Bien entendu, l'amplitude de ladite déflexion est d'autant plus importante que les composantes des poussées des deux tuyères, parallèle-ment à ladite direction transversale, sont plus grandes. Aussi, dans la dé-flexion suivant la rotation en roulis, il est avantageux d'amener les plans de symétrie des deux tuyères parallèlement au plan longitudinal médian 25 vertical du mobile. Le col de chaque tuyère peut comporter un anneau transversal périphériquement saillant et être monté dans un palier, qui est solidaire dudit mobile et qui comporte des moyens de roulement pressant ledit anneau 4 entre eux. On obtient ainsi un montage, à la fois mécaniquement résistant et particulièrement apte à la rotation. Avantageusement, le pavillon de chaque tuyère est rapporté au col correspondant en le recouvrant au moins en partie et il porte une couronne périphérique externe coopérant avec l'actionneur correspondant. Celui-ci peut être du type à vis sans fin. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre, en coupe axiale selon le plan de coupe I-I de la figure 2, la partie postérieure d'un missile équipé du système de tuyères conforme à la présente invention. La figure 2 est une vue en perspective de l'arrière de la partie postérieure de missile montrée par la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe agrandie d'une tuyère pour le système de tuyères des figures 1 et 2, la coupe correspondant au plan de symétrie de ladite tuyère. Les figures 4 à 8 illustrent schématiquement plusieurs configurations possibles pour le système de tuyères des figures 1 et 2. Les figures 9A à 9D illustrent schématiquement la réalisation d'un virage du missile équipé du système de tuyères des figures 1 et 2. La partie postérieure 1 du missile M, représentée par les figures 1 et 2, comporte deux tuyères N1 et N2 destinées à propulser ledit missile par réaction et montées sur le fond 2 de ladite partie postérieure 1. Celle- ci présente un plan longitudinal médian horizontal H (avec lequel est confondu le plan de coupe I-I) et un plan longitudinal médian vertical V, lesdits plans longitudinaux se coupant orthogonalement pour définir l'axe longitudinal L dudit missile M. Comme le montre à plus grande échelle la figure 3, chaque tuyère N1, N2 comporte un col 3 prolongé par un pavillon divergent 4. L'axe du col 3 de chaque tuyère N1, N2 est parallèle à l'axe longitudinal L du missile M (voir la figure 1) et est disposé dans le plan longitudinal médian ho- 5 rizontal H. Chaque col 3 est monté rotatif autour de son axe par rapport audit fond 2, d'une manière qui sera expliquée ci-après plus en détail. L'axe p du pavillon 4 de chaque tuyère N1, N2 est incliné d'un angle pré-déterminé fixe a, par exemple égal à 10 , par rapport à l'axe L du col correspondant, de sorte que l'axe L et l'axe p de chaque tuyère N1, N2 définissent un plan de symétrie S1 ou S2, respectivement, pour la tuyère. Chaque tuyère N1, N2 est donc montée rotative par rapport au fond 2, autour de l'axe L du col 3 correspondant. A cette fin, des paliers B1 et B2, solidaires dudit fond 2 reçoivent le col 3 des tuyères N1 ou N2, respectivement. Chaque col 3 comporte un anneau transversal périphérique saillant et chaque palier B1 et B2 comporte des roulements à aiguilles 6 et 7 pressant l'anneau correspondant entre eux. Un roulement à aiguilles supplémentaire 8 guide et supporte la rotation de la tuyère N1, N2 autour dudit axe L. Un écrou de blocage 9 permet de bloquer les roulements 6, 7 et 8 par rapport au palier B1, B2 et au col 3. Un joint 10 assure l'étanchéité entre le palier B1, B2 et le col 3 correspondant. Le pavillon 4 de chaque tuyère N1, N2 est rapporté par vissage sur le col 3 correspondant et comporte un rebord 1 1 recouvrant extérieure-ment la partie du palier B 1 , B2 opposée au fond 2. Le rebord 1 l porte une couronne périphérique externe 12, servant à l'entraînement en rotation de la tuyère N1, N2 autour de l'axe L correspondant. Sur la face extérieure du fond 2 sont montés deux actionneurs Al et A2, pourvus chacun d'une vis sans fin 13 respectivement en prise avec 6 la couronne périphérique externe 12 (filetée de façon appropriée) de la tuyère N1 ou N2 (voir la figure 2). Les actionneurs Al et A2 sont com-mandés par un dispositif 14 recevant des ordres de pilotage 15. Ainsi, chaque tuyère N1, N2 peut tourner autour de l'axe de son 5 col 3 sous l'action de l'actionneur Al, A2 associé. Sur la figure 3, à des fins de clarté, on a représenté la prise de la vis sans fin 13 avec la couronne 12 correspondante. On notera cependant que, en toute rigueur, cette vis sans fin 13 n'est pas visible sur la figure 3 si l'on se reporte à la figure 2. 10 Le fonctionnement du système des tuyères N1, N2, conforme à la présente invention, est expliqué ci-après en regard des figures 4 à 8 et 9A à 9D qui représentent schématiquement le missile M vu de l'arrière et sur lesquelles les poussées correspondant aux tuyères N1 et N2 sont symbolisées par des flèches P1 et P2, respectivement, alors que les réactions de 15 ces poussées sur le missile M y sont respectivement symbolisées par des flèches R1 et R2. Au lancement du missile M et en vol de croisière (voir la figure 4), le plan longitudinal médian horizontal H est disposé horizontalement et les plans de symétrie S1 et S2 des tuyères N1 et N2 sont confondus avec 20 ledit plan longitudinal médian horizontal H, les tuyères N1 et N2 étant dirigées en sens opposées. Il en résulte que les poussées P1 et P2 sont elles-mêmes opposées, ainsi que les réactions R1 et R2. Le missile est donc en vol horizontal stabilisé. Si les ordres de pilotage 15 correspondent à un roulis autour de 25 l'axe longitudinal L, les actionneurs Al et A2 amènent les plans de symétrie S1 et S2 des tuyères N1 et N2 parallèles l'un à l'autre (et de préférence également parallèles au plan longitudinal médian vertical V, comme représenté sur les figures 5 et 6), avec les tuyères N1 et N2 dirigées en sens opposés. Les poussées P1 et P2, ainsi que les réactions R1 et R2, 7 sont donc elles-mêmes opposées et il en résulte l'apparition d'un couple faisant tourner le missile M autour de l'axe longitudinal L. Suivant l'orientation respective des tuyères N1 et N2, ledit missile M tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (figure 5) ou dans le sens inverse (figure 6). Si, à partir de la position de vol stabilisé de la figure 4, les ordres de pilotage 15 correspondent à une montée (figure 7) ou à une descente (figure 8), les actionneurs Al et A2 amènent les plans de symétrie S1 et S2 des tuyères N1 et N2 en positions symétriques par rapport au plan longitudinal médian vertical V (lesdits plans de symétrie S1 et S2 sont 1 o alors de préférence amenés parallèlement audit plan longitudinal médian vertical V), avec les tuyères N1 et N2 orientées dans le même sens. Suivant le sens commun de l'orientation desdites tuyères N1 et N2, les réactions R1 et R2 font monter (figure 7) ou descendre (figure 8) ledit missile M. 15 Sur les figures 9A à 9D, on a illustré quatre étapes du fonctionne-ment des tuyères N1 et N2 amenant le missile M à effectuer un virage dans une direction T transversale à sa trajectoire. La figure 9A, semblable à la figure 4, représente le missile M en vol horizontal stabilisé. A partir de cette attitude, les ordres 15 comman- 20 dent le roulis du missile M en direction de la direction T, de façon identique à ce qui a été expliqué en regard des figures 5 ou 6 (voir la figure 9B). Le missile M tourne alors autour de l'axe longitudinal L jusqu'à ce que son plan longitudinal médian horizontal H soit orthogonal à la direction transversale T (figure 9C). Dans cette position inclinée en roulis, le vol peut 25 éventuellement être stabilisé horizontalement par opposition des poussées P1 et P2, de façon identique à la situation des figures 4 et 9A. A partir de la position, éventuellement stabilisée, pour laquelle le plan horizontal médian horizontal H est orthogonal à la direction transversale, le missile M est déplacé dans la direction T, par une manoeuvre identique à celle dé- 8 crite en regard des figures 7 ou 8 (voir la figure 9D), c'est-à-dire en amenant les plans de symétrie S1 et S2 des tuyères N1 et N2 en positions symétriques, et de préférence parallèles, par rapport au plan longitudinal médian vertical V, avec lesdites tuyères orientées en commun en sens in-verse de la déflexion symbolisée par la flèche T. Ainsi, selon l'invention, le virage est réalisé par une rotation en roulis suivie d'une déflexion. REVENDICATIONS 1. Système de tuyères pour le contrôle de la trajectoire d'un mo- bile (M) mû par réaction et présentant un axe longitudinal (L) à l'intersec- tion du plan longitudinal médian horizontal (H) et du plan longitudinal mé-dian vertical (V) dudit mobile, système dans lequel : ù chacune desdites tuyères comporte un col (3) prolongé par un pavillon divergent (4), le col de chaque tuyère présentant un axe de col () parallèle audit axe longitudinal du mobile et étant monté rotatif, par rapport audit mobile, autour dudit axe de col, alors que le pavillon (4) de 1 o chaque tuyère présente un axe de pavillon (p) incliné d'un angle prédéterminé fixe (a) par rapport audit axe de col correspondant, l'axe de col et l'axe de pavillon d'une tuyère formant un plan de symétrie pour celle-ci ; à chaque tuyère est associé un actionneur apte à faire tourner ladite 15 tuyère autour de l'axe de col correspondant ; et des moyens (14) sont prévus pour commander l'orientation desdites tuyères sous l'action desdits actionneurs, caractérisé : ledit système comporte une unique paire de tuyères (N1, N2) 20 diamétralement opposées par rapport audit axe longitudinal (L) du mobile (M), les axes (e) des cols des deux tuyères étant disposés dans ledit plan longitudinal médian horizontal (H) du mobile ; lorsque ledit mobile est en croisière, ledit plan longitudinal médian horizontal (H) est disposé horizontalement et les plans de symétrie (Si, 25 S2) des deux tuyères (N1, N2) sont confondus avec ledit plan longitudinal médian horizontal (H), les tuyères étant dirigées en sens opposés ; et10 à partir de cette configuration de croisière, une déviation dudit missile dans une direction (T) transversale audit axe longitudinal (L) est obtenue : • par une rotation en roulis préalable autour dudit axe longitudinal (L) 5 amenant ledit plan longitudinal médian horizontal (H) du mobile (M) dans une position au moins sensiblement orthogonale à ladite direc- tion transversale (T), puis • par une déflexion résultant d'une orientation symétrique des plans de symétrie (Si , S2) des deux tuyères par rapport audit plan longi-10 tudinal médian vertical (V) dudit mobile (M), lesdites tuyères étant dirigées en commun dans le sens opposé à ladite déviation. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans ladite déflexion suivant la rotation en roulis, les plans de symétrie (Si , S2) des deux tuyères sont parallèles audit plan 15 longitudinal médian vertical (V) dudit mobile. 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le col (3) de chaque tuyère (N1, N2) comporte un anneau transversal périphériquement saillant (5) et est monté dans un palier (B1, B2), qui est solidaire dudit mobile (M) et qui comporte des 20 moyens de roulement (6, 7) pressant ledit anneau (5) entre eux. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pavillon (4) de chaque tuyère (N1, N2) est rapporté au col (3) correspondant en recouvrant au moins en partie le palier associé et porte une couronne périphérique externe (12) coopérant avec 25 l'actionneur (A1, A2) correspondant. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque actionneur (Al, A2) est du type à vis sans fin.