Brevet FR3004762A1 — publié le 20141024

La présente invention concerne un système de moteur-fusée orientable pour véhicule aérien. Quoique non exclusivement, cette invention est particulièrement appropriée à être mise en oeuvre pour un avion spatial, c'est-à-dire un avion qui est équipé, à la fois, de moyens de propulsion aérobie, tels que des turbomo- teurs, et de moyens de propulsion anaérobie, tels qu'un moteur-fusée, et qui est capable de décoller du sol de façon usuelle pour un avion, d'atteindre une altitude d'au moins cent kilomètres, de voler à une vitesse transsonique ou même supersonique, puis d'atterrir également de façon usuelle pour un avion. On sait qu'un moteur-fusée comporte une chambre de combustion et une tuyère reliées par un col de tuyère et que, pour orienter en vol un véhicule aérien équipé d'un moteur-fusée, il est avantageux de commander en orientation ledit moteur-fusée. Pour ce faire, de façon connue, on articule, par exemple à la Cardan, l'extrémité de la chambre de combustion opposée au col de tuyère sur la structure du véhicule aérien et on prévoit des moyens d'actionnement, tels que des vérins, pour faire pivoter ledit moteur-fusée par rapport à cette extrémité articulée de la chambre de combustion. Cette manière de faire présente l'inconvénient que, l'orifice d'éjection des gaz de la tuyère étant séparé de ladite extrémité articulée de la chambre de combustion par toute la longueur du moteur-fusée, le débattement dudit orifice d'éjection des gaz de la tuyère est transversalement important. Par suite, le capotage du véhicule aérien enveloppant le moteur-fusée doit présenter un grand diamètre pour permettre le débattement transversal de l'orifice d'éjection des gaz de la tuyère. Il en résulte que ce grand capotage est source d'une traînée aérody- namique élevée nuisant aux performances dudit véhicule aérien. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. À cette fin, selon l'invention, le système de moteur-fusée orientable pour véhicule aérien, ledit moteur-fusée comportant une chambre de combus- tion et une tuyère reliées par un col de ladite tuyère et ledit système permet- tant d'orienter ledit moteur-fusée par rapport à une position de référence défi- nissant un axe de référence qui, lorsque ledit moteur-fusée est dans ladite position de référence, est orthogonal à l'orifice d'éjection des gaz de la tuyère et passe par le centre dudit orifice d'éjection des gaz, est remarquable en ce qu'il comporte des moyens de basculement : - desquels ledit moteur-fusée est rendu solidaire par la partie de la- dite tuyère voisine dudit col de tuyère et, - qui sont aptes à faire basculer en sens opposés ladite tuyère et ladite chambre de combustion de façon que ledit moteur-fusée prenne, par rapport à ladite position de référence, des positions basculées dans lesquelles le centre dudit orifice d'éjection des gaz de la tuyère se trouve au moins approximativement sur ledit axe de référence. Ainsi, grâce à la présente invention, le débattement transversal de l'orifice d'éjection de gaz de la tuyère est réduit, puisque son rayon de bascu- lement est également réduit et que le centre dudit orifice reste au voisinage de l'axe de référence. Le capotage du moteur-fusée peut donc présenter un plus petit diamètre et n'engendrer qu'une plus faible traînée aérodynamique. Dans un mode de réalisation avantageux, lesdits moyens de basculement comportent une structure de support creuse, de forme tronc- pyramidale: - qui est deformable dans les deux sens d'une première direction de déformation, sous l'action de premiers moyens d'actionnement, - qui porte ledit moteur-fusée par sa petite base, et - à l'intérieur de laquelle est logée ladite chambre de combustion. De préférence, ladite structure de support deformable creuse est for- mée par un treillis de barres articulées et lesdits premiers moyens d'actionnement sont des vérins articulés à au moins une barre articulée dudit treillis. Pour permettre le basculement du moteur-fusée dans n'importe quelle orientation de l'espace, il est avantageux que lesdits moyens de basculement comportent de plus une structure de base creuse, de forme tronc-pyramidale : - qui est montée par sa grande base sur ledit véhicule, - qui est deformable dans les deux sens d'une seconde direction de déformation orthogonale à ladite première direction de déformation, sous l'action de seconds moyens d'actionnement, et - qui porte ladite structure de support deformable creuse par sa pe- tite base. Comme pour la structure de support, la structure de base deformable creuse peut être formée par un treillis de barres articulées et lesdits seconds moyens d'actionnement peuvent être des vérins articulés à au moins une barre articulée de ce dernier treillis. Les treillis articulés de ladite structure de base et de ladite structure de support sont avantageusement superposés pour former une ossature tronc-pyramidale creuse pour lesdits moyens de basculement. Ceux-ci peuvent comporter un cadre intermédiaire pour l'assemblage des treillis de ladite structure de base et de ladite structure de support, cadre intermédiaire sur lequel : - les barres de ladite structure de support sont articulées autour de premiers axes de rotation orthogonaux à ladite première direction de déformation, et - les barres de ladite structure de base sont articulées autour de se- conds axes de rotation orthogonaux à ladite seconde direction de déformation. De préférence, lesdits premiers moyens d'actionnement pour la déformation de ladite structure de support prennent appui sur ledit cadre inter- médiaire. Lesdits moyens de basculement peuvent, de plus, comporter un cadre de base pour l'assemblage du treillis de ladite structure de base sur le véhicule aérien, les barres du treillis de ladite structure de base étant articulées sur ledit cadre de base autour de tels seconds axes de rotation orthogonaux à ladite seconde direction de déformation. En outre, il est avantageux que les- dits seconds moyens d'actionnement pour la déformation de ladite structure de base prennent appui sur ledit cadre de base. Lesdits moyens de basculement peuvent comporter un plateau d'extrémité pour la fixation dudit moteur-fusée sur ladite structure de support, les barres de ladite structure de support étant articulées sur ledit plateau d'extrémité autour de tels axes de rotation orthogonaux à ladite première direction de déformation. La présente invention concerne également un véhicule aérien, notamment un avion spatial, comportant un système de moteur-fusée orientable tel que spécifié ci-dessus. Les figures du dessin annexée feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre, en perspective, un avion spatial équipé d'un mo- teur-fusée orientable conforme à la présente invention. La figure 2 montre, également en perspective, les moyens de basculement du moteur-fusée conformes à la présente invention, ce moteur-fusée étant dans sa position de référence, neutre en orientation. La figure 3 est une vue de dessus des moyens de basculement de la figure 2. La figure 4 est une vue latérale de gauche des moyens de basculement de la figure 2. La figure 5 est une vue latérale du dessous des moyens de basculement de la figure 2. La figure 6 montre, par comparaison avec la figure 4, le basculement du moteur-fusée dans une première direction de déformation. La figure 7 montre, par comparaison avec la figure 5, le basculement du moteur-fusée dans une seconde direction de déformation orthogonale à ladite première direction de déformation. La figure 8 montre, en comparaison avec la figure 2, le basculement combiné du moteur-fusée résultant de basculements simultanés dans lesdites première et seconde directions orthogonales de déformation. L'avion spatial 1, conforme à la présente invention et montré sur la fi- gure 1, ne comporte qu'un seul étage et est apte à effectuer des vols transso- niques et/ou supersoniques. Cet avion spatial 1, d'axe longitudinal L-L, comporte deux turbomoteurs latéraux 2 et 3 et un moteur-fusée 4, disposé à l'arrière dudit avion spatial à l'intérieur d'un capotage de culot 5, pourvu d'un orifice 6 de sortie des gaz. Comme l'illustrent les figures 2 à 8, le moteur-fusée 4 comporte une chambre de combustion 7 et une tuyère 8 reliées par un col de tuyère 9. La tuyère 8 comporte un orifice d'éjection des gaz 10 disposé en regard de l'orifice de sortie 6 du capotage de culot 5 (représenté schématiquement en trait mixte sur les figures 4 à 7). Le moteur-fusée 4 est monté (à l'intérieur du capotage de culot 5) sur des moyens de basculement 11 aptes à se déformer dans les deux sens 12.1 et 12.2 et 13.1 et 13.2 de chacune de deux directions de déformation orthogonales 12 et 13. Les moyens de basculement 11 comportent, d'une part, une ossature tronc-pyramidale 14 en treillis de barres articulées et, d'autre part, des vérins 15 et 16. L'ossature tronc-pyramidale 14 comporte une structure tronc-pyramidale de support 14A portant le moteur-fusée 4 par sa petite base et une structure tronc-pyramidale de base 14B portant la structure tronc-pyramidale de support 14A par sa petite base. La grande base de la structure tronc- pyramidale 14A est reliée à la petite base de la structure tronc-pyramidale 14B grâce à un cadre intermédiaire 17, auquel les barres articulées 18 de la structure de base 14B sont articulées autour d'axes 19 orthogonaux à la direction de déformation 13 et les barres articulées 20 de la structure de support 14A sont articulées autour d'axes 21 orthogonaux à la direction de déforma- tion 12. L'ossature tronc-pyramidale 14 comporte de plus, du côté de la grande base de la structure 14B, un cadre de base 22 permettant de relier ladite ossature à la structure de l'avion spatial 1. Les barres articulées 18 de la structure de base 14B sont articulées au cadre de base 22 autour d'axes 23 orthogonaux à la direction de déformation 13. Le vérin 16 est articulé à la fois sur le cadre de base 22 sur lequel il prend appui et sur une barre articulée 18, de façon à pouvoir faire basculer la structure tronc-pyramidale 4B dans les deux sens 13.1 et 13.2 de la direction de déformation 13, par rotation autour des axes 19 et 23 orthogonaux à cette dernière direction de déformation. Du côté de sa petite base opposée à la structure de base 14B, la structure de support 14A porte, de façon rigidement solidaire, le moteur-fusée 4. À cet effet, cette petite base est matérialisée par un plateau d'extrémité 24, duquel ledit moteur-fusée est rendu solidaire par la partie de la tuyère 8 voisine du col de tuyère 9, de sorte que la chambre de combustion 7 se trouve à l'intérieur de l'ossature 14. Les barres articulées 20 de la structure de support 14A sont articulées au plateau d'extrémité 24 autour d'axes 25 orthogonaux à ladite direction de déformation 12. Le vérin 15 est articulé à la fois sur le cadre intermédiaire 17 sur lequel il prend appui et sur une barre articulée 20, de façon à pouvoir faire basculer la structure tronc-pyramidale 4A dans les deux sens 12.1 et 12.2 de la direction de déformation 12 par rotation autour des axes 21 et 25 orthogonaux à cette dernière direction de basculement. Ainsi, par commande des vérins 15 et 16, il est possible d'orienter le moteur-fusée 4 dans l'espace. En position d'orientation neutre P, servant de position de référence (voir les figures 2, 4 et 5), l'axe du moteur-fusée 4 occupe une position m, - m, qui est orthogonale à l'orifice d'éjection des gaz 10 de la tuyère 8 et passe par le centre C dudit orifice. Cette position m, - m, sert d'axe de référence par rapport auquel bascule le moteur fusée 4. Comme l'illustre la figure 6, en s'allongeant ou en se raccourcissant, le vérin 15 déforme la structure de support tronc-pyramidale 14A dans l'un ou l'autre sens 12.1, 12.2 de la direction de déformation 12. De telles déforma- tions de la structure de support 14A entraînent le basculement du plateau d'extrémité 24, de sorte que le moteur-fusée 4 prend des positions basculées P1 dans les sens 12.1, 12.2 de la direction 12, dans lesquelles son axe prend des positions m12 - m12 inclinées par rapport à l'axe de référence mo - mo. Dans ces positions basculées P1, la chambre de combustion 7 et la tuyère 8 basculent en sens inverses du fait que le moteur fixe 4 est rendu solidaire du plateau d'extrémité 24 par la partie de la tuyère 8 voisine du col de tuyère 9. Grâce à ce fait et à la constitution de la structure du support 14A, le centre C de l'orifice d'éjection des gaz de la tuyère 10 peut, dans ces positions P1 bas- culées dans la direction de déformation 12, rester au voisinage de l'axe de référence mo - mo , si ce n'est sur celui-ci. Le débattement de la tuyère 10 dans la direction de déformation 12 peut donc être faible. De façon analogue, comme l'illustre la figure 7, en s'allongeant ou en se raccourcissant, le vérin 16 déforme la structure de base tronc-pyramidale 14B dans l'un ou l'autre sens 13.1, 13.2 de la direction de déformation 13. De telles déformations de la structure de base 14B entraînent le basculement du plateau intermédiaire 17, de sorte que le moteur-fusée 4 prend des positions basculées P2 dans le sens 13.1, 13.2 de la direction de déformation 13, dans lesquelles son axe prend des positions m13 - m13 inclinées par rapport à l'axe de référence mo - mo. Dans ces positions basculées P2, la chambre de com- bustion 7 et la tuyère 8 basculent également en sens inverse du fait que le moteur-fixe 4 est rendu solidaire du plateau d'extrémité 24 par la partie de la tuyère 8 voisine au col de tuyère 9. Grâce à ce fait et à la constitution de la structure de base 14B, le centre C de l'orifice d'éjection des gaz de la tuyère 10 peut, dans ces positions P2 basculées dans la direction de déformation 13, rester au voisinage de l'axe de référence mo - mo , si ce n'est sur celui-ci. Le débattement de la tuyère 10 dans la direction de déformation 13 peut donc être faible. Bien entendu, comme l'illustre la figure 8, les vérins 15 et16 peuvent agir simultanément pour conférer au moteur-fusée 4 des positions P3, bascu- lées, à la fois, dans la direction de déformation 12 et dans la direction de déformation 13. REVENDICATIONS1. Système de moteur-fusée orientable pour véhicule aérien, ledit moteur-fusée (4) comportant une chambre de combustion (7) et une tuyère (8) reliées par un col de ladite tuyère (9) et ledit système permettant d'orienter ledit moteur-fusée (4) par rapport à une position de référence (P0) définissant un axe de référence (m, - m0) qui, lorsque ledit moteur-fusée (4) est dans ladite position de référence (P0), est orthogonal à l'orifice (10) d'éjection des gaz de la tuyère et passe par le centre (C) dudit orifice (10) d'éjection des gaz, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de basculement (11) : - desquels ledit moteur-fusée (4) est rendu solidaire par la partie de ladite tuyère (8) voisine dudit col de tuyère (9), et - qui sont aptes à faire basculer en sens opposés ladite tuyère (8) et ladite chambre de combustion (7) de façon que ledit moteur-fusée prenne, par rapport à ladite position de référence (P0), des posi- tions basculées (Pl, P2, P3) dans lesquelles le centre (C) dudit orifice (10) d'éjection des gaz de la tuyère (8) se trouve au moins approximativement sur ledit axe de référence (m, - m'). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de basculement (11) comportent une structure de support (14A) creuse de forme tronc-pyramidale : - qui est deformable dans les deux sens (12.1, 12.2) d'une première direction de déformation (12), sous l'action de premiers moyens d'actionnement (15), - qui porte ledit moteur-fusée (4) par sa petite base (24), et - à l'intérieur de laquelle est logée ladite chambre de combustion (7). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite structure de support deformable creuse (14A) est formée par un treillis de barres articulées (20). 4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3,caractérisé en ce que lesdits moyens de basculement (11) comportent une structure de base creuse (14B), de forme tronc-pyramidale : - qui est montée par sa grande base (22) sur ledit véhicule, - qui est deformable dans les deux sens (13.1 et 13.2) d'une se- conde direction de déformation (13) orthogonale à ladite première direction de déformation (12), sous l'action de seconds moyens d'actionnement (16), et - qui porte ladite structure de support deformable creuse (14A) par sa petite base (17). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite structure de base deformable creuse (14B) est formée par un treillis de barres articulées (18). 6. Système selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que les treillis de ladite structure de base (14B) et de ladite structure de support (14A) sont superposés pour former une ossa- ture tronc-pyramidale creuse (14) pour lesdits moyens de basculement (11). 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de basculement (11) comportent un cadre intermédiaire (17) pour l'assemblage des treillis de ladite structure de base (14B) et de ladite structure de support (14A), cadre intermédiaire (17) sur lequel - - les barres (20) de ladite structure de support (14A) sont articulées autour de premiers axes de rotation (21) orthogonaux à ladite première direction de déformation (12), et - les barres (18) de ladite structure de base (14B) sont articulées au- tour de seconds axes de rotation (19) orthogonaux à ladite seconde direction de déformation (13). 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens d'actionnement (15) pour la déformation de ladite structure de support prennent appui sur ledit ca- dre intermédiaire (17). 9. Système selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de basculement (11) comportent un cadre de base (22) pour l'assemblage du treillis de ladite structure de base (14B) sur le véhicule aérien, les barres du treillis (18) de ladite structure de base étant articulées sur ledit cadre de base (22) autour de seconds axes de rotation (23) orthogonaux à ladite seconde direction de déformation. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens d'actionnement (16) pour la déformation de ladite structure de base (14B) prennent appui sur ledit cadre de base (22). 11. Système selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de basculement (11) comportent un plateau d'extrémité (24) pour la fixation dudit moteur-fusée (4) sur ladite structure de support (4A), les barres (20) de ladite structure de support étant articulées sur ledit plateau d'extrémité (24) autour de premiers axes de rota- tion (25) orthogonaux à ladite première direction de déformation. 12. Véhicule aérien, caractérisé en ce qu'il comporte un système de moteur-fusée orientable tel que celui spécifié sous l'une des revendications 1 à 11.20