Brevet FR3027349A1 — publié le 20160422

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine des allumeurs pour l'initiation de la combustion dans les chambres de combustion de moteurs d'engins spatiaux. ETAT DE L'ART Les chambres de combustion n'utilisant pas de couples d'ergols hypergoliques nécessitent l'utilisation d'un allumeur pour initier la combustion. Or, les ergols hypergoliques sont plus délicats à manipuler que les ergols non hypergoliques, et donc l'utilisation d'ergols non hypergoliques couplés à un allumeur présente toujours un intérêt. On connaît ainsi les allumeurs utilisant les ergols du cycle moteur pour initier la combustion dans la chambre de combustion. De tels allumeurs permettent ainsi d'effectuer des rallumages, et de ne pas nécessiter des ergols spécifiques à l'allumage. Cependant, de tels allumeurs nécessitent que les ergols arrivent sous forme gazeuse dans l'allumeur afin d'assurer la stabilité de la combustion, et que cette alimentation en ergols sous forme gazeuse soit reproductible pour des rallumages pouvant se produire dans des conditions (notamment thermiques) très variables et difficilement contrôlables. De plus, de tels allumeurs sont couplés avec le cycle moteur. En effet, les ergols injectés dans l'allumeur étant prélevés dans les ergols utilisés pour le cycle moteur, les débits d'ergols injectés dans l'allumeur dépendent donc des débits d'ergols injectés dans la chambre de combustion pour le cycle moteur. La présente invention vise ainsi à proposer une solution améliorant au moins partiellement ces aspects. PRESENTATION DE L'INVENTION A cet effet, la présente invention propose un procédé de démarrage de combustion d'un moteur d'engin spatial, dans lequel - on allume un réchauffeur des réservoirs d'un premier et d'un second ergol, - on effectue une temporisation de manière à atteindre un régime stable du réchauffeur, - on pressurise un premier réservoir contenant le premier ergol sous forme liquide jusqu'à une première pression seuil, et en parallèle, on remplit un premier réservoir d'allumeur du premier ergol sous forme gazeuse, jusqu'à ce que des premières valeurs seuils d'allumage de température et de pression soient atteintes, - on pressurise un second réservoir contenant le second ergol sous forme liquide, jusqu'à une seconde pression seuil, et en parallèle, on remplit un second réservoir d'allumeur du second ergol sous forme gazeuse, jusqu'à ce que des secondes valeurs seuils d'allumage de température et de pression soient atteintes, - on injecte les premier et second ergols sous forme gazeuse contenus 20 dans les premier et second réservoirs d'allumeur dans un allumeur du moteur, de manière à initier la combustion. Le premier ergol est par exemple de l'oxygène liquide, et le second ergol est par exemple de l'hydrogène liquide. 25 Selon un mode de réalisation particulier, suite à l'initiation de la combustion, on met en marche le moteur de l'engin spatial. La pressurisation du premier réservoir et la pressurisation du second 30 réservoir sont typiquement réalisées successivement ou simultanément. L'invention concerne également un système comprenant - un allumeur de moteur d'engin spatial, alimenté en ergols gazeux par un premier réservoir d'allumeur et un second réservoir d'allumeur, - un premier réservoir d'ergol liquide et un second réservoir d'ergol liquide, - un réchauffeur adapté pour réaliser une mise sous pression du premier réservoir d'ergol liquide et du second réservoir d'ergol liquide, - un contrôleur, adapté pour piloter le réchauffeur de manière à ce qu'il réalise une mise sous pression des premier et second réservoirs d'ergol liquide par le réchauffeur en régime stable, le système étant caractérisé en ce que le contrôleur et le réchauffeur sont configurés pour, lors de la mise sous pression du premier réservoir d'ergol liquide, alimenter avec le premier ergol sous forme gazeuse le premier réservoir d'allumeur jusqu'à ce que des valeurs seuils d'allumage de température et de pression soient atteintes, lors de la mise sous pression du second réservoir d'ergol liquide, alimenter avec le second ergol sous forme gazeuse le second réservoir d'allumeur jusqu'à ce que des valeurs seuils d'allumage de température et de pression soient atteintes, le contrôleur étant également configuré de manière à injecter le contenu du premier réservoir d'allumeur et du second réservoir d'allumeur dans l'allumeur de moteur d'engin spatial de manière à initier la combustion. Le premier ergol est par exemple de l'oxygène liquide, et le second ergol est par exemple de l'hydrogène liquide. Le contrôleur est typiquement configuré de manière à piloter la mise en marche du moteur d'engin spatial suite à l'initiation de la combustion par l'injection du contenu du premier réservoir d'allumeur et du second réservoir d'allumeur dans l'allumeur de moteur d'engin spatial. Le contrôleur est typiquement configuré de manière à piloter le réchauffeur de manière à ce que l'alimentation du premier réservoir d'allumeur et l'alimentation du second réservoir d'allumeur soient réalisées successivement ou simultanément. L'invention concerne en outre un engin spatial comprenant un moteur à ergols liquides ainsi qu'un système tel que présenté précédemment. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des figures annexées, sur lesquelles : - La figure 1 illustre schématiquement un système selon un aspect 1 5 de l'invention - La figure 2 illustre schématiquement un procédé selon un aspect de l'invention ; - La figure 3 illustre schématiquement une variante du procédé illustré sur la figure 2. 20 Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE 25 La figure 1 présente un système selon un aspect de l'invention, et la figure 2 illustre un procédé de démarrage de combustion d'un tel système. 30 Le système tel que présenté comprend un dispositif de combustion 1 et un dispositif de stockage 2. Le dispositif de combustion 1 comprend une chambre de combustion 11, un allumeur 12, un premier réservoir d'allumeur 13 et un second réservoir d'allumeur 14. Le premier réservoir d'allumeur 13 et le second réservoir d'allumeur 14 sont chacun reliés à l'allumeur 12 au moyen de vannes, respectivement une première vanne d'allumage 131 et une seconde vanne d'allumage 141, et sont adaptés pour contenir des ergols sous forme gazeuse, et ainsi réaliser une alimentation en ergols gazeux de l'allumeur 12. 1 0 Le dispositif de stockage 2 comprend un premier réservoir d'ergol 23 et un second réservoir d'ergol 24, adaptés pour contenir respectivement un premier et un second ergol. Le dispositif de stockage comprend également un réchauffeur 25, adapté pour réaliser une mise sous pression des premier et second réservoirs 1 5 d'ergol 23 et 24, de manière à y appliquer une pression prédéterminée. La structure d'un tel réchauffeur 25 est bien connue, et ne sera pas décrite en détail. Il s'agit de manière générale d'un équipement comprenant un échangeur de chaleur permettant de réchauffer des ergols tels que de d'hydrogène et de l'oxygène, ainsi qu'un gaz neutre 20 tel que de l'hélium qui est utilisé pour mettre sous pression les réservoirs 23 et 24. Le système selon l'invention exploite ce réchauffeur 25 en le reliant au premier réservoir d'allumeur 13 et au second réservoir d'allumeur 14, de 25 manière à permettre de les remplir au moyen d'ergols gazeux prélevés en sortie du réchauffeur 25. Le premier réservoir d'allumeur 13 est ainsi relié au réchauffeur 25 par une première vanne d'alimentation 132, tandis que le second réservoir d'allumeur 14 est relié au réchauffeur 25 par une seconde vanne 30 d'alimentation 142. Le système selon l'invention crée ainsi un lien entre l'allumeur 12 et le dispositif de stockage 2, et exploite des éléments existant, en l'occurrence le réchauffeur 25, pour le remplissage en ergols gazeux du premier réservoir d'allumeur 13 et du second réservoir d'allumeur 14. Le système comprend également un contrôleur 15, adapté pour piloter l'ouverture et la fermeture des vannes 131, 132, 141 et 142. On décrit ci-après un exemple de fonctionnement de ce système, en 1 0 référence à la figure 2. On définit un instant initial HO comme étant l'instant de départ du procédé. A cet instant HO, on met en marche le réchauffeur 25. 1 5 Après une durée d'attente AHO permettant au réchauffeur 25 d'atteindre un régime de fonctionnement stable, typiquement de l'ordre de quelques secondes, on pressurise le premier réservoir 23 contenant un premier ergol sous forme liquide jusqu'à une première pression seuil P23. En parallèle à cette mise sous pression du premier réservoir 23, on 20 remplit le premier réservoir d'allumage 13 du premier ergol sous forme gazeuse, qui est prélevé dans le réchauffeur 25. Le contrôleur 15 ouvre ainsi la première vanne d'alimentation 132 jusqu'à ce que des valeurs seuils de température et de pression P13 et T13 soient atteintes dans le premier réservoir d'allumage 13. Une fois ces conditions atteintes, le 25 contrôleur 15 ferme la première vanne d'alimentation 132, et le premier réservoir d'allumage 13 contient ainsi un premier ergol sous forme gazeuse, à des conditions de température T13 et de pression T13 prédéterminées. Les réservoirs d'allumage 13 et 14 sont typiquement de dimensions 30 moindres par rapport aux réservoirs 23 et 24 ; leur remplissage est donc typiquement effectué sur une durée plus courte que la mise sous pression des réservoirs 23 et 24. La figure 2 et sa description sont basées sur cette hypothèse. Le remplissage du premier réservoir d'allumage 13 est avantageusement réalisé pendant la pressurisation du premier réservoir 23. Le remplissage du premier réservoir d'allumage 13 peut débuter de manière simultanée à la pressurisation du premier réservoir 23, ou de manière légèrement décalée dans le temps. Le remplissage du premier réservoir d'allumage 13 est avantageusement réalisé de manière à être achevé avant que la pressurisation du premier réservoir 23 soit achevée. Une fois le premier réservoir 23 mis sous pression et le premier réservoir d'allumage 13 rempli, on réalise la mise sous pression du 1 0 second réservoir 24 et le remplissage du second réservoir d'allumage 14. On pressurise ainsi le second réservoir 24 contenant un second ergol sous forme liquide à l'aide du réchauffeur 25 jusqu'à une première pression seuil P24. 1 5 En parallèle à cette mise sous pression du second réservoir 24, on remplit le second réservoir d'allumage 14 du second ergol sous forme gazeuse, qui est prélevé dans le réchauffeur 25. Le contrôleur 15 ouvre ainsi la seconde vanne d'alimentation 142 jusqu'à ce que des valeurs seuils de température et de pression P14 et T14 soient atteintes dans le 20 second réservoir d'allumage 14. Une fois ces conditions atteintes, le contrôleur 15 ferme la seconde vanne d'alimentation 142, et le second réservoir d'allumage 14 contient ainsi un second ergol sous forme gazeuse, à des conditions de température T14 et de pression T14 prédéterminées. 25 Le remplissage du second réservoir d'allumage 14 est avantageusement réalisé pendant la pressurisation du second réservoir 24. Le remplissage du second réservoir d'allumage 14 peut débuter de manière simultanée à la pressurisation du second réservoir 24, ou de manière légèrement décalée dans le temps. Le remplissage du second réservoir d'allumage 30 14 est avantageusement réalisé de manière à être achevé avant que la pressurisation du second réservoir 24 soit achevée. Les différentes valeurs seuils de pression et de température, P23, P24, P13, P14, T13 et T14 sont définies notamment en fonction de la nature des ergols utilisés, et des caractéristiques de l'allumeur 12 ou plus généralement d'un moteur d'engin spatial intégrant le système présenté. Une fois le second réservoir 24 mis sous pression et le second réservoir d'allumage 14 rempli, le réchauffeur 25 peut être arrêté. A un instant H1, on déclenche une séquence d'allumage de la 1 0 combustion, durant laquelle les ergols gazeux contenus dans le premier réservoir d'allumage 13 et le second réservoir d'allumage 14 sont injectés dans l'allumeur 12 afin d'initier la combustion. L'injection est typiquement réalisée au moyen du contrôleur 15 qui pilote l'ouverture de la première vanne d'allumage 131 et de la seconde 1 5 vanne d'allumage 141. Dans la mesure où les ergols gazeux contenus dans les premier et second réservoirs d'allumage 13 et 14 sont à des conditions prédéterminées de température et de pression, l'initiation de la combustion peut être réalisée de manière fiable. 20 Après une durée AH1 correspondant à la durée de la séquence d'allumage, et donc de l'initiation de la combustion, une séquence moteur correspondant au fonctionnement du moteur comprenant le système présenté est engagée. 25 La figure 3 présente une variante du mode de réalisation du procédé illustré sur la figure 2, dans lequel la pressurisation du second réservoir 24 et le remplissage du second remplissage d'allumage 14 sont effectués simultanément à la pressurisation du premier réservoir 23 et 30 au remplissage du premier remplissage d'allumage 13. L'instant H1 dans ce mode de réalisation peut alors typiquement intervenir plus tôt que dans le mode de réalisation précédent. Les durées de remplissage des réservoirs d'allumage 13 et 14 peuvent être distinctes ou identiques. De même, les durées de pressurisation des réservoirs 23 et 24 peuvent être distinctes ou identiques. Les remplissages des réservoirs 23 et 24 et les pressurisations des réservoirs d'allumage 13 et 14 peuvent ainsi être réalisés successivement, simultanément, ou encore de manière à se chevaucher. La pressurisation du second réservoir 24 et le remplissage du second réservoir d'allumage 14 peuvent par exemple débuter alors que la pressurisation du premier réservoir 23 et/ou le remplissage du premier réservoir d'allumage 13 ne sont pas achevés, ou inversement. Le système et le procédé ainsi décrits présentent plusieurs effets avantageux. En premier lieu, le remplissage des premier et second réservoirs d'allumage 13 et 14 est réalisé de manière maitrisée, de sorte que les conditions de température et de pression y soient prédéfinies, ce qui permet une reproductibilité des conditions thermodynamiques des ergols utilisés pour l'allumage, et permet donc une fiabilisation de l'allumage. Par ailleurs, l'alimentation en ergols de l'allumeur 12 est ici découplée du cycle de fonctionnement du moteur, ce qui permet de piloter la séquence d'allumage et la séquence moteur de manière quasi 25 indépendantes. Enfin, le système et le procédé présentés exploitent des éléments déjà présents dans un moteur d'engin spatial, et ne nécessitent que très peu de composants spécifiques, ce qui est avantageux en termes de masse 30 et de coût. REVENDICATIONS1. Procédé de démarrage de combustion d'un moteur d'engin spatial, dans lequel - on allume un réchauffeur (25) des réservoirs (23, 24) d'un premier et d'un second ergol, - on effectue une temporisation de manière à atteindre un régime stable du réchauffeur (25), - on pressurise un premier réservoir (23) contenant le premier ergol 1 0 sous forme liquide jusqu'à une première pression seuil (P23), et en parallèle, on remplit un premier réservoir d'allumeur (13) du premier ergol sous forme gazeuse, jusqu'à ce que des premières valeurs seuils d'allumage de température (T13) et de pression (P13) soient atteintes, - on pressurise un second réservoir (24) contenant le second ergol sous 1 5 forme liquide, jusqu'à une seconde pression seuil (P24), et en parallèle, on remplit un second réservoir d'allumeur (14) du second ergol sous forme gazeuse, jusqu'à ce que des secondes valeurs seuils d'allumage de température (T14) et de pression (P14) soient atteintes, - on injecte les premier et second ergols sous forme gazeuse contenus 20 dans les premier (13) et second (14) réservoirs d'allumeur dans un allumeur (12) du moteur, de manière à initier la combustion. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier ergol est de l'oxygène liquide, et le second ergol est de l'hydrogène liquide. 25 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel suite à l'initiation de la combustion, on met en marche le moteur de l'engin spatial. 30 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la pressurisation du premier réservoir (23) et la pressurisation du second réservoir (24) sont réalisées successivement. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la pressurisation du premier réservoir (23) et la pressurisation du second réservoir (24) sont réalisées simultanément. 6. Système comprenant - un allumeur (12) de moteur d'engin spatial, alimenté en ergols gazeux par un premier réservoir d'allumeur (13) et un second réservoir d'allumeur (14), - un premier réservoir (23) d'ergol liquide et un second réservoir (24) 1 0 d'ergol liquide, - un réchauffeur (25) adapté pour réaliser une mise sous pression du premier réservoir (23) d'ergol liquide et du second réservoir (24) d'ergol liquide, - un contrôleur (15), adapté pour piloter le réchauffeur (25) de manière 1 5 à ce qu'il réalise une mise sous pression des premier (23) et second (24) réservoirs d'ergol liquide par le réchauffeur (25) en régime stable, le système étant caractérisé en ce que le contrôleur (15) et le réchauffeur (25) sont configurés pour, lors de la mise sous pression du premier (23) réservoir d'ergol liquide, 20 alimenter avec le premier ergol sous forme gazeuse le premier réservoir d'allumeur (13) jusqu'à ce que des valeurs seuils d'allumage de température (T13) et de pression (P13) soient atteintes, lors de la mise sous pression du second (24) réservoir d'ergol liquide, alimenter avec le second ergol sous forme gazeuse le second réservoir 25 d'allumeur (14) jusqu'à ce que des valeurs seuils d'allumage de température (T14) et de pression (P14) soient atteintes, le contrôleur (15) étant configuré de manière à injecter le contenu du premier réservoir d'allumeur (13) et du second réservoir d'allumeur (14) dans l'allumeur (12) de moteur d'engin spatial de manière à initier la 30 combustion. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel le premier ergol est de l'oxygène liquide, et le second ergol est de l'hydrogène liquide. 8. Système selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel le contrôleur (15) est configuré de manière à piloter la mise en marche du moteur d'engin spatial suite à l'initiation de la combustion par l'injection du contenu du premier réservoir d'allumeur (13) et du second réservoir d'allumeur (14) dans l'allumeur (12) de moteur d'engin spatial. 9. Système selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel le contrôleur (15) est configuré de manière à piloter le réchauffeur (25) de 1 0 manière à ce que l'alimentation du premier réservoir d'allumeur (13) et l'alimentation du second réservoir d'allumeur (14) soient réalisées successivement ou simultanément. 10. Engin spatial comprenant un moteur à ergols liquides ainsi qu'un 1 5 système selon l'une des revendications 6 à 9.