Brevet FR3033365A1 — publié le 20160909

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine des organes de combustion, par exemple la chambre de combustion d'un moteur d'engin spatial, et concerne plus précisément, la structure d'un injecteur d'ergols d'un organe de combustion. ETAT DE L'ART Les organes de combustion comprennent un injecteur adapté pour injecter et mélanger deux ergols de la manière la plus homogène possible. Or, dans le cadre de certaines applications, un prélèvement d'un des ergols afin d'alimenter un autre organe, par exemple une turbine, est effectué. Les systèmes d'injection comprennent donc communément un conduit de prélèvement, prélevant l'un des ergols préalablement à l'injection. De tels prélèvement d'ergol perturbent l'écoulement, et nuisent donc à l'homogénéité de l'injection. Des structures d'injecteurs ont été proposées afin de limiter les perturbations de l'écoulement dues à ce prélèvement d'ergol, mais s'avèrent très complexes à réaliser, et très contraignantes en termes d'étanchéité du fait de la segmentation nécessaire pour la réalisation de telles pièces. PRESENTATION DE L'INVENTION La présente invention vise ainsi à remédier au moins partiellement à ces 30 problématiques, et propose un injecteur d'un organe de combustion d'ergols, comprenant - une première alimentation adaptée pour réaliser une alimentation en un premier ergol liquide, 3033365 2 - une seconde alimentation adaptée pour réaliser une alimentation en un second ergol liquide, la première alimentation étant reliée à une pluralité de cheminées d'alimentation disposés autour d'un tube allumeur présentant un axe 5 longitudinal, lesdites cheminées d'alimentation s'étendant selon ledit axe longitudinal, la seconde alimentation étant configurée de manière à déverser un débit uniforme de liquide dans une chambre d'injection, ladite chambre d'injection étant reliée à une pluralité de fourreaux 10 d'alimentation au moyen d'orifices d'injection, chaque cheminée d'alimentation étant entourée d'un fourreau d'alimentation coaxial, de manière à ce que les cheminées d'alimentation et les fourreaux d'alimentation soient alimentés en parallèle du premier et du second ergol respectivement, 15 caractérisé en ce que l'injecteur comprend en outre une chambre de prélèvement reliée à un conduit de prélèvement du second ergol, ladite chambre de prélèvement étant aménagé de manière à prélever de manière homogène du second ergol liquide de la chambre d'injection, 20 l'injecteur étant configuré de manière à réaliser une injection homogène du second ergol via les orifices d'injection. Selon un mode de réalisation particulier, la chambre de prélèvement est reliée à la chambre d'injection via une pluralité de canaux de 25 prélèvement, débouchant dans la chambre d'injection selon une répartition régulière autour de l'axe longitudinal, de sorte que le prélèvement de liquide dans la chambre d'injection via les canaux de prélèvement permette une injection homogène du second ergol via les orifices d'injection. La chambre d'injection peut alors s'étendre selon la direction longitudinale définie par l'axe longitudinal entre une face supérieure et une face inférieure, et lesdits canaux de prélèvement sont alors aménagés dans la face supérieure de la chambre d'injection, tandis que 3033365 3 les orifices d'injection sont aménagés dans une portion inférieure de la chambre d'injection, s'étendant sur deux tiers de la hauteur de la chambre d'injection mesurée selon la direction longitudinale, à partir de la face inférieure de la chambre d'injection. 5 La première alimentation est par exemple reliée à la pluralité de cheminées d'alimentation par l'intermédiaire d'une couronne d'injection primaire, configurée de manière à réaliser une alimentation uniforme en premier ergol desdites cheminées d'alimentation. 10 La couronne d'injection primaire est alors par exemple aménagée autour de la chambre de prélèvement. La seconde alimentation est par exemple reliée à la chambre d'injection par l'intermédiaire d'une couronne d'injection secondaire, configurée de 15 manière à réaliser une alimentation uniforme en second ergol de la chambre d'injection. Les cheminées d'alimentation sont par exemple aménagées de manière symétriques par rapport à l'axe longitudinal. 20 L'injecteur est par exemple formé d'une tête d'injection et d'une plaque d'injection, la tête d'injection est alors par exemple formée en une seule pièce par fabrication additive, et la plaque d'injection peut être fabriquée par tout procédé adapté, et peut notamment être réalisée en un 25 matériau à forte conduction pouvant être différent de celui dont est formée la tête d'injection. PRESENTATION DES FIGURES 30 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 dessins annexés, sur lesquels : 3033365 4 - Les figures 1 et 2 présentent deux vues en coupe selon deux plans distincts d'un injecteur selon un aspect de l'invention ; - Les figures 3 à 6 présentent d'autres vues d'un injecteur selon un aspect de l'invention. 5 Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE 10 Les figures 1 et 2 présentent deux vues en coupe selon deux plans distincts d'un injecteur selon un aspect de l'invention. Les deux plans de coupe utilisés pour la réalisation des figures 1 et 2 sont deux plans perpendiculaires, passant chacun par un axe longitudinal Z-Z tel que 15 représenté sur les figures. Les figures 3 à 6 présentent d'autres angles de vue de ces deux vues en coupe, permettant notamment de préciser la structure interne de l'injecteur. 20 Les figures 3 et 4 sont ainsi deux vues alternatives de la figure 1, la figure 4 étant une vue éclatée de la figure 3, et les figures 5 et 6 sont deux vues alternatives de la figure 2, la figure 6 étant une vue éclatée de la figure 5. 25 On représente sur les figures un injecteur 1, présentant un tube allumeur central 2 s'étendant selon un axe longitudinal Z-Z définissant une direction longitudinale de l'injecteur 1. L'injecteur 1 tel que représenté est formé de deux éléments ; une tête 30 d'injection 11 et un couvercle d'injection 12, qui sont assemblés afin de former l'injecteur 1. 3033365 5 L'injecteur 1 comprend deux alimentations en ergols ; une première alimentation 31 adaptée pour alimenter l'injecteur 1 en un premier ergol, par exemple, de l'oxygène liquide, et une seconde alimentation 41 adaptée pour alimenter l'injecteur 1 en un second ergol, par exemple, 5 de l'hydrogène liquide. La première alimentation 31 est reliée à une pluralité de cheminées d'alimentation 33, disposés autour du tube allumeur 2 et s'étendant chacune selon la direction longitudinale, ces cheminées débouchant à 10 une extrémité inférieur de l'injecteur 1. La première alimentation 31 est typiquement reliée aux cheminées d'alimentation 33 via une couronne d'injection primaire 32, formant par exemple un tore autour de l'axe longitudinal Z-Z. Cette couronne d'injection primaire 32 est configurée de manière à uniformiser 15 l'alimentation en premier ergol en provenance de la première alimentation 31 via un tore à section évolutive dans l'exemple illustré, afin de réaliser une alimentation uniforme en premier ergol des cheminées d'alimentation 33. 20 La seconde alimentation 41 permet quant à elle d'alimenter en un second ergol des fourreaux d'alimentation 44, entourant chacun une cheminée d'alimentation 33, typiquement de sorte que chaque cheminée d'alimentation 33 soit entourée par un fourreau d'alimentation 44 coaxial, et débouchant également à l'extrémité inférieur de l'injecteur 1. 25 La seconde alimentation 41 est typiquement reliée à une couronne d'injection secondaire 42, configurée de manière à uniformiser l'alimentation en second ergol en provenance de la seconde alimentation 41 afin d'alimenter une chambre d'injection 5 via des orifices 30 d'alimentation 43 aménagés dans la couronne d'injection secondaire 42, typiquement de manière symétrique par rapport à l'axe longitudinal Z-Z. 3033365 6 Un flux de second ergol sensiblement homogène autour de l'axe longitudinal Z-Z est ainsi injecté dans la chambre d'alimentation 5. Ce flux remplit donc la chambre d'alimentation 5 de manière sensiblement homogène, puis une partie est injectée dans des fourreaux 5 d'alimentation 44, aménagés autour des cheminées d'alimentation 33, via des orifices d'injection 45 reliant les fourreaux d'alimentation 44 à la chambre d'injection 5. La chambre d'injection 5 étant alimentée de manière homogène, les 10 fourreaux d'alimentation 44 sont également alimentés de manière homogène autour de l'axe longitudinal Z-Z. La chambre d'injection 5 telle que représentée s'étend selon la direction longitudinale définie par l'axe longitudinal Z-Z. On définit ainsi une face 1 5 supérieure 52 et une face inférieure 51 de la chambre d'injection 5, les dénominations « supérieure » et « inférieure » étant choisies arbitrairement. Les orifices d'injection 45 sont alors typiquement aménagés dans une portion inférieure de la chambre d'injection 5, s'étendant sur deux tiers 20 de la hauteur de la chambre d'injection 5 mesurée selon la direction longitudinale, à partir de la face inférieure 51 de la chambre d'injection 5, ou encore dans la moitié inférieure de la chambre d'injection 5, s'étendant sur la moitié de la hauteur de la chambre d'injection 5 mesurée selon la direction longitudinale, à partir de la face inférieure 51 25 de la chambre d'injection 5. L'injecteur 1 comprend également un conduit de prélèvement 61, adapté pour prélever une partie du second ergol de la chambre d'injection 5 afin d'alimenter un composant tel qu'une turbine, ou un 30 circuit de refroidissement aval, ou un allumeur de type basse pression fonctionnant en continu. Le conduit de prélèvement 61 tel que représenté est relié à une chambre de prélèvement 62, s'étendant typiquement autour de l'axe 3033365 7 longitudinal Z-Z, et reliée à la chambre d'injection 5 au moyen d'une pluralité de canaux de prélèvement 63. La chambre de prélèvement 62 est typiquement aménagée de manière symétrique autour de l'axe longitudinal Z-Z, et est configurée de 5 manière à uniformiser le débit de second ergol prélevé par les canaux de prélèvement 63 afin qu'un débit uniforme de second ergol soit délivré par le conduit de prélèvement 61. Ces canaux de prélèvement 63 débouchent par exemple dans la 10 chambre d'injection 5 via la face supérieure 52 de la chambre d'injection 5. Ainsi, le second ergol est injecté dans la chambre d'injection 5 via la couronne d'injection secondaire 42, puis une partie du second ergol est 1 5 injectée dans les fourreaux d'alimentation 44 via les orifices d'injection 45, et une autre partie du second ergol est prélevée via les canaux de prélèvement 63, la chambre de prélèvement 62 et le conduit de prélèvement 61. 20 Les canaux de prélèvement 63 sont aménagés dans l'injecteur 1 de manière à ne pas perturber le flux de second ergol au sein de la chambre d'injection 5, et donc à ce que le flux de second ergol injecté dans les fourreaux d'alimentation 44 via les orifices d'injection 45 demeure homogène autour de l'axe longitudinal Z-Z. 25 Les canaux de prélèvement 63 sont ainsi disposés selon une répartition régulière autour de l'axe longitudinal Z-Z, afin de réaliser un prélèvement axisymétrique du second ergol par rapport à l'axe longitudinal Z-Z. 30 Une telle répartition régulière autour de l'axe longitudinal Z-Z permet ainsi d'uniformiser le prélèvement du second ergol, de sorte que le profil de pression dynamique au droit des différents orifices d'injection 45 soit 3033365 8 uniforme autour de l'axe longitudinal Z-Z, ce qui entraine donc que le flux de second ergol injecté dans les fourreaux d'alimentation 44 via les orifices d'injection 45 est uniforme autour de l'axe longitudinal Z-Z. 5 L'injecteur 1 peut comprendre une multitude de canaux de prélèvement 63, afin notamment d'homogénéiser l'impact de ces prélèvements sur l'injection du second ergol. Les canaux de prélèvement 63 peuvent ainsi être répartis autour de l'axe longitudinal Z-Z, sur tout ou partie de la face supérieure 52 de la 10 chambre d'injection 5. Les canaux de prélèvement 63 peuvent par exemple être répartis selon plusieurs cercles concentriques autour de l'axe longitudinal Z-Z. L'injecteur 1 peut ainsi par exemple comprendre une chambre intermédiaire entre la chambre de prélèvement 62 et la chambre 15 d'injection 5, à laquelle sont reliés une multitude de canaux de prélèvement 63. Cette chambre intermédiaire s'étend alors par exemple sensiblement radialement par rapport à l'axe longitudinal Z-Z, et assure alors la liaison entre les canaux de prélèvement 63 et la chambre de prélèvement 62. 20 De plus, les canaux de prélèvement 63 sont avantageusement aménagés à une distance suffisante des orifices d'injection 45, afin que le prélèvement de second ergol par les canaux de prélèvement 63 ne perturbe pas le profil de pression dynamique au droit des différents 25 orifices d'injection 45, ou à tout le moins que les perturbations engendrées soient limitées, et que l'injection de second ergol dans les fourreaux d'alimentation 44 via les orifices d'injection 45 demeure homogène autour de l'axe longitudinal Z-Z, c'est-à-dire que les différents fourreaux d'alimentation 44 soient alimentés de manière 30 uniforme autour de l'axe longitudinal Z-Z par les orifices d'injection 45. Dans le mode de réalisation représenté, les canaux de prélèvement 63 débouchent ainsi dans la chambre d'injection 5 via la face supérieure 52 3033365 9 de la chambre d'injection 5, tandis que les orifices d'injection 45 sont aménagés sensiblement à mi-hauteur entre la face supérieure 52 et la face inférieure 51 de la chambre d'injection 5. 5 Assurer ainsi un espacement minimum entre les canaux de prélèvement 63 et les orifices d'injection 45 permet d'éviter que la sortie de second ergol via les canaux de prélèvement 63 ne perturbe le profil de pression dynamique au droit des différents orifices d'injection 45. 10 L'injecteur 1 tel que proposé permet donc de réaliser un prélèvement du second ergol sans perturber l'injection réalisée, ce qui est avantageux notamment en termes de stabilité de l'injection ainsi qu'en homogénéité de température de combustion entre chaque couronne d'injection. 15 L'injecteur 1 est par exemple réalisé via un procédé de fabrication additive. Dans le cas où l'injecteur 1 est formé de plusieurs composants, comme par exemple représenté sur les figures où l'injecteur 1 tel que représenté est formé de deux éléments ; une tête d'injection 11 et une plaque d'injection 12. La tête d'injection est alors typiquement réalisée 20 par fabrication additive de manière à être formée en une seule pièce, alors que la plaque d'injection peut être réalisée par tout autre moyen. Un tel procédé de fabrication permet de réaliser des formes complexes en une seule pièce, ou à tout en moins en un nombre limité de pièces, comprenant notamment un réseau de conduits et de volumes internes, 25 tout en demeurant plus simple à mettre en oeuvre que par exemple un procédé de fonderie utilisant des noyaux destructibles, ou qu'un procédé nécessitant un assemblage ultérieur de nombreux composants. 30 REVENDICATIONS1. Injecteur (1) d'un organe de combustion d'ergols, comprenant - une première alimentation (31) adaptée pour réaliser une alimentation en un premier ergol liquide, - une seconde alimentation (41) adaptée pour réaliser une alimentation en un second ergol liquide, la première alimentation (31) étant reliée à une pluralité de cheminées d'alimentation (33) disposés autour d'un tube allumeur (2) présentant 10 un axe longitudinal (Z-Z), lesdites cheminées d'alimentation (33) s'étendant selon ledit axe longitudinal (Z-Z), la seconde alimentation (41) étant configurée de manière à déverser un débit uniforme de liquide dans une chambre d'injection (5), ladite chambre d'injection (5) étant reliée à une pluralité de fourreaux 15 d'alimentation (44) au moyen d'orifices d'injection (45), chaque cheminée d'alimentation (33) étant entourée d'un fourreau d'alimentation (44) coaxial, de manière à ce que les cheminées d'alimentation (33) et les fourreaux d'alimentation (44) soient alimentés en parallèle du premier et du second ergol respectivement, 20 caractérisé en ce que l'injecteur (1) comprend en outre une chambre de prélèvement (62) reliée à un conduit de prélèvement (61) du second ergol, ladite chambre de prélèvement (62) étant aménagé de manière à prélever du second ergol liquide de la chambre d'injection (5), 25 l'injecteur (1) étant configuré de manière à réaliser une injection homogène du second ergol via les orifices d'injection (45). 2. Injecteur (1) selon la revendication 1, dans lequel la chambre de prélèvement (62) est reliée à la chambre d'injection (5) via une pluralité 30 de canaux de prélèvement (63), débouchant dans la chambre d'injection (5) selon une répartition régulière autour de l'axe longitudinal (Z-Z), de sorte que le prélèvement de liquide dans la chambre d'injection (5) via 3033365 11 les canaux de prélèvement (63) permette une injection homogène du second ergol via les orifices d'injection (45). 3. Injecteur (1) selon la revendication 2, dans lequel la chambre 5 d'injection (5) s'étend selon la direction longitudinale définie par l'axe longitudinal (Z-Z) entre une face supérieure (52) et une face inférieure (5 1) et dans lequel lesdits canaux de prélèvement (63) sont aménagés dans la face supérieure (52) de la chambre d'injection (5), tandis que les orifices d'injection (45) sont aménagés dans une portion inférieure de la chambre d'injection (5), s'étendant sur deux tiers de la hauteur de la chambre d'injection (5) mesurée selon la direction longitudinale, à partir de la face inférieure (51) de la chambre d'injection (5). 4. Injecteur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la première alimentation (31) est reliée à la pluralité de cheminées d'alimentation (33) par l'intermédiaire d'une couronne d'injection primaire (32), configurée de manière à réaliser une alimentation uniforme en premier ergol desdites cheminées d'alimentation (33). 5. Injecteur (1) selon la revendication 4, dans lequel la couronne d'injection primaire (32) est aménagée autour de la chambre de prélèvement (62). 6. Injecteur (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la seconde alimentation (41) est reliée à la chambre d'injection (5) par l'intermédiaire d'une couronne d'injection secondaire (42), configurée de manière à réaliser une alimentation uniforme en premier ergol de la chambre d'injection (5). 7. Injecteur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel lesdites cheminées d'alimentation (33) sont aménagées de manière symétriques par rapport à l'axe longitudinal (Z-Z). 3033365 12 8. Injecteur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, formé d'une tête d'injection (11) et d'une plaque d'injection (12), la tête d'injection étant formée en une seule pièce par fabrication additive. 5