Brevet FR3074540A1 — publié le 20190607

DOMAINE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte au domaine des lanceurs spatiaux, et plus particulierement des divergents equipant les moteurs des lanceurs spatiaux. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Les divergents se trouvent soumis a des flux thermiques extremement importants qui risquent de leur faire atteindre des temperatures particulierement elevees, et, par suite, risquent de compromettre leur integrite mecanique, de sorte qu'il est indispensable de prevoir des dispositifs de protection thermique pour proteger les divergents. [0003] Ces dispositifs de protection thermique sont generalement disposes autour du divergent, et presses contre une face externe de celui-ci a l'aide de cables de maintien. Pour assurer une protection thermique suffisante, it est necessaire que les protections thermiques restent suffisamment serrees contre le divergent tout au long du vol. Par consequent, les cables permettant le serrage des protections thermiques doivent rester suffisamment tendus, quelles que soient les sollicitations thermiques existant au cours de vol. Les cables ne doivent toutefois pas etre excessivement tendus afin de ne pas endommager les protections thermiques et/ou solliciter de maniere inacceptable le divergent. Par ailleurs, ces cables doivent etre en un materiau resistant aux fortes sollicitations thermiques en vol, afin de conserver leurs proprietes mecaniques, et donc assurant un serrage suffisant des protections thermiques pendant toute la duree du vol. Or, les coefficients de dilatation thermique des cables et du divergent sont differents les uns des autres. De merne, les temperatures des cables et du divergent peuvent varier fortement durant la phase de vol. En debut de vol par exemple, le divergent chauffe plus vite que les cables, ce qui a pour consequence d'augmenter le serrage des cables. En cours de vol, les cables peuvent etre plus chauds que le divergent. Neanmoins, le coefficient de dilatation thermique des cables etant tres faible par rapport a celui du divergent, la dilatation du divergent reste plus importante que celle des cables, de sorte que le serrage de ces derniers augmente egalement. Par consequent, en cas de forts gradients thermiques, lorsque la dilatation du divergent est plus importante que celle du ou des cables, 2 ces derniers sont susceptibles de rompre. II existe donc un besoin pour un dispositif permettant d'assurer un serrage suffisant des protections thermiques, quelles que soient les sollicitations thermiques. PRESENTATION DE L'INVENTION 5 [0004] Le present exposé concerne un ensemble pour divergent de moteur fusee, comportant : - un divergent de moteur de fusee presentant une paroi exterieure et un axe de revolution, - une pluralite de blocs de protections thermiques en materiau 10 thermiquement isolant, configures pour etre disposes contre la paroi exterieure, - au moins un cable comportant deux eAremites et configure pour etre enroule autour d'une circonference du divergent de maniere a plaquer la pluralite de blocs de protections thermiques contre la paroi 15 exterieure, le cable ayant un coefficient de dilatation thermique inferieur a celui du divergent, suivant sa circonference, - un dispositif de serrage configure pour maintenir les deux extremites dudit au moins un cable en vis-à-vis ; ('ensemble comporte en outre au moins une reserve de cable, a 20 travers laquelle le cable peut passer en coulissant, et configuree pour contraindre une portion du cable a suivre un trajet predetermine presentant une longueur donnee ; la reserve de cable etant realisee de telle sorte que, lorsque la temperature augmente, ladite longueur augmente egalement, mais dans une moindre proportion que la longueur 25 de la circonference du divergent. [0005] Les blocs de protection thermique peuvent etre constitues de differents types de materiaux thermiquement isolants. Its peuvent etre repartis sur la paroi exterieure du divergent, en etant disposes les uns contre les autres, de sorte a recouvrir au moins en partie 30 Ia surface de la paroi exterieure, de preference la totalite de cette surface. Pour optimiser leur fonction de protection thermique, et resister aux sollicitations dynamiques en cours de vol, ces blocs doivent etre plaques contre Ia paroi exterieure du divergent. Ceci est possible grace a au mains un cable enroule autour de la paroi exterieure du divergent, de maniere a 35 effectuer au moins un tour de la circonference de celui-ci. De cette maniere, les blocs de protection thermique sont pris en sandwich entre la 3 paroi exterieure du divergent et le au moins un cable. Le cable peut avoir une section circulaire ou toute autre forme. [0006] Pour assurer le serrage des blocs de protection thermique contre la paroi exterieure du divergent, le cable dolt etre 5 suffisamment tendu. Ceci est possible grace au dispositif de serrage. Le cable est enroule autour du divergent de sorte que ses deux extremites soient en vis-à-vis, a proximite l'une de l'autre, apres avoir ete enroulee en faisant un ou plusieurs tours autour du divergent. Les deux extremites du cable sont alors maintenues dans cette position par le dispositif de 10 serrage. Le dispositif de serrage peut etre tout systeme permettant le blocage des deux extremites du cable et le maintien du serrage du cable autour du divergent, par exemple un systerne comportant des plaques prenant les extremites du cable en sandwich, ou autre. [0007] Par reserve de cable, on comprend un dispositif 15 realise de telle sorte que le cable suit un trajet predetermine au sein de Ia reserve. En d'autres termes, au sein de la reserve de cable, celui-ci ne suit pas la circonference du divergent de maniere rectiligne, mais peut etre enroule ou plie de telle sorte a former de va et viens de part et d'autre de la reserve de cable. La longueur du cable sur ce trajet predetermine au 20 sein de Ia reserve de cable est par consequent superieure a la longueur que le cable aurait eue en ('absence de reserve de cable, s'il avait ete simplement enroule autour du divergent sur toute sa circonference. [0008] La longueur du cable, du fait de Ia presence de la reserve de cable, permet a celui-ci de se dilater suffisamment pour 25 accompagner la dilatation du divergent. Ceci est rendu possible par le fait que le cable est libre de coulisser le long de son trajet predetermine a l'interieur de la reserve de cable, et peut donc accompagner l'augmentation de la circonference du divergent sous I'effet des sollicitations thermiques. Plus precisement, le cable a un coefficient de 30 dilatation thermique inferieur au coefficient de dilatation thermique du divergent. Par consequent, quand la temperature augmente en ['absence de reserve de cable, le cable se trouve tres sere autour du divergent. En revanche, en presence de la reserve de cable, le cable peut coulisser le long de son trajet predetermine lorsque le divergent se dilate sous I'effet 35 d'une augmentation de temperature. Cela permet un equilibrage des 4 tensions entre le divergent et la reserve ; ainsi la tension finale est moindre que s'il n'y avait pas de reserve de cable. [0009] La presence de la reserve de cable permet donc d'assurer un serrage du cable suffisant autour du divergent soumis a de 5 fortes fluctuations thermiques, en limitant ou en evitant le risque de rupture du cable. [0010] Dans certains modes de realisation, le trajet predetermine comporte au moins un aller-retour ou une boucle entre deux appuis de la reserve de cable ; et le coefficient de dilatation thermique 10 moyen de la reserve de cable mesure d'un appui a l'autre est inferieur au coefficient de dilatation thermique de Ia circonference du divergent. [0011] Les appuis peuvent etre des plots usines dans Ia reserve de cable, autour desquels le cable peut passer le long de son trajet predetermine, et contre lesquels it peut prendre appui lorsque celui- 15 ci est tendu. Ainsi, le long de son trajet predetermine, le cable contourne un premier appui dans un sens, puis contourne un deuxieme appui dans un sens oppose, effectuant ainsi un aller-retour. Le coefficient de dilatation thermique de la portion de cable disposee entre deux appuis est inferieur au coefficient de dilatation thermique de la circonference du 20 divergent. Ainsi, le nombre d'aller-retours du cable dans la reserve de cable peut etre determine de maniere a obtenir un serrage optimal du cable autour du divergent permettant d'assurer un serrage suffisant autour de celui-ci en cas de fortes augmentations de temperature, tout en limitant ou en evitant Ia deterioration des protections thermiques et du 25 divergent. [0012] Dans certains modes de realisation, les appuis ont une forme inscrite dans un cylindre et sont configures pour que le cable passe contre ceux-ci le long de son trajet predetermine. [0013] La reserve de cable peut avoir Ia forme d'une plaque, 30 et les appuis peuvent etre des cylindres faisant saillie depuis la plaque. De maniere alternative, la reserve de cable peut comporter deux plaques separees rune de I'autre par les appuis cylindriques, le cable passant contre ces appuis entre les deux plaques. Dans ce cas, une extremite des appuis cylindriques est fixee a la premiere plaque, et l'extremite opposee 35 des appuis cylindriques est fixee a la deuxieme plaque. Selon cette alternative, le cable passe entre les deux plaques le long de son trajet 5 predetermine en contournant les appuis cylindriques. La presence de ces deux plaques permet d'empecher le cable de s'extraire de Ia reserve de cable, en glissant le long d'un appui cylindrique par exemple. Lorsque Ia reserve de cable comporte deux appuis cylindriques, ces derniers peuvent 5 etre disposes chacun a une extremite distale de la plaque. Ainsi, le long de son trajet predetermine, le cable contourne un premier appui dispose a une extremite de la plaque, puis contourne un deuxienne appui dispose a ('extremite opposee, en prenant appui contre ces appuis, et realisant ainsi un aller-retour. Les appuis cylindriques presentent l'avantage d'être facile 10 a realiser, et permettent au cable de coulisser contre ceux-ci lorsqu'il se dilate, sans se deteriorer. [0014] Dans certains modes de realisation, le cable est en fibres de carbone. [0015] Ce materiau presente l'avantage de conserver une 15 raideur importante a des temperatures elevees, par exemple 1700 K. [0016] Dans certains modes de realisation, Ia reserve de cable est en carbone. [0017] La reserve de cable, c'est-à-dire la ou les plaques guide comporte et les appuis cylindriques, sont en carbone. L'emploi de 20 carbone permet a la reserve de cable de resister aux fortes sollicitations thermiques en vol. Par ailleurs, la reserve de cable peut ainsi se dilater dans les memes proportions que le cable en fibres de carbone. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0018] L'invention et ses avantages seront mieux compris a 25 Ia lecture de la description detainee faite ci-apres de differents modes de realisation de ('invention donnes a titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait reference aux pages de figures annexees, sur lesquelles : - les figures 1A et 1B representent schernatiquement un ensemble pour divergent de moteur de fusee selon la presente invention ; 30 - la figure 2 represente schernatiquement un cable et une reserve de cable de ('ensemble de la figure 1 ; - la figure 3 represente schernatiquement une reserve de cable de ('ensemble de la figure 1; DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION 35 [0019] Un ensemble pour divergent de moteur de fusee selon la presente invention va etre decrit en reference aux figures 1 a 3. 6 La figure 1A represente un ensemble comportant un divergent de moteur de fusee 1 ayant une paroi exterieure 2, un ensemble de blocs de protections thermiques 3 repartis sur Ia paroi exterieure 2 du divergent, et un ensemble de cables 10 enroules autour du divergent, et permettant de 5 plaquer les blocs de protections thermiques 3 contre la paroi exterieur 2 du divergent. Dans cet exemple non limitatif, les cables 10 sont des cables de section circulaire, dont le diametre d est compris entre 3 et 10 mm. [0020] La figure 1B represente une coupe partielle de l'ensemble de la figure 1A, suivant le plan de coupe IA-IA. Tel que 10 represente sur les figures 1A et 1B, l'ensemble comporte plusieurs rangees successives de blocs 3 reparties suivant une direction verticale du divergent 1, contre sa paroi exterieure 2. Chaque rang& de blocs 3 est maintenue et plaquee contre Ia paroi exterieure 2 par au moins un cable 10. Dans ('exemple de la figure 1A, deux cables sont disposes autour de 15 chaque rang& de blocs 3, mais davantage de cables peuvent etre prevus. Chaque bloc de protection thermique 3 presente une face interieure 31, configuree pour etre disposee contre la paroi exterieure 2 du divergent 1, et une face exterieure 32, opposee a la face interieure 31. Les blocs de protections thermiques sont en materiau thermiquement isolant. Par 20 exemple et de maniere non limitative, les blocs 3 comportent un materiau du type liege expanse, qui lui confere en outre des proprietes satisfaisantes de legerete, de souplesse et de resistance aux chocs et a l'humidite. [0021] Le divergent 1 peut comporter en outre une pluralite 25 de raidisseurs 4 qui s'etendent circonferentiellement sur Ia paroi exterieure 2 ; par exemple et de maniere non limitative, les raidisseurs 4 s'etendent de maniere sensiblement parallele les uns aux autres, de maniere reguliere. Chaque bloc de protection thermique 3 est configure pour pouvoir etre plaque contre la paroi exterieure 2, malgre Ia presence des 30 raidisseurs 4. Les blocs 3 comportent par exemple des encoches 33, dans lesquelles les raidisseurs 4 peuvent s'inserer. [0022] En outre, les blocs de protections thermiques 3 comportent, sur leur face exterieure 32, des gorges 34 s'etendant selon une direction circonferentielle, dans lesquelles les cables 10 peuvent se 35 loger. Les gorges 34 peuvent s'etendre suivant un plan perpendiculaire a l'axe de revolution du divergent, ou encore de maniere inclinee par 7 rapport a cet axe, de sorte que les cables 10 soient agences de maniere helicoIdale autour du divergent, lorsqu'ils sont loges dans les gorges 34. Les cables peuvent ainsi plaquer les blocs 3, et serrer ces derniers contre Ia paroi exterieure 2, sans risquer de se deplacer le long de la direction 5 verticale du divergent 1 en cours de vol. [0023] La figure 2 illustre un cable 10 seul avec un dispositif de serrage 20, permettant de serrer le cable 10 autour du divergent 1, et deux reserves de cable 40. Le cable 10 comporte une premiere extremite 10a et une deuxieme extremite 10b. Le dispositif de serrage comporte un 10 premier element de blocage 20a et un deuxieme element de blocage 20b. Le premier element de blocage 20a permet de bloquer la premiere extremite 10a du cable 10, et le deuxieme element de blocage 20b permet de bloquer Ia deuxieme extremite 10b du cable 10. Ainsi, Iorsque le cable 10 est tendu autour du divergent 1, de maniere a plaquer et a serrer les 15 blocs 3 contre la paroi exterieure 2, les extremites 10a et 10b de le cable 10 restent bloques par le dispositif de serrage 20. Le serrage des cables 10 peut ainsi etre maintenu au cours du vol. Le dispositif de serrage 20 peut etre tous systemes permettant le blocage des deux extremites du cable 10a et 10b et le maintien du serrage du cable autour du divergent, 20 par exemple un tendeur, ou autre. En outre, le premier et le deuxieme element de blocage 20a, 20b peuvent etre fixes et serres l'un a l'autre par un systeme de visiecrous, par exemple, afin de tendre le cable 10 autour du divergent 1. [0024] La figure 2 illustre deux reserves de cable 40. 25 Neanmoins, des nombres differents sont possibles : une reserve de cable, trois ou plus. [0025] La figure 3 represente schematiquement une reserve de cable 40 dans une vue perpendiculaire a l'axe de revolution du divergent 1. Ainsi, la direction gauche-droite sur Ia feuille de Ia figure 3 30 correspond a la direction circonferentielle du divergent 1, et Ia direction bas-haut sur la feuille de Ia figure 3 correspond a la direction de l'axe de revolution du divergent 1. Par consequent, dans la suite de l'expose, les extremites inferieures et superieures de la reserve de cable 40, et la partie centrale disposee entre les extremites inferieures et superieures, sont 35 considerees suivant l'axe de revolution du divergent 1. 8 [0026] La reserve de cable 40 comporte une plaque 41 et une pluralite de plots 42 faisant saillie depuis Ia plaque 41. De maniere alternative, la reserve de cable peut comporter deux plaques 41 separees l'une de l'autre par les plots 42, l'ensemble plaques 41 et plots 42 formant 5 un seul et merne bloc. Dans ce cas, une extremite des plots 42 est fixee a la premiere plaque 41, et l'extremite opposee des plots 42 est fixee a la deuxieme plaque 41. Selon cette alternative, les plots 42 sont donc pris en sandwich entre les deux plaques 41, le cable 10 passant ainsi entre ces deux plaques 41. La ou les plaques 41 peuvent etre en carbone, et les 10 plots 42 peuvent etre cylindriques. Lorsque le cable 10 est serre autour du divergent 1, le cable 10 suit la circonference du divergent 1, comme illustre sur la figure 1A, et passe dans la reserve de cable 40, elle-merne disposee autour du divergent 1, contre la surface externe de celui-ci (plus exactement, contre la surface des blocs de protections thermiques 3). En 15 passant dans la reserve de cable 40, le cable 10 suit un trajet predetermine. Dans cet exemple, un plot 42 est dispose dans Ia partie centrale de la reserve de cable 40 a chaque extremite, suivant la direction circonferentielle du divergent 1, de la reserve de cable 40. Le designe la distance entre ces plots 42 suivant la direction circonferentielle du 20 divergent 1. En outre, dans cet exemple, trois plots 42 sont disposes a l'extremite inferieure de la reserve de cable 40, et trois plots 42 sont disposes a l'extremite superieure de la reserve de cable 40. De preference, une distance H, suivant l'axe de revolution du divergent 1, entre un plot 42 dispose a l'extremite inferieure de la reserve de cable 40, et un plot 42 25 dispose a l'extremite superieure de la reserve de cable 40, est comprise entre 40 et 70 mm, de preference entre 50 et 65 mm, de preference encore entre 58 et 62 mm. [0027] Le trajet predetermine du cable 10 dans la reserve de cable 40 est donc determine par les plots 42. Le cable 10 passe le long 30 de chaque plot 42 en contournant et en prenant appui contre ces derniers. Plus precisement, le cable 10 contourne tout d'abord un plot 42 dispose dans Ia partie centrale de la reserve de cable 40, puis effectue des allers- retours entre l'extremite inferieure et l'extremite superieure de la reserve de cable 40, en contournant successivement les plots sur chacune de ces 35 extremites. Dans cet exemple, Ia reserve de cable 40 est configuree de telle sorte que le cable effectue trois allers-retours. Plus generalement, le 9 nombre N d'allers-retours est optimise de telle sorte que, grace a la longueur totale importante du cable 10, l'augmentation de la tension du cable 10 reste moderee, ce qui permet d'eviter un serrage excessif du cable 10 en cas de fortes augmentations de temperature. La longueur du 5 cable 10, du fait de la presence de la reserve de cable 40, et du nombre N d'allers-retours, permet a celui-ci de se dilater suffisamment pour accompagner la dilatation du divergent 1. Ceci est rendu possible par le fait que le cable 10 est libre de coulisser le long des plots 42 a l'interieur de la reserve de cable 40, et peut donc accompagner l'augmentation de Ia 10 circonference du divergent sous l'effet des sollicitations thermiques. [0028] Le nombre N minimal d'allers-retours et la distance H entre les extremites de Ia reserve doivent etre calcules en fonction des coefficients de dilatation du divergent, du cable et de la reserve de cable, des temperatures atteintes dans le divergent et dans la reserve de cable, 15 de la circonference du divergent, et egalement en fonction de la tension ou de l'allongement maximal(e) consider& comme admissible pour le cable 10 lorsque ce dernier se dilate avec la temperature. Dans le cas d'un cable en fibre de carbone par exemple, un allongement de l'ordre de 1% du cable, par rapport a sa longueur initiale a temperature ambiante, peut 20 provoquer la rupture de celui-ci. Afin d'eviter une telle rupture, une marge de 10% par rapport a l'allongement a rupture du cable 10 peut etre fixee. II est donc necessaire de determiner le nombre minimal N minimal d'allers-retours, et la distance H entre les extremites de Ia reserve, permettant de conserver un allongement du cable inferieur a 0,90 %, en 25 fonction des parametres ci-dessus. [0029] Differents cas de figure sont possibles. Un premier cas de figure correspond a un cas dans lequel le divergent a atteint une temperature d'equilibre en fonctionnement (environ 1000 K) mais dans lequel les blocs de protections thermiques 3 et les cable 10 n'ont pas 30 encore chauffe. Dans ce cas, pour une distance H = 60 mm, le nombre optimal N d'allers-retours est N = 6. En effet, pour des nombres inferieurs, le cable 10 est etire par le divergent 1 avec une deformation superieure a sa deformation a rupture, pouvant provoquer la rupture de celui-ci. Cette valeur de N = 7 permet ainsi d'obtenir au moins 10% de marge par 35 rapport a l'allongement a rupture du cable 10. 10 [0030] Un deuxieme cas de figure correspond a une situation ulterieure dans laquelle le flux thermique chauffe egalement fortement (a 1500 K par exemple) les blocs de protections thermiques 3 et les cable 10. Dans ce cas, pour une distance H = 60 mm, le nombre N 5 d'allers-retours peut etre N = 4 ou plus, afin de conserver au moins 10% de marge par rapport a l'allongement a rupture du cable 10. [0031] Bien que la presente invention ait ete decrite en se referant a des exemples de realisation specifiques, it est evident que des modifications et des changements peuvent etre effectues sur ces 10 exemples sans sortir de la poi-tee generale de ('invention telle que definie par les revendications. En particulier, des caracteristiques individuelles des differents modes de realisation illustres/mentionnes peuvent etre combinees dans des modes de realisation additionnels. Par consequent, la description et les dessins doivent etre consider& REVENDICATIONS1. Ensemble pour divergent de moteur fusee, comportant : - un divergent (1) de moteur de fusee presentant une paroi exterieure (2) et un axe de revolution, - une pluralite de blocs de protection thermique (3) en materiau thermiquement isolant, configures pour etre disposes contre Ia paroi exterieure (2), - au moins un cable (10) comportant deux extremites (10a, 10b) et configure pour etre enroule autour d'une circonference du divergent (1) de maniere a plaquer la pluralite de blocs de protections thermiques (3) contre la paroi exterieure (2), le cable (10) ayant un coefficient de dilatation thermique inferieur a celui du divergent (1), suivant sa circonference, - un dispositif de serrage (20) configure pour maintenir les deux extremites (10a, 10b) dudit au moins un cable (10) en vis-a-vis ; ('ensemble etant caracterise en ce qu'il comporte en outre au moins une reserve de cable (40), a travers laquelle le cable (10) peut passer en coulissant, et configuree pour contraindre une portion du cable (10) a suivre un trajet predetermine presentant une certaine longueur ; la reserve de cable (40) etant realisee de telle sorte que, lorsque Ia temperature augmente, ladite longueur augmente egalement, mais dans une moindre proportion que la longueur de la circonference du divergent (1). 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le trajet predetermine comporte au moins un aller-retour ou une boucle entre deux appuis (42) de la reserve de cable (40) ; et le coefficient de dilatation thermique moyen de la reserve de cable (40) mesure d'un appui (42) a I'autre est inferieur au coefficient de dilatation thermique de la circonference du divergent (1). 3. Ensemble selon Ia revendication 2, dans lequel les appuis (42) ont une forme inscrite dans un cylindre et sont configures pour que le cable (10) passe contre ceux-ci le long de son trajet predetermine. 12 4. Ensemble selon rune quelconque des revendications 1 a 3, dans lequel le cable (10) est en fibres de carbone. 5. Ensemble selon I'une quelconque des revendications 1 a 4, dans 5 lequel la reserve de cable (40) est en carbone.