Brevet FR3089568A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Propulseur solide pour lanceur [0001] La présente invention concerne un propulseur solide pour lanceur, adapté pour être séparé dudit lanceur. [0002] Plus particulièrement, l'invention concerne un système d'extinction et de séparation d'un propulseur solide. [0003] Les lanceurs comportent usuellement un corps central comportant plusieurs pro- pulseurs liquides et/ou solides, chaque propulseur étant soit intégré au corps central pour former plusieurs étages, on parle de propulseurs en ligne, soit juxtaposé au corps central, on parle de propulseurs d'appoint. [0004] Un propulseur permet de donner une accélération au lanceur dans le but de le mouvoir. [0005] Usuellement, lors de la séparation d'un propulseur en ligne, le propulseur est séparé longitudinalement du reste du lanceur, et lors de la séparation d'un propulseur d'appoint, ledit propulseur est séparé latéralement du corps central du lanceur. [0006] Dans la suite de la description, on entendra par « propulseur », un propulseur en ligne ou un propulseur d'appoint. [0007] En outre, le terme « reste du lanceur » sera utilisé pour désigner à la fois les autres étages formant le corps central d'un lanceur avec propulseur en ligne et le corps central d'un lanceur avec propulseur d'appoint, après séparation du propulseur. [0008] Un propulseur présente une paroi sensiblement cylindrique, une jupe disposée à l'avant du propulseur et destinée à servir d'interface avec le reste du lanceur, tant pour un lanceur en ligne que pour un propulseur d'appoint, et une tuyère disposée à l'extrémité opposée. [0009] L'avant d'un propulseur est défini par rapport au sens de déplacement du lanceur. [0010] Un propulseur solide comporte du propergol dans lequel est formé un canal de combustion obturé par un allumeur, le propergol et l'allumeur étant disposés dans la paroi cylindrique avec l'allumeur proche de la jupe. [0011] L'allumeur est un générateur de gaz qui permet d'augmenter la pression dans le propulseur jusqu'à initier la combustion du propergol. La combustion génère des gaz, ce qui entretien la pression qui permet la suite de la combustion. [0012] La séparation d'un propulseur est effectuée grâce à divers dispositifs, parmi lesquels, à titre d'exemple : [0013] - Des boulons explosifs qui maintiennent ensemble de manière déverrouillable le propulseur au reste du lanceur, et [0014] - Un cordeau de découpe disposé sur l'interface entre le propulseur et le reste du lanceur. 2 [0015] Les propulseurs solides ont de nombreux avantages, tels que la fiabilité d'allumage, le faible risque d'explosion, le stockage possible pendant plusieurs années, le faible coût et la forte poussée générée pour un volume restreint. [0016] En revanche, un inconvénient des propulseurs solides est que la durée de combustion ne peut pas être maitrisée à cause du caractère auto-entretenu de cette combustion, allant jusqu'à épuisement du propergol. Il est par ailleurs fort complexe de commander l'extinction d'un propulseur solide, celui-ci ne s'éteignant qu'après combustion de l'intégralité de son propergol. Ainsi, si plusieurs propulseurs d'appoint sont utilisés pour un même étage, ils ne s'éteignent pas nécessairement en même temps, ce qui entraine une poussée dissymétrique. [0017] Il est donc nécessaire de pouvoir arrêter la combustion à volonté. [0018] Une solution existante consiste à dépressuriser le propulseur grâce à un Dispositif d'Arrêt de Poussée (DAP) correspondant à un canal d'évacuation formé dans le propergol et débouchant sur la paroi ou la jupe du propulseur, ledit canal étant obturé par une vanne pyrotechnique permettant de générer une fuite des gaz internes au propulseur et ainsi de réduire la pression interne afin d'arrêter la combustion. [0019] Un inconvénient de cette solution est que le canal d'évacuation est difficile à réaliser dans le propergol. Ainsi, la fabrication du propulseur est complexe. [0020] Un but de la présente invention est donc de maitriser la phase d'extinction d'un propulseur, appelée également queue de poussée, grâce à un système simplifié et fiable, ne nécessitant pas la création d'un canal d'évacuation dans le propergol. [0021] A cet effet, l'invention a pour objet un propulseur solide pour un lanceur, le propulseur étant adapté pour être séparé du reste du lanceur, et comportant : [0022] - Une paroi définissant une chambre de combustion comportant une extrémité dite avant et une extrémité opposée dite arrière, [0023] - Du propergol disposé dans la chambre de combustion, [0024] - Un canal de combustion traversant la chambre de combustion depuis l'extrémité avant vers l'extrémité arrière, [0025] - Une tuyère disposée à l'extrémité arrière de la chambre de combustion, [0026] - Un allumeur obturant le canal de combustion au niveau de l'extrémité avant de la chambre de combustion, [0027] - Une jupe recouvrant l'allumeur à l'extrémité avant de la chambre de combustion, ladite jupe permettant la liaison mécanique du propulseur au reste du lanceur, [0028] caractérisé en ce qu'il comporte un système d'éjection de l'allumeur. [0029] Les termes « avant » et « arrière » sont utilisés par rapport au sens de déplacement du lanceur. [0030] Par système d'éjection on entend un système adapté pour déloger l'allumeur de son emplacement de sorte à ouvrir le canal de combustion. 3 [0031] Ainsi, une fuite des gaz internes au propulseur est générée par le canal de combustion, ce qui entraine une réduction de la pression interne afin d'arrêter la combustion avec précision, sans nécessiter la création d'un canal d'évacuation dans le propergol. [0032] Le système d'éjection est donc un système d'extinction commandée du propulseur par éjection de l'allumeur. [0033] L'allumeur étant séparé de la chambre de combustion, la combustion ne peut pas être à nouveau initialisée, et l'arrêt de la combustion est maitriséc, ce qui permet de s'affranchir de la queue de poussée du propulseur, et donc de procéder à la séparation du propulseur sans perturbation. [0034] Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le propulseur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles. [0035] Selon une caractéristique, le système d'éjection comporte un système de découpe py- rotechnique au niveau de l'allumeur et de la jupe du propulseur. [0036] Selon une autre caractéristique, le système d'éjection comporte une cheminée dans la jupe du propulseur, reliant le canal de combustion au milieu extérieur. [0037] Ainsi, l'allumeur est guidé par la cheminée lors de son éjection. [0038] Selon cette caractéristique, la cheminée est orientée de sorte que l'allumeur éjecté ne percute pas le reste du lanceur. [0039] La cheminée comporte avantageusement des matériaux réfractaires ou ablatifs à l'instar de ceux utilisés pour des capsules de rentrée atmosphérique (Carbon phénolique, silice imprégnée de résille phénolique, ...) permettant de conserver son intégrité physique pendant l'éjection des gaz. [0040] Dans un mode de réalisation, le système d'éjection de l'allumeur comporte un dispositif de retenue de l'allumeur. [0041] Par dispositif de retenue on entend un dispositif adapté pour maintenir l'allumeur attaché au propulseur. Ainsi, l'allumeur n'est pas éjecté hors du propulseur et n'aura pas tendance à entrer en collision avec le reste du lanceur. [0042] Selon ce mode de réalisation, le dispositif de retenue est un pallier de piégeage de l' allumeur. [0043] Le panier de piégeage est avantageusement disposé dans la jupe du propulseur. [0044] En variante, le dispositif de retenue est un câble ou une charnière. [0045] Le panier de piégeage comporte avantageusement des matériaux déformables ab- sorbeurs d'énergie tels que des structures en nida métallique. [0046] Un autre inconvénient des propulseurs solides pour lanceur, adaptés pour être séparés dudit lanceur, est qu'une poussée résiduelle subsiste lors de leur séparation, ce qui perturbe la cinématique de la séparation et entraine un risque de collision avec le reste du lanceur. [0047] Or, la séparation d'un propulseur ne doit avoir lieu que si l'accélération du propulseur séparé est inférieure à celle du reste du lanceur après séparation. Sinon il y a risque de rattrapage, de collision et d'endommagement du reste du lanceur. [0048] La poussée résiduelle est donc à éviter. [0049] Une solution connue est de disposer un ou plusieurs propulseurs d'appoint sur le propulseur à séparer, adaptés pour entrainer le propulseur à séparer dans une direction opposée au reste du lanceur. [0050] Un inconvénient de cette solution est l'ajout d'une masse additionnelle au lanceur et une complexité de réalisation. [0051] La présente invention a ainsi notamment pour but de maitriser la séparation du propulseur de manière simplifiée et fiable, et de réduire la masse du lanceur. [0052] On atteint ce but de l'invention avec une orientation de la cheminée, de sorte à générer une poussée de sens contraire à celle générée par la tuyère arrière lors de l'éjection des gaz au cours de l'extinction du propulseur, ceux-ci étant orientés dans une direction permettant d'obtenir une force de recul par rapport au reste du lanceur. [0053] L'ouverture du canal de combustion après éjection de l'allumeur permet d'ouvrir une section à l'avant du propulseur par laquelle les gaz sont éjectés en générant une poussée garantissant une force de recul du propulseur. [0054] Ainsi, l'accélération relative entre le propulseur séparé et le reste du lanceur est plus faible, la séparation du propulseur est orientée et tout risque de collision est évité. [0055] En outre, le propulseur selon l'invention peut comporter d'autres éléments connus, tels que des moyens d'orientation de poussée. [0056] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des figures annexées dans lesquelles : [0057] [fig.1A] est une vue schématique d'un lanceur comportant un propulseur en ligne, [0058] [fig.113] est une vue schématique d'un lanceur comportant plusieurs propulseurs en ligne, [0059] [fig.1C] est une photographie d'un lanceur comportant plusieurs propulseurs d'appoint, [0060] [fig.2] est une vue schématique en coupe d'un propulseur solide selon un premier mode de réalisation de l'invention, [0061] [fig.3A] [0062] [fig.3B] [0063] [fig.3C] sont des vues schématiques en coupe de propulseurs solides selon d'autres modes de réalisation de l'invention. [0064] Dans la description qui va suivre et dans les revendications, des composants identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence et on emploiera les termes « avant », « arrière », « horizontal », « vertical », « supérieur », « inférieur », etc. à titre non limitatif et en référence aux dessins, par rapport au sens de déplacement du lanceur, afin de faciliter la description. [0065] La figure lA représente un lanceur 10 comportant un corps central 12 comportant un propulseur en ligne 14 solide. [0066] En variante, la figure 1B représente un lanceur 10 comportant un corps central 12 comportant plusieurs propulseurs en ligne 14 solides. [0067] Les propulseurs en ligne 14 des figures lA et 1B sont intégrés au corps central 12 du lanceur 10. Ils sont adaptés pour être séparé du reste du lanceur 16 grâce à des moyens de séparation non visibles sur les figures lA et 1B, tel qu'il sera décrit au regard de la figure 2. [0068] La figure 1C représente un lanceur 10 comportant un corps central 12 et plusieurs propulseurs d'appoint 14'. [0069] Les propulseurs d'appoint 14' de la figure 1C sont juxtaposés au corps central 12 du lanceur 10. Ils sont adaptés pour être séparé du corps central 12. [0070] Dans la suite de la description, on parlera du reste du lanceur 16 pour désigner soit la partie du corps central 12 de laquelle est séparée un propulseur en ligne 14, soit le corps central 12 dans le cas d'un propulseur d'appoint 14'. [0071] En outre, dans la suite de la description, un propulseur 14 pourra être un propulseur en ligne ou un propulseur d'appoint. [0072] Dans une variante non représentée, le lanceur 10 comporte en outre au moins un propulseur liquide. [0073] La figure 2 représente un propulseur 14 solide selon un premier mode de réalisation de l'invention, ledit propulseur comportant une paroi 18 sensiblement cylindrique, ladite paroi 18 définissant une chambre de combustion 19 comportant une extrémité dite avant 19a et une extrémité opposée dite an-ière 19b. [0074] Le propulseur 14 comporte en outre une jupe 20 conique disposée sur l'extrémité avant 19a de ladite chambre de combustion 19, et une tuyère 22 disposée à l'extrémité arrière 19b de ladite chambre de combustion 19. [0075] La jupe 20 permet la liaison mécanique du propulseur 14 au reste du lanceur 16 (figures lA à 1C). [0076] Le propulseur 14 présente un canal 26 de combustion traversant la chambre de combustion 19, depuis l'extrémité avant 19a vers l'extrémité arrière 19b de la chambre de combustion 19. [0077] Le canal 26 de combustion est traversant entre la jupe 20 et la tuyère 22. [0078] Le propulseur 14 comporte du propergol 24 à l'intérieur de la chambre de combustion 19, autour du canal 26 de combustion. 6 [0079] Le canal 26 de combustion est obturé par un allumeur 28 au niveau de l'extrémité avant 19a de la chambre de combustion 19. [0080] De manière connue, l'allumeur 28 permet de générer des gaz afin d'augmenter la pression dans la chambre de combustion 19, jusqu'à initier la combustion du propergol 24. La combustion génère à son tour des gaz, ce qui entretien la pression qui permet la suite de la combustion. [0081] La jupe 20 recouvre l'allumeur 28. [0082] L'allumeur 28 présente une partie longiligne 30 disposée dans le canal 26 de combustion, et une plaque 32 disposée dans la jupe 20. [0083] La plaque 32 de l'allumeur 28 repose sur l'extrémité avant 19a de la chambre de combustion 19. [0084] Le propulseur 14 comporte un système de séparation 33 du propulseur 14 au reste du lanceur 16 (figures 1 A à 1C). [0085] Le système de séparation 33 est par exemple un ensemble de boulons explosifs qui maintient ensemble de manière déverrouillable le propulseur 14 au reste du lanceur, et de cordeaux de découpe disposés à l'interface entre le propulseur 14 et le reste du lanceur. [0086] Le système de séparation 33 est disposé à l'interface entre la jupe 20 et le reste du lanceur 16. [0087] Le fonctionnement de la séparation du propulseur 14 du reste du lanceur sera décrit par la suite. [0088] Le propulseur 14 selon l'invention comporte un système d'éjection de l'allumeur 28 comprenant un premier système de découpe pyrotechnique 34 disposé au niveau de l'allumeur 28, un deuxième système de découpe pyrotechnique 36 disposé au niveau de la jupe 20, et une cheminée 38 dans la jupe 20 permettant de guider l'allumeur 28 lors de son éjection hors du propulseur. [0089] Le système d'éjection de l'allumeur 28 est adapté pour déloger l'allumeur 28 du canal 26 de combustion de sorte à ouvrir ledit canal 26 de combustion, au niveau de l'extrémité avant 19a de la chambre de combustion 19. [0090] En outre, les gaz générés lors de la combustion du propergol 24 sont destinés à être éjectés de la chambre de combustion 19 par cette cheminée 38 [0091] La cheminée 38 est orientée de sorte que l'allumeur 28 éjecté ne percute pas le reste du lanceur 16 (figures lA à 1C). [0092] En outre, la cheminée 38 est orientée de sorte à générer une poussée de sens contraire à celle générée par la tuyère 22 lors de l'éjection des gaz. [0093] La cheminée 38 est orientée de sorte que les gaz éjectés par ladite cheminée génèrent une force de recul par rapport au reste du lanceur 16 (figures lA à 1C). [0094] Ainsi, le système d'éjection de l'allumeur 28 est un système d'extinction et de sé- 7 paration du propulseur. [0095] La cheminée 38 est réalisée dans des matériaux réfractaires ou ablatifs permettant de conserver son intégrité physique pendant l'éjection des gaz. Ces matériaux sont par exemple du carton phénolique ou de la silice imprégnée de résine phénolique. [0096] Le fonctionnement du système d'éjection de l'allumeur sera décrit par la suite. [0097] Les figures 3A à 3C représentent des propulseurs 14 solides selon d'autres modes de réalisation de l'invention, lesdits propulseur étant sensiblement identiques au propulseur 14 tel que décrit au regard de la figure 2, excepté en ce qui concerne le système d'éjection de l'allumeur 28. [0098] Dans ces modes de réalisation, système d'éjection de l'allumeur 28 comprend, outre le premier système de découpe pyrotechnique 34 disposé au niveau de l'allumeur 28, le deuxième système de découpe pyrotechnique 36 disposé au niveau de la jupe 20, et la cheminée 38 permettant de guider les gaz générés lors de la combustion du propergol 24 hors de la chambre de combustion 19 après éjection de l'allumeur 28, un dispositif de retenue 40a, 40h, 40c de l'allumeur 28. [0099] Selon le mode de réalisation de la figure 3A, le dispositif de retenue 40a est un panier de piégeage de l'allumeur 28. [0100] Le panier de piégeage 40a est disposé dans la jupe 20 du propulseur 14. [0101] Tl comporte des matériaux déformahles absorbeurs d'énergie tels que des structures en nida métallique. [0102] Selon ce mode de réalisation, le système d'éjection de l'allumeur 28 comporte en outre un système de découpe pyrotechnique 41 disposé au niveau de la paroi de la cheminée 28, à l'aplomb du canal 36 de combustion. [0103] Ce système de découpe pyrotechnique 41 permet d'ouvrir la paroi de la cheminée 36 pour créer un chemin de passage pour l'allumeur lors de son éjection en direction du pallier de piégeage 40a. [0104] Selon le mode de réalisation de la figure 3B, le dispositif de retenue 40b est un ressort qui relie l'allumeur 28 à la paroi de la cheminée 38. [0105] Dans une variante non représentée, le dispositif de retenue est un câble qui relie l'allumeur 28 à la paroi de la cheminée 38 [0106] Selon le mode de réalisation de la figure 3C, le dispositif de retenue 40c est une charnière qui relie l'allumeur 28 à la paroi de la cheminée 38, ladite paroi comportant une cavité 42 dans laquelle l'allumeur 28 est destiné à être logé. [0107] L'éjection de l'allumeur 28 permet de créer une dépressurisation instantanée du canal 26 de combustion, et donc entrante de façon commandée l'arrêt de la propulsion. [0108] En outre, dans le cas d'un lanceur avec plusieurs propulseurs d'appoint, l'extinction commandée de chaque propulseur permet de garantir une symétrie de l'arrêt de combustion. 8 [0109] On décrit maintenant le fonctionnement de la séparation du propulseur 14 du reste du lanceur 16 et du système d'éjection de l'allumeur. [0110] Lors de la séparation du propulseur 14 du reste du lanceur 16, le système de sé- paration 33 du propulseur 14 et le système d'éjection de l'allumeur sont actionnés sensiblement simultanément. [0111] Ainsi, l'allumeur est délogé du canal 26, les gaz générés lors de la combustion du propergol 24 sont alors éjectés de la chambre de combustion par la cheminée 38, une poussée de sens contraire à celle générée par la tuyère est générée, et le propulseur 14 est séparé du reste du lanceur 16 sans percuter le reste du lanceur. 9