Brevet FR3101676A1 — publié le 20210409

Ensemble propulsif pour fusée Contenu de l’abrégé. L’invention se rapporte à un ensemble propulsif (1) pour fusée comprenant un réservoir (2) conçu pour contenir un ergol, un moteur comprenant une chambre de combustion (3) configurée pour faire subir à l’ergol une combustion générant des gaz d’échappement, un circuit d’alimentation (4) disposé entre le réservoir (2) d’ergol et la chambre de combustion (3) configuré pour alimenter la chambre de combustion (3) en ergol et un circuit de gaz d’échappement (8) disposée entre la chambre de combustion (3) et le réservoir (2) d’ergol configuré pour acheminer au moins une partie des gaz d’échappement depuis la chambre de combustion (3) vers le réservoir (2) d’ergol en vue d’en assurer sa pressurisation. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Ensemble propulsif pour fusée La présente invention se rapporte à un ensemble propulsif pour fusée comprenant un réservoir d’ergol ainsi qu’un procédé de pressurisation dudit réservoir. Le moteur est habituellement un moteur dans lequel des gaz d’échappement générés dans une chambre de combustion sont évacués via une tuyère de manière à développer une poussée. On connait dans l’art antérieur des moteurs de fusée alimentés en ergol(s) liquide(s). Les ergols sont contenus dans des réservoirs et sont acheminés au moyen de conduits d’alimentation vers la chambre de combustion du moteur dans laquelle ils sont mélangés. Ce mélange d’ergols produit une combustion dont les gaz d’échappement évacués par la tuyère en sortie de la chambre de combustion entrainent le décollage de la fusée. Pour assurer un débit régulier d’ergol entre le réservoir et la chambre de combustion, il est nécessaire de maintenir le réservoir sous pression. Pour cela, on utilise généralement des gaz stokés sous haute pression dans des reservoirs de gaz auxiliaires qui sont injectés dans le reservoir pour assurer la pressurisation du ou des reservoirs d’ergol. De préférence, ces gaz sont neutres de manière à éviter toute réaction avec l’ergol contenu dans le réservoir à pressuriser. On connait également des dispositifs de pressurisation de réservoir utilisant les gaz d’échappement de la chambre de combustion pour vaporiser de l’ergol dans un réchauffeur. L’ergol vaporisé dans le réchauffeur est ensuite injecté dans le réservoir afin d’en assurer sa pressurisation. Les gaz d’échappement sont généralement rejetés à l’extérieur de l’ensemble de motorisation. On connait également des dispositifs utilisant des gaz chauds issus d’un générateur de gaz externe puis refroidis par de l’eau pour assurer la pressurisation des réservoirs. Un inconvénient des solutions de l’art antérieur réside dans la nécessité d’embarquer des réservoirs auxiliaires pour contenir des gaz de pressurisation du réservoir et/ou des réservoirs de fluides refroidisseurs. L’architecture des étages de fusée est complexifiée et alourdie, entrainant une augmentation des coûts de fabrication et une perte en performance de ces lanceurs. L’invention a notamment pour but de pallier au moins l’un de ces inconvénients et concerne selon un premier aspect un ensemble propulsif pour fusée comprenant un réservoir conçu pour contenir un ergol, un moteur comprenant une chambre de combustion configurée pour faire subir à l’ergol une combustion générant des gaz d’échappement, un circuit d’alimentation disposé entre le réservoir d’ergol et la chambre de combustion configuré pour alimenter la chambre de combustion en ergol et un circuit de gaz d’échappement disposé entre la chambre de combustion et le réservoir d’ergol configuré pour acheminer au moins une partie des gaz d’échappement depuis la chambre de combustion vers le réservoir d’ergol en vue d’en assurer sa pressurisation. Grâce au circuit de gaz d’échappement selon l’invention, au moins une partie des gaz d’échappement générés dans la chambre de combustion est directement acheminée dans le réservoir pour sa pressurisation. Ainsi, les gaz d’échappement sont recyclés dans le réservoir. Il n’est plus nécessaire de faire appel à des réservoirs de gaz auxiliaires pour stocker le gaz de pressurisation. La structure de l’ensemble propulsif est plus légère et moins couteuse. L’architecture de l’ensemble propulsif est simplifiée. Selon d’autres caractéristiques de l’invention, l’ensemble propulsif de l’invention comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles. Selon une caractéristique, le circuit de gaz d’échappement comprend au moins un canal débouchant à l’extérieur du réservoir. Selon une caractéristique, le circuit de gaz d’échappement comprend un dispositif de détente, adjacent au réservoir et configuré pour réguler le débit d’entrée des gaz d’échappement dans le réservoir. La régulation du débit permet de maintenir une pression constante à l’intérieur du réservoir d’ergol, égale à une valeur pré déterminée. Le dispositif de détente peut être par exemple une platine de pressurisation ou un détenteur. Selon une caractéristique le dispositif de détente est une platine de pressurisation. Selon une caractéristique, la platine de pressurisation comprend au moins une vanne de régulation de pression. Selon une caractéristique, l’ensemble propulsif comprend des moyens de mesure de pression du réservoir. Ceci permet de s’assurer que la pression à l’intérieur du réservoir est constante et égale à une valeur prédéterminée. Avantageusement, l’ensemble propulsif comprend une pompe agencée en sortie du réservoir d’ergol. La pompe est actionnée au moyen d’une turbine agencée en sortie de la chambre de combustion, la turbine est configurée pour entrainer ladite pompe. Dans ce mode de réalisation, l’ensemble propulsif comprend un moteur de type Tap-off, c’est-à-dire un moteur dans lequel des gaz d’échappement sont prélevés dans la chambre de combustion pour entrainer la turbine. Dans une variante de réalisation, l’ensemble propulsif comprend une pompe agencée en sortie du réservoir et un moteur, le moteur étant configuré pour entrainer ladite pompe. Selon une caractéristique, le circuit de gaz d’échappement comprend un échangeur de chaleur configuré pour refroidir les gaz d’échappement en sortie de la chambre de combustion. Ceci permet d’empêcher que les gaz d’échappement n’entrent dans le réservoir à des températures inacceptables. Selon une caractéristique, l’ergol est un mono-ergol. Par mono-ergol, il est entendu un ergol comprenant un seul ergol et qui a la propriété de se suffire à lui-même pour assurer la propulsion de la fusée. Le mono-ergol est choisi parmi les mono-ergols dont la combustion dégage un gaz inerte. De manière préférentielle, l’ergol est un mono-ergol poly-azoté métastable. Par métastable on entend une molécule qui présente un niveau d’énergie qui ne correspond pas au minimum global. Une molécule métastable est une molécule qui stocke en elle de l’énergie correspondant au delta d’énergie avec le minimum global, cette énergie est restituée lors de la décomposition de la molécule en molécules stables de plus basses énergies. Dans le cas des molécules polyazotées, des structures avec des liaisons simples et/ou doubles entre atomes d’azote qui sont de plus faibles énergies sont favorisées. L’utilisation d’un mono-ergol poly-azoté métastable présente pour avantage principal que sa combustion produit principalement de l’azote et permet ainsi de supprimer les risques de réaction chimique lorsque les gaz d’échappement générés entrent dans le réservoir. Selon un autre aspect l’invention se rapporte à un procédé de pressurisation d’un réservoir d’ergol d’un ensemble propulsif tel que décrit précédemment, le procédé comprenant des étapes de : Fourniture d’un ergol dans une chambre de combustion depuis un réservoir contenant l’ergol, Combustion dudit ergol dans la chambre de combustion, la combustion dudit ergol générant des gaz d’échappement, Acheminement des gaz d’échappement depuis la chambre de combustion vers le réservoir pour maintenir une pression dans le réservoir égale à une valeur pré déterminée. Suivant des modes de réalisation préférés, le procédé de pressurisation selon l’invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : Selon une caractéristique, l’ergol fournit est un mono-ergol, de préférence l’ergol fournit est un mono-ergol poly-azoté métastable Selon une caractéristique, le procédé de pressurisation comprend une étape de refroidissement des gaz d’échappement dans un échangeur de chaleur. Selon une caractéristique, le procédé de pressurisation comprend une étape de régulation de pression à l’intérieur du réservoir, ladite étape comprenant : une détermination d’une valeur de pression à maintenir à l’intérieur du réservoir préalablement à l’étape de fourniture de l’ergol, une mesure de pression à l’intérieur du réservoir durant la délivrance de l’ergol dans la chambre de combustion, une modification de position d’une ou plusieurs vannes de régulation de pression, la ou les vanne(s) étant fermée(s) lorsque la pression mesurée à l’intérieur du réservoir est inférieure à la valeur de pression à maintenir, au moins une vanne étant ouverte lorsque la pression mesurée à l’intérieur du réservoir est supérieure à la valeur de pression à maintenir , de manière à dévier au moins une partie des gaz d’échappement à l’extérieur du réservoir. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description nullement limitative qui suit et des figures annexées qui illustrent de manière schématique plusieurs modes de réalisation de l’ensemble propulsif selon l’invention. La figure 1 est une illustration schématique d’un ensemble propulsif pour fusée selon un mode de réalisation. La figure 2 est une illustration schématique d’un ensemble propulsif pour fusée selon un mode de réalisation. Ensemble propulsif (1) pour fusée comprenant un réservoir (2) conçu pour contenir un ergol, un moteur comprenant une chambre de combustion (3) configurée pour faire subir à l’ergol une combustion générant des gaz d’échappement, un circuit d’alimentation (4) disposé entre le réservoir (2) d’ergol et la chambre de combustion (3) configuré pour alimenter la chambre de combustion (3) en ergol et un circuit de gaz d’échappement (8) disposée entre la chambre de combustion (3) et le réservoir (2) d’ergol configuré pour acheminer au moins une partie des gaz d’échappement depuis la chambre de combustion (3) vers le réservoir (2) d’ergol en vue d’en assurer sa pressurisation. Ensemble propulsif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de gaz d’échappement (8) comprend un dispositif de détente (10) adjacent au réservoir (2) et configuré pour réguler le débit d’entrée des gaz d’échappement dans le réservoir (2). Ensemble propulsif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif de détente (10) est une platine de pressurisation. Ensemble propulsif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la platine de pressurisation (10) comprend au moins une vanne (11) de régulation de pression. Ensemble propulsif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que l’ensemble propulsif comprend des moyens de mesure de pression du réservoir (2). Ensemble propulsif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que l’ensemble propulsif comprend une pompe (5) agencée en sortie du réservoir (2) et une turbine (6) agencée en sortie de la chambre de combustion (3), la turbine (6) étant configurée pour entrainer ladite pompe (5). Ensemble propulsif selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l’ensemble propulsif comprend une pompe (5) agencée en sortie du réservoir (2) et un moteur, le moteur étant configuré pour entrainer ladite pompe (5). Ensemble propulsif selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le circuit de gaz d’échappement (8) comprend un échangeur de chaleur (9) configuré pour refroidir les gaz d’échappement en sortie de la chambre de combustion (3). Procédé de pressurisation d’un réservoir d’un ensemble propulsif selon les revendications 1 à 8, le procédé comprenant des étapes de : fourniture d’un ergol dans une chambre de combustion (3) depuis un réservoir (3) contenant l’ergol, combustion dudit ergol dans la chambre de combustion (3), la combustion dudit ergol générant des gaz d’échappement, acheminement des gaz d’échappement depuis la chambre de combustion (3) vers le réservoir (2) pour maintenir une pression dans le réservoir (2) égale à une valeur pré déterminée. Procédé de pressurisation selon la revendication 9 caractérisé en ce que l’ergol fournit est un mono-ergol. Procédé de pressurisation selon la revendication 9 caractérisé en ce que l’ergol est un mono-ergol poly-azoté métastable. Procédé de pressurisation selon l’une des revendications 9 à 11 caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de refroidissement des gaz d’échappement dans un échangeur de chaleur (9). Procédé de pressurisation selon l’une des revendications 9 à 12 caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de régulation de pression à l’intérieur du réservoir (2), ladite étape comprenant : une détermination d’une valeur de pression à maintenir à l’intérieur du réservoir (2) préalablement à l’étape de fourniture de l’ergol, une mesure de pression à l’intérieur du réservoir (2) durant la fourniture de l’ergol dans la chambre de combustion (3), une modification de position d’une ou plusieurs vannes (11) de régulation de pression, la ou les vanne(s) étant fermée(s) lorsque la pression mesurée à l’intérieur du réservoir (2) est inférieure à la valeur de pression à maintenir, au moins une vanne (11) étant ouverte lorsque la pression mesurée à l’intérieur du réservoir (2) est supérieure à la pression à maintenir, de manière à dévier au moins une partie des gaz d’échappement à l’extérieur du réservoir (2).