EP0473498B1 - Dispositif d'évacuation des gaz pour module de lancement vertical de missiles - Google Patents

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EP0473498B1
EP0473498B1 EP19910402293 EP91402293A EP0473498B1 EP 0473498 B1 EP0473498 B1 EP 0473498B1 EP 19910402293 EP19910402293 EP 19910402293 EP 91402293 A EP91402293 A EP 91402293A EP 0473498 B1 EP0473498 B1 EP 0473498B1
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EP
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ducts
gases
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plenum
gas
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EP19910402293
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Vincent Hartz
Jacques Pastural
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Direction General pour lArmement DGA
Etat Francais
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Direction General pour lArmement DGA
Etat Francais
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41F—APPARATUS FOR LAUNCHING PROJECTILES OR MISSILES FROM BARRELS, e.g. CANNONS; LAUNCHERS FOR ROCKETS OR TORPEDOES; HARPOON GUNS
    • F41F3/00—Rocket or torpedo launchers
    • F41F3/04—Rocket or torpedo launchers for rockets
    • F41F3/0413—Means for exhaust gas disposal, e.g. exhaust deflectors, gas evacuation systems

Definitions

  • the present invention relates to a gas evacuation device for a vertical launch module which comprises cells regularly distributed around a gas evacuation chamber and in each of which is arranged a missile, and more specifically for a vertical launch module missiles from a surface building.
  • the vertical launch modules fitted to a surface building are generally fitted under the building deck.
  • the modules each include a device for discharging the propellant gases produced during a normal firing of a missile or inadvertent ignition, which evacuates the propellant gases from the upper end or from the top of the module.
  • each cell is delimited by a missile launcher container, the evacuation of the gases being ensured by means provided in each container.
  • Another architecture includes a plenum or stilling chamber, in which the propellant gases are collected, and a single chimney for evacuation from the top of the propellant gases.
  • the plenum was provided at the base of the cells containing the missiles and the single chimney in rectangular form between two rows of 'cells.
  • the rectangular chimney is metallic and has a relatively narrow passage section for the exhaust gases.
  • Another disadvantage is that the metal can be corroded in the long term by gases.
  • the rectangular shape is ill-suited, not to say almost impossible, for making the chimney from a composite material, in particular by filament winding, which could have been a solution to the reduction in mass. , due to the lightness of the composite materials.
  • the present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and it relates to a device for discharging propellant gases, the same size as the central rectangular chimney, but of a considerably reduced weight while having excellent resistance to gases. propulsion both in terms of pressure and corrosion.
  • the present invention relates to a gas evacuation device for vertical launch module with multiple cells for missiles, the device, connected to a plenum or gas stilling chamber, being constituted by several distinct evacuation conduits, one from the other. others and each communicating with the plenum, at least part of the conduits being of revolution about a vertical axis, characterized in that the multiple cells for missiles are regularly distributed around the evacuation device, internal and constituted by at least three ducts.
  • An advantage of the present invention lies in the fact that the gas evacuation device can be made considerably lighter, while having a total passage section for the propellant gases at least equal to that of a single chimney.
  • the vertical launch module shown in FIG. 1, comprises a structure 1 in which cells 2 for receiving missiles are provided, not shown, the cells 2 opening into a plate upper 3 by upper openings 4 and in a lower plate 5 by passages 6.
  • the passages 6 communicate with a plenum or plenum 7 which occupies most of the base 8 of the structure 1.
  • the device for discharging the missile propulsion gases consists, in the example shown in FIG. 1, of four separate conduits 9, preferably of cylindrical shape, which are arranged between the upper and lower plates 3 and 5, of on the one hand, and between the passages 6, on the other hand, so as to occupy the volume of the module delimited by the cells.
  • Each conduit 9 communicates with the plenum 7 and opens into the atmosphere through its upper end 10, either directly at the level of the upper plate 7 or via a collecting chamber.
  • the closing and isolating means of the propulsion gas evacuation device are not shown and may be of any suitable type.
  • FIG 2a is shown schematically, the section S 'of a single chimney 11 for discharging gases of the prior art.
  • the chimney 11 due to the thickness e of the walls 12 only offers a passage section S which is substantially less than or equal to half of the section S ′ which is the section available between the cells of the vertical launch module .
  • the evacuation ducts or cylinders 9 can be aligned with the openings 4 of the cells, which limits the number of evacuation conduits to four, imposed by the available section.
  • the evacuation conduits 13 are three in number but arranged in staggered rows relative to the cells of the module, but each with a larger passage section.
  • Each exhaust duct 9 or 13 can be produced independently in a composite material which is both light and resistant according to a technique already proven in the space industry.
  • the simulations carried out with the device according to the invention made it possible to verify that the flow rate of the propellant gases contained in the plenum 7 was distributed equitably between the evacuation ducts and to have at the inlet of each duct a gas pressure substantially the even.
  • zone D1 (subsonic flow)
  • the flow rate per unit area is relatively low, and an increase in flow rate corresponds to a relatively small increase in pressure above atmospheric pressure Pa.
  • the propellant gases can then evacuate through one or more of the evacuation pipes.
  • the increase in flow is authorized by an increase in the pressure available at the inlet of said duct, a pressure which is less than or equal to the pressure of the gas in the plenum.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un dispositif d'évacuation des gaz pour module de lancement vertical qui comprend des alvéoles régulièrement réparties autour d'une chambre d'évacuation des gaz et dans chacune desquelles est disposé un missile, et plus spécialement pour un module de lancement vertical de missiles à partir d'un bâtiment de surface.
  • Les modules de lancement vertical équipant un bâtiment de surface sont généralement encastrés sous le pont du bâtiment. Pour permettre leur encastrement sous le pont, les modules comprennent chacun un dispositif d'évacuation des gaz de propulsion produits lors d'un tir normal d'un missile ou d'un allumage intempestif, qui évacue les gaz de propulsion par l'extrémité supérieure ou par le haut du module.
  • Diverses architectures des modules de lancement vertical ont été proposées.
  • Dans une des architectures possibles, chaque alvéole est délimitée par un conteneur lanceur de missile, l'évacuation des gaz étant assurée par des moyens prévus dans chaque conteneur.
  • Une autre architecture, plus répandue, comprend un plénum ou chambre de tranquillisation, dans lequel sont recueillis les gaz de propulsion, et une cheminée unique d'évacuation par le haut des gaz de propulsion.
  • Pour ce faire, et de manière à reduire le plus possible la surface occupée sur le pont, pour des raisons qui sont évidentes, on a ménagé le plénum à la base des alvéoles contenant les missiles et la cheminée unique sous forme rectangulaire entre deux rangées d'alvéoles. la cheminée rectangulaire est métallique et présente une section de passage pour les gaz évacués relativement étroite.
  • Il est nécessaire, compte-tenu de la pression des gaz, de prévoir des parois relativement épaisses et donc d'un poids de matière très important, ce qui constitue un grave inconvénient.
  • Un autre inconvénient est que le métal peut être corrodé à long terme par les gaz.
  • De plus la forme rectangulaire s'adapte mal, pour ne pas dire de façon quasiment impossible, à une réalisation de la cheminée à partir d'un matériau composite, par enroulement filamentaire notamment, ce qui aurait pu constituer une solution à la réduction de masse, en raison de la légèreté des matériaux composites.
  • Enfin, une autre architecture préconise un agencement particulier pour lutter contre les poches stagnantes d'air dans le plénum et dans tout tube contenant un missile en attente, voisin du missile tiré. En effet, ces poches sont susceptibles de créer des explosions indésirables, dues à la réaction de combustion des émissions gazeuses des missiles et de l'oxygène stagnant. Pour ce faire, on dispose de moyens de fermeture des tubes contenant les missiles (à l'interface tube-plénum) et d'une seule paire de tubes externes et incurvés, prolongeant le plénum à ses deux extrémités (figures 1-4 du brevet US-A-4173919). La configuration des deux conduits d'évacuation a donc un caractère externe, afin d'éliminer ces poches stagnantes d'air. Ce document sert de base au préambule de la revendication 1
  • La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et elle a pour objet un dispositif d'évacuation des gaz de propulsion, de même encombrement que la cheminée centrale rectangulaire, mais d'un poids considérablement réduit tout en présentant une excellente résistance aux gaz de propulsion tant du point de vue de la pression que de la corrosion.
  • La présente invention a pour objet un dispositif d'évacuation des gaz pour module de lancement vertical à alvéoles multiples pour missiles, le dispositif, relié à un plénum ou chambre de tranquillisation des gaz, étant constitué par plusieurs conduits d'évacuation distincts les uns des autres et communiquant chacun avec le plénum, au moins une partie des conduits étant de révolution autour d'un axe vertical, caractérisé en ce que les alvéoles multiples pour missiles sont régulièrement réparties autour du dispositif d'évacuation, interne et constitué par au moins trois conduits.
  • Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'on peut alléger considérablement le dispositif d'évacuation des gaz, tout en ayant une section totale de passage pour les gaz de propulsion au moins égale à celle que présente une cheminée unique.
  • De plus, la fabrication et la mise en place de conduits distincts sont plus faciles à réaliser : enfin, il devient maintenant possible d'utiliser des matériaux autres que le métal, tels que des matériaux composites très résistants et qui ne sont pas corrodés par les gaz de propulsion.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de plusieurs modes de réalisation donnés à titre indicatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective d'un module de lancement vertical équipé d'un dispositif d'évacuation des gaz de propulsion selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques des sections de passage des gaz dans une cheminée rectangulaire et dans des conduits distincts, respectivement ;
    • la figure 3 est une courbe représentant la pression instantanée dans le dispositif d'évacuation en fonction du débit dans les conduits ;
    • la figure 4 est une représentation en plan schématique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
  • Le module de lancement vertical, représenté sur la figure 1, comprend une structure 1 dans laquelle sont ménagées des alvéoles 2 de réception de missiles, non représentés, les alvéoles 2 débouchant dans une plaque supérieure 3 par des ouvertures supérieures 4 et dans une plaque inférieure 5 par des passages 6.
  • Les passages 6 communiquent avec un plénum ou chambre de tranquillisation 7 qui occupe la majeure partie de la base 8 de la structure 1.
  • Le dispositif d'évacuation des gaz de propulsion des missiles est constitué dans l'exemple représenté sur la figure 1 par quatre conduits distincts 9, de préférence de forme cylindrique, et qui sont disposés entre les plaques supérieure et inférieure 3 et 5, d'une part, et entre les passages 6, d'autre part, de manière à occuper le volume du module délimité par les alvéoles.
  • Chaque conduit 9 communique avec le plénum 7 et débouche à l'atmosphère par son extrémité supérieure 10, soit directement au niveau de la plaque supérieure 7 soit par l'intermédiaire d'une chambre collectrice. Les moyens de fermeture et d'isolation du dispositif d'évacuation des gaz de propulsion ne sont pas réprésentés et peuvent être de tout type approprié.
  • Sur la figure 2a est représentée de façon schématique, la section S′ d'une cheminée unique 11 d'évacuation des gaz de l'art antérieur. La cheminée 11 en raison de l'épaisseur e des parois 12 n'offre qu'une section de passage S qui est sensiblement inférieure ou égale à la moitié de la section S′ qui est la section disponible entre les alvéoles du module de lancement vertical.
  • Comme cela est représenté schématiquement sur la figure 2b, en utilisant ladite section disponible, on peut disposer au moins quatre cylindres de diamètre égal à la largeur de la cheminée 11, ce qui offre déjà une section totale de passage pour les gaz de propulsion supérieure à S.
  • Dans le cas d'un module de lancement vertical à huit alvéoles (figure 1), les conduits ou cylindres d'évacuation 9 peuvent être alignés avec les ouvertures 4 des alvéoles, ce qui limite le nombre des conduits d'évacuation à quatre, imposé par la section disponible.
  • Dans le cas de la figure 4, les conduits d'évacuation 13 sont au nombre de trois mais disposés en quinconces par rapport aux alvéoles du module, mais chacun avec une plus grande section de passage.
  • Chaque conduit d'évacuation 9 ou 13 peut être réalisé indépendamment dans un matériau composite à la fois léger et résistant suivant une technique déjà éprouvée dans l'industrie spatiale. On peut, par exemple, les réaliser à partir d'un enroulement filamentaire composite. Mais on peut également les réaliser en métal car la forme de révolution des conduits permet de diminuer les épaisseurs requises comparées à celles d'une forme rectangulaire, la masse globale des quatre conduits d'évacuation en métal étant deux à trois fois moindre qu'avec une géométrie rectangulaire.
  • Les simulations réalisées avec le dispositif selon l'invention ont permis de vérifier que le débit des gaz de propulsion contenus dans le plénum 7 se répartissait équitablement entre les conduits d'évacuation et d'avoir en entrée de chaque conduit une pression des gaz sensiblement la même.
  • Ceci est explicité de la manière suivante en référence à la figure 3.
  • Le régime général d'écoulement des gaz nécessite, pour passer d'un écoulement subsonique à un écoulement transonique puis supersonique, une très forte montée en pression instantanée à l'entrée d'un conduit d'évacuation. Cette relation est matérialisée par la courbe 14, la zone hachurée 15 représentant la pression régnant dans le plénum pour un écoulement transonique dans les conduits d'évacuation.
  • Dans la zone D₁ (écoulement subsonique), le débit par unité de surface est relativement faible, et à une augmentation de débit correspond une augmentation relativement faible de la pression au-dessus de la pression atmosphérique Pa. Les gaz de propulsion peuvent alors s'évacuer par un ou plusieurs des conduits d'évacuation.
  • Lorsque le débit tend à augmenter dans un conduit mais se situant dans la zone D₂ (écoulement transonique), l'augmentation de débit est autorisée par une augmentation de la pression disponible en entrée dudit conduit, pression qui est inférieure ou égale à la pression des gaz dans le plénum.
  • Par contre, lorsque le débit surfacique dans un des conduits tend à entrer dans la zone D₃ (écoulement supersonique) alors la pression nécessaire en entrée dans le conduit n'est pas suffisante et il se trouve, en conséquence, dévié vers le conduit adjacent ce qui équilibre les débits.
  • C'est pourquoi selon l'invention, en fonction des dimensions du plénum et de la section disponible entre les alvéoles, on choisit des sections de passage pour les conduits d'évacuation qui soient telles qu'on ait un écoulement subsonique ou à la limite transonique sur l'ensemble des conduits.

Claims (6)

  1. Dispositif d'évacuation des gaz pour module de lancement vertical à alvéoles multiples (2) pour missiles, le dispositif, relié à un plénum (7) ou chambre de tranquillisation des gaz, étant constitué par plusieurs conduits (9) d'évacuation distincts les uns des autres et communiquant chacun avec le plénum (7), au moins une partie des conduits (9) étant de révolution autour d'un axe vertical, caractérisé en ce que les alvéoles multiples (2) pour missiles sont régulièrement réparties autour du dispositif d'évacuation, interne et constitué par au moins trois conduits (9).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des conduits (9) est de forme cylindrique.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sections des conduits (9) cylindriques sont égales.
  4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conduits (9) sont métalliques.
  5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conduits (9) sont réalisés à partir d'enroulements d'un matériau composite.
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les enroulements sont filamentaires.
EP19910402293 1990-08-23 1991-08-22 Dispositif d'évacuation des gaz pour module de lancement vertical de missiles Expired - Lifetime EP0473498B1 (fr)

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