EP2923059A1 - Élément d'injection pour la chambre de combustion d'un moteur fusée - Google Patents

Élément d'injection pour la chambre de combustion d'un moteur fusée

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Publication number
EP2923059A1
EP2923059A1 EP13803160.4A EP13803160A EP2923059A1 EP 2923059 A1 EP2923059 A1 EP 2923059A1 EP 13803160 A EP13803160 A EP 13803160A EP 2923059 A1 EP2923059 A1 EP 2923059A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
helical
channel
injection
helix
injection element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13803160.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laetitia TALIERCIO
Dominique Indersie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA Services SA
SNECMA SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SNECMA Services SA, SNECMA SAS filed Critical SNECMA Services SA
Publication of EP2923059A1 publication Critical patent/EP2923059A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F02K9/52—Injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/127—Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/25—Three-dimensional helical

Definitions

  • the present invention relates to the field of injectors, and in particular to injection elements of a mixture of at least two propellants in a combustion chamber, such as for example a combustion chamber of a combustion chamber. rocket engine.
  • Patent document FR 2,712,030 A1 describes an injector of two propellants in a rocket engine combustion chamber comprising a feed structure where the two propellants feed a plurality of injection elements arranged parallel to each other, in an axisymmetric configuration on the surface of a so-called “injection plate” circular structure forming part of the injector.
  • injection plate can thus be associated with a large number of injection elements, for example up to a hundred or more, combining their unit rate to provide the overall flow of the engine.
  • each injection element comprises a first channel for the injection of the first propellant, and a second channel for the injection of the second propellant, the second channel being annular, coaxial and externally adjacent. at the first channel.
  • annular channel means a channel whose radial section shows an annular flow section
  • tubular channel means a full section channel.
  • upstream and downstream are defined according to the flow direction of the propellants.
  • the propellants are injected into the combustion chamber through coaxial channels of the injection elements of the FR injector, the turbulences caused in the boundary layers between the concentric and adjacent flows can ensure homogeneous mixing.
  • two propellants by shear in their flow.
  • the present description aims at providing an injection element of at least two propellants in a combustion chamber, comprising at least a first helical channel and at least a second helical channel, each of said helical channels following a central line in the form of a helical channel.
  • propeller centered on a central axis of the injection element, and which provides a more homogeneous mixture of propellants.
  • this object is achieved by virtue of the fact that the helix of the at least one second channel is situated inside the helix of the at least one first channel.
  • an intersection of the center line of the at least one second helical channel with a plane perpendicular to said central axis is closer to the central axis than an intersection of the center line of the at least one first helical channel with the same plan.
  • the injection element comprises a plurality of such first helical channels and a plurality of such second helical channels, these will thus form concentric rings around the central axis.
  • each helical channel may be a circular helix, that is to say included in a cylinder, but alternatively it may also be a conical helix.
  • conical propellers make it possible to obtain a convergence of the channels favoring better stirring of the propellants.
  • Other propellers than circular or conical propellers can however also be considered as needed.
  • At least one of said helical channels may have a non-circular section twisted around the helix. It is thus possible to obtain a torsion of the current lines in each twisted helical channel in this way, facilitating the mixing of propellants downstream.
  • the helices of the first and second helical channels can rotate in opposite directions. This can be particularly effective if the first helical channel is connected to an arrival of a first propellant, and the second helical channel is connected to an arrival of a second propellant, separated from the arrival of the first propellant, the turbulence between the two propellants. two propellants being thus increased.
  • the injection element may comprise at least one third channel, which may also be helical, along a helix centered also on the central axis of the injection element, but which may alternatively present other shapes, such as an annular shape or a straight tubular shape.
  • This third channel may be arranged outside the helix of the first helical channel, inside the helix of the second helical channel, or between the helices of the first and second helical channels.
  • At least said first and second channels may be formed within a single piece. With these arrangements, it is possible to optimize the section of the helical channel for better mixing and lower pressure loss. In addition, the injection element can be more robust. Said monobloc piece can in particular be produced by additive manufacturing.
  • the injection element may comprise a plurality of helical channels for the injection of the second propellant, each of which comprises a helix centered on the central axis.
  • FIG. 1 is a schematic view of a rocket engine with liquid propellants
  • FIG. 2A is a side cutaway of an injection element according to a first embodiment
  • FIG. 2B is a schematic view of the helical channels of the injection element of FIG. 2A;
  • FIG. 3A is a side cutaway of an injection element according to a second embodiment
  • FIG. 3B is a schematic view of the helical channels of the injection element of FIG. 3A;
  • FIG. 4A is a side cutaway of an injection element according to a third embodiment
  • FIG. 4B is a cross section of the injection element of FIG. 4A along line IVB-IVB;
  • FIG. 5 is a cross section of an injection element according to a fourth embodiment
  • FIG. 6A is a schematic view of three helical channels of an injection element according to a fifth embodiment
  • Figure 6B is a cross-section of the injection member of Figure 6A;
  • FIG. 7A schematic side view of a helical channel according to a variant of the invention.
  • Figure 7B is a cross section of the channel of Figure 7A in the VIC plane.
  • a liquid propellant rocket engine 1, in particular with cryogenic liquid propellants, is illustrated schematically in FIG. rocket 1 comprises a reservoir 2 for the first propellant, a reservoir 3 for the second propellant, a gas generator 4 fed by the first and second propellants, a turbopump 5 actuated by the combustion gases from the gas generator 4, a chamber main combustion engine 6 fed with propellants by the turbopump 5, and a convergent-divergent nozzle 7 for the propulsive ejection of the combustion gases generated in the main combustion chamber 6.
  • these components comprise propellant injection members making it possible to obtain a homogeneous mixture and distribution of the propellants.
  • these injection members take the form of injectors comprising an injection plate in which are distributed several injection elements of the two propellants.
  • FIGS. 2A and 2B show an injection element 201 for injecting and mixing two propellants E1, E2.
  • the injection element 201 has a central axis X, which is also the main axis of flow propellant El, E2.
  • the injection element 201 comprises a set of first helical channels 204 for the injection of the first ergol El, arranged around a set of second helical channels 205 for the injection of the second propellant E2.
  • the propellers 204a forming the central lines of the first channels 204 are circular propellers rotating in a first direction and the propellers 205a forming the central lines of the second channels 205 are also circular propellers rotating in a second direction, opposite said first direction, about the same central axis X.
  • the injection element 201 is formed by a single piece, with the helical channels 204, 205 formed in the mass of this one-piece piece.
  • the first helical channels 204 are connected to an arrival of the first ergol El and configured for the injection of this first ergol El, while the second helical channels 205, located inside the helices 204a of the first helical channels 204, are connected at an arrival of the second propellant E2 and configured for the injection of this second propellant E2.
  • the channels helicoidal 204, 205 separate the flow lines of each propellant El, E2, and they print a spinning movement in the opposite direction for each propellant.
  • the helical channels 204, 205 follow circular helices
  • the helical channels 204, 205 follow central lines in the form of conical propellers 205a converging on the central axis X in the downstream direction.
  • a flow of propellants El, E2 not only spinning, but also convergent. This convergence also favors the stirring of the two propellants El, E2 downstream of the injection element 201.
  • Other helical shapes can be envisaged for other embodiments. It is also necessary to understand, in the present context, the word "helix" in a broad sense, which may even include a line having a variable angle with respect to the central axis X and therefore a variable gap between its turns.
  • the first and second concentric helical channels 204, 205 are all connected to the arrival of the second propellant E2. It is thus possible to inject the second propellant E2 with several concentric rings 210 of helical channels 204, 205, thus allowing better adaptation to a desired flow rate of the second propellant E2.
  • the rest of the elements of the injection element 201 illustrated in Figures 4A and 4B receives the same reference numerals as the corresponding elements in the previous figures.
  • the third channel 206 may be located within the concentric rings 210 of the first and second helical channels 204, 205, as in the illustrated embodiment.
  • the third channel 206 is a straight tubular channel.
  • the first and second concentric helical channels 204, 205 are all connected to the arrival of the second propellant E2, while the third channel 206 is connected to the arrival of the first propellant El.
  • elements of the injection element 201 illustrated in Figures 5A and 5B receives the same reference numerals as the corresponding elements in the previous figures.
  • the at least one third channel 206 may also be helical, as in the embodiment illustrated in Figures 6A and 6B.
  • the injection member 201 comprises a plurality of third helical channels 206 disposed between the first helical channels 204, and the second helical channels 205.
  • FIG. 6A which schematically illustrates one of the channels 204, one of the channels 205 and one of the channels 206, to optimize the stirring propellant E1, E2 downstream
  • the third helical channels 206 rotate in opposite directions to said first and second helical channels 204, 205 around the central axis X
  • the first and second concentric helical channels 204, 205 are all connected to the arrival of the second propellant E2
  • the third channel 206 is connected to the arrival of the first propellant El.
  • each helical channel 205 may have a non-circular section transversely to the helix 205a, this non-circular section being twisted around the helix 205a to rotate the current lines. around this propeller 205a. In operation, this provides even more efficient mixing of the propellants downstream of the injection element.
  • additive manufacturing is understood to mean manufacturing processes in which a material is assembled, typically layer by layer, to form the part from 3D model data. From additive manufacturing processes that can be used to manufacture this one-piece part include selective laser melting and selective laser sintering, two processes that allow the additive manufacturing of parts made of metallic or ceramic material. However, other manufacturing processes can be envisaged, such as the foundry (and in particular the lost-model foundry), the machining (and in particular the machining by electric discharge) or others. The injection elements can alternatively be produced by assembling several parts.
  • injectors of the same types can of course be used in other types of propulsion rocket engines fluids, such as, for example, "expander” rocket motors or pressurized propellant rocket motors.

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Abstract

L'invention concerne le domaine des injecteurs, et en particulier un élément d'injection (201) comprenant au moins un premier canal hélicoïdal (204) et au moins un deuxième canal hélicoïdal (205), chacun desdits canaux hélicoïdaux (204,205) suivant chacun une hélice (204a,205a) centrée sur un axe central (X) de l'élément d'injection (201). L'hélice (205a) de l'au moins un deuxième canal hélicoïdal (205) est située à l'intérieur de l'hélice (204a) de l'au moins un premier canal hélicoïdal (204).

Description

ÉLÉMENT D'INJECTION POUR LA CHAMBRE DE COMBUSTION
D'UN MOTEUR FUSÉE
Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine des injecteurs, et en particulier des éléments d'injection d'un mélange d'au moins deux ergols dans une chambre de combustion, comme par exemple une chambre de combustion d'un moteur fusée.
Le document de brevet FR 2 712 030 Al décrit un injecteur de deux ergols dans une chambre de combustion de moteur fusée comprenant une structure d'alimentation où les deux ergols alimentent une pluralité d'éléments d'injection agencés parallèlement les uns aux autres, dans une configuration axisymétrique sur la surface d'une structure dite « plaque d'injection », circulaire, faisant partie de l'injecteur. Une telle plaque d'injection peut ainsi être associée à un assez grand nombre d'éléments d'injection, par exemple jusqu'à une centaine ou plus, conjuguant leur débit unitaire pour fournir le débit global du moteur.
Dans cet injecteur de l'état de la technique, chaque élément d'injection comprend un premier canal pour l'injection du premier ergol, et un deuxième canal pour l'injection du deuxième ergol, le deuxième canal étant annulaire, coaxial et extérieurement adjacent au premier canal.
Dans le présent contexte on entend par « canal annulaire » un canal dont une coupe radiale fait apparaître une section débitante annulaire, tandis que par « canal tubulaire » on entend un canal à section pleine. En outre, les termes « amont » et « aval » sont définis en fonction du sens d'écoulement des ergols.
Ainsi, les ergols étant injectés dans la chambre de combustion à travers des canaux coaxiaux des éléments d'injection de l'injecteur de FR 2 712 030 Al, les turbulences provoquées dans les couches limites entre les débits concentriques et adjacents peuvent assurer un mélange homogène des deux ergols par cisaillement dans leur écoulement.
Toutefois, à partir de ce concept de base, on rencontre des difficultés à faire évoluer les paramètres géométriques pour augmenter la puissance individuelle dudit élément d'injection sans dégrader la qualité de l'injection et de la combustion. Avec des débits plus importants, le mélange devient moins homogène et la qualité de la combustion se dégrade. Un moyen qui a été proposé pour améliorer la qualité du mélange est celui d'introduire un mouvement tournoyant dans au moins un des ergols. Pour cela, dans l'élément d'injection divulgué par exemple dans la demande de brevet européen EP 0 344 463 Al, une plaque torsadée est utilisée pour générer ce mouvement tournoyant dans l'un des ergols. Dans une autre solution, divulguée dans la demande de brevet européen EP 1 873 390 A2, l'élément d'injection comprend des canaux hélicoïdaux pour l'injection d'un des ergols. On souhaite toutefois augmenter l'homogénéité du mélange au-delà de celle offerte par ces dispositifs de l'état de la technique.
Obiet et résumé de l'invention
La présente description vise à proposer un élément d'injection d'au moins deux ergols dans une chambre de combustion, comprenant au moins un premier canal hélicoïdal et au moins un deuxième canal hélicoïdal, chacun desdits canaux hélicoïdaux suivant une ligne centrale en forme d'hélice centrée sur un axe central de l'élément d'injection, et qui permette d'obtenir un mélange plus homogène des ergols.
Dans au moins un mode de réalisation, ce but est atteint grâce au fait que l'hélice de l'au moins un deuxième canal est située à l'intérieur de l'hélice de l'au moins un premier canal. Ainsi, une intersection de la ligne centrale de l'au moins un deuxième canal hélicoïdal avec un plan perpendiculaire audit axe central est plus proche de l'axe central qu'une intersection de la ligne centrale de l'au moins un premier canal hélicoïdal avec le même plan. Ces canaux hélicoïdaux sur des hélices concentriques favorisent un meilleur brassage des ergols.
Si l'élément d'injection comprend une pluralité de tels premiers canaux hélicoïdaux et une pluralité de tels deuxièmes canaux hélicoïdaux, ceux-ci formeront donc des couronnes concentriques autour de l'axe central.
L'hélice de chaque canal hélicoïdal peut être une hélice circulaire, c'est-à-dire incluse dans un cylindre, mais alternativement elle peut aussi être une hélice conique. Des telles hélices coniques permettent d'obtenir une convergence des canaux favorisant un meilleur brassage des ergols. D'autres hélices que les hélices circulaires ou coniques peuvent toutefois être aussi envisagées suivant les besoins.
Aussi afin d'améliorer le brassage des ergols en aval de l'élément d'injection, au moins un desdits canaux hélicoïdaux peut présenter une section non-circulaire torsadée autour de l'hélice. Il est ainsi possible d'obtenir une torsion des lignes de courant dans chaque canal hélicoïdal torsadé de cette manière, facilitant le mélange des ergols en aval.
Afin d'augmenter la turbulence en aval de l'élément d'injection, aussi pour améliorer le brassage des ergols en aval de l'élément d'injection, les hélices des premier et deuxième canaux hélicoïdaux peuvent tourner en sens opposés. Ceci peut être particulièrement efficace si le premier canal hélicoïdal est relié à une arrivée d'un premier ergol, et le deuxième canal hélicoïdal est relié à une arrivée d'un deuxième ergol, séparée de l'arrivée du premier ergol, la turbulence entre les deux ergols étant ainsi augmentée.
Toutefois, il est également envisageable que lesdits premier et deuxième canaux hélicoïdaux soient reliés à une même arrivée d'ergol. En particulier, mais non pas uniquement dans ce cas, l'élément d'injection peut comprendre au moins un troisième canal, pouvant aussi être hélicoïdal, suivant une hélice centrée aussi sur l'axe central de l'élément d'injection, mais pouvant présenter alternativement d'autres formes, comme par exemple une forme annulaire ou une forme tubulaire droite. Ce troisième canal peut être arrangé à l'extérieur de l'hélice du premier canal hélicoïdal, à l'intérieur de l'hélice du deuxième canal hélicoïdal, ou entre les hélices des premier et deuxième canaux hélicoïdaux.
Au moins lesdits premier et deuxième canaux peuvent être formés à l'intérieur d'une pièce monobloc. Grâce à ces dispositions, il est possible d'optimiser la section du canal hélicoïdal pour obtenir un meilleur mélange et une moindre perte de charge. En outre, l'élément d'injection peut ainsi être plus robuste. Ladite pièce monobloc peut notamment être produite par fabrication additive.
Afin de faciliter le mélange, en séparant les lignes de courant du deuxième ergol, l'élément d'injection peut comprendre une pluralité de canaux hélicoïdaux pour l'injection du deuxième ergol, suivant chacun une hélice centrée sur l'axe central. Brève description des dessins
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de plusieurs modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un moteur-fusée à ergols liquides ;
- la figure 2A est un écorché latéral d'un élément d'injection suivant un premier mode de réalisation ;
- la figure 2B est une vue schématique des canaux hélicoïdaux de l'élément d'injection de la figure 2A ;
- la figure 3A est un écorché latéral d'un élément d'injection suivant un deuxième mode de réalisation ;
- la figure 3B est une vue schématique des canaux hélicoïdaux de l'élément d'injection de la figure 3A ;
- la figure 4A est un écorché latéral d'un élément d'injection suivant un troisième mode de réalisation ;
- la figure 4B est une coupe transversale de l'élément d'injection de la figure 4A suivant la ligne IVB-IVB ;
- la figure 5 est une coupe transversale d'un élément d'injection suivant un quatrième mode de réalisation ;
- la figure 6A est une vue schématique de trois canaux hélicoïdaux d'un élément d'injection suivant un cinquième mode de réalisation ;
- la figure 6B est une coupe transversale de l'élément d'injection de la figure 6A ;
- la figure 7A une vue schématique latérale d'un canal hélicoïdal suivant une variante de l'invention ; et
- la figure 7B est une coupe transversale du canal de la figure 7A dans le plan VIC.
Description détaillée de l'invention Un moteur fusée 1 à ergols liquides, en particulier à ergols liquides cryogéniques, est illustré schématiquement sur la figure 1. Ce moteur fusée 1 comporte un réservoir 2 pour le premier ergol, un réservoir 3 pour le deuxième ergol, un générateur de gaz 4 alimenté par les premier et deuxième ergols, une turbopompe 5 actionné par les gaz de combustion provenant du générateur de gaz 4, une chambre de combustion principale 6 alimentée en ergols par la turbopompe 5, et une tuyère convergente- divergente 7 pour l'éjection propulsive des gaz de combustion générés dans la chambre de combustion principale 6.
Afin d'obtenir une combustion efficace tant dans le générateur de gaz 4 que dans la chambre de combustion principale 6, ces composants comportent des organes d'injection des ergols permettant d'obtenir un mélange et une distribution homogènes des ergols. Typiquement, ces organes d'injection prennent la forme d'injecteurs comprenant une plaque d'injection dans laquelle sont distribués plusieurs éléments d'injection des deux ergols.
Sur les figures 2A et 2B est représenté un élément d'injection 201 pour l'injection et le mélange de deux ergols El, E2. L'élément d'injection 201 présente un axe central X, lequel est aussi l'axe principal d'écoulement des ergols El, E2.
L'élément d'injection 201 comprend un ensemble de premiers canaux hélicoïdaux 204 pour l'injection du premier ergol El, arrangés autour d'un ensemble de deuxièmes canaux hélicoïdaux 205 pour l'injection du deuxième ergol E2. Dans ce premier mode de réalisation, les hélices 204a formant les lignes centrales des premiers canaux 204 sont des hélices circulaires tournant dans un premier sens et les hélices 205a formant les lignes centrales des deuxièmes canaux 205 sont des hélices également circulaires tournant dans un deuxième sens, opposé audit premier sens, autour du même axe central X.
L'élément d'injection 201 est formé par une seule pièce monobloc, avec les canaux hélicoïdaux 204, 205 formés dans la masse de cette pièce monobloc.
Les premiers canaux hélicoïdaux 204 sont connectés à une arrivée du premier ergol El et configurés pour l'injection de ce premier ergol El, tandis que les deuxièmes canaux hélicoïdaux 205, situés à l'intérieur des hélices 204a des premiers canaux hélicoïdaux 204, sont connectés à une arrivée du deuxième ergol E2 et configurés pour l'injection de ce deuxième ergol E2. Lors du fonctionnement de l'élément d'injection 201, les canaux hélicoïdaux 204, 205 séparent les lignes d'écoulement de chaque ergol El, E2, et leur impriment un mouvement tournoyant dans un sens opposé pour chaque ergol. L'inclinaison de l'écoulement du deuxième ergol E2 par rapport à celui du premier ergol El provoque un cisaillement entre les deux, produisant des turbulences assurant un mélange homogène des deux ergols El, E2 en aval de l'élément d'injection 201.
Bien que dans ce premier mode de réalisation les canaux hélicoïdaux 204, 205 suivent des hélices circulaires, d'autres formes alternatives sont également envisageables. Ainsi, dans le mode de réalisation illustré sur les figures 3A et 3B, dans lesquelles chaque élément reçoit le même chiffre de référence que l'élément équivalent dans le premier mode de réalisation, les canaux hélicoïdaux 204, 205 suivent des lignes centrales en forme d'hélices coniques 205a convergeant sur l'axe central X en direction aval. On obtient ainsi, lors du fonctionnement de cet élément d'injection 201 un écoulement des ergols El, E2 non seulement tournoyant, mais aussi convergent. Cette convergence favorise aussi le brassage des deux ergols El, E2 en aval de l'élément d'injection 201. D'autres formes d'hélice sont envisageables pour d'autres modes de réalisation. Il faut aussi comprendre, dans le présent contexte, le mot « hélice » dans un sens large, pouvant même englober une ligne présentant un angle variable par rapport à l'axe central X et donc un écart variable entre ses spires.
Dans encore un autre mode de réalisation, illustré sur les figures 4A et 4B, les premiers et deuxièmes canaux hélicoïdaux 204, 205 concentriques sont tous reliés à l'arrivée du deuxième ergol E2. On peut ainsi injecter le deuxième ergol E2 par plusieurs couronnes concentriques 210 de canaux hélicoïdaux 204, 205, permettant ainsi une meilleure adaptation à un débit souhaité du deuxième ergol E2. Un troisième canal 206, à section annulaire et connecté à l'arrivée du premier ergol El, permet l'injection du premier ergol El. Ce troisième canal 206 est situé à l'extérieur des hélices 204a, 205a des premiers et deuxièmes canaux hélicoïdaux 204, 205. Le reste des éléments de l'élément d'injection 201 illustré sur les figures 4A et 4B reçoit les mêmes chiffres de référence que les éléments correspondants dans les figures précédentes.
Alternativement, toutefois, le troisième canal 206 peut être situé à l'intérieur des couronnes concentriques 210 des premiers et deuxièmes canaux hélicoïdaux 204, 205, comme dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5. Dans ce mode de réalisation, le troisième canal 206 est un canal tubulaire droit. Comme dans le mode de réalisation précédent, les premiers et deuxièmes canaux hélicoïdaux 204, 205 concentriques sont tous reliés à l'arrivée du deuxième ergol E2, tandis que le troisième canal 206 est relié à l'arrivée du premier ergol El. Le reste des éléments de l'élément d'injection 201 illustré sur les figures 5A et 5B reçoit les mêmes chiffres de référence que les éléments correspondants dans les figures précédentes.
L'au moins un troisième canal 206 peut aussi être hélicoïdal, comme dans le mode de réalisation illustré sur les figures 6A et 6B. Dans ce mode de réalisation, l'élément d'injection 201 comprend une pluralité de troisièmes canaux hélicoïdaux 206 disposés entre les premiers canaux hélicoïdaux 204, et les deuxièmes canaux hélicoïdaux 205. Comme on peut voir sur la figure 6A, qui illustre schématiquement un des canaux 204, un des canaux 205 et un des canaux 206, pour optimiser le brassage des ergols E1,E2 en aval, les troisièmes canaux hélicoïdaux 206 tournent en sens opposé auxdits premiers et deuxièmes canaux hélicoïdaux 204, 205 autour de l'axe central X. Comme dans le mode de réalisation précédent, les premiers et deuxièmes canaux hélicoïdaux 204, 205 concentriques sont tous reliés à l'arrivée du deuxième ergol E2, tandis que le troisième canal 206 est relié à l'arrivée du premier ergol El.
Dans chacun des modes de réalisation précédents, les canaux hélicoïdaux sont formés dans une pièce monobloc, ce qui permet notamment de leur donner une section particulière. Par exemple, comme illustré sur les figures 7A et 7B, chaque canal hélicoïdal 205 peut présenter une section non-circulaire transversalement à l'hélice 205a, cette section non-circulaire étant torsadée autour de l'hélice 205a pour faire tourner les lignes de courant autour de cette hélice 205a. En fonctionnement, ceci offre un brassage encore plus efficace des ergols en aval de l'élément d'injection.
Plusieurs procédés permettent la fabrication de pièces monobloc de cette complexité. En particulier les procédés dits de fabrication additive peuvent être utilisés pour fabriquer une telle pièce. On entend comme « fabrication additive », dans ce contexte, les procédés de fabrication dans lesquels un matériau est assemblé, typiquement couche par couche, pour former la pièce à partir de données de modèle 3D. Parmi les procédés de fabrication additive pouvant être utilisés pour fabriquer cette pièce monobloc on compte notamment la fusion sélective par laser et le frittage sélectif par laser, deux procédés qui permettent la fabrication additive de pièces en matériau métallique ou céramique. Toutefois, d'autres procédés de fabrication peuvent être envisagés, comme la fonderie (et notamment la fonderie à modèle perdu), l'usinage (et notamment l'usinage par décharge électrique) ou autres. Les éléments d'injection peuvent aussi, alternativement, être produits par assemblage de plusieurs pièces.
Même si la présente description détaillé a fait référence à un moteur- fusée à turbopompe actionnée par les gaz de combustion d'un générateur de gaz, des injecteurs des mêmes types peuvent bien sûr être utilisés dans d'autres types de moteurs-fusées à ergols fluides, tels que par exemple les moteurs-fusées à cycle « expandeur » ou les moteur-fusées à ergols pressurissés.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément d'injection (201) d'au moins deux ergols (E1,E2) dans une chambre de combustion (6), comprenant au moins un premier canal hélicoïdal (204) et au moins un deuxième canal hélicoïdal (205), chacun desdits canaux hélicoïdaux (204,205) suivant chacun une ligne centrale en forme d'hélice (204a,205a) centrée sur un axe central (X) de l'élément d'injection (201), et caractérisé en ce que l'hélice (205a) de l'au moins un deuxième canal hélicoïdal (205) est située à l'intérieur de l'hélice (204a) de l'au moins un premier canal hélicoïdal (204).
2. Elément d'injection (201) suivant la revendication 1, dans lequel l'hélice (204a,205a) d'au moins un desdits premier et deuxième canaux hélicoïdaux (204,205) est une hélice circulaire.
3. Elément d'injection (201) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'hélice (204a,205a) d'au moins un desdits premier et deuxième canaux hélicoïdaux (204,205) est une hélice conique.
4. Elément d'injection (201) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un desdits premier et deuxième canaux hélicoïdaux (204,205) présente une section non- circulaire torsadée autour de l'hélice (204a,205a) correspondante.
5. Elément d'injection (201) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les hélices (204a,205a) du premier et deuxième canaux hélicoïdaux (204,205) tournent en sens opposés.
6. Elément d'injection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier canal hélicoïdal est relié à une arrivée d'un premier ergol (El), et le deuxième canal hélicoïdal est relié à une arrivée d'un deuxième ergol (E2), séparée de l'arrivée du premier ergol (El).
7. Elément d'injection (201) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un troisième canal.
8. Elément d'injection (201) suivant la revendication 7, dans lequel ledit troisième canal est aussi hélicoïdal, suivant une hélice centrée aussi sur l'axe central (X) de l'élément d'injection (201).
9. Elément d'injection (201) suivant la revendication 7, dans lequel ledit troisième canal est annulaire.
10. Elément d'injection (201) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins lesdits premier et deuxième canaux sont formés à l'intérieur d'une pièce monobloc.
11. Elément d'injection (201) suivant la revendication 10, dans lequel ladite pièce monobloc est produite par fabrication additive.
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