EP4042009A1 - Ensemble propulsif pour fusee - Google Patents

Ensemble propulsif pour fusee

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EP4042009A1
EP4042009A1 EP20793749.1A EP20793749A EP4042009A1 EP 4042009 A1 EP4042009 A1 EP 4042009A1 EP 20793749 A EP20793749 A EP 20793749A EP 4042009 A1 EP4042009 A1 EP 4042009A1
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EP
European Patent Office
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propellant
tank
combustion chamber
propulsion unit
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20793749.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nathalie GIRARD
Emilie Labarthe
Christophe Bonnal
Frédéric MASSON
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.)
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National dEtudes Spatiales CNES filed Critical Centre National dEtudes Spatiales CNES
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02K9/48—Feeding propellants using pumps driven by a gas turbine fed by propellant combustion gases or fed by vaporized propellants or other gases
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    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/213—Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure

Definitions

  • the present invention relates to a propulsion unit for a rocket comprising a propellant tank and a method of pressurizing said tank.
  • the engine is usually an engine in which the exhaust gases generated in a combustion chamber are discharged via a nozzle so as to develop a thrust.
  • Rocket engines are known in the prior art supplied with liquid propellant (s).
  • the propellants are contained in tanks and are conveyed by means of supply conduits to the combustion chamber of the engine in which they are mixed.
  • This mixture of propellants produces combustion in which the exhaust gases evacuated by the nozzle at the outlet of the combustion chamber cause the rocket to take off.
  • gas stored under high pressure is generally used in auxiliary gas reservoirs which are injected into the reservoir to ensure the pressurization of the propellant reservoir (s).
  • these gases are neutral so as to avoid any reaction with the propellant contained in the tank to be pressurized.
  • Tank pressurization devices are also known using the exhaust gases from the combustion chamber to vaporize propellant in a heater. The propellant vaporized in the heater is then injected into the tank in order to ensure its pressurization. The exhaust gases are generally discharged outside the powertrain assembly.
  • Devices are also known using hot gases from an external gas generator then cooled by water to ensure the pressurization of the tanks.
  • a drawback of the solutions of the prior art lies in the need to embed auxiliary reservoirs to contain the pressurization gases of the reservoir and / or of the coolant fluid reservoirs.
  • the architecture of the rocket stages is made more complex and heavier, leading to an increase in manufacturing costs and a loss in performance of these launchers.
  • the object of the invention is in particular to alleviate at least one of these drawbacks and relates, according to a first aspect, to a propulsion unit for a rocket comprising a tank designed to contain a propellant, an engine comprising a combustion chamber configured to make undergo combustion with propellant generating exhaust gases, a supply circuit arranged between the propellant tank and the combustion chamber configured to supply the combustion chamber with propellant and an exhaust gas circuit arranged between the combustion chamber and the propellant tank configured to convey at least part of the exhaust gases from the combustion chamber to the propellant tank in order to ensure its pressurization.
  • the exhaust gas circuit according to the invention at least part of the exhaust gas generated in the combustion chamber is directly routed into the tank for its pressurization. Thus, the exhaust gases are recycled into the tank. Auxiliary gas tanks are no longer required to store pressurization gas.
  • the structure of the propulsion unit is lighter and less expensive.
  • the architecture of the propulsion unit is simplified.
  • the propulsion unit of the invention comprises one or more of the following optional characteristics considered alone or in all possible combinations.
  • the exhaust gas circuit comprises at least one channel opening out to the outside of the tank.
  • the exhaust gas circuit comprises an expansion device, adjacent to the reservoir and configured to regulate the flow rate of the exhaust gas entering the reservoir.
  • the flow rate regulation makes it possible to maintain a constant pressure inside the propellant tank, equal to a predetermined value.
  • the expansion device may for example be a pressurization plate or a holder.
  • the expansion device is a pressurization plate.
  • the pressurization plate comprises at least one pressure regulating valve.
  • the propulsion unit comprises means for measuring the pressure of the reservoir. This ensures that the pressure inside the tank is constant and equal to a predetermined value.
  • the propulsion unit comprises a pump arranged at the outlet of the propellant tank.
  • the pump is actuated by means of a turbine arranged at the outlet of the combustion chamber, the turbine is configured to drive said pump.
  • the propulsion unit comprises an engine of the Tap-off type, that is to say an engine in which exhaust gases are taken from the combustion chamber to drive the turbine.
  • the propulsion unit comprises a pump arranged at the outlet of the reservoir and a motor, the motor being configured to drive said pump.
  • the exhaust gas circuit comprises a heat exchanger configured to cool the exhaust gases leaving the combustion chamber. This is to prevent exhaust gases from entering the tank at unacceptable temperatures.
  • the propellant is a mono-propellant.
  • the term “mono-propellant” is understood to mean a propellant comprising a single propellant and which has the property of being sufficient on its own to ensure the propulsion of the rocket.
  • the mono-propellant is chosen from mono-propellants, the combustion of which gives off an inert gas.
  • the propellant is a metastable poly-nitrogenous mono-propellant.
  • metastable is meant a molecule which has an energy level which does not correspond to the overall minimum.
  • a metastable molecule is a molecule which stores in it energy corresponding to the energy delta with the global minimum, this energy is restored during the decomposition of the molecule into stable molecules of lower energies.
  • structures with single and / or double bonds between nitrogen atoms which are of lower energies are favored.
  • the main advantage of using a metastable poly-nitrogenous mono-propellant is that its combustion mainly produces nitrogen and thus eliminates the risk of a chemical reaction when the exhaust gases generated enter the tank .
  • the invention relates to a method for pressurizing a propellant tank of a propulsion unit as described above, the method comprising steps of:
  • the pressurization method according to the invention comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in combination:
  • the propellant provided is a mono-propellant, preferably the propellant provided is a metastable poly-nitrogenous mono-propellant.
  • the pressurization process comprises a step of cooling the exhaust gases in a heat exchanger.
  • the pressurization method comprises a step of regulating the pressure inside the reservoir, said step comprising: determining a pressure value to be maintained inside the reservoir prior to the step of the propellant supply, a measurement of the pressure inside the tank during the delivery of the propellant into the combustion chamber, a modification of the position of one or more pressure control valves, the valve (s) ( s) being closed when the pressure measured inside the tank is less than the pressure value to be maintained, at least one valve being open when the pressure measured inside the tank is greater than the pressure value to be maintained, so as to divert at least part of the exhaust gases outside the tank.
  • Figure 1 is a schematic illustration of a rocket propulsion assembly according to one embodiment.
  • Figure 2 is a schematic illustration of a rocket propulsion assembly according to one embodiment.
  • the propulsion unit is made on the basis of a Tap-off type engine, that is to say an engine in which exhaust gases are taken from the combustion chamber to supply energy to certain parts of the engine.
  • the propulsion unit 1 comprises a tank 2, a rocket engine comprising a combustion chamber 3.
  • the tank 2 is configured to contain a propellant.
  • This propellant is in liquid form in the reservoir 2.
  • the propellant is a metastable poly-nitrogenous mono-propellant.
  • the propulsion unit 1 comprises a supply circuit 4 disposed between the tank 2 and the combustion chamber 3.
  • the supply circuit 4 connects the fuel tank 2 to the combustion chamber 3.
  • the circuit d The feed 4 is conventionally formed by a propellant circulation duct 40.
  • the supply circuit 4 makes it possible to supply the combustion chamber 3 with propellant from the fuel tank 2.
  • the supply circuit 4 comprises a pump.
  • the pump is a turbopump 5 arranged at the outlet of the tank 2.
  • the turbopump 5 is configured to pressurize the liquid propellant at the outlet of the tank 2 before it is injected into the combustion chamber 3.
  • the turbopump is driven by a turbine 6 disposed at the outlet of the combustion chamber 3.
  • the turbine 6 is actuated by the exhaust gases leaving the combustion chamber 3 and passing into the turbine 6. The operation of the turbine 6 causes the actuation of the turbopump 5.
  • the propulsion unit 1 can be stripped of the turbine 6 and include an electric motor 62 configured to drive the turbopump 5.
  • the propulsion unit 1 Adjacent to the turbopump 5 is arranged a valve 7 for regulating the fuel flow rate.
  • This flow rate control valve 7 makes it possible to regulate the flow rate of propellant entering the combustion chamber 3.
  • the propulsion unit 1 comprises an exhaust gas circuit 8 arranged at the outlet of the combustion chamber 3.
  • the exhaust gas circuit is arranged between the combustion chamber 3 and the tank 2.
  • the exhaust gas circuit 8 makes it possible to route at least part of the exhaust gas from the combustion chamber 3 to the propellant tank 2 in order to ensure its pressurization.
  • the exhaust gas circuit 8 is formed in a conventional manner by a duct 80 for circulating exhaust gas.
  • the exhaust gas circuit 8 may include a heat exchanger 9.
  • This heat exchanger 9 is configured to cool the exhaust gases leaving the combustion chamber 3.
  • the cooling of the exhaust gases in the heat exchanger 9 is provided by a cold source.
  • the cold source of the heat exchanger 9 is provided by propellant coming from the supply circuit 4 which eliminates the need for an external cold source arrival.
  • the heat exchanger 9 can be connected to the supply circuit 4.
  • the exhaust gas circuit 8 may include an expansion device 10.
  • the expansion device 10 is a pressurization plate.
  • This pressurization plate is arranged between the turbine 6 and the inlet of the tank 2. This pressurization plate is configured to regulate the flow of exhaust gas entering inside the tank 2.
  • the inlet flow of the exhaust gas is regulated as a function of the pressure measured inside the tank 2.
  • pressure measuring means such as pressure sensors (not shown) can be placed inside the tank 2.
  • Other equivalent devices deemed compatible by those skilled in the art can be used as pressure measuring means.
  • the objective is to maintain a constant pressure inside this tank.
  • the exhaust gas circulation duct 80 is divided, at the pressurization plate, into a plurality of channels 81, 82, 83 comprising one or more pressurization valve (s) 11.
  • One of the channels 83 opens to the outside of the reservoir 2 in the direction of the arrow "a".
  • the channel 83 opening to the outside of the exhaust gas circuit comprises a pressure regulating valve 11.
  • the valve regulation is movable between a closed position making it possible to close the channel 83 and an open position making it possible to open the channel 83 so as to divert at least part of the flow of the exhaust gases outside the tank when it is open.
  • the expansion device of the present invention is not limited to a pressurization plate and can for example consist of a pressure reducing valve such as a hydraulic valve.
  • a pressure reducing valve such as a hydraulic valve.
  • the use of such a holder makes it possible to dispense with the pressure sensors in the reservoirs.
  • the holder is configured to autonomously determine the pressure inside the tank through a membrane system and is configured to open and close on a regular basis to maintain the pressure inside the tank at a constant value .
  • the tank 2 filled with propellant delivers the fuel.
  • the fuel passes through the propellant circulation pipe 40 of the supply circuit 4 from the tank 2 to the combustion chamber 3.
  • the propellant passes through the turbopump 5.
  • the passage in the turbopump 5 allows compression of the fuel so that the propellant enters the combustion chamber 3 under optimum pressure, speed and temperature conditions.
  • the propellant then enters the combustion chamber 3 in which it undergoes combustion.
  • the combustion of the propellant generates exhaust gases.
  • a portion of the exhaust gases leaving the combustion chamber 3 is discharged through a nozzle 32 so as to develop a thrust driving the propulsion of the engine and that of the vehicle on which it is fixed.
  • Another part of the exhaust gas is routed to the turbine 6 through the exhaust gas duct 80 of the exhaust gas circuit 8.
  • the exhaust gases are cooled beforehand in the heat exchanger 9 arranged between the combustion chamber 3 and the turbine 6.
  • the passage of the exhaust gases in the turbine 6 allows the operation of the turbine 6 which in turn causes the activation of the turbopump 5.
  • the exhaust gases are routed to the reservoir through the exhaust gas pipe 80, with a view to ensuring its pressurization.
  • the exhaust gases pass through the pressurization plate 10 comprising the pressure regulating valves 11.
  • the change in position of the pressure regulating valves is controlled by the pressure value measured inside the tank 2.
  • the pressure inside the tank can vary, for example during the delivery of the fuel.
  • the pressure inside the tank 2 is measured by means of the pressure measuring means located inside the tank 2.
  • the advantage is to maintain a constant pressure inside the tank throughout the duration of fuel delivery.
  • the pressure regulating valve 11 arranged on the channel 83 of the exhaust gas circuit opening to the outside of the tank opens.
  • the pressure regulating valve 11 arranged on the channel 83 of the exhaust gas circuit opening to the outside of the tank opens.
  • at least part of the exhaust gas is diverted outside the tank 2.
  • the flow of exhaust gas is reduced, the pressure inside the tank 2 decreases.
  • the pressure regulating valve 11 arranged on the channel 83 of the exhaust gas circuit opening outside the tank 2 closes.
  • the exhaust gases are directed entirely inside the tank 2.
  • the flow of exhaust gas is increased, the pressure inside the tank 2 increases.
  • the propulsion unit according to the invention makes it possible to use part of the exhaust gases in order to pressurize the propellant tank and thus makes it possible to simplify the structure of the propulsion unit.

Landscapes

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Abstract

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.

Description

Description
Titre de l’invention : Ensemble propulsif pour fusée
Domaine Technique
[0001] La présente invention se rapporte à un ensemble propulsif pour fusée comprenant un réservoir d'ergol ainsi qu'un procédé de pressurisation dudit réservoir.
Technique antérieure
[0002] 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.
[0003] On connaît 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 entraînent le décollage de la fusée.
[0004] Pour assurer un débit régulier d'ergol entre le réservoir et la chambre de combustion, il est nécessaire de maintenir le réservoir sous pression.
[0005] Pour cela, on utilise généralement des gaz stokés sous haute pression dans des réservoirs de gaz auxiliaires qui sont injectés dans le réservoir pour assurer la pressurisation du ou des réservoirs d'ergol. De préférence, ces gaz sont neutres de manière à éviter toute réaction avec l'ergol contenu dans le réservoir à pressuriser.
[0006] On connaît 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. [0007] On connaît 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.
[0008] 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, entraînant une augmentation des coûts de fabrication et une perte en performance de ces lanceurs.
Exposé de l'invention
[0009] 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.
[0010] 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 coûteuse. L'architecture de l'ensemble propulsif est simplifiée.
[0011] 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.
[0012] Selon une caractéristique, le circuit de gaz d'échappement comprend au moins un canal débouchant à l'extérieur du réservoir. [0013] 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.
[0014] Selon une caractéristique le dispositif de détente est une platine de pressurisation.
[0015] Selon une caractéristique, la platine de pressurisation comprend au moins une vanne de régulation de pression. [0016] 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.
[0017] 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 entraîner ladite pompe.
[0018] 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 entraîner la turbine.
[0019] Dans une variante de réalisation, l'ensemble propulsif comprend une pompe agencée en sortie du réservoir et un moteur, le moteur étant configuré pour entraîner ladite pompe.
[0020] 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.
[0021] 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. [0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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 :
[0027] Selon une caractéristique, l'ergol fournit est un mono-ergol, de préférence l'ergol fournit est un mono-ergol poly-azoté métastable [0028] Selon une caractéristique, le procédé de pressurisation comprend une étape de refroidissement des gaz d'échappement dans un échangeur de chaleur.
[0029] 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.
[0030] 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.
Brève description des dessins
[0031] [Fig. 1] La figure 1 est une illustration schématique d'un ensemble propulsif pour fusée selon un mode de réalisation.
[0032] [Fig. 2] La figure 2 est une illustration schématique d'un ensemble propulsif pour fusée selon un mode de réalisation.
Description des modes de réalisation
[0033] Par souci de simplification, les éléments identiques sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. [0034] Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'ensemble propulsif est réalisé sur la base d'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 fournir de l'énergie à certaines parties du moteur.
[0035] L'ensemble propulsif 1 comprend un réservoir 2, un moteur de fusée comprenant une chambre de combustion 3.
[0036] Le réservoir 2 est configuré pour contenir un ergol. Cet ergol se présente sous forme liquide dans le réservoir 2. De préférence, l'ergol est un mono-ergol poly-azoté métastable.
[0037] L'ensemble propulsif 1 comprend un circuit d'alimentation 4 disposé entre le réservoir 2 et la chambre de combustion 3. Le circuit d'alimentation 4 relie le réservoir 2 d'ergol à la chambre de combustion 3. Le circuit d'alimentation 4 est formé de façon conventionnel par un conduit 40 de circulation d'ergol. Le circuit d'alimentation 4 permet d'alimenter la chambre de combustion 3 en ergol depuis le réservoir 2 d'ergol.
[0038] Le circuit d'alimentation 4 comprend une pompe. Dans le présent exemple la pompe est une turbopompe 5 agencée en sortie du réservoir 2. La turbopompe 5 est configurée pour mettre sous pression l'ergol liquide en sortie du réservoir 2 avant son injection dans la chambre de combustion 3. La turbopompe est entraînée par une turbine 6 disposée en sortie de la chambre de combustion 3.
[0039] La turbine 6 est actionnée par les gaz d'échappement sortant de la chambre de combustion 3 et passant dans la turbine 6. La mise en fonctionnement de la turbine 6 entraîne l'actionnement de la turbopompe 5.
[0040] Comme l'illustre la figure 2, l'ensemble propulsif 1 peut être démuni de la turbine 6 et comprendre un moteur électrique 62 configuré pour entraîner la turbopompe 5.
[0041] Adjacent à la turbopompe 5, est disposée une vanne 7 de régulation de débit d'ergol. Cette vanne de régulation de débit 7 permet de réguler le débit d'ergol entrant dans la chambre de combustion 3. [0042] L'ensemble propulsif 1 comprend un circuit de gaz d'échappement 8 agencé en sortie de la chambre de combustion 3. Le circuit de gaz d'échappement est disposé entre la chambre de combustion 3 et le réservoir 2.
[0043] Le circuit de gaz d'échappement 8 permet d'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. Le circuit de gaz d'échappement 8 est formé de façon conventionnel par un conduit 80 de circulation de gaz d'échappement.
[0044] Le circuit de gaz d'échappement 8 peut comprendre un échangeur de chaleur 9. Cet échangeur de chaleur 9 est configuré pour refroidir les gaz d'échappement sortant de la chambre de combustion 3. Le refroidissement des gaz d'échappement dans l'échangeur de chaleur 9 est assuré par une source froide. La source froide de l'échangeur de chaleur 9 est assurée par de l'ergol provenant du circuit d'alimentation 4 qui permet de s'affranchir d'une arrivée de source froide externe. En outre, l'échangeur de chaleur 9 peut être relié au circuit d'alimentation 4.
[0045] Le circuit de gaz d'échappement 8 peut comprendre un dispositif de détente 10.
Dans le présent exemple, le dispositif de détente 10 est une platine de pressurisation. Cette platine de pressurisation est agencée entre la turbine 6 et l'entrée du réservoir 2. Cette platine de pressurisation est configurée pour réguler le débit de gaz d'échappement entrant à l'intérieur du réservoir 2.
[0046] Le débit d'entrée des gaz d'échappement est régulé en fonction de la pression mesurée à l'intérieur du réservoir 2. A cet effet, des moyens de mesure de pression tels que des capteurs de pression (non représentés) peuvent être disposés à l'intérieur du réservoir 2. D'autres dispositifs équivalent jugés compatibles par l'homme du métier peuvent être utilisés comme moyens de mesure de pression. L'objectif est de maintenir une pression constante à l'intérieur de ce réservoir.
[0047] Le conduit 80 de circulation de gaz d'échappement se divise, au niveau de la platine de pressurisation, en une pluralité de canaux 81, 82, 83 comprenant une ou plusieurs vanne(s) 11 de pressurisation. L'un des canaux 83 débouche à l'extérieur du réservoir 2 suivant la direction de la flèche « a ». Le canal 83 débouchant à l'extérieur du circuit de gaz d'échappement comprend une vanne 11 de régulation de pression. La vanne de régulation est mobile entre une position fermée permettant de fermer le canal 83 et une position ouverte permettant d'ouvrir le canal 83 de manière à dévier au moins une partie du flux des gaz d'échappement en dehors du réservoir lorsqu'elle est ouverte.
Ceci permet de réguler le débit de gaz d'échappement entrant dans le réservoir 2 en fonction de la pression mesurée dans le réservoir 2.
[0048] Le dispositif de détente de la présente invention n'est pas limité à une platine de pressurisation et peut par exemple consister en un détendeur tel qu'un détenteur hydraulique. L'utilisation d'un tel détenteur permet de s'affranchir des capteurs de pression dans les réservoirs. Le détenteur est configuré pour déterminer de façon autonome la pression à l'intérieur du réservoir grâce à un système de membrane et est configuré pour s'ouvrir et se fermer de façon régulière pour maintenir la pression à l'intérieur du réservoir à une valeur constante.
[0049] En fonctionnement, le réservoir 2 rempli d'ergol délivre le carburant. Le carburant traverse le conduit 40 de circulation d'ergol du circuit d'alimentation 4 depuis le réservoir 2 jusqu'à la chambre de combustion 3.
[0050] Lors du passage de l'ergol dans le circuit d'alimentation 4, l'ergol passe par la turbopompe 5. Le passage dans la turbopompe 5 permet une compression du carburant de sorte que l'ergol entre dans la chambre de combustion 3 dans des conditions de pression, de vitesse et de températures optimales.
[0051] L'ergol entre ensuite dans la chambre de combustion 3 dans laquelle il subit une combustion. La combustion de l'ergol génère des gaz d'échappement.
[0052] Une partie des gaz d'échappement sortant de la chambre de combustion 3 est évacuée par une tuyère 32 de façon à développer une poussée entraînant la propulsion du moteur et celui du véhicule sur lequel il est fixé.
[0053] Une autre partie des gaz d'échappement est acheminée vers la turbine 6 à travers le conduit 80 de gaz d'échappement du circuit de gaz d'échappement 8.
[0054] Les gaz d'échappement sont préalablement refroidis dans l'échangeur de chaleur 9 disposé entre la chambre de combustion 3 et la turbine 6. [0055] Le passage des gaz d'échappement dans la turbine 6 permet une mise en fonctionnement de la turbine 6 qui entraîne à son tour l'activation de la turbopompe 5.
[0056] En sortie de la turbine 6 les gaz d'échappement sont acheminés vers le réservoir à travers le conduit 80 de gaz d'échappement, en vue d'en assurer sa pressurisation.
[0057] Avant d'entrer dans le réservoir, les gaz d'échappement passent par la platine de pressurisation 10 comprenant les vannes 11 de régulation de pression.
[0058] Le changement de position des vannes de régulation de pression est piloté par la valeur de pression mesurée à l'intérieur du réservoir 2. La pression à l'intérieur du réservoir peut varier par exemple au cours de la délivrance du carburant.
[0059] La pression à l'intérieur du réservoir 2 est mesurée grâce aux moyens de mesure de pression situés à l'intérieur du réservoir 2. L'intérêt étant de maintenir une pression constante à l'intérieur du réservoir pendant toute la durée de délivrance du carburant.
[0060] Dans le cas où la pression mesurée à l'intérieur du réservoir 2 est supérieure à une valeur prédéterminée, c'est-à-dire lorsque le réservoir 2 est en surpression, la vanne 11 de régulation de pression agencée sur le canal 83 du circuit de gaz d'échappement débouchant à l'extérieur du réservoir s'ouvre. Ainsi, au moins une partie des gaz d'échappement est déviée en dehors du réservoir 2. Le débit de gaz d'échappement est réduit, la pression à l'intérieur du réservoir 2 diminue.
[0061] Dans le cas où la pression mesurée à l'intérieur du réservoir 2 est inférieure à une valeur prédéterminée, c'est-à-dire lorsque le réservoir 2 est en sous pression, la vanne 11 de régulation de pression agencée sur le canal 83 du circuit de gaz d'échappement débouchant à l'extérieur du réservoir 2 se ferme. Les gaz d'échappement sont dirigés en totalité à l'intérieur du réservoir 2. Le débit de gaz d'échappement est augmenté, la pression à l'intérieur du réservoir 2 augmente.
[0062] Comme on peut le comprendre à la lumière de ce qui précède, l'ensemble propulsif selon l'invention permet d'utiliser une partie des gaz d'échappement afin de pressuriser le réservoir d'ergol et permet ainsi de simplifier la structure de l'ensemble propulsif.
[0063] Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

Revendications
[Revendication 1] 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.
[Revendication 2] 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).
[Revendication 3] Ensemble propulsif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif de détente (10) est une platine de pressurisation.
[Revendication 4] 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.
[Revendication 5] 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).
[Revendication 6] 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 entraîner ladite pompe (5).
[Revendication 7] 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 entraîner ladite pompe (5).
[Revendication 8] 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).
[Revendication 9] 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.
[Revendication 10] Procédé de pressurisation selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'ergol fournit est un mono-ergol.
[Revendication 11] Procédé de pressurisation selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'ergol est un mono-ergol poly-azoté métastable.
[Revendication 12] 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).
[Revendication 13] 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).
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