EP4689531A1 - Dispositif de lancement d'un projectile et procédé de lancement d'un projectile - Google Patents

Dispositif de lancement d'un projectile et procédé de lancement d'un projectile

Info

Publication number
EP4689531A1
EP4689531A1 EP24712832.5A EP24712832A EP4689531A1 EP 4689531 A1 EP4689531 A1 EP 4689531A1 EP 24712832 A EP24712832 A EP 24712832A EP 4689531 A1 EP4689531 A1 EP 4689531A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
projectile
track
shoe
chamber
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.)
Pending
Application number
EP24712832.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Loïs LABARRÈRE
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of EP4689531A1 publication Critical patent/EP4689531A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41B—WEAPONS FOR PROJECTING MISSILES WITHOUT USE OF EXPLOSIVE OR COMBUSTIBLE PROPELLANT CHARGE; WEAPONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F41B3/00—Sling weapons
    • F41B3/04—Centrifugal sling apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/002—Launch systems

Definitions

  • the invention relates to a device for launching a projectile and to a method for launching a projectile.
  • launchers are single-use, which makes this technology particularly resource-intensive.
  • the launcher is said to be reusable, only a few parts of the launcher can be reused and only after a major refurbishment operation.
  • the reuse of parts of the launcher is limited to a small number of launches, which limits the economic interest of this approach.
  • electromagnetic catapults or mass accelerators which are configured to accelerate a projectile such as a satellite to reach speeds allowing the projectile to reach or cross the stratosphere.
  • the mass is accelerated until its kinetic energy is sufficient to counteract the forces of friction and gravity and for the projectile to reach at least the stratosphere.
  • the projectile is ejected without the latter being associated with a chemical propulsion reactor which pushes it from the ground through the troposphere.
  • WO2014/124431 discloses a launch system with an ejection track in the form of a spiral.
  • the spiral is mounted on a tilting platform in order to adjust the ejection angle of the projectile.
  • the projectile is mounted on a sabot that is curved to adapt to the curvature of the spiral track.
  • the projectile is covered with fuel arranged along its length.
  • the fuel generates a gas pressure between the fuel and the curved track to create a centripetal force that partially or completely opposes the centrifugal force linked to the acceleration.
  • the generation of gas makes it possible to reduce the friction and heating between the projectile and the track.
  • the projectile is accelerated by the gyration of the entire track by means of gyration motors. This technical solution is not optimal. It requires significant energy consumption because the entire track must be moved. As a result, the payload capable of being launched is low.
  • Document US10202210 discloses a circular system for accelerating a projectile.
  • the projectile is arranged at one end of a rotating arm rotatably mounted around a rotation shaft.
  • the other end of the rotating arm is provided with a counterweight whose mass is chosen according to the weight of the projectile.
  • a motor rotates the arm faster and faster until the projectile reaches the required speed.
  • the projectile is then disconnected from the arm and leaves the circular platform by means of an ejection window.
  • the platform is in the form of a vacuum-packed box.
  • the centrifugal force applied to the arm scales with the square of the tangential velocity of the projectile and with the mass of the projectile. It appears that obtaining high tangential velocities to obtain the significant kinetic energy required for orbiting goes hand in hand with applying an enormous centrifugal force to the rotation arm. It is then necessary to use a rotation arm sized to withstand the enormous mechanical constraints applied and the same goes for the majority of components involved in the rotation of the arm.
  • the forces applied to the arm increase and it tends to deform so that the projectile tends to move closer to the side wall of the platform.
  • the arm is configured to limit the deformation as much as possible. It appears that the configuration of the arm as disclosed in document US10202210 is not the most advantageous for reaching high tangential speeds with heavy projectiles.
  • An object of the invention is to provide a projectile launching device which tends to address the aforementioned issues and in particular which is more suited to high rotation speeds and/or heavy projectiles. While remaining easy to implement.
  • a projectile launching device comprising: - a chamber with a side wall and an ejection window; - a rotation arm rotatably mounted about a rotation shaft, the rotation arm being arranged to rotate about the rotation shaft in the chamber, the rotation arm extending in a radial direction; - a shoe mounted at a first end of the rotation arm and intended to receive the projectile, the shoe moving in a circular motion in the chamber.
  • the launching device is remarkable in that the skate comprises a nozzle connected to a source of a first gas, the nozzle ejecting a flow of first gas directed to advance the skate in a circular motion inside the chamber; in that the side wall defines at least one track intended to support the skate in the radial direction; in that the at least one track, the skate and a second gas define an aerodynamic bearing between the at least one track and the skate so that the at least one track takes up at least part of the skate forces in the radial direction; in that it comprises a pumping system configured to suck in the first gas and the second gas to place the interior of the chamber under vacuum.
  • the source of first gas is a source arranged outside the chamber and connected to the skate by a pipe fixed to the rotation arm.
  • the source of first gas is arranged stationary relative to the chamber or stationary relative to a support supporting the chamber.
  • the first gas source comprises a compressor configured to eject the first gas at a pressure at least equal to 10 6 Pa.
  • the side wall defines a lower track and an upper track spaced apart in a direction parallel to an axis of rotation of the rotation arm defined by the rotation shaft.
  • the nozzle is arranged to eject the first gas against a surface arranged between the lower track and the upper track.
  • the skate comprises a lower plate and an upper plate circulating respectively facing the lower track and the upper track, the lower plate and the upper plate defining two non-parallel and intersecting walls of convex shape from the rotation shaft.
  • the rotation arm is flexible in a direction parallel to the rotation axis of the rotation shaft.
  • the lower track and the upper track are tracks projecting from the side wall which delimit a groove for confining the first gas coming from the nozzle.
  • the skate comprises a lower plate and an upper plate running respectively facing the lower track and the upper track, the skate having a plate extending continuously from the lower track to the upper track.
  • the launch device comprises a first gas discharge conduit which extends the nozzle and which confines the first gas jet, the nozzle being oriented so as to generate a first gas flow which is perpendicular to the radial direction, a central axis of the first gas flow ejected by the nozzle being included in the plane defined by a neutral fiber of the rotation arm.
  • the projectile launching device comprises a plate fixed to the exhaust pipe to enclose the nozzle, the plate covering the lower track and the upper track to form a first additional aerodynamic bearing with the lower track and a second additional aerodynamic bearing with the upper track, the plate defining an evacuation hole for the first gas.
  • the side wall comprises a plurality of partially overlapping fins, and wherein each pair of two consecutive fins, the upper track and the lower track form a tube connected to the pumping system.
  • the launch device comprises a second gas generator which is the first gas generator and in which part of the flow of first gas is directed between the skate and the track.
  • one of the skate and the track is covered with a sacrificial material sublimating the second gas in response to a heat input from the circulation of the skate facing the track.
  • the sacrificial material is arranged along the lower track and the upper track.
  • the sacrificial material may be polytetrafluoroethylene or polycarbonate.
  • the rotation arm and the pad form a mechanical connection allowing movement of the pad relative to the rotation arm in the radial direction of the rotation shaft.
  • the invention also relates to a method of launching a projectile which is more efficient than the methods of the prior art, for example by allowing the launching of heavier projectiles and/or at higher speeds.
  • a projectile launching process comprising the following steps: - provide a launching device according to any of the preceding configurations; - fix the projectile to the skate; - reduce the pressure in the chamber; - rotate the skate until it reaches an ejection threshold speed; - release the projectile so that the projectile leaves the launch device with the threshold velocity through an ejection window.
  • a perspective view of a launching device ; another view of a launching device with the angle of inclination between the chamber and a reference plane; : a partial sectional view of the chamber with the rotating arm; : a sectional view of the chamber with the rotating arm along the axis of rotation of the arm; : an elevation view of the rotating arm with a shoe receiving a projectile; : a perspective view of a skate carrying a projectile; : a view of a skate comprising a projectile along a radial axis of movement of the skate in the chamber; : a side view of the skate in a direction representing the tangential component of skate displacement; : a side view of the skate receiving a projection along the axis of rotation of the rotation arm; : a side view of the skate arranged on the track of the chamber along the axis of rotation of the rotation arm; : a perspective view of the skate arranged on two tracks of the room; : a perspective view of a drain pipe;
  • Figures 1 to 15 illustrate a projectile launching device which comprises a chamber 1.
  • a rotation arm 2 is arranged in the chamber 1.
  • the rotation arm 2 is rotatably mounted around a rotation shaft 3.
  • the rotation arm 2 moves in rotation inside the chamber 1.
  • the chamber 1 has an ejection window 4 allowing the exit of a projectile 5 when the speed of the latter reaches the desired value also called ejection speed.
  • the rotation arm 2 has a first end which is intended to support the projectile 5.
  • the projectile 5 moves in the chamber 1 along a circular trajectory.
  • the second end receives a counterweight 5a intended to counterbalance the forces induced by the projectile 5 fixed to the first end.
  • the rotation shaft 3 is fixed closer to the second end than to the first end.
  • Chamber 1 is associated with a pumping system 6 which makes it possible to place the interior of chamber 1 under vacuum.
  • the value of the pressure level in chamber 1 depends on the desired level of performance. It is advantageous for chamber 1 to be as airtight as possible so as to limit the use of pumping system 6 to reach and maintain the desired pressure value in chamber 1.
  • the pressure in the chamber is preferably less than 10000Pa, more preferably less than 1000Pa and even more preferably less than 100Pa.
  • the chamber 1 preferably has a platform mounted movably relative to a support.
  • the support is fixed to the ground and the platform tilts relative to the support so as to define a precise angle ⁇ _0 which will impose the angle of ejection of the projectile relative to the ground.
  • the angle ⁇ _0 is chosen in order to define at least in part the trajectory of the projectile 5.
  • the chamber 1 has a side wall 7 which is substantially circular in shape with the exception of the ejection window 4. During its circular movement inside the chamber 1, the projectile 5 moves facing the side wall 7. The opposite is observed in a radial direction YY defined by the longitudinal axis of the rotation arm 2.
  • the radial direction YY is the direction relative to the rotational movement of the rotation arm 2 supporting the projectile 5.
  • the launching device has a shoe 8 fixed to the first end of the rotation arm 2.
  • the shoe 8 is intended for installing the projectile 5.
  • the shoe 8 moves circularly in the chamber 1 facing the side wall 7 and the projectile 5 is installed in the shoe 8.
  • the shoe 8 defines a cradle 9 intended to receive the projectile 5.
  • the cradle 9 has a length in a first direction XX perpendicular to the radial direction YY and directed in the direction of advance of the shoe 8, a width in a second direction YY perpendicular to the first direction and parallel to the axis of rotation defined by the rotation shaft and a height in a third direction ZZ perpendicular to the two previous directions, that is to say in the radial direction.
  • the second direction YY is parallel to the axis of rotation defined by the rotation shaft 2.
  • the cradle 9 has a coupling and uncoupling means configured to couple the projectile 5 with the cradle 9 when the speed is lower than a target speed and to allow uncoupling of the projectile 5 when the speed of the projectile reaches the target speed also called ejection speed.
  • the shoe 8 is fixedly mounted to the rotation arm 2. In another embodiment, the shoe 8 is mounted to be movable relative to the rotation arm 2 in the direction ZZ. It is advantageous for the shoe 8 and the rotation arm 2 to define a sliding connection A in the direction ZZ.
  • the rotation speed of the arm 2 is lower than a first threshold speed, the shoe is not in contact with the side wall 7.
  • the rotation speed of the arm 2 reaches and exceeds the first threshold speed, the mechanical connection between the shoe 8 and the arm 2 changes, the shoe 8 comes to bear against the side wall which reduces the centrifugal forces induced by the shoe 8.
  • the partial decoupling between the arm 2 and the shoe 8 makes it possible to limit the inertial forces applied to the arm 2.
  • the shoe 8 is connected to the rotation arm by means of a spring.
  • the force applied by the rotation of the pad 8 on the spring tensions the spring and the pad 8 moves until it comes into contact with the side wall. Once the threshold speed is reached, the force applied by the pad on the spring becomes constant or substantially constant.
  • the mechanical connection between the pad 8 and the rotation arm 2 by means of the spring is then eliminated by disconnecting the spring from one of the rotation arm 2 and the pad 8.
  • the skate 8 In order to move the skate 8 inside the chamber 1, the skate 8 is provided with a nozzle 10 which is connected to a source of first gas 11.
  • the source of first gas 11 supplies first gas to the nozzle 9.
  • the first gas which is ejected from the nozzle 10 pushes the skate 8 which rotates around the rotation shaft 3.
  • the nozzle is a de laval nozzle which facilitates the expansion of the gas to have a low final expansion pressure.
  • This embodiment is particularly advantageous because the force intended to move the shoe 8 is directly applied to the shoe 8, which makes it possible to have a better efficiency than rotation by means of a motor fixed to the rotation shaft 3.
  • the nozzle 10 generates a thrust force which is applied directly to the shoe 8, which makes it possible to have a launching device which supports a friction force applied to the rotation arm 2 which is greater than the configurations of the prior art and in particular with respect to document US10202210.
  • the nozzle 10 In addition to the nozzle 10 associated with the first gas source 11, it is possible to use an electric motor to perform the first turns of the skate 8. Once a first minimum speed is reached, the electric motor is switched off and the skate 8 is moved only by means of the first gas escaping from the nozzle 10.
  • the electric motor that is used is less powerful and less heavy than the configurations of the prior art and in particular of document US10202210.
  • the nozzle 10 allows the acceleration of the skate 8 and therefore of the projectile 5 to the desired speed.
  • the nozzle 10 makes it possible to develop a much greater power than the central electric motor used in the configurations of the prior art and in particular in document US10202210, which makes it possible to considerably reduce the total duration of the acceleration cycle of the projectile 5. This represents a real commercial advantage, because the launch frequencies can be increased.
  • the nozzle 10 is arranged so that the first gas strikes the side wall 7 so that the jet from the nozzle 10 pushes the shoe 8.
  • the first gas may be a neutral gas, an inert gas. It may also be air, for example air from an inlet arranged near the chamber 3.
  • the source of first gas 11 advantageously comprises a compressor which sends the first gas into the nozzle 10 to move the shoe 8.
  • the compressor supplies the first gas with a flow rate and a pressure which make it possible, for example, to have a speed at the nozzle outlet greater than 600 m/s, preferably greater than 900 m/s.
  • the compressor may be configured to supply a pressure greater than 100 bars.
  • the source of first gas 11 has a dehumidifier which reduces or eliminates the water from the first gas.
  • the skate 8 moves facing the side wall 7 along a track 12. In its rotational movement, the skate 8 bears on the side wall 7 so as to reduce the forces applied to the rotation arm 2 in the radial direction ZZ. During the rotation of the skate 8, part of the forces applied to the rotation arm 2 is taken up by the side wall, which makes it possible to use a heavier projectile and/or a higher rotation speed.
  • the skate 8 travels along a track 12 to carry out the force take-up.
  • the track 12 is preferably in the form of a circle in an observation along the axis of rotation YY of the rotation arm 2.
  • the pad 8 and the track 12 define an aerodynamic bearing.
  • the aerodynamic bearing comprises a layer of second gas present between the track 12 and the pad 8.
  • the layer of second gas has a pressure which is higher than the pressure in the chamber 1, preferably with a pressure higher than 10 bars, i.e. 1000000 Pa.
  • the pressure in the second gas artificially allows the pad 8 to rest against the side wall 7 so that the side wall 7 takes up the forces of the pad 8.
  • the side wall 7 being a fixed or almost fixed part, it is possible to dimension it to support the forces applied by the pad 8 through the aerodynamic bearing.
  • the pressure in the second gas is preferably higher than 10001300 Pa, more preferably higher than 20126000 Pa and even more preferably higher than 50000000 Pa.
  • the distance between the track 12 and the skate 8 may be of the order of a few centimeters, but it may reach one or two meters when the skate has a mass of several tons with a large radius, for example 50 m or more.
  • the skate 8 rotates around the rotation shaft 3 with a speed lower than a minimum threshold speed, the skate 8 is not in contact with the track 12. Once the minimum threshold speed is reached, the skate 8 is in contact with the track 12 or almost in contact with the track to form the aerodynamic bearing.
  • the aerodynamic bearing allows the pad 8 to slide along the side wall 7 while virtually resting against the side wall 7 without this causing the generation of too great a friction force. This reduces the forces applied to the rotation arm, which allows the arm to be lightened. A given force from the first gas jet can drive a projectile 5 times heavier. Simulations show that the more the pressure exerted by the pad 8 on the track 12 increases, the lower the dynamic friction coefficient. It is possible to achieve a dynamic friction coefficient of the order of 0.0045.
  • first gas is ejected from the nozzle 10 and second gas is generated to form the aerodynamic bearing.
  • the pumping system 6 operates when the shoe 8 rotates about the rotation shaft 3.
  • the pumping system 6 sucks in the first gas and the second gas so as to maintain a low pressure level in the chamber 1.
  • the performance of the pumping system 6 is chosen to suck in the quantity of first gas emitted by the nozzle 10 and the quantity of second gas emitted by the aerodynamic bearing.
  • the source of first gas 11 is a source which is arranged outside the chamber 1.
  • the first gas source 11 is connected to the shoe 8 by a pipe which passes through the rotation shaft 3 and which is fixed to the rotation arm 2.
  • the first gas source 11 is not a part which rotates around the rotation shaft 3. It is easy to use a first gas source 11 which has a consequent mass.
  • the first gas is supplied by a pipe whose mass is limited. This makes it possible to reduce the stresses on the rotation arm 3.
  • the source of first gas 11 is preferably stationary relative to the chamber 1 or relative to the support. In one case, the source of first gas 11 is fixedly mounted to the chamber 1. In another case, the source of first gas 11 is fixedly mounted relative to the support, i.e. relative to the ground. Depending on the embodiments, the source of first gas 11 may comprise a compressor and/or bottles of first gas in the compressed state.
  • the source of first gas is a low-cost means whose emission of harmful gases is low or zero.
  • the side wall 7 defines a lower track 12a and an upper track 12b which are arranged respectively opposite a lower plate 13a and an upper plate 13b.
  • Each of the two track/skid pairs forms an aerodynamic bearing which allows the sliding of the skate 8 against the side wall 7. It is advantageous to space the lower track 12a and the upper track 12b by a distance greater than or equal to the width of the cradle 9 which represents the maximum dimension of the projectile 5 in the direction YY as illustrated in .
  • the projectile 5 passes between the lower track 12a and the upper track 12b to enter the ejection tube 4a and pass through the ejection window 4.
  • the nozzle 10 so as to eject the first gas against a wall of the side wall 7 arranged between the lower track 12a and the upper track 12b in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the rotation arm 2 (i.e. the radial direction ZZ) and parallel to a direction of advance XX of the pad 8 in the chamber 2.
  • This makes it possible to better place the thrust force in the same plane of rotation as the center of gravity of the pad 8 and preferably of the assembly formed by the pad 8 and the projectile 5.
  • the plane of rotation, in established rotation mode, is perpendicular to the direction YY.
  • the center of gravity of the projectile 5 and the neutral fiber of the rotation arm 2 belong to the same plane of rotation perpendicular to the axis of rotation YY. More preferably, the plane of rotation is a plane of symmetry of the nozzle 10.
  • the lower plate 13a and the upper plate 13b define two non-parallel walls.
  • the two external faces of the lower plate 13a and the upper plate 13b are not parallel and coplanar as one might expect.
  • the two walls are misaligned from each other to be intersecting in the plane of rotation containing the neutral fiber of the rotation arm 2.
  • the two plates 13a/13b define intersecting planes of convex shape from the rotation shaft 3. This configuration makes it possible to improve the stability of the pad 8 by applying a force which tends to recenter the pad 8 along the plane of rotation defined by the neutral fiber of the rotation arm 2 when it moves at high speed.
  • the arm 2 and the pad 8 allow a slight displacement of one relative to the other in the YY direction when the two plates define the convex force.
  • the skate 8 can self-regulate its position in the YY direction without applying forces to the arm 2.
  • the rotation arm 2 flexes in the YY direction because of the weight of the pad 8 and the projectile 5.
  • the pad 8 When stationary, the pad 8 is not completely or is not facing the track 12 or tracks.
  • the rotation arm 2 deforms and the pad 8 moves in the YY direction in order to at least partially compensate for the effect of gravity. It is particularly advantageous for the pad 8 to be facing the track 12 before reaching the first threshold speed.
  • the rotation arm 2 has a flexibility in the YY direction which makes it easier to align the plates 13a/13b relative to the tracks 12a/12b with the plates defining a convex shape.
  • the two plates 13a/13b are thermally separated from the rest of the pad 8 by means of a thermally insulating layer, for example by means of a layer of cork.
  • the lower track 12a and the upper track 12b are elements projecting from the side wall 7. More preferably, the projecting elements are solid elements which facilitates the confinement of the first gas ejected by the nozzle 10. This improves the propulsion efficiency of the skid 8 by the first gas.
  • the skid 8 has a first gas discharge pipe 14 which extends the nozzle 10 and which confines the first gas jet.
  • the nozzle 10 is oriented so as to generate a first gas flow which is perpendicular to the radial direction ZZ, and parallel to the tangential speed of the skid 8 so as to have the purest possible engine torque.
  • the central axis of the first gas flow ejected by the nozzle 10 is included in the plane of rotation defined by the neutral fiber of the rotation shaft 2.
  • the exhaust pipe 14 has two transverse walls that confine the flow of first gas so that all of the first gas escapes between the lower track 12a and the upper track 12b.
  • the exhaust pipe 14 has a wall that connects the two transverse walls and that prevents the evacuation of the first gas towards the rotation shaft 3. This makes it possible to limit the dissipation of the first gas in the chamber, which facilitates the suction of the first gas by the pumping system 6.
  • the flow of first gas is perpendicular or substantially perpendicular to the longitudinal axis ZZ of the rotation arm 2 and the discharge pipe 14 preferably has a deflector 15 configured to slightly offset the ejection axis of the first gas relative to the plane perpendicular to the radial axis ZZ and passing through the central axis of the nozzle 10.
  • the discharge pipe 14 is terminated by a seal 16.
  • the seal 16 is formed by a plate which extends beyond the nozzle 10 at the rear of the cradle 9 in the extension of the first plate 13a and the second plate 13b, where appropriate to form a first aerodynamic bearing with the lower track 12a and a second aerodynamic bearing with the upper track 12b.
  • the two aerodynamic bearings function in the same manner as those formed by the tracks 12 and the plates 13.
  • the two aerodynamic bearings function as seals by preventing a flow of first gas between the track 12 and the plate 16.
  • the two aerodynamic bearings extend the lower shoe 13a and the upper shoe 13b from the nozzle 10 in a rearward direction, the front being represented by the head of the projectile 5.
  • the plate defines a hole 16a for the evacuation of the first gas.
  • the plate and the evacuation pipe define a single through hole for the passage of the first gas.
  • the rear end of the seal 16 belongs to the plane perpendicular to the direction YY and which contains the central axis of the flow of first gas ejected by the nozzle 10.
  • the nozzle 10 has circular sections, this corresponds to the axis passing through the center of the circle formed by the nozzle 10 and perpendicular to the radial axis ZZ.
  • the aerodynamic bearings have a pressure which confines the first gas and prevents an evacuation of the first gas between each track and the two lateral ends of the seal.
  • the discharge line 14 is sealed or substantially sealed and the seal 16 defines a hole 16a for the discharge of the first gas between the lower track 12a and the upper track 12b.
  • the first gas leaving the shoe 8 is confined between the two projecting tracks, the bottom of the side wall 7 and the seal 16.
  • the high-pressure aerodynamic bearing in association with the two projecting tracks constrains the flow of first gas so that it has only a tangential or predominantly tangential component which improves the energy efficiency of the movement of the shoe 8.
  • the side wall is textured to improve the thrust of the skate 8 by the jet of first gas.
  • the side wall 7 comprises a plurality of fins 17 arranged one on top of the other in the radial direction ZZ. Each pair of two consecutive fins partly delimits a tube connected to the pumping system 6. The fins 17 partially overlap in the radial direction ZZ.
  • each pair of two consecutive fins, the upper track 12b and the lower track 12a form a tube connected to the pumping system 6.
  • the side wall 7 has a plurality of fins 17 which are offset from each other.
  • the fins 17 are curved concavely from the rotation shaft 2.
  • the fins 17 have a radius of curvature which is smaller than the radius of curvature of the chamber 1, in particular smaller than that of the tracks 12a/12b.
  • the chamber 1 has a casing 7' which ensures the sealing or quasi-sealing of the chamber 1.
  • the casing 7' is not shown in FIGS. 1 to 3.
  • the fins 17 come to bear against the casing 7' to ensure the good mechanical strength of the fins 17 which receive the jet of first gas at high pressure.
  • the fins 17 are fixed to the casing 7' on its two opposite edges in the direction YY, for example they are fixed to a lower wall 18 and an upper wall 19. It is also advantageous to provide that each fin 17 has an excess thickness forming a reinforcement 20 which makes it possible to better maintain the shape of the fin 17 subjected to the jet of first gas.
  • the lower track 12a and the upper track 12b are arranged projecting from the fins 17 with a variable thickness so as to form a circular track.
  • the track arranged on the inner face of a fin 17 extends to support the outer face of the adjacent fin 17.
  • chamber 1 Since chamber 1 has a large diameter, it is advantageous to pump the first gas and the second gas by angular sector, i.e. over a portion of the circumference. It is advantageous to divide the circle into a plurality of angular sectors and to use a pump for each angular sector. There are as many pumps as there are angular sectors, for example four angular sectors or at least four angular sectors.
  • a gas is present at high pressure which makes it possible to apply a centripetal force on the pad 8. It is possible to inject the first gas through the pad 8 to come face to the track 12.
  • the internal end of the track 12 is made of a sacrificial material 21 which sublimates during a heat input linked to the movement of the pad 13 relative to the track 12.
  • the sublimation of the sacrificial material 21 forms the second gas.
  • the sacrificial material 21 can be polycarbonate or polytetrafluoroethylene. The choice of the sacrificial material is made according to the value of the pressure in the chamber 1 and the quantity of heat produced by the friction of the pad 8.
  • the plate 13 and the track 12 heat up.
  • the high temperature associated with the small distance between the plate 13 and the track 12 creates an aerodynamic bearing which makes it possible to reduce the friction forces present.
  • the track can be provided with a heater, for example a Joule heating with wires passing an electric current.
  • the heater heats the sacrificial material below its sublimation temperature.
  • the passage of the skate 8 generates the heat input necessary to achieve sublimation.
  • a control circuit can be configured to adjust the amount of heat applied by the heater according to the speed of the skate 8 and/or the mass of the projectile 5.
  • the sublimation phenomenon is a phenomenon self-sustained by the different revolutions made by the skate 8.
  • Simulations show that, for a tangential speed equal to 3000m/s and with a skate/projectile assembly having a mass equal to 2000kg, the pressure in the aerodynamic bearing can reach 345bars. When the mass is equal to 11000kg, the pressure in the aerodynamic bearing can reach 2000bars.
  • the rotation arm and the skate define a length equal to 53.5 meters which corresponds to the internal radius of the track. If the pressure is too high, it is possible to increase the length and/or width of the plate and the track to increase the contact surface and reduce the pressure value.
  • the pressure of the aerodynamic bearing is a function of the surface facing each other between the track 12, the plate 13, the mass of the assembly formed by the pad 8 and the projectile 5 and the tangential speed of the pad 8.
  • the plate 13 and the plate 16 can be made of a metallic material, for example stainless steel and ceramic.
  • the internal part of the track 12 is formed, and more preferably each track 12, is terminated by the sacrificial material 21.
  • Such an embodiment makes it possible to limit the loss of thickness of the sacrificial material 21 when a revolution is made in comparison with a plate 13 made of sacrificial material 21. This makes it possible to have a more stable spacing between the plate 13 and the track 12 as the revolutions progress. It is advantageous to install the sacrificial material 21 on a support pad 22. Once the sacrificial material has been completely consumed, some is added to the support pad 22. It is also possible to add sacrificial material when a predefined quantity is consumed.
  • the sacrificial material 21 is preferably a material whose sublimation temperature is between -120°C and 250°C at the operating pressure of the chamber 1, that is to say when the pad 8 moves in the chamber 1.
  • the sacrificial material is chosen so that the coefficient of friction is preferably between 0.05 and 0.2.
  • a loss of thickness of the order of 5 mm is estimated when the sacrificial material 21 is a polycarbonate present on the lower and upper tracks.
  • a pad 8 mounted so as to be movable in translation in the radial direction ZZ outwards.
  • a control circuit is configured to control a movement of the pad 8 outwards. It is possible to calculate the loss of sacrificial material 21 for each revolution performed as a function of the mass of the projectile 5 and the speed, which makes it possible to have a movement of the pad capable of following the increase in the diameter of the track 12 revolution after revolution. It is possible to move the pad 8 radially according to a predefined number of revolutions or when the control circuit detects a decrease in thickness greater than a threshold value.
  • the arm 2 and the pad 8 have a mechanical connection which allows a slight movement in the radial direction ZZ. The pad 8 being free to move in the direction ZZ relative to the arm 2, the pad 8 automatically adapts its position to follow the thickness of the track 12.
  • the use of the sacrificial material 21 is preferable to the use of the first gas to form the aerodynamic bearing.
  • the sacrificial material 21 makes it possible to have a more homogeneous distribution of the gas forming the aerodynamic bearing. This makes it possible, for example, to avoid drilling the plate to inject gas and this allows a more homogeneous operation with respect to the acceleration phases where the consumption of the first gas varies.
  • the control circuit can also control the movement of the skate 8 towards the track 12 when the minimum threshold speed is reached.
  • the skid 8 equipped with the projectile 5 rotates in the chamber 1 with an acceleration.
  • the skid 8 ejects the projectile 5 which leaves the chamber 1 through the ejection window 4.
  • the ejection window is preferably formed by a sacrificial film which ensures the maintenance of the low pressure and which tears when the projectile 5 passes.
  • the projectile 5 can be a satellite equipped with a thruster. The thruster is activated once the satellite reaches a threshold altitude or after a predefined time after leaving the skid. During ejection, the radial acceleration is approximately 16681g.
  • the launching process may include the following steps: - a launch device is provided according to the previous configurations; - the projectile is fixed to the skate; - the pressure in the chamber is reduced; - the skate is rotated until it reaches an ejection threshold speed; - the projectile is released so that the projectile leaves the launch device with the threshold velocity through an ejection window.
  • the launching method can be used to send a projectile into space, for example to place a satellite, for example a geostationary satellite. It is also possible to use such a launching method to send cargo over long distances very quickly, in order to connect two points on Earth.
  • the projectile may be equipped with a propellant which is capable of generating thrust enabling the projectile to reach the chosen orbit and/or to modify its trajectory.
  • the launch device saves a large part of the fuel to be carried.

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Abstract

Un dispositif de lancement d'un projectile comporte une chambre (1) munie d'une paroi latérale (7) et d'une fenêtre d'éjection (4). Un bras (2) est monté à rotation autour d'un arbre (3) dans la chambre (1). Un patin (8) est fixé au bras (2) et reçoit le projectile (5). Le patin (8) se déplace circulairement dans la chambre (1). Le patin (8) comporte une tuyère (10) reliée à une source d'un premier gaz (11), pour éjecter un flux de premier gaz et faire avancer le patin (9) à l'intérieur de la chambre. La paroi latérale (7) définit une piste (12) supportant le patin selon une direction radiale (ZZ). La piste (12), le patin (8) et un deuxième gaz définissent un palier aéro¬ dynamique entre la piste (11) et le patin (8) pour que la piste (12) reprenne au moins une partie des efforts du patin (8) selon la direction radiale (ZZ).

Description

    DISPOSITIF DE LANCEMENT D’UN PROJECTILE ET PROCÉDÉ DE LANCEMENT D’UN PROJECTILE
  • L’invention est relative à un dispositif de lancement d’un projectile et à un procédé de lancement d’un projectile.
    •
  • Pour accéder à la stratosphère ou aux couches supérieures, il est nécessaire de de combattre la force de gravité. Il est connu d’utiliser des lanceurs spatiaux qui délivrent une importante force de poussée grâce à l’éjection d’un gaz. Le gaz est expulsé en grande quantité et à haute vélocité vers l’extérieur du lanceur. Pour obtenir ce résultat, une quantité importante de carburant est embarquée dans le lanceur également appelé navette et une réaction chimique est initiée pour obtenir la production du gaz qui sera éjecté.
  • Cette solution technique n’est pas avantageuse car les ressources naturelles s’épuisent de sorte que la grande quantité d’énergie fossile consommée à chaque utilisation d’un lanceur va entrainer une augmentation considérable de ses coûts de fonctionnement. L’envoi d’un lanceur dans l’espace se traduit par l’émission d’une grande quantité de dioxyde de carbone CO2 ainsi que par l’éjection de particules de carbone noir (« black carbon » en langue anglaise) qui peuvent modifier les propriétés optiques de l’atmosphère. Une part importante de la masse à déplacer correspond au carburant qui n’a pas encore réagi. Il convient également de remarquer que la combustion du carburant entraine un rejet conséquent dans les différentes couches de l’atmosphère. Au fur et à mesure que l’on augmente la fréquence d’utilisation des lanceurs, on augmente la teneur en gaz carbonique et l’effet des lanceurs sur les propriétés optiques de l’atmosphère.
  • Dans la très grande majorité des cas, les lanceurs sont à usage unique ce qui rend cette technologie particulièrement consommatrice de ressources. Lorsque le lanceur est dit réutilisable, seules quelques parties du lanceur peuvent être réutilisées et uniquement après une opération de remise en état qui est importante. En outre, la réutilisation des parties du lanceur est limitée à un nombre réduit de lancements ce qui limite l’intérêt économique de cette voie.
  • Afin de remplacer les lanceurs conventionnels sur tout ou partie de leur marché, il est connu d’utiliser des catapultes électromagnétiques ou des accélérateurs de masse qui sont configurés pour accélérer un projectile tel qu’un satellite pour atteindre des vitesses autorisant le projectile à atteindre ou traverser la stratosphère.
  • La masse est accélérée jusqu’à ce que son énergie cinétique soit suffisante pour contrer les efforts de frottement et de la gravité et pour que le projectile atteigne au moins la stratosphère. Le projectile est éjecté sans que ce dernier soit associé à un réacteur à propulsion chimique qui le pousse depuis le sol à travers la troposphère. Ces technologies sont particulièrement intéressantes car le système de lancement reste au sol de sorte que la masse à lancer est réduite. Le système de lancement est majoritairement réutilisable ce qui permet de limiter les couts d’un lancement.
  • Le document WO2014/124431 divulgue un système de lancement muni d’une piste d’éjection sous la forme d’une spirale. La spirale est montée sur une plateforme inclinable afin de régler l’angle d’éjection du projectile. Le projectile est monté sur un sabot qui est courbé pour s’adapter à la courbure de la piste en spirale. Le projectile est recouvert de combustible disposé sur sa longueur. Le combustible génère une pression de gaz entre le combustible et la piste courbée pour créer une force centripète qui s’oppose partiellement ou totalement à la force centrifuge liée à l’accélération. La génération de gaz permet de réduire le frottement et l’échauffement entre le projectile et la piste. Le projectile est accéléré par la giration de l’ensemble de la piste au moyen de moteurs de giration. Cette solution technique n’est pas optimale. Elle nécessite de consommer une énergie importante car il faut déplacer toute la piste. En conséquence, la charge utile apte à être lancée est faible.
  • Le document US10202210 divulgue un système circulaire pour accélérer un projectile. Le projectile est disposé à une extrémité d’un bras rotatif monté à rotation autour d’un arbre de rotation. L’autre extrémité du bras rotatif est munie d’un contre-poids dont la masse est choisie en fonction du poids du projectile. Un moteur fait tourner le bras de plus en plus vite jusqu’à ce que le projectile atteigne la vitesse requise. Le projectile est alors déconnecté du bras et il quitte la plateforme circulaire au moyen d’une fenêtre d’éjection. Afin de limiter les forces de frottement lors de l’accélération du projectile, la plateforme se présente sous la forme d’une boite mise sous vide.
  • Cette solution technique présente un certain nombre de limitations qui apparaissent rédhibitoires pour une exploitation commerciale. En premier lieu, la rotation du bras est obtenue au moyen d’un moteur alimenté par l’électricité ce qui impose l’utilisation d’une quantité phénoménale d’énergie électrique pour envoyer un projectile dans l’espace.
  • La force centrifuge appliquée sur le bras évolue avec le carré de la vitesse tangentielle du projectile et avec la masse du projectile. Il ressort que l’obtention de vitesses tangentielles élevées pour obtenir une énergie cinétique importante nécessaire à une mise sur orbite va de pair avec l’application d’une énorme force centrifuge sur le bras de rotation. Il faut alors utiliser un bras de rotation dimensionné pour résister aux énormes contraintes mécaniques appliquées et il en va de même pour la majorité des composants qui interviennent dans la rotation du bras.
  • Au fur et à mesure que la vitesse de rotation augmente, les efforts appliqués sur le bras augmente et il tend à se déformer de sorte que le projectile tend à se rapprocher de la paroi latérale de la plateforme. Le bras est configuré pour limiter autant que possible la déformation. Il apparait que la configuration du bras tel que divulguée dans le document US10202210 n’est pas la plus avantageuse pour atteindre des vitesses tangentielles importantes avec des projectiles lourds.
    • Objet de l'invention
  • Un objet de l’invention consiste à prévoir un dispositif de lancement d’un projectile qui tend à répondre aux problématiques précitées et notamment qui soit plus adapté aux vitesses de rotation élevées et/ou à des projectiles lourds. Tout en restant facile à mettre en œuvre.
  • On tend à résoudre ces problèmes au moyen d’un dispositif de lancement d’un projectile comportant :
    - une chambre munie d’une paroi latérale et d’une fenêtre d’éjection ;
    - un bras de rotation monté à rotation autour d’un arbre de rotation, le bras de rotation étant disposé pour tourner autour de l’arbre de rotation dans la chambre, le bras de rotation s’étendant selon une direction radiale ;
    - un patin monté à une première extrémité du bras de rotation et destiné à recevoir le projectile, le patin se déplaçant selon un mouvement circulaire dans la chambre.
  • Le dispositif de lancement est remarquable en ce que le patin comporte une tuyère reliée à une source d’un premier gaz, la tuyère éjectant un flux de premier gaz dirigé pour faire avancer le patin selon le mouvement circulaire à l’intérieur de la chambre ;
    en ce que la paroi latérale définit au moins une piste destinée à supporter le patin selon la direction radiale ;
    en ce que la au moins une piste, le patin et un deuxième gaz définissent un palier aérodynamique entre la au moins une piste et le patin pour que la au moins une piste reprenne au moins une partie des efforts du patin selon la direction radiale ;
    en ce qu’il comporte un système de pompage configuré pour aspirer le premier gaz et le deuxième gaz pour placer l’intérieur de la chambre sous vide.
  • De manière avantageuse, la source de premier gaz est une source disposée hors de la chambre et reliée au patin par une canalisation fixée au bras de rotation.
  • Dans une configuration particulière, la source de premier gaz est disposée immobile par rapport à la chambre ou immobile par rapport à un support supportant la chambre.
  • Dans un développement avantageux, la source de premier gaz comprend un compresseur configuré pour éjecter le premier gaz à une pression au moins égale à 106 Pa.
  • Préférentiellement, la paroi latérale définit une piste inférieure et une piste supérieure espacées selon une direction parallèle à un axe de rotation du bras de rotation défini par l’arbre de rotation. La tuyère est disposée pour éjecter le premier gaz contre une surface disposée entre la piste inférieure et la piste supérieure.
  • Selon un mode de réalisation, le patin comporte une platine inférieure et une platine supérieure circulant respectivement face à la piste inférieure et la piste supérieure, la platine inférieure et la platine supérieure définissant deux parois non parallèles et sécantes de forme convexe depuis l’arbre de rotation.
  • Dans un développement avantageux, le bras de rotation est flexible selon une direction parallèle à l’axe de rotation de l’arbre de rotation.
  • Dans une mode de réalisation particulier, la piste inférieure et la piste supérieure sont des pistes saillantes de la paroi latérale qui délimitent une rainure de confinement du premier gaz issu de la tuyère.
  • Préférentiellement, le patin comporte une platine inférieure et une platine supérieure circulant respectivement face à la piste inférieure et la piste supérieure, le patin possédant une plaque s’étendant continument depuis la piste inférieure jusqu’à la piste supérieure.
  • Dans un autre développement avantageux, le dispositif de lancement comporte une conduite d’évacuation du premier gaz qui prolonge la tuyère et qui confine le jet de premier gaz, la tuyère étant orientée de manière à générer un flux de premier gaz qui est perpendiculaire à la direction radiale, un axe central du flux de premier gaz éjecté par la tuyère étant inclus dans le plan défini par une fibre neutre du bras de rotation.
  • Préférentiellement, le dispositif de lancement d’un projectile comporte une plaque fixée à la conduite d’évacuation pour enfermer la tuyère, la plaque recouvrant la piste inférieure et la piste supérieure pour former un premier palier aérodynamique additionnel avec la piste inférieure et un deuxième palier aérodynamique additionnel avec la piste supérieure, la plaque définissant un trou d’évacuation du premier gaz.
  • De manière avantageuse, la paroi latérale comporte une pluralité d’ailettes se chevauchant partiellement, et dans lequel chaque paire de deux ailettes consécutives, la piste supérieure et la piste inférieure formant un tube relié au système de pompage.
  • Préférentiellement, le dispositif de lancement comporte un générateur de deuxième gaz qui est le générateur de premier gaz et dans lequel une partie du flux de premier gaz est dirigé entre le patin et la piste.
  • Avantageusement, l’un du patin et de la piste est recouvert d’un matériau sacrificiel sublimant le deuxième gaz en réponse à un apport de chaleur provenant de la circulation du patin face à la piste.
  • Préférentiellement, le matériau sacrificiel est disposé le long de la piste inférieure et la piste supérieure.
  • Le matériau sacrificiel peut être est un polytétrafluoroéthylène ou un polycarbonate.
  • Préférentiellement, le bras de rotation et le patin forment une connexion mécanique autorisant un déplacement du patin par rapport au bras de rotation selon la direction radiale de l’arbre de rotation.
  • L’invention a également pour objet un procédé de lancement d’un projectile qui soit plus efficace que les procédés de l’art antérieur, par exemple en autorisant le lancement de projectiles plus lourds et/ou à de plus grandes vitesses.
  • On tend à atteindre ce résultat au moyen d’un procédé de lancement d’un projectile comportant les étapes suivantes :
    - fournir un dispositif de lancement selon l’une quelconque des configurations précédentes ;
    - fixer le projectile au patin ;
    - réduire la pression dans la chambre ;
    - entrainer en rotation le patin jusqu’à atteindre une vitesse seuil d’éjection ;
    - libérer le projectile pour que le projectile quitte le dispositif de lancement avec la vitesse seuil à travers une fenêtre d’éjection.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation et de mise en œuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
  •  : une vue en perspective d’un dispositif de lancement ;
     : une autre vue d’un dispositif de lancement avec l’angle d’inclinaison entre la chambre et un plan de référence ;
     : une vue en coupe partielle de la chambre avec le bras de rotation ;
     : une vue en coupe de la chambre avec le bras de rotation selon l’axe de rotation du bras ;
     : une vue en élévation du bras de rotation avec un patin recevant un projectile ;
     : une vue en perspective d’un patin comportant un projectile ;
     : une vue d’un patin comportant un projectile selon un axe radial de déplacement du patin dans la chambre ;
     : une vue de côté du patin selon une direction représentant la composante tangentielle de déplacement du patin ;
     : une vue de côté du patin recevant une projection selon l’axe de rotation du bras de rotation ;
     : une vue de côté du patin disposé sur la piste de la chambre selon l’axe de rotation du bras de rotation ;
     : une vue en perspective du patin disposé sur deux pistes de la chambre ;
     : une vue en perspective d’une conduite d’évacuation ;
     : une vue en perspective de la paroi latérale de la chambre ;
     : une vue de dessus du bras de rotation définissant la liaison glissière ;
     : une vue de côté du bras de rotation monté flexible.
    •
  • Les figures 1 à 15 illustrent un dispositif de lancement d’un projectile qui comporte une chambre 1. Un bras de rotation 2 est disposé dans la chambre 1. Le bras de rotation 2 est monté rotatif autour d’un arbre de rotation 3. Le bras de rotation 2 se déplace en rotation à l’intérieur de la chambre 1. La chambre 1 possède une fenêtre d’éjection 4 autorisant la sortie d’un projectile 5 lorsque la vitesse de ce dernier atteint la valeur recherchée également appelée vitesse d’éjection.
  • Le bras de rotation 2 comporte une première extrémité qui est destinée à supporter le projectile 5. Le projectile 5 se déplace dans la chambre 1 selon une trajectoire circulaire. De manière privilégiée, la deuxième extrémité reçoit un contrepoids 5a destiné à contrebalancer les efforts induits par le projectile 5 fixé à la première extrémité. Préférentiellement, l’arbre de rotation 3 est fixé plus proche de la deuxième extrémité que de la première extrémité.
  • La chambre 1 est associée à un système de pompage 6 qui permet de placer l’intérieur de la chambre 1 sous vide. La valeur du niveau de pression dans la chambre 1 est fonction du niveau de performance recherché. Il est avantageux que la chambre 1 soit la plus étanche possible de manière à limiter l’utilisation du système de pompage 6 pour atteindre et maintenir la valeur de pression recherchée dans la chambre 1. La pression dans la chambre est préférentiellement inférieure à 10000Pa, plus préférentiellement inférieure à 1000Pa et encore plus pus préférentiellement inférieure à 100Pa.
  • La chambre 1 possède préférentiellement une plateforme montée mobile par rapport à un support. Le support est fixé au sol et la plateforme s’incline par rapport au support de manière à définir un angle θ_0 précis qui va imposer l’angle d’éjection du projectile par rapport au sol. L’angle θ_0 est choisi afin de définir au moins en partie la trajectoire du projectile 5.
  • La chambre 1 possède une paroi latérale 7 qui est sensiblement de forme circulaire à l’exception de la fenêtre d’éjection 4. Lors de son déplacement circulaire à l’intérieur de la chambre 1, le projectile 5 se déplace face à la paroi latérale 7. Le vis-à-vis est observé selon une direction radiale YY défini par l’axe longitudinal du bras de rotation 2. La direction radiale YY est la direction relative au déplacement en rotation du bras de rotation 2 supportant le projectile 5.
  • Plus particulièrement, le dispositif de lancement possède un patin 8 fixé à la première extrémité du bras de rotation 2. Le patin 8 est destiné à l’installation du projectile 5. Le patin 8 se déplace circulairement dans la chambre 1 face à la paroi latérale 7 et le projectile 5 est installé dans le patin 8. Le patin 8 définit un berceau 9 destiné à recevoir le projectile 5. Le berceau 9 possède une longueur selon une première direction XX perpendiculaire à la direction radiale YY et dirigée dans le sens d’avancée du patin 8, une largeur selon une deuxième direction YY perpendiculaire à la première direction et parallèle à l’axe de rotation défini par l’arbre de rotation et une hauteur selon une troisième direction ZZ perpendiculaire aux deux précédentes directions, c’est-à-dire selon la direction radiale. La deuxième direction YY est parallèle à l’axe de rotation défini par l’arbre de rotation 2. Le berceau 9 possède un moyen d’accouplement et de désaccouplement configuré pour accoupler le projectile 5 avec le berceau 9 lorsque la vitesse est inférieure à une vitesse cible et pour autoriser un désaccouplement du projectile 5 lorsque la vitesse du projectile atteint la vitesse cible également appelée vitesse d’éjection.
  • Dans un mode de réalisation, le patin 8 est monté fixement au bras de rotation 2. Dans un autre mode de réalisation, le patin 8 est monté mobile par rapport au bras de rotation 2 selon la direction ZZ. Il est avantageux que le patin 8 et le bras de rotation 2 définissent une liaison glissière A selon la direction ZZ. Lorsque la vitesse de rotation du bras 2 est inférieure à une première vitesse seuil, le patin n’est pas en contact de la paroi latérale 7. Lorsque la vitesse de rotation du bras 2 atteint et dépasse la première vitesse seuil, la connexion mécanique entre le patin 8 et le bras 2 change, le patin 8 vient en appui contre la paroi latérale ce qui réduit les efforts centrifuges induits par le patin 8. Le désaccouplement partiel entre le bras 2 et le patin 8 permet de limiter les efforts inertiels appliqués sur le bras 2. De manière préférentielle, le patin 8 est relié au bras de rotation au moyen d’un ressort. Au fur et à mesure que la vitesse augmente, l’effort appliqué par la rotation du patin 8 sur le ressort tend le ressort et le patin 8 se déplace jusqu’à venir au contact de la paroi latérale. Une fois la vitesse seuil atteinte, la force appliquée par le patin sur le ressort devient constante ou sensiblement constante. Préférentiellement, la connexion mécanique entre le patin 8 et le bras de rotation 2 au moyen du ressort est ensuite éliminée en déconnectant le ressort de l’un du bras de rotation 2 et du patin 8. Un exemple de réalisation est illustré à la .
  • Afin de déplacer le patin 8 à l’intérieur de la chambre 1, le patin 8 est muni d’une tuyère 10 qui est reliée à une source de premier gaz 11. La source de premier gaz 11 fournit du premier gaz jusqu’à la tuyère 9. Le premier gaz qui s’éjecte de la tuyère 10 pousse le patin 8 qui tourne autour de l’arbre de rotation 3. Préférentiellement, la tuyère est une tuyère de laval ce qui facilite la détente du gaz pour avoir une pression de détente finale faible.
  • Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car l’effort destiné à déplacer le patin 8 est directement appliqué sur le patin 8 ce qui permet d’avoir un meilleur rendement que la rotation au moyen d’un moteur fixé à l’arbre de rotation 3. La tuyère 10 génère une force de poussée qui s’applique directement sur le patin 8 ce qui permet d’avoir un dispositif de lancement qui supporte une force de friction appliquée sur le bras de rotation 2 qui est plus importante que les configurations de l’art antérieur et notamment vis-à-vis du document US10202210.
  • En plus de la tuyère 10 associée à la source de premier gaz 11, il est possible d’utiliser un moteur électrique pour réaliser les premiers tours du patin 8. Une fois une première vitesse minimale atteinte, le moteur électrique est éteint et le patin 8 est uniquement déplacé au moyen du premier gaz qui s’échappe de la tuyère 10. Le moteur électrique qui est utilisé est moins puissant et moins lourd que les configurations de l’art antérieur et notamment du document US10202210. La tuyère 10 permet l’accélération du patin 8 et donc du projectile 5 jusqu’à la vitesse recherchée. La tuyère 10 permet de développer une puissance bien plus importante que le moteur électrique central utilisé dans les configurations de l’art antérieur et notamment dans le document US10202210, ce qui permet de considérablement diminuer la durée totale du cycle d’accélération du projectile 5. Ceci représente un réel avantage commercial, car les fréquences de lancement peuvent être augmentées.
  • La tuyère 10 est disposée de sorte que le premier gaz frappe la paroi latérale 7 pour que le jet issu de la tuyère 10 pousse le patin 8. Le premier gaz peut être un gaz neutre, un gaz inerte. Il peut également s’agir d’air, par exemple de l’air issu d’une entrée disposée à proximité de la chambre 3. La source de premier gaz 11 comporte avantageusement un compresseur qui envoie le premier gaz dans la tuyère 10 pour déplacer le patin 8. Le compresseur fournit le premier gaz avec un débit et une pression qui permettent par exemple d’avoir une vitesse en sortie de tuyère supérieure à 600m/s, de préférence supérieure à 900m/s. Le compresseur peut être configuré pour fournir une pression supérieure à 100 bars. De manière préférentielle, la source de premier gaz 11 possède un déshumidificateur qui réduit ou élimine l’eau du premier gaz.
  • Le patin 8 se déplace face à la paroi latérale 7 le long d’une piste 12. Dans son déplacement en rotation, le patin 8 prend appui sur la paroi latérale 7 de manière à réduire les efforts appliqués sur le bras de rotation 2 selon la direction radiale ZZ. Lors de la rotation du patin 8, une partie des efforts appliqués sur bras de rotation 2 est reprise par la paroi latérale ce qui permet d’utiliser un projectile plus lourd et/ou une vitesse de rotation plus élevée. Le patin 8 circule le long d’une piste 12 pour réaliser la reprise d’effort. La piste 12 se présente préférentiellement sous la forme d’un cercle dans une observation selon l’axe de rotation YY du bras de rotation 2. Lorsque la connexion entre le bras 2 et le patin 8 autorise un déplacement selon la direction radiale ZZ, une légère mobilité entre le bras 2 et le patin 8 selon la direction radiale ZZ permet de limiter les efforts appliqués sur le bras 2 selon la direction ZZ lorsque la distance entre le patin et la paroi latérale évolue à cause de la force centrifuge. Cette configuration peut être en mesure de reprendre tous les efforts selon la direction ZZ.
  • L’utilisation d’une tuyère directement présente sur le patin pour éjecter le premier gaz permet de surmonter les forces de frottement entre la piste 12 et la patin 8 ce qui permet d’avoir une accélération du patin 8 jusqu’à la vitesse cible ou vitesse d’éjection compatible avec l’éjection du projectile 5. Un tel contact est interdit à la configuration selon le document US10202210 car les forces de frottement surpassent la capacité de tout moteur électrique disponible commercialement.
  • Afin de très fortement réduire les efforts centrifuges appliqués sur le bras de rotation 2 et réduire les forces de frottement, le patin 8 et la piste 12 définissent un palier aérodynamique.
  • Le palier aérodynamique comprend une couche de deuxième gaz présente entre la piste 12 et le patin 8. La couche de deuxième gaz présente une pression qui est supérieure à la pression dans la chambre 1, de préférence avec une pression supérieure à 10 bars, c’est-à-dire 1000000 Pa. La pression en deuxième gaz permet artificiellement au patin 8 de pendre appui contre la paroi latérale 7 de sorte que la paroi latérale 7 reprend les efforts du patin 8. La paroi latérale 7 étant une pièce fixe ou quasiment fixe, il est possible de la dimensionner pour supporter les efforts appliqués par le patin 8 à travers le palier aérodynamique. La pression en deuxième gaz est préférentiellement supérieure à 10001300 Pa, plus préférentiellement supérieure à 20126000 Pa et encore plus préférentiellement supérieure à 50000000 Pa.
  • A l’arrêt, il est avantageux que le patin 8 ne soit pas en contact de la piste 12. La distance entre la piste 12 et le patin 8 peut-être de l’ordre de quelques centimètres, mais elle peut atteindre un ou deux mètres lorsque le patin possède une masse de plusieurs tonnes avec un rayon important, par exemple 50m ou plus. Lorsque le patin 8 tourne autour de l’arbre de rotation 3 avec une vitesse inférieure à une vitesse minimale seuil, le patin 8 n’est pas en contact de la piste 12. Une fois la vitesse minimale seuil atteinte, le patin 8 est au contact de la piste 12 ou quasi au contact de la piste pour former le palier aérodynamique.
  • Le palier aérodynamique permet au patin 8 de glisser le long de la paroi latérale 7 en prenant virtuellement appui contre la paroi latérale 7 sans que cela entraine la génération d’une force de frottement trop importante. Cela permet de réduire les efforts appliqués sur le bras de rotation ce qui autorise un allègement du bras. Un effort donné du jet de premier gaz permet d’entrainer un projectile 5 fois plus lourd. Des simulations montrent que plus la pression exercée par le patin 8 sur la piste 12 augmente, plus le coefficient de frottement dynamique est faible. Il est possible d’atteindre un coefficient de frottement dynamique de l’ordre de 0,0045.
  • Dans son fonctionnement, du premier gaz est éjecté depuis la tuyère 10 et du deuxième gaz est généré pour former le palier aérodynamique. Le système de pompage 6 fonctionne lorsque le patin 8 tourne autour de l’arbre de rotation 3. Le système de pompage 6 aspire le premier gaz et le deuxième gaz de manière à conserver un faible niveau de pression dans la chambre 1. Les performances du système de pompage 6 sont choisies pour aspirer la quantité de premier gaz émise par la tuyère 10 et la quantité de deuxième gaz émise par le palier aérodynamique.
  • De manière privilégiée, la source de premier gaz 11 est une source qui est disposée hors de la chambre 1. Comme cela est illustré à la , la source de premier gaz 11 est reliée au patin 8 par une canalisation qui traverse l’arbre de rotation 3 et qui est fixée au bras de rotation 2. La source de premier gaz 11 n’est pas une pièce qui tourne autour de l’arbre de rotation 3. Il est facile d’utiliser une source de premier gaz 11 qui possède une masse conséquence. Le premier gaz est fourni par une canalisation dont la masse est limitée. Cela permet de réduire les contraintes sur le bras de rotation 3.
  • La source de premier gaz 11 est préférentiellement immobile par rapport à la chambre 1 ou par rapport au support. Dans un cas de figure, la source de premier gaz 11 est montée fixement à la chambre 1. Dans un autre cas de figure, la source de premier gaz 11 est montée fixement par rapport au support, c’est-à-dire par rapport au sol. Selon les modes de réalisation, la source de premier gaz 11 peut comporter un compresseur et/ou des bouteilles de premier gaz à l’état comprimé. La source de premier gaz est un moyen de faible coût et dont l’émission en gaz nocifs est faible ou nulle.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la paroi latérale 7 définit une piste inférieure 12a et une piste supérieure 12b qui sont disposées respectivement en vis-à-vis d’une platine inférieure 13a et d’une platine supérieure 13b. Chacun des deux couples piste/patin forme un palier aérodynamique qui permet le glissement du patin 8 contre la paroi latérale 7. Il est avantageux d’écarter la piste inférieure 12a et la piste supérieure 12b d’une distance supérieure ou égale à la largeur du berceau 9 ce qui représente la dimension maximale du projectile 5 selon la direction YY comme cela est illustré à la . Lors de l’éjection du projectile 5 hors du berceau 9, le projectile 5 passe entre la piste inférieure 12a et la piste supérieure 12b pour entrer dans le tube d’éjection 4a et passer à travers la fenêtre d’éjection 4.
  • Il est avantageux de disposer la tuyère 10 de manière à éjecter le premier gaz contre une paroi de la paroi latérale 7 disposée entre la piste inférieure 12a et la piste supérieure 12b selon une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal du bras de rotation 2 (c’est-à-dire la direction radiale ZZ) et parallèle à une direction d’avancée XX du patin 8 dans la chambre 2. Cela permet de mieux placer la force de poussée dans le même plan de rotation que le centre de gravité du patin 8 et préférentiellement de l’ensemble formé par le patin 8 et le projectile 5. Le plan de rotation, en régime de rotation établi, est perpendiculaire à la direction YY. De manière préférentielle, le centre de gravité du projectile 5 et la fibre neutre du bras de rotation 2 appartiennent au même plan de rotation perpendiculaire à l’axe de rotation YY. Plus préférentiellement, le plan de rotation est un plan de symétrie de la tuyère 10.
  • Dans un mode de réalisation particulier illustré à la , la platine inférieure 13a et la platine supérieure 13b définissent deux parois non parallèles. Les deux faces externes de la platine inférieure 13a et de la platine supérieure 13b ne sont pas parallèles et coplanaires comme on pourrait s’y attendre. Préférentiellement, les deux parois sont désalignées l’une de l’autre pour être sécantes dans le plan de rotation contenant la fibre neutre du bras de rotation 2. Encore plus préférentiellement, les deux platines 13a/13b définissent des plans sécants de forme convexe depuis l’arbre de rotation 3. Cette configuration permet d’améliorer la stabilité du patin 8 en appliquant une force qui tend à recentrer le patin 8 le long du plan de rotation défini par la fibre neutre du bras de rotation 2 lorsqu’il se déplace à grande vitesse. Il est avantageux que le bras 2 et le patin 8 autorise un léger déplacement de l’un par rapport à l’autre selon la direction YY lorsque les deux platines définissent la force convexe. Le patin 8 peut autoréguler sa position selon la direction YY sans appliquer des efforts sur le bras 2.
  • Dans un mode de réalisation avantageux illustré à la , le bras de rotation 2 fléchit selon la direction YY à cause du poids du patin 8 et du projectile 5. A l’arrêt, le patin 8 n’est pas totalement ou n’est pas en vis-à-vis de la piste 12 ou des pistes. Au fur et à mesure que la vitesse de rotation du bras de rotation 2 augmente, le bras de rotation 2 se déforme et le patin 8 se déplace selon la direction YY afin de compenser au moins en partie l’effet de la gravité. Il est particulièrement avantageux que le patin 8 soit en vis-à-vis de la piste 12 avant d’atteindre la première vitesse seuil. Le bras de rotation 2 présente une flexibilité selon la direction YY qui permet de faciliter l’alignement des platines 13a/13b par rapport aux pistes 12a/12b avec les platines définissant une forme convexe.
  • Il est avantageux que les deux platines 13a/13b soient dissociées thermiquement du reste du patin 8 au moyen d’une couche thermiquement isolante, par exemple au moyen d’une couche de liège.
  • De manière avantageuse, la piste inférieure 12a et la piste supérieure 12b sont des éléments en saillie de la paroi latérale 7. Plus préférentiellement, les éléments en saillies sont des éléments pleins ce qui facilite le confinement du premier gaz éjecté par la tuyère 10. Cela améliore le rendement de propulsion du patin 8 par le premier gaz.
  • Afin d’améliorer encore plus le rendement de propulsion du patin 8, le patin 8 possède une conduite d’évacuation 14 du premier gaz qui prolonge la tuyère 10 et qui confine le jet de premier gaz. La tuyère 10 est orientée de manière à générer un flux de premier gaz qui est perpendiculaire à la direction radiale ZZ, et parallèle à la vitesse tangentielle du patin 8 de manière à avoir un couple moteur le plus pur possible. L’axe central du flux de premier gaz éjecté par la tuyère 10 est inclus dans le plan de rotation défini par la fibre neutre de l’arbre de rotation 2.
  • La conduite d’évacuation 14 comporte deux parois transversales qui confinent le flux de premier gaz pour que l’intégralité du premier gaz s’échappe entre la piste inférieure 12a et la piste supérieure 12b. La conduite d’évacuation 14 possède une paroi qui relie les deux parois transversales et qui empêchent l’évacuation du premier gaz vers l’arbre de rotation 3. Cela permet de limiter la dissipation du premier gaz dans la chambre ce qui facilite l’aspiration du premier gaz par le système de pompage 6.
  • Le flux de premier gaz est perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal ZZ du bras de rotation 2 et la conduite d’évacuation 14 possède préférentiellement un déflecteur 15 configuré pour légèrement décaler l’axe d’éjection du premier gaz par rapport au plan perpendiculaire à l’axe radiale ZZ et passant par l’axe central de la tuyère 10.
  • De manière préférentielle, la conduite d’évacuation 14 est terminée par un joint d’étanchéité 16. Le joint d’étanchéité 16 est formé par une plaque qui s’étend au-delà de la tuyère 10 à l’arrière du berceau 9 dans le prolongement de la première platine 13a et de la deuxième platine 13b, le cas échéant pour former un premier palier aérodynamique avec la piste inférieure 12a et un deuxième palier aérodynamique avec la piste supérieure 12b. Les deux paliers aérodynamiques fonctionnement de la même manière que ceux formés par les pistes 12 et les platines 13. Les deux paliers aérodynamiques fonctionnent comme des joints d’étanchéités en empêchant un flux de premier gaz entre la piste 12 et la plaque 16. Les deux paliers aérodynamiques prolongent le patin inférieur 13a et le patin supérieur 13b depuis la tuyère 10 en direction de l’arrière, l’avant étant représenté par la tête du projectile 5. La plaque définit un trou 16a pour l’évacuation du premier gaz. De manière préférentielle, la plaque et la conduite d’évacuation définissent un seul trou traversant pour le passage du premier gaz.
  • De manière avantageuse, l’extrémité arrière du joint d’étanchéité 16 appartient au plan perpendiculaire à la direction YY et qui contient l’axe central du flux de premier gaz éjecté par la tuyère 10. Lorsque la tuyère 10 est à sections circulaires cela correspond à l’axe passant par le centre du cercle formé par la tuyère 10 et perpendiculaire à l’axe radial ZZ. Les paliers aérodynamiques présentent une pression qui confine le premier gaz et empêchent une évacuation du premier gaz entre chaque piste et les deux extrémités latérales du joint d’étanchéité.
  • La conduite d’évacuation 14 est étanche ou sensiblement étanche et le joint d’étanchéité 16 définit un trou 16a pour l’évacuation du premier gaz entre la piste inférieure 12a et la piste supérieure 12b. De cette manière, le premier gaz qui quitte le patin 8 est confiné entre les deux pistes en saillie, le fond de la paroi latérale 7 et le joint d’étanchéité 16. Le palier aérodynamique à haute pression en association avec les deux pistes saillantes contraint le flux de premier gaz pour qu’il ne possède qu’une composante tangentielle ou majoritairement tangentielle ce qui améliore le rendement énergétique du déplacement du patin 8.
  • De manière préférentielle, la paroi latérale est texturée pour améliorer la poussée du patin 8 par le jet de premier gaz. Avantageusement, la paroi latérale 7 comporte une pluralité d’ailettes 17 disposées les unes sur les autres selon la direction radiale ZZ. Chaque paire de deux ailettes consécutives délimite en partie un tube reliée au système de pompage 6. Les ailettes 17 se recouvrent partiellement selon la direction radiale ZZ.
  • De manière avantageuse, chaque paire de deux ailettes consécutives, la piste supérieure 12b et la piste inférieure 12a forment un tube relié au système de pompage 6. La paroi latérale 7 possède une pluralité d’ailettes 17 qui sont décalées les unes des autres. Les ailettes 17 sont courbées de manière concave depuis l’arbre de rotation 2. Préférentiellement, les ailettes 17 possèdent un rayon de courbure qui est plus faible que le rayon de courbure de la chambre 1, notamment plus faible que celui des pistes 12a/12b.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la chambre 1 possède une enveloppe 7’ qui assure l’étanchéité ou la quasi-étanchéité de la chambre 1. Pour des raisons de clarté l’enveloppe 7’ n’est pas représentée aux figures 1 à 3. Les ailettes 17 viennent en appui contre l’enveloppe 7’ pour assurer la bonne tenue mécanique des ailettes 17 qui reçoivent le jet de premier gaz à haute pression. De manière préférentielle, les ailettes 17 sont fixées à l’enveloppe 7’ sur ses deux bords opposés selon la direction YY, par exemple elles sont fixées à une paroi inférieure 18 et une paroi supérieure 19. Il est également avantageux de prévoir que chaque ailette 17 possède une surépaisseur formant un renfort 20 ce qui permet de mieux maintenir la forme de l’ailette 17 soumise au jet de premier gaz.
  • Dans un mode de réalisation particulier où la chambre 1 est munie d’une piste inférieure 12a et d’une piste supérieure 12b saillante, la piste inférieure 12a et la piste supérieure 12b sont disposées saillantes des ailettes 17 avec une épaisseur variable de manière à former une piste circulaire. La piste disposée sur la face interne d’une ailette 17 s’étend pour supporter la face externe de l’ailette 17 adjacente.
  • La chambre 1 présentant un diamètre conséquent, il est avantageux de réaliser le pompage du premier gaz et du deuxième gaz par secteur angulaire, c’est-à-dire sur une portion de la circonférence. Il est avantageux de diviser le cercle en une pluralité de secteurs angulaires et d’utiliser une pompe pour chaque secteur angulaire. Il existe autant de pompes que de secteurs angulaires, par exemple quatre secteurs angulaires ou au moins quatre secteurs angulaires.
  • Afin de former un palier aérodynamique entre la piste 12 et le patin 13, un gaz est présent à haute pression ce qui permet d’appliquer une force centripète sur le patin 8. Il est possible d’injecter le premier gaz à travers le patin 8 pour venir face à la piste 12. Cependant, il est particulièrement avantageux que l’extrémité interne de la piste 12 soit réalisée dans un matériau sacrificiel 21 qui se sublime lors d’un apport de chaleur lié au déplacement du patin 13 par rapport à la piste 12. La sublimation du matériau sacrificiel 21 forme le second gaz. Le matériau sacrificiel 21 peut être du polycarbonate ou du polytétrafluoroéthylène. Le choix du matériau sacrificiel est fait selon la valeur de la pression dans la chambre 1 et la quantité de chaleur produite par le frottement du patin 8. Même si le coefficient de frottement est faible, les efforts générés sont importants à cause de la vitesse attendue, par exemple 3000m/s, et à cause de la masse de l’ensemble formé par le patin 8 et le projectile 5, par exemple 3500kg. Même avec un palier aérodynamique, le passage du patin 8 génère un échauffement du matériau sacrificiel 21.
  • Lorsque le patin 8 se déplace le long de la piste 12, la platine 13 et la piste 12 s’échauffent. Plus la vitesse augmente et plus la température augmente jusqu’à ce que le matériau sacrificiel 21 se sublime. La haute température associée à la faible distance entre la platine 13 et la piste 12 créée un palier aérodynamique ce qui permet de réduire les forces de frottement en présence. Afin de former plus rapidement le palier aérodynamique, la piste peut être munie d’un chauffage, par exemple un chauffage par effet Joule avec des fils traversé par un courant électrique. Le chauffage chauffe le matériau sacrificiel en dessous de sa température de sublimation. Le passage du patin 8 génère l’apport de chaleur nécessaire pour avoir la sublimation. Un circuit de commande peut être configuré pour ajuster la quantité de chaleur appliquée par le chauffage en fonction de la vitesse du patin 8 et/ou de la masse du projectile 5. Le phénomène de sublimation est un phénomène auto-entretenu par les différents tours réalisés par le patin 8.
  • Des simulations montrent que, pour une vitesse tangentielle égale à 3000m/s et avec un ensemble patin/projectile ayant une masse égale à 2000kg, la pression dans le palier aérodynamique peut atteindre 345bars. Lorsque la masse est égale à 11000kg, la pression dans le palier aérodynamique peut atteindre 2000bars. Le bras de rotation et le patin définissent une longueur égale à 53,5 mètres qui correspond au rayon interne de la piste. Si la pression est trop importante, il est possible d’augmenter la longueur et/ou la largeur de la platine et de la piste pour augmenter la surface de contact et réduire la valeur de pression.
  • Plus la masse augmente et plus la pression augmente. Une telle pression s’oppose au passage du premier gaz issu de la tuyère 10. La pression du palier aérodynamique est fonction de la surface en vis-à-vis entre la piste 12, la platine 13, la masse de l’ensemble formé par le patin 8 et le projectile 5 et la vitesse tangentielle du patin 8. La platine 13 et la plaque 16 peuvent être en matériau métallique par exemple en acier inoxydable et dans une céramique.
  • De manière avantageuse, la partie interne de la piste 12 est formée, et plus préférentiellement chaque piste 12, est terminée par le matériau sacrificiel 21. Un tel mode de réalisation permet de limiter la perte d’épaisseur du matériau sacrificiel 21 lorsqu’un tour est réalisé en comparaison d’une platine 13 en matériau sacrificiel 21. Cela permet d’avoir un écartement plus stable entre la platine 13 et la piste 12 au fur et à mesure des tours. Il est avantageux d’installer le matériau sacrificiel 21 sur plot de support 22. Une fois le matériau sacrificiel totalement consommé, on en ajoute au plot de support 22. Il est également possible de rajouter du matériau sacrificiel lorsqu’une quantité prédéfinie est consommée. Le matériau sacrificiel 21 est préférentiellement un matériau dont la température de sublimation est comprise entre -120°C et 250°C à la pression de fonctionnement de la chambre 1, c’est-à-dire lorsque le patin 8 se déplace dans la chambre 1. Le matériau sacrificiel est choisi pour que le coefficient de frottement soit préférentiellement entre 0,05 et 0,2.
  • A titre d’exemple, pour un cycle d’accélération d’une durée de 30 minutes et avec un patin 8 et un projectile 5 ayant une masse totale d’environ 3800 kg, on estime une perte d’épaisseur de l’ordre de 5 mm lorsque le matériau sacrificiel 21 est un polycarbonate présent sur les pistes inférieure et supérieure.
  • Afin de compenser cette augmentation du diamètre interne des pistes 12, il est avantageux de prévoir un patin 8 monté mobile en translation selon la direction radiale ZZ vers l’extérieur. Au fur et à mesure des tours effectués, un circuit de commande est configuré pour commander un déplacement du patin 8 vers l’extérieur. Il est possible de calculer la perte de matériau sacrificiel 21 pour chaque tour réalisé en fonction de la masse du projectile 5 et de la vitesse ce qui permet d’avoir un déplacement du patin apte à suivre tour après tour l’augmentation du diamètre de la piste 12. Il est possible de déplacer le patin 8 de manière radiale selon un nombre prédéfini de tours ou lorsque le circuit de commande détecte une diminution d’épaisseur supérieure à une valeur seuil. En alternative, le bras 2 et le patin 8 possèdent une connexion mécanique qui autorise un léger déplacement selon la direction radiale ZZ. Le patin 8 étant libre de se déplacer selon la direction ZZ par rapport au bras 2, le patin 8 adapte automatiquement sa position pour suivre l’épaisseur de la piste 12.
  • L’utilisation du matériau sacrificiel 21 est préférable à l’utilisation du premier gaz pour former le palier aérodynamique. Le matériau sacrificiel 21 permet d’avoir une distribution plus homogène du gaz formant le palier aérodynamique. Cela permet par exemple d’éviter de percer la platine pour injecter du gaz et cela permet un fonctionnement plus homogène vis-à-vis des phases d’accélération où la consommation en premier gaz varie.
  • Le circuit de commande peut également commander le déplacement du patin 8 en direction de la piste 12 lorsque la vitesse minimale seuil est atteinte.
  • Le patin 8 muni du projectile 5 tourne dans la chambre 1 avec une accélération. Lorsque la vitesse atteint la vitesse recherchée, le patin 8 éjecte le projectile 5 qui quitte la chambre 1 par la fenêtre d’éjection 4. La fenêtre d’éjection est préférentiellement formée par un film sacrificiel qui assure le maintien de la basse pression et qui se déchire lors du passage du projectile 5. Le projectile 5 peut être un satellite muni d’un propulseur. Le propulseur est activé une fois que le satellite atteint une altitude seuil ou après un temps prédéfini après avoir quitté le patin. Lors de l’éjection, l’accélération radiale est d’environ 16681g.
  • Le procédé de lancement peut comporter les étapes suivantes :
    - on fournit un dispositif de lancement selon les configurations précédentes ;
    - on fixe le projectile au patin ;
    - on réduit la pression dans la chambre ;
    - on entraine en rotation le patin jusqu’à atteindre une vitesse seuil d’éjection ;
    - on libère le projectile pour que le projectile quitte le dispositif de lancement avec la vitesse seuil à travers une fenêtre d’éjection.
  • Lors de la mise en contact du patin avec la ou les pistes la vitesse du patin diminue légèrement à cause de la modification des conditions d’entrainement, puis la vitesse augmente de nouveau lorsque le palier aérodynamique est créé.
  • Le procédé de lancement peut être utilisé afin d’envoyer un projectile dans l’espace, par exemple pour placer un satellite, par exemple un satellite géostationnaire. Il est également possible d’utiliser un tel procédé de lancement de manière à envoyer du fret sur de longues distances de manière très rapide, afin de relier deux points terrestres.
  • Le projectile peut être muni d’un propulseur qui est apte à générer une poussée permettant au projectile d’atteindre l’orbite choisi et/ou de modifier sa trajectoire. Le dispositif de lancement permet d’économiser une grande partie du carburant à embarquer.
    •

Claims (18)

  1. Dispositif de lancement d’un projectile comportant :
    - une chambre (1) munie d’une paroi latérale (7) et d’une fenêtre d’éjection (4) ;
    - un bras de rotation (2) monté à rotation autour d’un arbre de rotation (3), le bras de rotation (2) étant disposé pour tourner autour de l’arbre de rotation (3) dans la chambre (1), le bras de rotation (2) s’étendant selon une direction radiale (ZZ) ;
    - un patin (8) monté à une première extrémité du bras de rotation (2) et destiné à recevoir le projectile (5), le patin (8) se déplaçant selon un mouvement circulaire dans la chambre (1) ;
    caractérisé en ce que le patin (8) comporte une tuyère (10) reliée à une source d’un premier gaz (11), la tuyère (10) éjectant un flux de premier gaz dirigé pour faire avancer le patin (9) selon le mouvement circulaire à l’intérieur de la chambre (1) ;
    en ce que la paroi latérale (7) définit au moins une piste (12) destinée à supporter le patin (8) selon la direction radiale (ZZ) ;
    en ce que la au moins une piste (12), le patin (8) et un deuxième gaz définissent un palier aérodynamique entre la au moins une piste (12) et le patin (8) pour que la au moins une piste (12) reprenne au moins une partie des efforts du patin (8) selon la direction radiale (ZZ) ;
    en ce qu’il comporte un système de pompage (6) configuré pour aspirer le premier gaz et le deuxième gaz et placer l’intérieur de la chambre sous vide.
  2. Dispositif de lancement d’un projectile selon la revendication 1 dans lequel la source de premier gaz (11) est une source disposée hors de la chambre (1) et reliée au patin (8) par une canalisation fixée au bras de rotation (2).
  3. Dispositif de lancement d’un projectile selon la revendication 2 dans lequel la source de premier gaz (11) est disposée immobile par rapport à la chambre (1) ou immobile par rapport à un support supportant la chambre (1).
  4. Dispositif de lancement d’un projectile selon l’une des revendications 2 et 3 dans lequel la source de premier gaz (11) comprend un compresseur configuré pour éjecter le premier gaz (11) à une pression au moins égale à 106 Pa.
  5. Dispositif de lancement d’un projectile selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la paroi latérale (7) définit une piste inférieure (12a) et une piste supérieure (12b) espacées selon une direction (YY) parallèle à un axe de rotation du bras de rotation (2) défini par l’arbre de rotation (3) et dans lequel la tuyère (10) est disposée pour éjecter le premier gaz contre une surface disposée entre la piste inférieure (12a) et la piste supérieure (12b).
  6. Dispositif de lancement d’un projectile selon la revendication 5 dans lequel le patin (8) comporte une platine inférieure (13a) et une platine supérieure (13b) circulant respectivement face à la piste inférieure (12a) et la piste supérieure (12b), la platine inférieure (13a) et la platine supérieure (13b) définissant deux parois non parallèles et sécantes de forme convexe depuis l’arbre de rotation (3).
  7. Dispositif de lancement d’un projectile selon la revendication 6 dans lequel le bras de rotation (2) est flexible selon une direction parallèle à l’axe de rotation (YY) de l’arbre de rotation (3).
  8. Dispositif de lancement d’un projectile selon l’une quelconque des revendications 5 à 7 dans lequel la piste inférieure (12a) et la piste supérieure (12b) sont des pistes saillantes de la paroi latérale (7) qui délimitent une rainure de confinement du premier gaz issu de la tuyère (10).
  9. Dispositif de lancement d’un projectile selon la revendication 8 dans lequel le patin (8) comporte une platine inférieure (13a) et une platine supérieure (13b) circulant respectivement face à la piste inférieure (12a) et la piste supérieure (12b), le patin (8) possédant une plaque (16) s’étendant continument depuis la piste inférieure (12a) jusqu’à la piste supérieure (12b).
  10. Dispositif de lancement d’un projectile selon l’une des revendications 8 et 9 comportant une conduite d’évacuation (14) du premier gaz qui prolonge la tuyère (10) et qui confine le jet de premier gaz, la tuyère (10) étant orientée de manière à générer un flux de premier gaz qui est perpendiculaire à la direction radiale (ZZ), un axe central du flux de premier gaz éjecté par la tuyère (10) étant inclus dans le plan défini par une fibre neutre du bras de rotation (2).
  11. Dispositif de lancement d’un projectile selon la revendication 10 comportant une plaque (16) fixée à la conduite d’évacuation (14) pour enfermer la tuyère (10), la plaque (16) recouvrant la piste inférieure (12a) et la piste supérieure (12b) pour former un premier palier aérodynamique additionnel avec la piste inférieure (12a) et un deuxième palier aérodynamique additionnel avec la piste supérieure (12b), la plaque (16) définissant un trou d’évacuation (16a) du premier gaz.
  12. Dispositif de lancement d’un projectile selon l’une des revendications 5 à 11 dans lequel la paroi latérale (7) comporte une pluralité d’ailettes (17) se chevauchant partiellement, et dans lequel chaque paire de deux ailettes (17) consécutives, la piste supérieure (12b) et la piste inférieure (12a) formant un tube relié au système de pompage (6).
  13. Dispositif de lancement d’un projectile selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 comportant un générateur de deuxième gaz qui est le générateur de premier gaz et dans lequel une partie du flux de premier gaz est dirigé entre le patin (8) et la piste (12).
  14. Dispositif de lancement d’un projectile selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel l’un du patin (8) et de la piste (12) est recouvert d’un matériau sacrificiel (21) sublimant le deuxième gaz en réponse à un apport de chaleur provenant de la circulation du patin (8) face à la piste (12).
  15. Dispositif de lancement d’un projectile selon la revendication 14 lorsqu’elle dépend de la revendication 5 dans lequel le matériau sacrificiel (21) est disposé le long de la piste inférieure (12a) et la piste supérieure (12b).
  16. Dispositif de lancement d’un projectile selon la revendication 15 dans lequel le matériau sacrificiel (21) est un polytétrafluoroéthylène ou un polycarbonate.
  17. Dispositif de lancement d’un projectile selon l’une quelconque des revendications 1 à 16 dans lequel le bras de rotation (2) et le patin (8) forment une connexion mécanique autorisant un déplacement du patin (8) par rapport au bras de rotation (2) selon la direction radiale (ZZ) de l’arbre de rotation (3).
  18. Procédé de lancement d’un projectile comportant les étapes suivantes :
    - fournir un dispositif de lancement selon l’une quelconque des revendications précédentes ;
    - fixer le projectile (5) au patin (8) ;
    - réduire la pression dans la chambre (1) ;
    - entrainer en rotation le patin (8) jusqu’à atteindre une vitesse seuil d’éjection ;
    - libérer le projectile (5) pour que le projectile (5) quitte le dispositif de lancement avec la vitesse seuil à travers une fenêtre d’éjection (4).
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