FR2627274A1 - Procede pour commander la direction d'un engin volant en vol supersonique d'ordre eleve et engins volants de ce type - Google Patents
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Abstract
Le procédé permet de commander la direction d'un engin volant 1 en vol supersonique d'ordre élevé. Dans la couche limite turbulente 6 et qui enrobe la zone avant d'un engin volant 1 qui se déplace à un nombre de Mach élevé, on injecte du carburant qui se mélange dans cette couche limite 6 à l'air extérieur et brûle. Grâce à une forme appropriée de l'engin volant 1 ou avec des surperstructures particulières, par suite de la température élevée et donc du nombre de Mach réduit des gaz de combustion, il se forme des zones locales de décollement 7 liées à un accroissement de pression aux endroits en question. Il apparaît de ce fait une force transversale qui convient pour influencer l'axe longitudinal de l'engin volant 1 et donc sa direction de vol. De faibles quantités de combustible suffisant pour provoquer une correction de position suffisante de l'engin volant, il ne faut, pour commander l'arrivée du carburant, que des robinets à soupape relativement petits qui répondent plus rapidement que de plus grands. L'engin volant conforme à l'invention présente une ou plusieurs buses d'éjection 11 réparties sur sa périphérie, avec chacune un robinet à soupape de commande correspondant. L'invention permet d'améliorer de façon simple la stabilité en vol d'un projectile en vol supersonique.
Description
L'invention concerne un procédé pour commander la direc-
tion d'un engin volant en vol supersonique d'ordre élevé, par éjec-
tion latérale d'un fluide de commande, ainsi que, pour l'exécution
de ce procédé, un engin volant comportant un dispositif, de préfé-
rence commandé à distance, pour une éjection latérale dosée d'un
fluide de commande au moyen d'au moins une buse d'éjection.
Pour piloter des engins volants, on emploie généralement des volets, servant de gouvernes, mobiles, pouvant être commandés,
et pour la commande desquels sont toutefois nécessaires des servo-
moteurs relativement puissants, étant précisé qu'une correction de trajectoire par une manoeuvre de commande nécessite un temps plus long que ce qui peut être accepté pour, par exemple, des projectiles qui se déplacent en vol supersonique et ceci en particulier dans la
phase finalede leur vol, peu avant qu'ils ne frappent le but.
Dans le cas des engins volants qui se déplacent en vol
supersonique, les gouvernes, qui contiennent les volets formant gou-
vernes, sont en outre exposées à une contrainte thermique extraor-
dinairement élevée, de sorte que très souvent elles ne sont pas uti-
lisables. Dans le cas des engins volants à propulsion à réaction, il est également connu de procéder à la commande en modifiant le vecteur poussée produit par la propulsion à réaction. Même dans ce cas, soit le réacteur, soit un dispositif de volets qui se trouve
dans le jet des gaz de combustion doit être déplacé par un servo-
mécanisme, ce qui nécessite également un temps de réponse relative-
ment long.
Pour raccourcir le temps de réponse de la commande, on a proposé de prévoir sur l'engin volant au moins une buse d'éjection
par laquelle peut sortir un jet de gaz, dirigé latéralement, qui pré-
sente une impulsion spécifique élevée, et produit de ce fait une force transversale convenant pour modifier la position de l'engin volant. En principe on peut ici se satisfaire d'une unique buse d'éjection, dans la mesure o il s'agit d'un engin volant qui tourne autour de son axe longitudinal pendant le vol; dans ce cas, le jet
de gaz est éjecté dans une position angulaire de l'engin volant tel-
le que la force de réaction qui en résulte agisse sur l'engin vo-
lant dans la direction désirée.
Le jet de gaz peut être obtenu par voie pyrotechnique, ce qui présente l'avantage que l'on peut obtenir un temps de réponse
particulièrement très court. Particulièrement gênante est toute-
fois ici la circonstance que l'on ne peut pas doser l'intervention
et qu'après la combustion du produit pyrotechnique une nouvelle in-
tervention n 'est plus possible.
Il est aussi en principe possible de prévoir un réservoir
de gaz sous pression qui est relié à la buse d'éjection par l'inter-
médiaire d'un robinet à soupape de commande qui, de son côté, peut être ouvert, puis à nouveau fermé, par une commande, chaque fois à
la demande, pendant un temps plus ou moins long. Il est alors pos-
sible de manoeuvrer plusieurs fois le robinet à soupape de commande.
Désavantageuse est toutefois ici la circonstance que pour produire une force de réaction suffisante il faut d'importants débits de gaz dans le robinet à soupape de commande, de sorte que celui-ci doit présenter des dimensions relativement grandes. Il en
résulte un temps de réponse du robinet à soupape de commande suffi-
samment long pour n'être plus suffisamment court pour les engins vo-
lants à vol très rapide.
L'invention a pour but d'améliorer la commande de direc-
tion d'un tel engin volant ainsi que l'engin volant lui-même de fa-
çon à permettre un temps de réponse plus court.
On atteint ce but par le moyen que, depuis l'engin vo-
lant, du carburant est injecté dans la couche limite turbulente, chaude, d'air qui enveloppe de façon dense l'engin volant, pour,
après mélange turbulent avec l'air extérieur dans cette couche li-
mite, ainsi qu'après allumage subséquent et combustion du mélange carburant/air, créer, sur le côté, à côté de l'engin volant, au moins
un matelas de gaz de combustion à température encore accrue par rap-
port à la température de la couche limite et à nombre de Mach spéci-
fique ainsi réduit, pour créer des forces de déviation agissant sur des zones de surface de l'engin volant; et par les moyens que la buse d'éjection débouche dans la zone de surface de l'engin volant qui est balayée par l'air de l'écoulement incident, avec formation d'une couche limite turbulenteetqu'unréservoir de carburant sous pression est relié à la buse d'éjection au moyen d'une conduite de carburant et par l'intermédiaire d'un robinet à soupape de commande, de préférence à manoeuvre électromagnétique. La buse de sortie est ici rapportée sur l'engin volant le plus possible en avant afin que le fluide qui en sort reste aussi longtemps que possible dans la douche limite turbulente de la surface extérieure qui est ensuite exposée à l'écoulement incident, en vue d'un mélange suffisant avec l'air atmosphérique. Lors d'un vol à haute vitesse dans les
couches d'air denses proches du sol, les couches limites sont tur-
bulentes et fortement échauffées par suite de l'enthalpie dynamique élevée de l'écoulement incident. C'est ainsi que par exemple pour un nombre de Mach de 5, la température due à la pression dynamique et ce que l'on appelle la température de récupération, c'est-à-dire la valeur de la température vers laquelle tendent asymptotiquement
les parois qui se trouvent dans l'écoulement incident,atteignent en-
viron 1600 K. Dans cette couche limite, le carburant injecté dans la couche se consume si vite que les gaz de combustion peuvent encore
agir sur l'engin volant.
A l'élévation de température opérée par la combustion
est également lié un notable accroissement de volume qui a pour con-
séquence un gonflement de la couche limite et un refoulement de l'écoulement extérieur. A l'élévation de température est en outre liée une forte augmentation de la vitesse du son, de sorte que les gaz de combustion présentent un nombre de Mach beaucoup plus faible
en comparaison du reste de l'écoulement (dans le cas d'un gaz par-
fait, la vitesse du son augmente proportionnellement à la racine car-
rée de la température).
On peut voir sans autres que, de cette disposition con-
forme à l'invention, découlent un grand nombre d'effets tenant à la mécanique des fluides et que la modification, d'un côté, de l'écoulement incident doit entraîner une action, également d'un
c8té, sur l'engin volant.
Citons ci-dessous deux conséquences particulièrement importantes:
L'onde de choc,qui se forme à la pointe d'un engin vo-
lant ou d'un projectile, s'ajuste d'autant plus étroitement au nez du projectile que le nombre de Mach est élevé. Si par conséquent dans une zone de la surface extérieure du projectile l'écoulement présente un nombre de Mach fortement réduit, en comparaison des autres zones, alors il s'y produit également une modification de position de l'onde de choc. Tandis que dans toutes les zones non perturbées du nez du projectile, l'onde de choc s'ajuste à la surface extérieure du projectile, elle s'en décolle dans la zone
dans laquelle apparait la combustion du combustible.
Il en résulte une importante augmentation de la pres-
sion contre la paroi dans la zone de la surface extérieure de l'en-
gin volant à côté de laquelle se fait la combustion.
Du fait de la même action, il est également possible de
prévoir, sur la surface extérieure de l'engin volant, des super-
structures, comme par exemple des gradins en coin, des surfaces directrices ou analogues, qui sont exposés, à débordement, à l'écoulement non perturbé avec l'onde de choc qui l'accompagne, mais qui conduisent dans l'écoulement, du fait de la diminution du nombre de Mach résultant de la combustion, à un décollement de
l'écoulement et au renvoi de l'onde de choc vers l'avant. Il ap-
paralt donc, en avant des superstructures mentionnées, une augmen-
tation de pression qui intervient également pour une modification
rapide de direction de l'engin volant.
La quantité de carburant nécessaire pour une mesure de commande est, comparée à la quantité de gaz à éjecter sur le côté, nécessaire pour créer une force de réaction, extraordinairement
faible, de sorte que les dispositifs de commande, robinets et ana-
logues, qui sont nécessaires pour commander et doser le carburant
à injecter peuvent être de dimensions relativement faibles et peu-
vent donc également être mis en oeuvre avec une très faible iner-
tie. Il est alors possible d'obtenir un temps de réponse de quelques millièmes de secondes seulement à une instruction de com- mande.
Le carburant lui-même peut contenir un composant réac-
tif qui est gazeux, pulvérulent, pâteux ou de préférence liquide.
Selon une réalisation préférée de l'invention, ce composant de la réaction peut ne former un mélange inflammable qu'avec l'air ambiant de la couche limite turbulente. Du fait que, dans de tels
mélanges, on peut atteindre des temperatures de 3000 K, l'abais-
sement du nombre de Mach obtenu dans la zone de combustion devrait
généralement être suffisant.
Mais, selon une autre réalisation de l'invention, il est également avantageux d'ajouter au carburant des additifs contenant des atomes d'oxygène ou d'azote qui augmentent l'aptitude-du mélange
à l'inflammation ou bien qui élargissent les limites d'inflamma-
tion à une zone plus large du mélange stoechiométrique. On peut
également penser à des additifs comme par exemple la poudre d'alu-
minium ou la poudre de magnésium au moyen desquels on obtient une température de combustion plus élevée qui conduit à nouveau au fait que le nombre de Mach s'abaisse encore plus fortement dans la
zone de la combustion et que donc l'action, provoquant le change-
ment de direction de l'engin volant, sur cet engin volant, serenforce encore ou, dans le cas d'engins volants à vol relativement lent,
devient seulement alors possible.
Généralement, la température de la couche limite turbu-
lente devrait être suffisante pour l'inflammation du carburant.
Toutefois, pour accélérer encore cette inflammation ou pour accé-
lérer la combustion, selon une réalisation préférée de l'invention, il est avantageux de prévoir, dans la zone du mélange inflammable, à la surface extérieure de l'engin volant, un éclateur électrique ou une zone constituée d'un matériau catalyseur, qui est balayée
par le mélange inflammable ou le mélange carburant/air.
De préférence, on prévoit un unique récipient sous pres-
sion qui contient le carburant et, de là, une conduite de carburant conduit à une buse d'éjection. Sur la conduite de carburant, on prévoit un robinet à soupape de commande, de préférence à manoeuvre électromagnétique. Comme mentionné au début, une unique buse d'éjection
suffit pour procéder à une commande dans toutes directions si l'en-
gin volant tourne autour de son axe longitudinal orienté dans la di-
rection de la trajectoire de vol. Ici toutefois le temps de réponse s'allonge selon chaque
fois l'angle de rotation que l'engin volant doit, lors de la com-
mande, parcourir pour arriver à la position angulaire dans laquelle
la commande doit se concrétiser. Selon par conséquent une autre réa-
lisation préférée de l'invention, il est particulièrement avantageux de prévoir plusieurs buses d'éjection qui sont respectivement munies de leur propre conduite de carburant et d'un robinet à soupape de commande correspondant à cette conduite. Il suffit ici en principe
déjà de trois buses d'éjection réparties sur la périphérie pour ob-
tenir instantanément toute modification de direction désirée, toute-
fois on prévoit de préférence quatre buses d'éjection avec les-
quelles on peut obtenir un mouvement de basculement respectivement autour de l'axe vertical ou autour de l'axe transversal de l'engin volant. Ici, de préférence, toutes les conduites de carburant
sont reliées à un unique réservoir de carburant sous pression com-
mun. Mais il peut également être avantageux de faire correspondre à chaque buse d'éjection ou, en commun chaque fois à des buses
d'éjection voisines, leur propre réservoir de carburant sous pres-
sion pour raccourcir encore davantage le temps de réponse à un si-
gnal de commande grâce à de courts trajets de transport du carbu-
rant dans l'engin volant.
Il est également possible en principe, lors de l'utili-
sation d'un mélange carburant, de prévoir son propre réservoir sous pression pour chaque composant du mélange ou pour chaque composant
de la réaction. C'est ainsi qu'il est par exemple possible de pré-
voir de raccourcir encore davantage le temps de réponse de la com-
mande conforme à l'invention par le moyen que-l'on amène à chaque buse d'éjection, par l'intermédiaire de deux conduites de carburant spéciales, comportant chacune un robinet à soupape de commande, un mélange carburant qui, lors du mélange, réagit immédiatement et
sans que soit nécessaire une intervention supplémentaire.
Il est en principe possible d'employer comme carburant un gaz sous pression ou un liquide, un gel, une poudre fluidisée ou une pâte maintenus sous pression dans le réservoir de carburant par
un gaz inerte.
Désavantageux toutefois est dans ce cas le risque que,
par suiZe d'un manque d'étanchéité, le carburant puisse déjà sor-
tir lors du stockage de l'engin volant.
Pour remédier à cet inconvénient, il est avantageux
d'employer un producteur pyrotechnique de gaz qui ne met sous pres-
sion le carburant qui se trouve dans le réservoir des carburants
sous pression qu'après le tir de l'engin volant.
Selon une réalisation préférée de l'invention, il est particulièrement avantageux d'employer un réservoir sous pression provoquée par un ressort dont le ressort n-est contraint qu'avant
l'emploi de l'engin volant.
Pour contraindre le ressort,on emploie ici de préférence
un corps à inertie qui est relié au ressort de contrainte du réser-
voir sous pression et qui, lors du tir de l'engin volant, subit une accélération suffisamment élevée pour mettre sous contrainte
le ressort du réservoir sous pression.
Comme carburant, ôn emploie de préférence un gel thixo-
tropique qui présente l'avantage de ne pas fuir pendant le stockage m&me si les robinets à soupape de commande ne sont pas étanches, mais de devenir liquide et de pouvoir couler lorsqu'il est mis sous
pression. Par ailleurs, l'emploi d'un tel gel thixotropique auto-
rise également l'emploi de robinets à soupape de commande qui res-
tent ouverts lors du stockage de l'engin volant et que l'on ne ferme que lors de l'activation de la commande de l'engin volant avant le
tir de l'engin volant. On interdit dans ce cas que-les robinets, fer-
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més pendant un temps de stockage assez long, ne collent et ne puis-
sent plus s'ouvrir. Il est donc également possible d'employer, pour
la manoeuvre des robinets à soupape, de très faibles forces de com-
mande, ce qui a nouveau raccourcitle temps de réponse des robinets à soupape de commande. Comme déjà brièvement indiqué au début, dans le cas d'un
engin volant qui présente des surfaces de pression dynamique, ou sur-
faces directrices, décalées vers l'arrière par rapport à la pointe,
on injecte le carburant dans la couche limite, à une distance suf-
fisante en avant d'une telle surface pour qu'après mélange, allu-
mage et combustion, le nombre de Mach, diminué de ce fait, conduise à un décollement de l'écoulement et donc, à cet endroit, à une forte
augmentation de pression. De façon analogue, l'engin volant con-
forme à l'invention est conçu avec de telles surfaces de pression dynamique ou surfaces directrices; par exemple une telle surface
directrice peut former une fente annulaire qui entoure l'engin vo-
lant à peu près au niveau du centre de gravité, qui de préférence peut présenter un rétrécissement en forme de buse et que traverse
la couche limite pour donner de ce fait une stabilisation en posi-
tion de l'engin volant. Cette stabilisation en position est aussi-
tôt perturbée d'un côté si, conformément à l'invention, on injecte,
en avant de la surface directrice, du carburant dans la couche li-
mite de l'écoulement et si on obtient, de la façon décrite ci-dessus,
un décollement de la couche limite.
Comme déjà mentionné ci-dessus, les robinets à soupape
de commande sont de préférence conçus sous forme de robinets à ma-
noeuvre électromagnétique, de sorte que la commande de l'engin vo-
lant puisse se faire au moyen d'une télécommande électronique.
Mais il est également possible en principe, et selon les
circonstances,avantageux, de prévoir, au lieu de la manoeuvre électro-
magnétique, d'autres manoeuvres des robinets, par exemple au moyen de jets d'air qui sortent d'ouvertures d'entrée d'air prévues dans la
surface extérieure de V'engin volant et qui, de leur côté, sont dis-
posées de façon à ne se trouver exposées à l'écoulement incident que si, par suite d'une perturbation, l'engin volant prend un mouvement
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de nutation ou d'oscillation pendulaire. Il est alors possible
d'utiliser le procédé conforme à l'invention même pour l'autosta-
bilisation d'un engin volant.
En principe il est possible de disposer la buse d'éjec-
tion ou les buses d'éjection sous forme d'ouvertures prévues sur
le contour extérieur de l'engin volant.
Mais, selon une réalisation préférée de l'invention, il est avantageux de disposer, sur le contour extérieur de l'engin volant, des évidements élargis dans lesquels débouchent ablors les buses d'éjection et qui forment en quelque sorte des préchambres dans lesquelles a lieu une précombustion du carburant avec l'air amb4ant. Il est de ce fait possible d'éviter, dans le cas o la combustion se maintient assez longtemps, des vibrations,provoquées
par la pression, dans la zone de combustion.
On va expliquer en détail l'objet de l'invention à titre d'exemple à l'aide du dessin schématique joint: La figure 1 est la coupe longitudinale schématique de la
pointe d'un projectile conforme à l'invention.
La figure 2 représente une autre forme de réalisation
d'un projectile conforme à l'invention dans une représentation sem-
blable à la figure 1,et La figure 3 est la coupe longitudinale schématique d'une
autre forme de réalisation du projectile conforme à l'invention.
Dans chaque exemple de réalisation représenté sur les figures du dessin, est représenté un projectile 1 dans lequel est disposé un dispositif de commande qui, de son côté, est constitué
d'un réservoir de carburant sous pression 2, d'une conduite de car-
burant 3 qui est obturée par un robinet à soupape de commande et peut s'ouvrir sur un signal de commande, et d'une buse d'éjection
11 dont on va expliquer en détail ci-dessous la position.
Un tel dispositif, qui ne comporte qu'une unique buse
d'éjection 11, ne convient pour la commande complète d'un projec-
tile que si celui-ci tourne autour de son axe longitudinal, dirigé
dans la direction du vol, de façon que la buse d'éjection 11 passe-
par toutes les positions angulaires.
De préférence, les exemples de réalisation représentés sur le dessin présentent toutefois plusieurs buses d'éjection 11, et certes, de préférence quatre, qui sont disposées tout autour de l'axe longitudinal du projectile, respectivement à la même distance angulaire mutuelle.
A chacune de ces buses d'éjection 11 correspond sa pro-
pre conduite de carburant 3 qui est respectivement obturée, et peut
être dégagée par sa propre soupape de commande et qui débouche res-
pectiVement soit dans un réservoir de carburant sous pression com-
mun 2 soit dans son propre réservoir de carburant sous pression cor-
respondant.
La figure 1 représente schématiquement, en coupe longi-
tudinale médiane, la pointe d'un projectile qui a la forme d'un
c8ne présentant un angle au sommet de 15 .
A sa base, la pointe du cône se transforme en un tronc de cône qui va en s'élargissant, dont l'angle au sommet vaut 30 et
qui se transforme de son côté en une portion cylindrique qui cor-
respond au calibre du projectile.
Conformément à la représentation, le projectile représen-
té se déplace à une vitesse de plusieurs Mach dans l'air ambiant, de sorte qu'il se forme une onde de tête 8 qui, du fait du nombre de
Mach élevé, s'ajuste étroitement contre la pointe conique du pro-
jectile. Contre la surface conique exposée à l'écoulement incident
apparaît une couche limite turbulente 6.
Du fait du nombre de Mach élevé, la couche limite turbu-
lente continue de s'appliquer contre l'élargissement en forme de tronc de cône et il s'y applique également une onde de tête en
forme de coin 10.
Si elle n'est pas perturbée, l'onde de tête en forme de coin lO0 exerce sur le projectile une action de pression régulièrement
répartie sur la périphérie du projectile.
Si un carburant liquide est éjecté par la buse d'éjec-
tion 11, alors ce carburant parvient dans la couche limite 6, il est violemment entraîné en tourbillons dans l'écoulement turbulent de la couche limite et se mélange à l'air environnant chaud, de sorte
qu'il s'enflamme. Toutefois, du fait de la vitesse de vol du pro-
jectile, le carburant est entratné vers l'arrière de sorte que son inflammation ne se produit qu'un peu derrière la buse d'éjection 11. Du fait du nombre de Mach, fortement réduit, des gaz de combustion, l'écoulement ne peut plus accompagner, sans décollement,
le changement de direction qui se produit à l'élargissement en for-
me de tronc de cône. La zone dans laquelle se produit le décolle-
ment représente une sorte de matelas 7 de gaz de combustion qui, par son action de refoulement, décale l'onde de tête 10 en avant du
décrochement et lui fait prendre une pente raide.
La portion du projectile balayée par le matelas 7 de gaz de combustion subit donc un accroissement de pression puisqu'elle n'est plus exposée à l'onde de tête conique 9, de sorte qu'il se
crée sur le projectile une force transversale résultante qui modi-
fie la trajectoire du projectile.
Dans la mesure o une seule buse d'éjection 11 et une
seule conduite de carburant 3 sont prévues, cette conduite de car-
burant 3 est disposée au centre, de même que sa soupape de commande, de sorte que la rotation du projectile 1 n'exerce sur le carburant qui se trouve dans la conduite 3 aucune force ou seulement une force
extrêmement faible.
La figure 2 représente la coupe longitudinale partiel-
le schématique de la pointe d'un autre exemple de réalisation du projectile conforme à l'invention. La disposition du dispositif de commande, constitué du réservoir de carburant sous pression 2, de la soupape de commande, de la conduite de carburant 3 et de la buse d'éjection 11, correspond à celle qui est représentée sur la figure 1. Le projectile représenté sur la figure 2 présente une pointe conique d'un angle au sommet d'environ 15 qui se transforme
en une portion cylindrique correspondant au calibre du projectile.
En avant de la zone de transition et atteignant jusqu'à cette zone, est disposée, tout autour du projectile, une surface directrice 14, en forme d'enveloppe cylindrique circulaire, qui forme, en face du contour extérieur du projectile, une fente annulaire 4 qui va en
se rétrécissant de l'avant vers l'arrière.
Comme on le voit, il se forme également ici un matelas 7 de gaz de combustion comme dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 1.
Tandis que, dans le cas o elle n'est pas perturbée, l'on-
de de choc qui enrobe la pointe du projectile se réfléchit vers l'in-
* térieur sur la face intérieure de la surface directrice, en cas de combustion, l'écoulement dans la fente se bloque, c'est-à-dire que l'écoulement ne peut passer que partiellement par la fente 4 et en tant qu'écoulement subsonique. Ceci conduit au fait qu'en avant de la fente apparaît également ici une zone de décollement (matelas
de gaz de combustion 7) avec onde de choc 10 décalée vers l'avant.
C'est du rapport de contraction de la fente 4, du nombre
de Mach de l'écoulement et des autres conditions initiales que dé-
pend le comportement précis de l'écoulement. Dans chaque cas, il se
produit, dans la zone située en avant de la fente 4, une augmenta-
tion de pression contre la paroi que l'on peut utiliser comme force
de commande.
Des lamelles appropriées permettent également de partager
la fente 4 en différents segments.
L'exemple de réalisation de la figure 3 montre un autre
projectile conforme à l'invention en coupe longitudinale schéma-
tique, avec une pointe conique qui se transforme en une portion
cylindrique correspondant au calibre.
Dans le cas de cet exemple de réalisation, la portion cy-
lindrique du projectile est entourée, au voisinage du centre de gra-
vité, par deux surfaces directrices coaxiales 15, situées l'une en face de l'autre, dont celle qui est intérieure se termine au ras
du contour extérieur du projectile.
Les deux surfaces directrices 15 forment entre elles une fente annulaire 4 comportant une portion d'entrée 13 qui va en se
rétrécissant et une portion de sortie 16 qui va en s'élargissant.
Il peut se créer des forces transversales au voisinage du centre de gravité du projectile autostable en vol, représenté sur la figure 3, sans que ceci conduise à ce que le projectile prenne
une incidence notable ou un mouvement pendulaire notable.
Dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 3
également, la disposition et la conception du dispositif de com-
mande constitué d'un réservoir de carburant sous pression 2 de la conduite de carburant 3 et de la buse d'éjection 11, correspondent
sensiblement à celles des figures 1 et 2.
Comme indiqué en outre schématiquement sur la figure 3, à la sortie du réservoir de carburant sous pression 2 correspond un
robinet à soupape à manoeuvre électromagnétique comportant une bo-
bine magnétique, une soupape ferromagnétique et un ressort qui
pousse cette soupape contre l'embouchure de la conduite de carbu-
rant 3.
Dans le cas des trois exemples de réalisaticn représentés, la pulvérisation et la vaporisation des gouttelettes de carburant se
font dans un flux d'air rapide et chaud, et en quelques microsecon-
des, comme on le sait à partir d'expériences avec des explosions parpulvérisation. Ce processus se déroule donc en un temps beaucoup plus court que le mélange de la vapeur de Carburant et d'air par turbulence et diffusion, de sorte que la combustion elle-même ne se produit pas beaucoup autrement que dans le cas de l'éjection d'une quantité appropriée de gaz moteur. Il est donc possible de piloter les engins volants ou des projectilesvolantsavec un nombre de Mach assez élevé, avec une masse à transporter relativement faible, au moyen d'un grand nombre d'impulsions de commande répondant en des
millisecondes, ce qui, entre autres, peut servir pour les correc-
tions, en phase finale, de projectiles pour augmenter la précision
au but.
Pour éviter une accumulation d'air dans la buse d'éjec-
tion 11, et, de ce fait, permettre un dosage répondant plus rapide-
ment, et plus fin, du carburant injecté, selon une autre forme de réalisation non représentée sur le dessin,cette buse d'éjection
est disposée à l'intérieur d'une niche qui protège la buse d'éjec-
tion à l'égard du choc immédiat de l'air en écoulement incident.
Dans la zone située derrière la buse d'éjection 11 peut être disposé un mécanisme pour produire une étincelle d'allumage,
ou bien une portion de surface constituée d'un catalyseur qui pro-
voque ou facilite l'allumage du carburant. Il est en principe éga-
lement possible de disposer, sur la surface extérieure du projec-
tile, derrière la buse d'éjection 11, une nervure relativement étroite qui, du fait d'une transmission de chaleur relativement mauvaise vers l'enveloppe du projectile, est fortement échauffée par la couche limite turbulente 6 et peut donc, comme une bougie
d'allumage, provoquer ou favoriser l'allumage du carburant.
Il est également possible de rendre rugueuse la zone située en avant et/ou en arrière de la buse d'éjection 11 de façon
à renforcer encore la formation de turbulences dans la couche li-
mite 6.
Claims (20)
1. Procédé pour commander la direction d'un engin volant en vol supersonique d'ordre élevé, par éjection latérale d'un fluide de commande, caractérisé en ce que, depuis l'engin volant (1), du carbu- rant est injecté dans la couche limite turbulente, chaude (6),d'air qui enveloppe de façon dense l'engin volant (1), pour, après mélange
turbulent avec l'air extérieur dans cette couche limite, ainsi qu'a-
près allumage subséquent et combustion du mélange carburant/air, créer, sur le côté, à cSté de l'engin volant, au moins un matelas de gaz de combustion à température encore accrue par rapport à la température de la couche limite (6) et à nombre de Mach spécifique ainsi réduit, pour créer des forces de déviation agissant sur des
zones de surface de l'engin volant.
2. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que comme carburant, on injecte dans la couche limite (6) un carburant gazeux, liquide, pulvérulent, pâteux ou sous forme de gel qui forme,
avec la couche limite, un mélange carburant/air pouvant s'en-
flammer.
3. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que comme carburant on injecte dans la couche limite (6) un mélange d'un carburant gazeux, liquide, pulvérulent, pâteux ou sous forme de gel, et de certains additifs, comme par
exemple des substances contenant des atomes d'oxygène ou d'azote.
4. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que comme carburant on emploie un mélange carbu-
rant composé de plusieurs composants carburants.
5. Procédé selon au moins l'une des revendications précé-
dentes, caractérisé en ce que l'allumage de la combustion du carbu-
rant est provoqué et/ou favorisé par la surface de l'engin volant
chauffée par la chaleur de frottement, par l'air, chauffé, de i'écou-
lement incident de la couche limite (6), à l'aide d'une étincelle d'allumage et/ou par un catalyseur rapporté sur la face extérieure
de l'engin volant (1) ou constituant celle-ci.
6. Procédé selon au moins l'une des revendications précé-
16 2627274
dentes, caractérisé en ce que l'on injecte dans la couche limite le carburant, prévu pour favoriser le décollement, d'un côté, de la couche limite (6) d'avec la surface extérieure de l'engin volant (1), en avant d'un élargissement formant une surface de pression dynamique ou en avant d'une fente de stabilisation (4, 13) prévue
contre la surface extérieure de l'engin volant (1).
7. Engin volant pour l'exécution du procédé selon au
moins l'une des revendications 1 à 6, comportant un dispositif, de
préférence commandé à distance, pour une éjection latérale dosée d'un fluide de commande au moyen d'au moins une bused'éjection, caractérisé en ce que - la buse d'éjection (11)débouche dans la zone de surface de l'engin volant (1) qui est balayée par l'air de
l'écoulement incident, avec formation d'une couche li-
mite turbulente (6) et - un réservoir de carburant sous pression (2) est relié à la buse d'éjection (11) au moyen d'une conduite de carburant (3) et par l'intermédiaire d'un robinet à
soupape de commande, de préférence à manoeuvre électro-
magnétique.
8. Engin volant selon la revendication 7, caractérisé en ce que plusieurs conduites de carburant (11) sont reliées à des buses d'éjection (11) réparties sur la périphérie de l'engin volant (1) et présentent chacune un robinet à soupape de commande; et en ce que les
robinets à soupape de commande peuvent être chacun pilotés en parti-
culier.
9. Engin volant selon au moins l'une des revendications
7 ou 8, caractérisé en ce que le robinet à soupape de commande ou
les robinets à soupape de commande sont reliés à la sortie d'un dis-
positif de télécommande.
10. Engin volant selon au moins l'une des revendications
7 à 9, caractérisé en ce que le réservoir de carburant sous pres-
sion (2) présente des chambres distinctes pour chaque
composant du carburant et/ou, pour chacun, une conduite de carbu-
rant (3).
1 7
11. Engin volant selon au moins l'une des revendications
7 à 10, caractérisé en ce que le réservoir de carburant sous pres-
sion (2) est conçu comme réservoir sous contrainte d'un ressort.
12. Engin volant selon au moins l'une des revendications
7 à 11, caractérisé en ce que l'engin volant (1) présente un élargissement ou une surface directrice (14, 15) pour guider la couche limite (6); et en ce que la buse, ou les buses, d'éjection, vu dans la direction du vol, est disposée, ou sont disposées, en avant
de l'élargissement ou de la surface directrice.
13. Engin volant selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface directrice (14, 15) entoure l'engin volant (1)
en forme d'anneau.
14. Engin volant selon la revendication 13, caractérisé
en ce que la surface directrice (14,15) est disposée sur une-
zone cylindrique de la surface extérieure de l'engin volant.
15. Engin volant selon la revendication 13, caractérisé en ce que la surface directrice (14) est disposée, dans la zone de
transition, entre une zone de surface extérieure qui va en s'élar-
gissant en forme de cane et une zone de surface extérieure cylin-
drique de l'engin volant (1).
16. Engin volant selon au moins l'une des revendications
13 à 15, caractérisé en ce que la surface directrice (15) forme un espace de pression dynamique (13) qui va d'abord en se rétrécissant dans le sens de l'écoulement, puis une portion de diffusion (16)
qui s'y raccorde et va en s'élargissant.
17. Engin volant selon au moins l'une des revendications
7 à 16, caractérisé en ce que les buses d'éjection (11) sont placées à l'intérieur d'évidements, ou niches, élargis prévus à la surface
extérieure de l'engin volant (1).
18. Engin volant selon au moins l'une des revendications
7 à 17, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'engin vo-
lant (1) est rendue rugueuse par places.
19. Engin volant selon au moins l'une des revendica-
tions 7 à 18, caractérisé en ce qu'il présente au moins un éclateur
electrique.
20. Engin volant selon au moins l'une des revendications
7 à 19, caractérisé en ce que la surface extérieure de l'engin vo-
lant (1) présente une portion constituée d'un matériau catalyseur
qui provoque et/ou entretient laréaction de la combustion.
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| DE3804931A DE3804931A1 (de) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Verfahren zur richtungssteuerung eines im hoeheren ueberschallbereich fliegenden flugkoerpers und derartiger flugkoerper |
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| FR2627274A1 true FR2627274A1 (fr) | 1989-08-18 |
| FR2627274B1 FR2627274B1 (fr) | 1994-04-29 |
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| FR8901967A Expired - Fee Related FR2627274B1 (fr) | 1988-02-17 | 1989-02-15 | Procede pour commander la direction d'un engin volant en vol supersonique d'ordre eleve et engins volants de ce type |
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