FR2732409A1 - Dispositif pour controler la direction de la poussee d'un moteur-fusee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un jetavator qui est installé rotatif à une sortie de tuyère d'un moteur-fusée afin de contrôler la direction de la poussée du moteur. Selon l'invention, le jetavator est généralement sous la forme d'un tronc de cône creux et il comprend une couche thermo-résistante (11), une couche thermo-isolante (12) et une couche de renforcement (13) qui sont laminées les unes sur les autres; la couche thermo-résistante présente un certain nombre de fentes (S) par lesquelles elle est divisée en un certain nombre de parties; chaque fente est formée pour passer de la surface périphérique interne à la surface périphérique externe de la couche thermo-résistante; chaque fente est fermée par une plaque d'appui (14) qui s'étend le long de la fente. L'invention s'applique notamment aux moteur-fusées.
Description
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Cette invention se rapporte à des perfectionnements à un dispositif à utiliser pour contrôler la direction de la poussée d'un moteur- fusée ou jetavator, et plus
particulièrement à une mesure pour empêcher la couche thermo-
résistante du jetavator de se fissurer même sous un effort
thermique important.
Un jetavator est formé en ayant une section transversale annulaire et il est installé rotatif sur la
périphérie externe d'une sortie de tuyère d'un moteur-fusée.
Le jetavator est activement connecté à un moyen d'actionnement disposé sur le côté de la tuyère. Le jetavator est agencé pour tourner sous la commande du moyen d'actionnement, pour ainsi dévier le jet de gaz de combustion de la chambre de combustion du moteur-fusée. Par suite, la
direction de la poussée du moteur-fusée peut être contrôlée.
Un tel jetavator est révélé par exemple dans "Second Edition - Aerospace Engineering Handbook", pages 934 et 935, publié
le 30 Septembre 1992 par Maruzen Co., Ltd au Japon.
Dans les moteurs-fusées, on ajoute de la poudre d'aluminium en tant que combustible auxiliaire à un carburant
pour réaliser un système de propulsion de haute performance.
Cependant, cela force inévitablement la température du gaz de combustion à augmenter excessivement et cela augmente la transmission de chaleur à la tuyère et aux organes proches de la tuyère. En conséquence, dans le cas o l'on utilise un système de contrôle de la direction de la poussée comprenant le jetavator, le jetavator est soumis à une entrée thermique brusque à la période initiale de la combustion dans la chambre de combustion du moteur-fusée et à une entrée thermique locale ou analogue pendant unn mouvement de rotation du jetavator. Par suite, un effort thermique très élevé est produit dans le jetavator. Un tel phénomène devient évident tandis que la performance du système de propulsion
augmente, et peut produire des fissures dans le jetavator.
Par conséquent, dans une telle condition, il faut améliorer
le jetavator par rapport à l'effort ou au choc thermique.
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La présente invention a pour objet de procurer un jetavator perfectionné pour un moteur-fusée, qui permette de surmonter efficacement les inconvénients rencontrés dans le
jetavator conventionnel à utiliser dans les moteurs-fusées.
La présente invention a pour autre objet de procurer un jetavator perfectionné pour un moteur-fusée qui a une construction telle que cela empêche efficacement le jetavator de se fissurer, même sous un effort thermique important qui
lui est appliqué.
La présente invention a pour autre objet de procurer un jetavator perfectionné pour un moteur-fusée, qui comporte une couche thermoisolante qui est construite pour dissiper efficacement l'effort thermique qui lui est appliqué afin
d'empêcher la couche thermo-isolante de se fissurer.
Un jetavator de la présente invention est pour un moteur-fusée et il comprend une couche thermo-résistante ayant une section transversale annulaire, pouvant être directement contactée par le gaz de combustion. Une fente est formée dans la couche thermo-résistante de manière à passer de la surface périphérique interne à la surface périphérique
externe de la couche thermo-résistante.
Avec le jetavator de la présente invention, l'effort thermique à appliquer à la couche thermo-résistante peut être efficacement dissipé en vertu de la fente. Cela peut empêcher la couche thermo-résistante de produire une fissure dont la localisation et la force sont difficiles à spécifier, maintenant efficacement la fonction de déviation du jet de gaz de combustion tout en résolvant facilement les problèmes thermiques dans un système de propulsion de haute performance utilisant un carburant auquel est ajouté un combustible auxiliaire. De plus, la diminution du niveau d'effort thermique à appliquer à la couche thermo- résistante permet de réduire l'épaisseur de la couche thermo-résistante pour ainsi
contribuer à l'allégement de poids de tout le jetavator.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement dans la description explicative
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qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1A est une vue de côté d'un premier mode de réalisation d'un jetavator selon la présente invention, en regardant à partir d'une direction; - la figure lB est une vue en coupe transversale faite dans la direction des flèches, sensiblement le long de la ligne lB-lB de la figure 1A; - la figure 2 est une autre vue de côté du jetavator de la figure 1A, en regardant à partir de la direction opposée à celle de la figure 1A; - la figure 3 est une vue en perspective éclatée du jetavator de la figure 1A; - la figure 4 est une vue en perspective schématique d'un exemple d'une couche thermo-résistante faisant partie du jetavator selon la présente invention illustrant un deuxième mode de réalisation de celui-ci; - la figure 5 est une vue en perspective schématique d'un autre exemple d'une couche thermo-résistante faisant partie du jetavator selon la présente invention, illustrant un troisième mode de réalisation de celui-ci; - la figure 6 est une vue en perspective schématique d'un autre exemple d'une couche thermo-résistante faisant partie du jetavator selon la présente invention, illustrant un quatrième mode de réalisation de celui-ci; - la figure 7 est une vue en perspective schématique d'un autre exemple d'une couche thermo-résistante faisant partie du jetavator selon la présente invention, illustrant un cinquième mode de réalisation de celui-ci; - la figure 8 est une vue fragmentaire agrandie d'une extrémité d'un autre exemple d'une couche thermo-résistante faisant partie du jetavator selon la présente invention, illustrant un sixième mode de réalisation du jetavator et montrant un mode particulier de jonction de parties adjacentes constituant la couche thermo-résistante; et
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- la figure 9 est une vue en coupe fragmentaire d'un
moteur-fusée pourvu du jetavator selon la présente invention.
En se référant maintenant aux figures lA, lB, 2 et 3 des dessins, un premier mode de réalisation d'un jetavator selon la présente invention est illustré par la référence J. Comme le montre la figure 9, le jetavator J est installé à la sortie d'une tuyère N d'un moteur-fusée R de façon à couvrir la périphérie externe de la sortie de la tuyère pour être rotatif. Le jetavator J est connecté à un moyen d'actionnement (non représenté) disposé sur le côté de la tuyère N afin d'être commandé en rotation par le moyen d'actionnement pour ainsi dévier le jet de gaz de combustion de la tuyère N et contrôler ainsi la direction de la poussée du moteur-fusée R. Le jetavator J est généralement de forme tronconique et il est creux pour avoir une section transversale annulaire sur un plan (non représenté) perpendiculaire à l'axe central X du jetavator J. En fca quoee, le jetavator J a une pière extrfmité E1 qui a un diamztre plus grand que celui d'une seconde extrémité E2 donc la surface périphérique externe s'effile. Le côté de la première extrémité E1 est installé sur la tuyère N. Le creux H du jetavator J est formé pour s'étendre de la première extrémité E1 à la seconde extrémité E2 et il est ouvert aux deux extrémités El, E2. Le jetavator J comprend une couche thermo-résistante ou section 11, une couche thermo-isolante ou section 12 et une couche de renforcement ou section 13 qui sont laminées. La couche thermo-résistante 11 est placée le plus à l'intérieur tandis que la couche de renforcement 13 est placée le plus à l'extrémité de manière que la couche
thermo-isolante 12 soit placée entre la couche thermo-
résistante 11 et la couche de renforcement 13.
La couche thermo-résistante 11 est formée en un
matériau tel que tungstène, du molybdène et/ou une céramique.
La couche thermo-résistante 11 est divisée en deux parties homologues lla, lla en direction circonférentielle de la couche 11, formant deux fentes S, S, entre elles. Chaque fente S s'étend à partir de la première extrémité E1 jusqu'à
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la seconde extrémité E2 et elle passe de la surface périphérique interne à la surface périphérique externe de la couche thermo-résistante 11. Les fentes S, S sont placées sur des côtés opposés de l'axe central X "du jetavator" J et elles sont dirigées de manière qu'un plan contenant l'axe central du jetavator passe par les fentes S, S. La couche thermorésistante 11 est d'abord produite en une structure en une pièce par exemple par frittage puis est divisée en ses deux parties homologues lla, lia, par exemple, par usinage à
décharge électrique après meulage.
Ainsi, chaque partie homologue lla a des portions de bords latéraux opposés P, P (que l'on peut voir à la figure 2), dont chacune a un bord (non repéré) à son extrémité de pointe. Chaque portion de bord latéral P s'étend le long du bord à partir de la première extrémité E1 jusqu'à la seconde extrémité E2. Les bords se faisant face des portions de bords latéraux adjacentes P, P des parties homologues lia, lla forment entre eux la fente S. Chaque portion de bord latéral P présente une découpe ou gorge llb, llb qui est ouverte à la surface du bord de la portion de bord latéral P et à la
surface périphérique externe de la partie homologue lla.
Chaque découpe s'étend le long du bord de la portion P à partir de la première extrémité E1 jusqu'à la seconde extrémité E2. Des découpes adjacentes llb, 11b des parties homologues lla, lla se font face pour former une gorge en gouttière (non repérée) dans laquelle se fusionne la fente S. Une plaque d'appui 14 avec une charge (non représentée) est disposée dans la gorge en forme de gouttière, pour ainsi fermer la fente S. La plaque d'appui 14 est formée en un matériau tel que du tungstène, du molybdène et/ou de la
céramique, comme la couche thermo-résistante 11.
La couche thermo-isolante 12 est montée sur la couche thermo-résistante 11 de manière que sa surface périphérique interne soit en contact avec la surface périphérique externe de la couche thermo-résistante 11. La couche thermo-isolante 12 est formée en un matériau tel que du caoutchouc, de la céramique ou du plastique renforcé de fibres. La couche
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thermo-isolante 12 est liée à la surface périphérique externe de la couche thermo-résistante 11 au moyen d'un adhésif d'un système céramique (contenant de la céramique en tant que
composant principal) après fabrication et passage au tour.
La couche de renforcement 13 est formée en un matériau tel que de l'acier ou de l'aluminium et elle est fabriquée au tour. La couche de renforcement 13 est liée à la surface périphérique externe de la couche thermo-isolante 12 avec un adhésif d'un système époxy (contenant une résine époxy comme composant principal) pour ainsi fabriquer le jetavator J. En fonctionnement, le jetavator J ci-dessus en utilisation avec le moteur-fusée R que l'on peut voir à la figure 9 est soumis à une entrée thermique brusque à la période initiale de la combustion dans la chambre de combustion du moteur-fusée R et à une entrée thermique locale ou analogue pendant un mouvement de rotation du jetavator J. Par suite, un effort thermique très élevé est produit à la couche thermo-résistante 11. Cependant, un tel effort thermique appliqué à la couche thermo-résistante 11 est dissipé sous l'action des fentes S, donc aucune fissure ne peut se former dans la couche thermo- résistante 11. De plus, la plaque d'appui 14 empêche efficacement le gaz de combustion à haute pression de fuir par les fentes S. On comprendra que la résistance de structure du jetavator J peut être maintenue à un niveau élevée sous l'action de la couche
de renforcement 13 alors que les caractéristiques thermo-
isolante du jetavator J peuvent être efficacement maintenues à un niveau élevé sous l'action de la couche thermo-isolante 12. La figure 4 illustre la couche thermo-résistante 11 d'un deuxième mode de réalisation du jetavator J selon la présente invention, qui est similaire au premier mode de réalisation des figures 1A à 3. La couche thermo-résistante 11 est divisée en quatre parties lla par quatre fentes S. Chaque fente S est formée pour passer à travers la surface périphérique interne jusqu'à la surface périphérique externe de la couche thermo-résistante 11 et elle est formée inclinée
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relativement au plan vertical passant par l'axe central X du jetavator. Dans ce mode de réalisation, chaque partie lla peut présenter la découpe 11b et être pourvue de la plaque d'appui 14 pour fermer la fente S formée entre les parties adjacentes lla. La couche thermo-résistante 11 peut être prévue avec la couche thermo-isolante 12 et la couche de renforcement 13 comme pour le jetavator J du premier mode de réalisation, bien que cela ne soit pas représenté. Ce mode de réalisation peut offrir les mêmes effets avantageux que ceux du premier mode de réalisation. On notera que la couche thermo-résistante 11 de ce mode de réalisation peut être utilisée individuellement en tant que jetavator J sans prévoir les couches thermo-isolante et de renforcement 12, 13. La figure 5 illustre la couche thermo-résistante 11 d'un troisième mode de réalisation du jetavator J selon la présente invention qui est similaire au jetavator J du premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, la couche thermo-résistante 11 est divisée en huit parties lla par huit fentes qui sont formées à des intervalles égaux dans la direction circonférentielle. Chaque fente est formée pour passer à travers la surface périphérique interne jusqu'à la surface périphérique externe de la couche thermo-résistante 11 et elle est formée de manière que le plan contenant l'axe central X du jetavator passe par la fente S. Dans ce mode de réalisation, chaque partie lla peut être formée avec la découpe llb et être pourvue de la plaque d'appui 14 pour fermer la fente S formée entre les parties adjacentes lla. La couche thermo-résistante 11 peut être pourvue de la couche thermo-isolante 12 et de la couche de renforcement 13 comme dans le cas du jetavator J du premier mode de réalisation bien que cela ne soit pas représenté. Ce mode de réalisation peut avoir les mêmes effets avantageux que ceux du premier
mode de réalisation. On notera que la couche thermo-
résistante 11 de ce mode de réalisation peut être utilisée individuellement en tant que jetavator sans être pourvue des
couches thermo-isolante et de renforcement 12, 13.
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La figure 6 illustre la couche thermo-résistante 11 d'un quatrième mode de réalisation du jetavator J selon la présente invention qui est similaire au premier mode de réalisation des figures lA à 3. La couche thermo-résistante 11 est divisée en deux parties lla par la fente circonférentielle S. La fente S est formée pour passer à travers la surface périphérique interne jusqu'à la surface périphérique externe de la couche thermo-résistante 11 et elle est formée annulairement le long du pourtour de la couche thermo-résistante en tronc de cône creux 11 de manière qu'un plan (non représenté) perpendiculaire à l'axe central X de la couche thermo-résistante 11 passe à travers la fente S. Dans ce mode de réalisation, chaque partie lla peut être formée avec la découpe llb et être pourvue de la plaque d'appui 14 pour fermer la fente S formée entre les parties adjacentes lla. La couche thermo-résistante 11 peut être pourvue de la couche thermo-isolante 12 et de la couche de renforcement 13 comme dans le cas du jetavator J du premier mode de réalsiation, bien que cela ne soit pas représenté. Le mode de réalisation peut avoir les mêmes effets avantageux que ceux du premier mode de réalisation. On notera que la couche thermo-résistante 11 de ce mode de réalisation peut être utilisée individuellement en tant que jetavator J sans être pourvue des couches thermo-isolante et de renforcement
12, 13.
La figure 7 illustre la couche thermo-résistante 11 d'un quatrième mode de réalisation du jetavator J selon la présente invention qui est similaire au premier mode de réalisation des figures lA à 3, à l'exception que chaque fente S n'atteint pas la première extrémité E1 de la couche thermo-résistante. Plus particulièrement, une extrémité de chaque fente S est séparée de la première extrémité El donc la couche thermo-résistante 11 est formée intégrale à sa section proche de la première extrémité El. L'extrémité (à proximité de la première extrémité El) de chaque fente S est connectée ou se fusionne avec un trou ou trou traversant llc pour empêcher la couche thermo-résistante 11 de se fissurer
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le long de la fente S. Dans ce mode de réalisation, les découpes 11, llb peuvent être formées le long de la fente S et être pourvues de la plaque d'appui 14 pour fermer la fente
S, bien que cela ne soit pas représenté. La couche thermo-
résistante 11 peut être pourvue de la couche thermo-isolante 12 et de la couche de renforcement 13 comme dans le cas du jetavator J du premier mode de réalisation bien que cela ne soit pas représenté. Ce mode de réalisation peut avoir les mêmes effets avantageux que ceux du premier mode de réalisation. On notera que la couche thermo- résistante 11 de ce mode de réalisation peut être utilisée individuellement en
tant que jetavator J sans être pourvue des couches thermo-
isolante et de renforcement 12, 13.
La figure 8 illustre la couche thermo-résistante 11 d'un sixième mode de réalisation du jetavator J selon la présente invention, qui est similaire au premier mode de réalisation des figures 1A à 3. La couche thermo-résistante 11 est divisée en un certain nombre de parties lla par un certain nombre de fentes S. Chaque fente S est formée pour passer à travers la surface périphérique interne jusqu'à la surface périphérique externe de la couche thermo-résistante 11 et elle est formée en un motif en zigzag en section transversale perpendiculairement à l'axe central X de la
couche thermo-résistante 11 comme le montre la figure 8.
Chacune de ces fentes S est définie par des protubérances P et des gorges G qui sont formées aux bords face à face des parties adjacentes lla, lla o la protubérance P et la gorge
G qui se font face sont en engagement l'une avec l'autre.
Chaque protubérance P et gorge G s'étend le long de la fente S. Ainsi, selon ce mode de réalisation, la forme en section transversale des fentes S est compliquée ce qui empêche encore plus efficacement le gaz de combustion de fuir à travers les fentes S. La plaque d'appui 14 peut être prévue pour mieux améliorer l'effet de prévention de la fuite du gaz de combustion. La couche thermo-résistante 11 peut être pourvue de la couche thermo-isolante 12 et de la couche de renforcement 13 comme dans le cas du jetavator J du premier
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mode de réalisation, bien que cela ne soit pas représenté. Ce mode de réalisation peut avoir les mêmes effets avantageux que ceux du premier mode de réalisation. On appréciera que la couche thermo-résistante 11 de ce mode de réalisation peut5 être utilisée individuellement en tant que le jetavator J sans être pourvue de des couches thermo-isolantes et de
renforcement 12, 13.
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Claims (9)
1. Jetavator pour un moteur-fusée caractérisé en ce qu'il comprend: une couche thermo-résistante (11) ayant une section transversale annulaire, pouvant être directement contactée par le gaz de combustion; et un moyen définissant une fente (S) formée dans ladite couche thermo- résistante pour passer d'une surface périphérique interne à une surface périphérique externe de
ladite couche thermo-résistante.
2. Jetavator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé pour être installé rotatif sur une tuyère (N) du moteur-fusée afin de dévier le jet de gaz de combustion.
3. Jetavator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen définissant une fente est agencé pour définir un certain nombre de fentes (S) formées dans ladite couche thermo-résistante pour passer de la surface périphérique interne à la surface périphérique externe de ladite couche thermo- résistante, o ladite couche thermo-résistante comprend un certain nombre de parties qui sont formées en
étant divisées par lesdites fentes.
4. Jetavator selon la revendication 3, o lesdites parties de ladite couche thermo-résistante (11) sont agencées
dans une direction circonférentielle de ladite couche thermo-
résistante.
5. Jetavator selon la revendication 3, o lesdites parties de ladite couche thermo-résistante (11) sont agencées
dans une direction axiale de ladite couche thermo-résistante.
6. Jetavator elon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une plaque d'appui (14) disposée adjacente à ladite fente et s'étendant le long de ladite fente pour empêcher le gaz de combustion de fuir à travers ladite fente, ladite plaque d'appui étant disposée pour
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fermer ladite fente en une portion ouverte à la surface
périphérique externe de ladite couche thermo-résistante.
7. Jetavator selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite fente (S) est définie par des bords qui se font face et qui font partie de ladite couche thermo-résistante, chaque bord faisant partie d'une portion de bord latéral de ladite couche thermo-résistante, chaque portion de bord latéral présentant une gorge ouverte à la surface du bord et
à la surface périphérique externe de ladite couche thermo-
résistante de manière que lesdites portions de bords latéraux qui sont adjacentes l'une à l'autre aient respectivement lesdites gorges qui se font face pour former une gorge en forme de gouttière, ladite plaque d'appui étant disposée dans
ladite gorge en forme de gouttière.
8. Jetavator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une couche thermo-isolante (12) ayant une section transverale annulaire et laminée sur ladite couche thermo-résistante et une couche de renforcement (13) ayant une section transversale annulaire et laminée sur
ladite couche thermo-isolante.
9. Jetavator selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fente (S) est définie par des premier et second bords qui se font face et qui font partie de ladite couche thermo-résistante, lesdits premier et second bords ayant respectivement une protubérance et une gorge qui peuvent venir en engagement l'une avec l'autre, ladite protubérance
et ladite gorge s'étendant le long de ladite fente.
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