FR2776338A1

FR2776338A1 - Protection for flexible stop in directable nozzle of propulsion unit of rockets

Info

Publication number: FR2776338A1
Application number: FR9803531A
Authority: FR
Inventors: Michel Berdoyes; Georges Brulatout
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: FR2776338B1

Abstract

The propulsion unit consists of the main body (10), constructed around an axial direction, with a directable nozzle (12) linked to the body by a flexible stop (16). The stop consists of the members (32, 34) to provide an axial stop, designed to limit the relative displacement between the nozzle and the body in the axial direction, in the direction of application of the traction force on the flexible stop.

Description

Domaine de l'invention L'invention concerne les propulseurs comprenant uneField of the Invention The invention relates to propellants comprising a

tuyère orientable grâce à une butée flexible reliant la tuyère au corps de propulseur. Arrière-plan de l'invention Lorsqu'un propulseur de ce type est en phase de "sommeil", c'est-à-dire en attente d'utilisation, la tuyère est obturée à son extrémité par un bouchon étanche afin d'isoler de l'extérieur l'atmosphère contrôlée régnant à l'intérieur du propulseur. Une telle atmosphère contrôlée est nécessaire pour éviter une dégradation des composants internes du adjustable nozzle thanks to a flexible stop connecting the nozzle to the propellant body. BACKGROUND OF THE INVENTION When a thruster of this type is in the "sleep" phase, that is to say awaiting use, the nozzle is closed at its end by a tight plug in order to isolate from the outside the controlled atmosphere prevailing inside the propellant. Such a controlled atmosphere is necessary to avoid degradation of the internal components of the

propulseur, en particulier le propergol solide, par le milieu environnant. propellant, in particular solid propellant, by the surrounding environment.

Du fait des variations de pression extérieure, il se peut qu'une pression différentielle notable s'exerce sur la paroi de la tuyère. En particulier, lorsque la pression externe devient supérieure à la pression interne, la pression différentielle appliquée contre la paroi intérieure de la tuyère se traduit par une composante axiale dirigée de l'aval vers l'amont Due to variations in external pressure, it is possible that a significant differential pressure is exerted on the wall of the nozzle. In particular, when the external pressure becomes greater than the internal pressure, the differential pressure applied against the internal wall of the nozzle results in an axial component directed from downstream to upstream

de la tuyère. Il en résulte un effort de traction axial sur la butée flexible. nozzle. This results in an axial tensile force on the flexible stop.

Or, les butées flexibles, réalisées habituellement par un empilement de couches rigides alternant avec des couches élastiques, adhérisées les unes aux autres, sont conçues pour supporter des efforts de compression très élevés, mais ont une résistance relativement faible However, the flexible stops, usually produced by a stack of rigid layers alternating with elastic layers, adhered to each other, are designed to withstand very high compressive forces, but have a relatively low resistance.

en traction.in traction.

Obiets et résumé de l'invention L'invention a pour but d'éviter, lorsqu'un propulseur est en phase de sommeil, un endommagement accidentel de la butée flexible Objects and Summary of the Invention The object of the invention is to prevent, when a thruster is in the sleep phase, accidental damage to the flexible stop

résultant de l'application d'un effort de traction excessif. resulting from the application of excessive tractive effort.

L'invention a aussi pour but de permettre à un propulseur de The invention also aims to allow a propellant to

reposer sur sa tuyère, sans entraîner un tel endommagement. rest on its nozzle, without causing such damage.

Ce but est atteint du fait que, dans un propulseur comprenant un corps de propulseur ayant une direction axiale et une tuyère orientable reliée au corps de propulseur par une butée flexible, il est en outre prévu des moyens de butée axiale destinés à limiter le déplacement relatif entre la tuyère et le corps de propulseur dans la direction axiale, dans le sens This object is achieved because, in a propellant comprising a propellant body having an axial direction and an adjustable nozzle connected to the propellant body by a flexible abutment, there are also provided axial abutment means intended to limit the relative displacement between the nozzle and the thruster body in the axial direction, in the direction

d'application d'un effort de traction sur la butée flexible. application of a tensile force on the flexible stop.

Ainsi, en phase de "sommeil" du propulseur, lorsqu'un effort est appliqué sur la tuyère, par exemple sous l'effet d'une pression différentielle ou du poids du propulseur s'il repose sur la tuyère, les moyens de butée axiale permettent de limiter la mise en traction de la butée flexible, afin que cette mise en traction reste en deçà d'un seuil d'endommagement, l'effort axial exercé sur la tuyère étant repris par les Thus, in the "sleep" phase of the propellant, when a force is applied to the nozzle, for example under the effect of a differential pressure or the weight of the propellant if it rests on the nozzle, the axial stop means limit the pulling of the flexible stop, so that this pulling remains below a damage threshold, the axial force exerted on the nozzle being taken up by the

moyens de butée axiale.axial stop means.

En phase de fonctionnement du propulseur, la pression interne des gaz produits dans le corps de propulseur provoque la compression de la butée flexible, donc la désactivation des moyens de butée axiale, de sorte que la tuyère peut être librement orientée par rapport au corps de propulseur. Avantageusement toutefois, les moyens de butée axiale sont In the propellant operating phase, the internal pressure of the gases produced in the propellant body causes the compression of the flexible abutment, therefore deactivation of the axial abutment means, so that the nozzle can be freely oriented relative to the propellant body. . Advantageously, however, the axial stop means are

réalisés de manière à ménager la capacité d'orientation de la tuyère. made so as to conserve the orientation capacity of the nozzle.

Ainsi, la tuyère reste orientable même lorsqu'elle est en butée axiale contre le corps de propulseur. Cela permet de tester en toutes circonstances la capacité d'orientation de la tuyère lors d'opérations de Thus, the nozzle remains orientable even when it is in axial abutment against the propellant body. This makes it possible to test in all circumstances the capacity of orientation of the nozzle during operations of

maintenance réalisées sur le propulseur "au sommeil". maintenance carried out on the "sleeping" propellant.

Des modes particuliers de réalisation de l'invention seront Particular embodiments of the invention will be

maintenant décrits à titre indicatif, mais non limitatif. now described for information, but not limitation.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

Sur les dessins annexés: - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un propulseur muni de moyens de limitation de la mise en traction de la butée flexible, selon un premier mode de réalisation de l'invention, - les figures 2 et 3 sont des vues partielles à échelle agrandie montrant différentes positions relatives entre la tuyère et le corps du In the accompanying drawings: - Figure 1 is a partial sectional view of a thruster provided with means for limiting the pulling of the flexible stop, according to a first embodiment of the invention, - Figures 2 and 3 are partial views on an enlarged scale showing different relative positions between the nozzle and the body of the

propulseur de la figure 1.Figure 1 thruster.

Description détaillée de modes préférés de réalisation Detailed description of preferred embodiments

Le propulseur représenté schématiquement sur la figure 1 comprend un corps de propulseur 10 muni à son extrémité arrière d'une tuyère 12. La tuyère 12 a un col 12a prolongé vers l'extrémité de la tuyère par un divergent 12b. En amont du col 12a, la tuyère présente une partie convergente 12c qui communique avec la chambre de combustion 14 du The propellant shown diagrammatically in FIG. 1 comprises a propellant body 10 provided at its rear end with a nozzle 12. The nozzle 12 has a neck 12a extended towards the end of the nozzle by a divergent 12b. Upstream of the neck 12a, the nozzle has a converging part 12c which communicates with the combustion chamber 14 of the

propulseur, à l'intérieur du corps de propulseur 10. thruster, inside the thruster body 10.

La surface externe du convergent 12c s'appuie sur une butée flexible 16 par l'intermédiaire d'une embase annulaire 18. La butée 16 est située entre l'embase 18 et une embase annulaire 20 reliée au corps de The external surface of the convergent 12c is supported on a flexible stop 16 by means of an annular base 18. The stop 16 is located between the base 18 and an annular base 20 connected to the body of

propulseur 10 par un fond 22.propellant 10 by a bottom 22.

La butée 16 est une butée lamifiée qui comprend des couches alternées en métal 16a et en caoutchouc 16b adhérant les unes aux autres. Les couches 16a et 16b, ainsi que les surfaces des embases 18, 20 en contact avec la butée 16, ont la forme d'anneaux sphériques ayant The stop 16 is a laminated stop which comprises alternating layers of metal 16a and rubber 16b adhering to each other. The layers 16a and 16b, as well as the surfaces of the bases 18, 20 in contact with the stop 16, have the form of spherical rings having

un même centre C situé sur l'axe A du corps de propulseur. the same center C located on the axis A of the propellant body.

Du fait de la capacité de déformation en cisaillement des couches en caoutchouc 16b, la butée 16 constitue une articulation permettant à la tuyère 12 de pivoter par rapport au corps 10. Le pivotement de la tuyère 12 et, par là-même, l'orientation du vecteur de poussée pendant le vol, sont commandés au moyen d'actionneurs 24 (un seul est représenté sur la figure 1). Les actionneurs 24, par exemple constitués par des vérins, sont articulés, à une extrémité, sur le fond 22 et, à l'autre extrémité, sur un anneau d'activation 26 fixé à la paroi de la tuyère 12 et entourant celui-ci. Le corps 10, le fond 22 et la tuyère 12 sont munis de protections thermiques internes 28. En phase de "sommeil" du propulseur, la tuyère 12 est obturée à son extrémité par un bouchon 30 qui isole de façon étanche le volume interne du propulseur vis-à-vis du milieu environnant. Le volume interne est rempli d'une atmosphère Due to the shear deformation capacity of the rubber layers 16b, the stop 16 constitutes an articulation allowing the nozzle 12 to pivot relative to the body 10. The pivoting of the nozzle 12 and, thereby, the orientation of the thrust vector during the flight, are controlled by means of actuators 24 (only one is shown in FIG. 1). The actuators 24, for example constituted by jacks, are articulated, at one end, on the bottom 22 and, at the other end, on an activation ring 26 fixed to the wall of the nozzle 12 and surrounding it . The body 10, the bottom 22 and the nozzle 12 are provided with internal thermal protections 28. In the "sleep" phase of the propellant, the nozzle 12 is closed at its end by a plug 30 which sealingly insulates the internal volume of the propellant vis-à-vis the surrounding environment. The internal volume is filled with an atmosphere

contrôlée.controlled.

La structure de propulseur décrite ci-avant est bien connue en elle-même. Conformément à l'invention, des moyens de butée axiale sont prévus afin de limiter le déplacement relatif entre la tuyère 12 et le corps de propulseur parallèlement à l'axe A, dans le sens d'application d'une The propellant structure described above is well known in itself. According to the invention, axial stop means are provided in order to limit the relative displacement between the nozzle 12 and the propellant body parallel to the axis A, in the direction of application of a

traction sur la butée flexible 16.traction on the flexible stop 16.

Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, les moyens de butée axiale comprennent deux pièces 32, 34 solidaires respectivement de la tuyère 12 et du corps de propulseur 10. La pièce 32 est en forme de couronne fixée par exemple sur l'anneau d'activation 26. La pièces 34 est également en forme de couronne et est, dans l'exemple illustré, formée intégralement avec l'embase 20. La pièce 34 pourrait être une pièce distincte de l'embase 20, In the embodiment of Figures 1 and 2, the axial stop means comprise two parts 32, 34 secured respectively to the nozzle 12 and the propellant body 10. The part 32 is in the form of a crown fixed for example to the ring activation 26. The parts 34 is also in the form of a crown and is, in the example illustrated, formed integrally with the base 20. The part 34 could be a separate part from the base 20,

fixée sur celle-ci ou sur le fond 22. attached to it or to the bottom 22.

A son extrémité amont (par référence au sens d'écoulement dans la tuyère), la couronne 32 présente un rebord 32a qui définit une surface d'appui 32b. A son extrémité aval, la couronne 34 présente un rebord 34a qui définit une surface d'appui 34b. Avantageusement, la surface d'appui 32b a une forme d'anneau sphérique de centre C et la surface d'appui 34b a une forme arrondie venant au contact de la surface At its upstream end (with reference to the direction of flow in the nozzle), the ring 32 has a rim 32a which defines a bearing surface 32b. At its downstream end, the ring 34 has a rim 34a which defines a bearing surface 34b. Advantageously, the bearing surface 32b has a shape of a spherical ring with center C and the bearing surface 34b has a rounded shape coming into contact with the surface

32b par son sommet (figures 2, 3).32b by its top (Figures 2, 3).

Les pièces 32 et 34 sont des pièces métalliques, par exemple Parts 32 and 34 are metal parts, for example

en acier, ou des pièces en matériau composite. made of steel, or parts made of composite material.

Lorsque, le propulseur étant en "sommeil", la pression à l'intérieur de celui-ci est supérieure ou sensiblement égale à celle du milieu environnant (figure 1), la butée flexible 16 n'est pas sollicitée en traction et les surfaces 32b et 34b sont légèrement écartées l'une de l'autre (jeu J), les pièces 32, 34 étant dimensionnées à cet effet. Lors de phases de maintenance, la capacité d'activation de la tuyère peut être When, with the propellant in "sleep", the pressure inside the latter is greater than or substantially equal to that of the surrounding medium (FIG. 1), the flexible stop 16 is not stressed in traction and the surfaces 32b and 34b are slightly spaced from each other (clearance J), the parts 32, 34 being dimensioned for this purpose. During maintenance phases, the activation capacity of the nozzle can be

testée par commande des actionneurs 24. tested by actuator control 24.

Lorsque, le propulseur étant en "sommeil", la pression à l'intérieur de celui-ci est sensiblement inférieure à celle du milieu environnant (figure 2), la pression différentielle s'exerçant sur la tuyère se traduit par une résultante de force dirigée axialement de l'aval vers l'amont, provoquant une mise en traction de la butée flexible 16. Cette mise en traction est limitée par la venue des surfaces 32b, 34b en contact mutuel, le jeu J étant dimensionné pour rester très en deçà d'un seuil d'endommagement de la butée. La forme de la surface de contact 32b autorise, par glissement mutuel entre les surfaces 32b, 34b, une rotation de la tuyère 12 par rapport au corps de propulseur 10. De la sorte, la venue en butée axiale ne pénalise par la possibilité d'activation de la When, with the propellant in "sleep", the pressure inside it is significantly lower than that of the surrounding medium (Figure 2), the differential pressure exerted on the nozzle results in a result of directed force axially from downstream to upstream, causing the flexible stop 16 to be put in traction. This traction is limited by the coming of the surfaces 32b, 34b in mutual contact, the clearance J being dimensioned to remain well below d '' a stop damage threshold. The shape of the contact surface 32b allows, by mutual sliding between the surfaces 32b, 34b, a rotation of the nozzle 12 relative to the propellant body 10. In this way, the coming into axial abutment does not penalize by the possibility of activation of

tuyère lors d'opérations de maintenance. nozzle during maintenance operations.

Lorsque le propulseur est en phase opérationnelle, la pression des gaz à l'intérieur du corps de propulseur 10 provoque une compression de la butée flexible 16 par l'intermédiaire du convergent 12c et de l'embase 18 (figure 3). Il en résulte un écartement entre les pièces 32 et 34 permettant une manoeuvre de la tuyère 12 librement et sans frottement. L'anneau 34 constitue alors une butée limitant l'angle de braquage de la tuyère par rapport à l'axe A. Un anneau de renfort 36 peut être intégré à la paroi externe de la tuyère 12, au niveau de la paroi susceptible de venir en contact avec la pièce 34, afin d'éviter un When the propellant is in operational phase, the pressure of the gases inside the propellant body 10 causes compression of the flexible stop 16 via the convergent 12c and the base 18 (FIG. 3). This results in a spacing between the parts 32 and 34 allowing an operation of the nozzle 12 freely and without friction. The ring 34 then constitutes a stop limiting the turning angle of the nozzle with respect to the axis A. A reinforcing ring 36 can be integrated into the external wall of the nozzle 12, at the level of the wall capable of coming in contact with part 34, in order to avoid a

endommagement de la tuyère lorsqu'elle vient en butée sur l'anneau 34. damage to the nozzle when it abuts on the ring 34.

On notera que les moyens de butée axiale permettent de faire reposer le propulseur en phase de sommeil sur la tuyère, directement ou indirectement par l'intermédiaire d'une pièce telle qu'une couronne solidaire de la tuyère. Le poids total de l'engin ou lanceur comprenant le propulseur est repris par la venue en butée des surfaces 32b, 34b, sans mise en traction excessive de la butée flexible 16. L'engin peut être alors It will be noted that the axial stop means make it possible to rest the propellant in the sleep phase on the nozzle, directly or indirectly by means of a part such as a crown secured to the nozzle. The total weight of the vehicle or launcher comprising the propellant is taken up by the abutment of the surfaces 32b, 34b, without excessive pulling of the flexible stop 16. The vehicle can then be

stocké en étant posé sur la tuyère 12 sur une surface 40 (figure 2). stored by being placed on the nozzle 12 on a surface 40 (Figure 2).

Claims

CLAIMS R E V E N D I C A T I O N S

1. Propellant comprising a propellant body (10) having an axial direction and an orientable nozzle (12) connected to the propellant body by a flexible stop (16), characterized in that it further comprises axial stop means ( 32, 34) intended to limit the relative displacement between the nozzle (12) and the propellant body (10) in the axial direction, in the direction

applying a tensile force to the flexible stop (16).

2. Thruster according to claim 1, characterized in that the axial abutment means (32, 34) have a degree of freedom in pivoting around a center of rotation of the orientable nozzle, so as to provide orientation capacity of the nozzle (12) relative to

to the propellant body (10).

3. Propellant according to any one of claims 1 and 2,

characterized in that the axial stop means comprise two parts (32, 34) secured respectively to the nozzle (12) and to the body

propellant (10) and having mutual support surfaces (32b, 34b).

4. Thruster according to claim 3, characterized in that the bearing surfaces (32b, 34b) can slide relative to each other when a pivoting movement is imposed on the nozzle (12) by

relative to the propellant body (10).

5. A propellant according to any one of claims 3 and 4,

characterized in that at least one of the bearing surfaces is a curved surface having a center of curvature substantially coincident with the center

of rotation (C) defined by the flexible stop (16).

6. Propellant according to any one of claims 3 to 5,

characterized in that the axial stop means comprise an annular part (32) mounted on an activation ring (26) integral with the

nozzle (12).

7. Propellant according to any one of claims 3 to 6,

characterized in that the part (34) integral with the propellant body (10)

constitutes a stop for limiting the steering angle of the nozzle (12).

8. Propellant according to claim 7, characterized in that the nozzle (12) is provided with a reinforcing ring (36) at its wall capable of coming into contact with the part (34) integral with the body of

propellant (10).

9. Propellant according to any one of claims 1 to 8,

characterized in that it rests in the sleep phase directly or indirectly on the nozzle (12).