FR2832762A1 - Rallonge de tuyere pour moteur de fusee - Google Patents
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Abstract
Rallonge de tuyère en céramique - carbone pour un moteur de fusée. L'ossature de fibres de carbone de la rallonge de tuyère (1) est obtenue par enroulement; une bride (12) pour la fixation de la rallonge de tuyère (1) à la sortie de la tuyère de la chambre de combustion (2) est intégrée avec un tracé continu de fibres de l'ossature de fibres de carbone enroulées dans la rallonge de tuyère.
Description
de mesure du débit massique de gaz admis dans le moteur.
D OMAINE DE L' INVENTION
La présente invention concerne une rallonge de tuyère en
céramique de carbone pour un moteur de fusée rallonge de tuyère en cé-
ramique - carbone pour un moteur de fusée.
ART ANTERIEUR
Un procédé connu de fabrication de chambres de combus-
tion et de rallonges de tuyères en céramique de carbone utilise des nappes de tissu préfabriqué de filaments de carbone. Les nappes de tissu sont placées sur une forme et constituent l'ossature de fibres de carbone pour 0 la chambre de combustion ou la rallonge de tuyère. Après mise en place des nappes de tissu, on indecte un polymère-précurseur dans l'ossature de
fibres de carbone et on soumet l'ossature de fibres de carbone à une py-
rolyse. Par la pyrolyse la matrice du précurseur se décompose et forme une ossature renforcée par du carbone. Au cours d'une étape suivante, on s infiltre l'ossature de fibres renforcées de carbone avec du siliclum liquide
et on laisse durcir pour obtenir une matrice de carbure de siliclum, céra-
mique, encore appelée céramique-carbone ou en abrégé << C/SiC ".(DE-A1-
197 30 674). La réalisation de rallonge de tuyère C/SiC en utilisant le pro-
cédé d'installation décrit ci-dessus est relativement compliquée, les liai o sons par brides ou autres éléments de transmission des efforts ou de fixation, nécessaires, ne s'intègrent que difficilement dans la rallonge de
tuyère pour offrir la résistance demandée.
BUT DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de développer une rallonge
de tuyère comportant des éléments de bride en C/SiC qui soit relative-
ment simple à fabriquer et présente de bonnes caractéristiques de résis-
tance.
EXPOSE DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention concerne une rallonge de tuyère du
type défini ci-dessus, caractérisée en ce que l'ossature de fibres de car-
bone de la rallonge de tuyère est obtenue par enroulement et une bride pour la fixation de la rallonge de tuyère à la sortie de la tuyère de la chambre de combustion est intégrée avec un tracé continu de fibres de
l'ossature de fibres de carbone enroulées dans la rallonge de tuyère.
s La solution selon l'invention utilise pour la fabrication de l'ossature de fibres de carbone de la rallonge de tuyère, la technique de bobinage connue selon la technique des fibres de carbone en combinaison
avec une technique de moulage pour réaliser des éléments de bride, inté-
grés. L'application selon l'invention de la technique de bobinage ou d'enroulement, à côté des avantages économiques concernant les s moyens de fabrication à mettre en _uvre, par l'adaptation de l'orientation des fibres et de la superposition des couches, peuvent avantageusement de tenir compte des prescriptions de contraintes imposées à la rallonge de tuyère et aux éléments au niveau des points de coupe. En particulier avec la technique de bobinage on peut créer un renforcement de la matière
o dans les zones critiques des brides de la rallonge de tuyère, de forme coni-
que. Un autre renforcement de tels emplacements est également possible le cas échéant par application dans le bobinage des couches de tissu de filaments de carbone et on leur intogration entre les nappes de
s bobinage.
Selon l'invention, on réalise la bride de la rallonge de tuyère sous une forme conique, recourbée vers l'extérieur et des élargissements renforcés de l'enveloppe de la tuyère. I1 en résulte qu'il n'y aura pas d'interruption du tracé des fibres au niveau des brides, ce qui donne les o meilleures caractéristiques de résistance pour la bride ainsi intégrée. La technique de transformation peut être appliquée sans mettre en _uvre
des moyens importants et elle permet de compenser une bride cintrce sui-
vant un angle aigu, avec des caractéristiques élastiques lices à la forme, en compensant avantageusement les dilatations thermiques dans la liai
s son par brides.
Des développements avantageux de l'invention concernent les languettes d'accrochage en C/SiC pour verrouiller une pièce extractible d'une rallonge de tuyère et la réalisation d'une bague d'appui à la sortie de
la rallonge de tuyère.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre une rallonge de tuyère selon l'invention,
3s - la figure 2 montre une liaison par bride entre la chambre de combus-
tion et la rallonge de tuyère, - la figure 3 montre une variante de réalisation d'une telle liaison par bride, - la figure 4 montre une liaison d'interface avec des languettes d'accrochage entre une partie fixe et une partie déployable d'une ral longe de tuyère, - la figure 5 montre un détail à échelle agrandie de cette liaison et des s languettes d'accrochage, - la figure 6 montre la moitié supérieure et la moitié inférieure de la pièce
déployable de la rallonge de tuyère.
Description d'un mode de réalisation de l'invention
La rallonge de tuyère 1 selon la figure 1 est formée d'une o partie de tuyère 3, fixe, et d'une partie de tuyère 4 déployable. La partie de tuyère fixe 3 est reliée solidairement à la sortie de la tuyère de la chambre de combustion 2 par une liaison par bride 7; dans l'espace on rentre la partie déployable 4 de la tuyère, à l'aide d'un entrainement à tige filetée non représenté à la figure 1 qui produit un mouvement dans la direction s axiale, à partir de la position occupée au lancement de la fusée jusque dans la position de réduction d'encombrement représentée à la figure 1; elle est verrouillée au niveau de la liaison d'interface 8 entre la partie fixe
et la partie déployable.
La partie déployable 4 de la tuyère se compose d'un seg o ment supérieur 5 et d'un segment inférieur 6; le segment.< supérieur,, 5 de la tuyère est situé du côté de la partie fIxe 3 de la tuyère; le segment a inférieur " 6 de la tuyère constitue, avec son orifice de sortie, la sortie 10 de la rallonge de tuyère 1. Le segment supérieur 5 de tuyère et le segment
inférieur 6 sont reliés solidairement l'un à l'autre à la liaison d'interface 9.
s Selon l'invention, la partie fixe 3 de la tuyère, le segment supérieur 5 de celle-ci, son segment inférieur 6, sont réalisés en cérami que- carbone bobiné. Au niveau de la liaison par bride 7 et des liaisons d'interface 8, 9, on a intégré des brides par élargissement de la formation des enroulements de fibres de carbone dans la partie de tuyère. A la sortie 10, le bord du segment inférieur 6 de la tuyère est recourbé pour consti
tuer un anneau d'appui 11, de forme rigide, pour la rallonge de la tuyère.
En variante de l'exemple de réalisation de la figure 1, il est évident, pour le spécialiste, de développer un grand nombre d'autres ral longes de tuyères, par exemple des rallonges de tuyères avec une partie 3s déployable, unique, ou encore des rallonges de tuyères ne comportant pas de partie déployable et qui seraient constituées seulement d'une partie de
tuyère fixe reliée par bride à la chambre de combustion.
La liaison par bride 7 représentée à la figure 2, entre la sor-
tie de tuyère de la chambre de combustion 2 et la fixe 3 de la tuyère, est
représentée partiellement à la figure 2.
La céramique-carbone, enroulée, de la partie fixe 3 de la
s tuyère selon cet exemple de réalisation se compose de 12 nappes enrou-
lées. L'angle d'enroulement est par exemple choisi pour qu'au niveau de l'orifice de sortie de la partie fIxe 3 de la tuyère, l'enveloppe fixe présente une épaisseur de paroi d'environ 2 mm. En direction de l'orifice d'entrée, comme le diamètre de la tuyère diminue et que la structure d'enroulement
o change, l'épaisseur de la paroi de l'enveloppe de tuyère augmente et at-
teint par exemple 3 mm.
La bride 12 de la liaison par bride 7 est réalisce, au niveau
de ltorifice d'entrée, par un élargissement de l'enveloppe de la tuyère, re-
courbé vers l'extérieur. Cette opération de formage se fait avec un angle de s pliage par exemple de l'ordre de 45 sur l'ossature de fibres de carbone
dont le bobinage est terminé, et cela avant l'indection du polymère précur-
seur. Dans l'exemple de réalisation, pour renforcer la bride 12, on y intégré des nappes de tissu supplémentaires en filaments de carbone,
o pendant l'opération d'enroulement de façon que la bride 12 terminée pré-
sente une épaisseur de paroi d'environ 6,5 mm.
La bride 12 est fixée à la sortie de tuyère de la chambre de
combustion 2 par des vis 13 réparties à la périphérie de la bride; les orifi-
ces traversants pour les vis 13 sont réalisés avant la prise de la partie fixe
3 de la buse pour réduire le travail de réalisation.
Pour éviter un contact direct entre la bride céramique 12 et
une sortie de tuyère, par exemple métallique, de la chambre de combus-
tion 2, il est prévu un joint élastique 14; ce joint est par exemple en " sigraflex.. (marque déposce). Au montage de la liaison par bride ce joint so est comprimé. Du fait de la forme conique de la bride 12, le joint élastique 14 constitue un moyen de centrage pour un assemblage aligné de façon optimale, dans la direction axiale, de la chambre de combustion et de la
rallonge de tuyère. La liaison de la bride est réalisée de façon à être posi-
tionnée à proximité des canaux de refroidissement 15 de la chambre de
s combustion qui pénètrent dans la sortie de tuyère de la chambre de com-
bustion 2. On évite ainsi que ne s'établissent des points de surchauffe
dans la liaison par brides.
s Pour répartir les efforts de pression exercés par les vis 13 sur la bride céramique 12, dans l'exemple de réalisation on a, entre les têtes de vis et la bride, un segment en métal 16 avec des orifices traver
sants pour les vis.
s L'exemple de réalisation de la figure 3 pour une variante de réalisation de la liaison par bride 7 se distingue de la liaison par bride de la figure 2 en ce que l'élargissement recourbé par exemple à environ 45 au niveau de l'orifice d'entrée, vers l'extérieur, est une déformation re courbée de façon que les vis 13 puissent se monter suivant la direction o axiale. Cette mise en forme se fait également sur l'ossature de fibres de carbone dont l'enroulement est terminé et cela avant l'injection du poly
mère précurseur.
Un avantage supplémentaire de cette liaison par bride est que la liaison par vis est plus éloignée, devant la sortie de tuyère, ce qui
s est avantageux du point de vue thermique.
En variante des exemples de réalisation de la liaison par bride 7 décrite ci-dessus, on peut également envisager d'autres dévelop pements constructifs avec des angles de pliage quelconques, positifs ou négatifs, au niveau de la bride. L'élément décisif pour la solution de o l'invention est celui d'une bride intégrée réalisée par une opération de mise en forme avec élargissement de l'ossature de fibres de carbone dont l'enroulement est terminé, et par un tracé de fibres, continu vers
l'enveloppe de la tuyère.
La transformation de l'ossature de fibres de carbone se fait s avec une broche de bobinage formée dans la zone de la bride pour recevoir les inserts de coin annulaires et avec des anneaux de serrage et d'appui
extérieurs comme outils d'élargissement et de cintrage.
La liaison d'interface 8 selon la figure 4, entre une partie fixe 3 et une partie déployable 4 d'une rallonge de tuyère 1, se compose so essentiellement d'une bride 18 intégrée dans la partie déployable 4 et d'un anneau d'interface 19 collé sur la partie fixe 3 de la tuyère ainsi que de plusieurs entranements à tige filetée 20 répartis à la périphérie de la tuyère. Dans l'exemple de réalisation on a par exemple trois entrane ments à tige filetée répartis suivant un intervalle de 120 les uns par rap
ss port aux autres à la périphérie de la tuyère.
Dans la bague d'interface 19, à la périphérie de l'anneau, on a réparti plusieurs ressorts d'encliquetage 26, intégrés, qui s'accrochent dans des orifices d'accrochage 27 correspondants de la bride lorsque la partie déployable de la tuyère atteint sa position de fonctionnement dé ployée et bloque ainsi les parties de tuyère l'une par rapport à l'autre dans cette position. A la figure 4, la partie déployable 4 de la tuyère est montrée
dans sa position de fonctionnement déployée et accrochée.
s La bague d'interface 19 est une ossature de fibres de car bone préfabriquée réalisée par exemple selon la technique du bobinage; elle est collée N in situ " avant la pyrolyse de la partie fixe 3 de la tuyère, à la manière d'un ruban de chapeau sur l'ossature de fibres de carbone de cette partie de tuyère au niveau de l'orifice de sortie, le collage se faisant à
o partir de l'extérieur.
La bride 18 de la partie déployable 4 de la tuyère est inté grce au niveau de ltorifice d'entrée de cette partie de tuyère. La réalisation de la bride se fait par mise en forme avec extension de l'ossature de fibres de carbone dans la partie déployable 4 de la tuyère selon la procédure dé is crite ci-dessus à la figure 2 et avec un tracé continu de fibres selon l'invention. La partie entraînée 21 de l'entrâînement à tige filetée 20, mobile dans la direction de la double flèche de déplacement 24, pour ren trer et sortir la partie déployable 4 de la tuyère, est reliée solidairement à la bride 18, par exemple par des liaisons à vis 22. La tige filetée 23 de l'entraînement à tige filetée 20 est accrochée solidairement par son talon chaque fois à un segment de l'anneau d'interface 19, perpendiculairement à l'axe de la tuyère. L'entrâînement à tige filetée 20 est protégé par un
bouclier thermique 25 contre la surchauffe.
La figure 5 montre un détail à échelle agrandie de la liaison d'interface 8 au niveau des languettes d'accrochage 26. Les languettes d'accrochage 26, intégrées à la bague d'interface 19, sont en C/SiC. La réalisation des languettes d'accrochage intégrées peut par exemple con sister à coller, pendant la fabrication de la bague d'interface 19, de petits renforcements de dimensions appropriées aux languettes d'accrochage, en une ossature de fibres de carbone, que l'on colle de l'extérieur sur la ba gue d'interface 19. Après la prise consécutive de l'ensemble de la partie de tuyère fixe 3 avec la bague d'interface 19 collée sur place, on réalise, au niveau des points renforcés, les languettes d'accrochage 26 par un usi 3s nage par enlèvement de copeaux. Après leur réalisation par usinage avec enlèvement de copeaux ces languettes ont par exemple la forme d'une patte fixée d'un côté dans la bague d'interface et dépassant par leur ex trémité libre de la surface de la bague d'interface 19. La bride 18 de la partie déployable 4 de la tuyère glisse en phase finale de déploiement sur la bague d'interface 19 et pousse les languettes élastiques en saillie dans la bague d'interface iusqu'à ce que les orifices d'accrochage se trouvent par-dessus les languettes d'accrochage et accrochent celles-ci par leur extrémité libre dans les orifices. Les orifices d'accrochage 27 sont réalisés par exemple avec une butée étagée 29 pour un positionnement contrôlé
des languettes d'accrochage en position encliquetée.
Un joint glissant 29, par exemple en " sigraflex '' (marque déposée) est interposé entre la bride 18 et la bague d'interface 19 pour ré o duire les frottements. Un joint d'étanchéité 30 assure l'étanchéité de la
liaison d'interface 8.
Deux segments supérieurs 5 de la tuyère et son segment inférieur 6 selon l'exemple de réalisation, sont reliés à une liaison d'interface 9 représentée à la figure 6, de manière solidaire à la partie dé
s ployable 4 de la tuyère.
La liaison d'interface 8 est formée d'une bride 31 intégrée dans le segment inférieur 6 de la tuyère et d'un anneau d'interface 32
collé sur le segment supérieur 5 de la tuyère.
La bague d'interface 32 est une ossature de fils de carbone, o préfabriquée obtenue par exemple par enroulement; elle est collée sur place avant la pyrolyse du segment supérieur 4 de la tuyère à la manière d'un ruban de chapeau, à partir de l'extérieur sur l'ossature de fibres de
carbone de cette partie de tuyère au niveau de l'orifice de sortie.
La bride 31 du segment inférieur 6 de la tuyère est intégrée :5 au niveau de l'orifice d'entrce de cette partie de tuyère. La réalisation de la bride se fait par une mise en forme avec élargissement de l'ossature de fibres de carbone dans le segment inférieur 6 de la tuyère selon la procé dure décrite ci-dessus à propos de la figure 2 et, selon l'invention, on a un
tracé continu des fibres.
Pour réaliser la liaison solide des segments de tuyère, la bride 31 et la bague d'interface 32 sont reliées par des liaisons à vis 33 réparties à la périphérie de la tuyère. Un joint d'étanchéité 34 assure
l'étanchéité de la liaison d'interface 9.
Claims (5)
1 ) Rallonge de tuyère en céramique - carbone pour un moteur de fusce, caractérisée en ce que l'ossature de fibres de carbone de la rallonge de tuyère (1) est obtenue par s enroulement et une bride (12) pour la fixation de la rallonge de tuyère (1) à la sortie de la tuyère de la chambre de combustion (2) est intégrée avec un tracé continu de fibres de l'ossature de fibres de carbone enroulées dans
la rallonge de tuyère.
0 2 ) Rallonge de tuyère selon la revendication 1, ., caractersee en ce que la bride (2) est réalisée sous la forrne d'un élargissement conique de la
rallonge de tuyère (1).
s 3 ) Rallonge de tuyère selon la revendication 1 caractérisée en ce que
la bride (12) est réalisée sous la forme d'une extension conique de la ral-
longe de tuyère (1) qui comporte une partie repliée supplémentaire pour recevoir axialement des vis (13) fIxant la bride à la chambre de combus
tion.
4 ) Rallonge de tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rallonge de tuyère (1) se compose d'une partie fixe (3) et d'une partie s déployable (4), une liaison d'interface (8) étant prévue entre les parties de tuyère sur une bride (18) à l'entrée de la partie déployable (4) de tuyère, cette bride étant intogrée avec un tracé continu de fibres dans l'ossature
de fibres de carbone enroulées de la partie déployable (4) de la tuyère.
so 5 ) Rallonge de tuyère selon la revendication 4, caractérisée en ce que la liaison d'interface (8) est composée d'une bague d'interface (19) en C/SiC, collée sur place, sur la partie fIxe (3) de la tuyère, et pour cela, des languettes d'accrochage (26) réparties à la périphérie, réalisées en C/SiC, sont intégrées par un usinage avec enlèvement de copeaux de la bague
d'interface (10) une fois durcie.
6 ) Rallonge de tuyère selon la revendication 5, caractérisée en ce que les languettes d'encliquetage (26) sont réalisées sous la forme de pattes accrochées par une extrémité dans la bague d'interface (19) et ces pattes sont recourbées en saillie vers l'extérieur à leur extrémité libre par rapport
s à la surface de la bague d'interface (19).
7 ) Rallonge de tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie déployable (4) de la tuyère se compose d'un segment supérieur (5) o et d'un segment inférieur (6) et une liaison d'interface (9) est prévue entre les segments de tuyère à l'entrée de la partie inférieure (6) de la tuyère munie d'une bride (31), intégrée par un tracé continu de fibres dans l'ossature de fibres de carbone enroulées du segment inférieur (6) de tuyère. 8 ) Rallonge de tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que la ou les brides enroulées (12, 18, 31) sont renforcées par des nappes préfabriquées en filaments de carbone, ces nappes étant placées dans les
enroulements.
9 ) Rallonge de tuyère selon la revendication 8, caractérisée en ce que la rallonge de tuyère (1) comporte à sa sortie (10), une bague d'appui (11) s obtenue par repliage de l'ossature de fibres de carbone enroulées, avant le
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