FR2998927A1 - Systeme de propulsion en vol entrainant un vehicule spatial, et vehicule spatial equipe dudit systeme - Google Patents
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Abstract
Un système (110) de propulsion en vol, dévolu à l'entraînement d'un véhicule spatial (100) dans une direction de vol (112) afin de transporter une charge utile (104) vers l'espace extra-atmosphérique, comprend un réservoir (106) recevant un carburant ; un réservoir (108) recevant un agent oxydant ; un dispositif (114) à chambre de combustion, dévolu à la transformation dudit carburant par ledit agent oxydant ; un dispositif (116) à tuyère propulsive, limitrophe dudit dispositif (114) ; et un dispositif de carénage (118) ceinturant annulairement ledit dispositif (116), au moins par zones, afin d'engendrer un écoulement d'air enveloppant au cours d'un vol du véhicule spatial (100) parcourant l'atmosphère.
Description
SYSTEME DE PROPULSION EN VOL ENTRAINANT UN VEHICULE SPATIAL, ET VEHICULE SPATIAL EQUIPE DUDIT SYSTEME La présente invention se rapporte à un système de propulsion en vol conçu pour entraîner un véhicule spatial dans une direction de vol dudit véhicule, en vue de transporter une charge utile vers l'espace extra-atmosphérique et notamment vers une orbite. L'invention concerne, en outre, un véhicule spatial dévolu au transport d'une charge utile vers l'espace extra-atmosphérique, en particulier vers une orbite, et équipé du système précité de propulsion en vol. D'après les techniques de l'armement, l'on connaît par exemple des fusées équipées d'un système de propulsion par moteur fusée à double flux. Comparativement à des systèmes dépourvus de double flux, ceux qui en sont dotés autorisent une plus forte poussée dans certaines circonstances.
A titre d'exemple, le document DE 103 25 170 Al a trait à une fusée dans laquelle un accroissement de la poussée est rendu possible au moyen d'un carénage du système de propulsion. Toutefois, la fusée conforme audit document DE 103 25 170 Al n'est pas appropriée pour des systèmes de propulsion en vol, en particulier à cause du fait que du carburant est délivré au double flux, ce qui gouverne, certes, un accroissement de la poussée, mais également une baisse du rendement dans le même temps. La présente invention a pour objet de fournir un système de propulsion en vol, en particulier un étage de puissance principal ou secondaire qui puisse tirer profit du carburant disponible, avec haute efficacité, et transporter des charges utiles pesantes vers de grandes hauteurs. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que le système de propulsion en vol comprend un réservoir destiné à recevoir un carburant ; un réservoir destiné à recevoir un agent oxydant ; un dispositif à chambre de combustion, dévolu à la transformation dudit carburant par ledit agent oxydant ; un dispositif à tuyère propulsive, limitrophe dudit dispositif à chambre de combustion ; et un dispositif de carénage ceinturant annulairement ledit dispositif à tuyère propulsive, au moins par zones, afin d'engendrer un écoulement d'air enveloppant au cours d'un vol du véhicule spatial parcourant l'atmosphère. Le fait qu'il soit prévu, dans le système de propulsion en vol conforme à l'invention, un dispositif de carénage qui ceinture annulairement le dispositif à tuyère propulsive, au moins par zones, permet audit système de tirer parti du carburant disponible, avec haute efficacité. Des charges utiles lourdes peuvent ainsi être transportées vers de grandes hauteurs. Il peut s'avérer avantageux que le dispositif de carénage inclue un espace interne décroissant de section en sens inverse de la direction de vol.
Une direction orientée à l'opposé de la direction de vol représente, en particulier, une direction d'écoulement de l'air par rapport au véhicule spatial au cours du vol de celui-ci. Il peut se révéler propice qu'une surface intérieure du dispositif de carénage inclue une région à décroissance de section, ou bien que ladite surface intérieure soit intégralement réalisée avec décroissance de section, de telle sorte qu'une surface, délimitant la section transversale intérieure dudit dispositif de carénage et considérée perpendiculairement à la direction de vol, s'amenuise en sens inverse de ladite direction, c'est-à-dire le long de la direction d'écoulement de l'air. Il peut être avantageux que l'espace interne du dispositif de carénage décroisse de section, de façon continue et/ou permanente, à partir d'une extrémité antérieure dudit dispositif considérée dans la direction de vol. Par l'expression "décroissance de section continue", il convient notamment d'entendre une diminution continue de l'aire de section transversale considérée perpendiculairement à la direction de vol, sans qu'aucun accroissement localisé de ladite aire de section transversale ne soit prévu en sens inverse de ladite direction. L'expression "décroissance de section permanente" doit être comprise, en particulier, comme une décroissance n'accusant aucune variation étagée brusque de l'aire de section transversale en sens inverse de la direction de vol. Une décroissance de section permanente se présente notamment comme une diminution régulière de l'aire de section transversale, de type linéaire par exemple. Dans un agencement structurel de l'invention, il est prévu que l'espace interne du dispositif de carénage décroisse de section, de façon continue et/ou permanente, depuis une extrémité antérieure dudit dispositif, considérée dans la direction de vol, jusqu'à une extrémité postérieure dudit dispositif considérée dans ladite direction. En particulier lorsque le dispositif de carénage est au moins approximativement réalisé en forme de cylindre creux ou de tronc de cône creux, il peut être prévu qu'un diamètre intérieur dudit dispositif s'amenuise continûment et/ou en permanence en sens inverse de la direction de vol.
Il peut s'avérer favorable qu'une surface extérieure du dispositif de carénage inclue une région de forme constante dans laquelle une surface, délimitant la section transversale extérieure considérée perpendiculairement à la direction de vol, est au moins approximativement constante en sens inverse de ladite direction. Il peut notamment être prévu qu'une section transversale extérieure du dispositif de carénage, considérée perpendiculairement à la direction de vol, soit au moins approximativement constante dans la région de forme constante dudit dispositif, le long de ladite direction de vol. La région de forme constante sur le dispositif de carénage, en particulier sur la surface extérieure de celui-ci, s'étend de préférence sur au moins environ la moitié d'une longueur dudit dispositif considérée le long de la direction de vol.
En particulier lorsque le dispositif de carénage présente au moins approximativement une symétrie de révolution, le diamètre extérieur de ce dernier est, de préférence, pour l'essentiel constant dans la zone de la région dudit dispositif qui est dotée d'une forme constante. Dans la région du dispositif de carénage présentant une forme constante, la 15 surface extérieure dudit dispositif correspond de préférence, au moins approximativement, à une surface cylindrique droite. Il peut se révéler propice que le dispositif de carénage revête, au moins approximativement, la forme d'un triangle observé en coupe longitudinale le long d'un plan passant par un axe de symétrie dudit dispositif. 20 Il peut s'avérer avantageux qu'une surface extérieure du dispositif de carénage inclue une région à décroissance de section dans laquelle une surface, délimitant la section transversale extérieure considérée perpendiculairement à la direction de vol, s'amenuise en sens inverse de ladite direction. En particulier, il peut être prévu qu'une surface extérieure du dispositif de 25 carénage comporte une région à décroissance de section dans laquelle une surface, délimitant la section transversale extérieure considérée perpendiculairement à la direction de vol, présente un amenuisement continu et/ou permanent, notamment linéaire en sens inverse de ladite direction. En particulier lorsque la surface extérieure du dispositif de carénage 30 comprend une région de forme constante et une région à décroissance de section, il peut être prévu qu'une transition, entre lesdites régions, soit de réalisation arrondie. Cela permet préférentiellement d'éviter que l'écoulement d'air, cernant la périphérie dudit dispositif, ne se dissocie d'avec ce dernier. Dans un agencement structurel de l'invention, il est prévu qu'une extrémité 35 antérieure du dispositif de carénage, considérée dans la direction de vol, occupe une position latéralement voisine du dispositif à tuyère propulsive et/ou du dispositif à chambre de combustion. Par l'expression "position latéralement voisine", il convient alors d'entendre, en particulier, une disposition avoisinante dans une direction (direction transversale) s'étendant perpendiculairement à la direction de vol, notamment une disposition à une hauteur identique par rapport à ladite direction de vol. De préférence, l'écoulement d'air enveloppant est guidé entre le dispositif à tuyère propulsive et le dispositif de carénage. Il peut être favorable qu'une surface extérieure du dispositif à tuyère propulsive inclue un dispositif de guidage d'écoulement, en vue de guider l'écoulement d'air enveloppant. Le système de propulsion en vol conforme à l'invention peut se présenter, par exemple, comme un étage de puissance, par exemple un étage de puissance principal ou secondaire pouvant être dissocié d'avec un dispositif de transport destiné à recevoir une charge utile.
En variante, il peut être prévu que le système de propulsion en vol soit relié inamoviblement au dispositif de transport destiné à recevoir la charge utile. Le dispositif de carénage peut contenir un matériau céramique, ou être constitué d'un matériau céramique. Un matériau céramique de type carbure, notamment du carbure de silicium, peut par exemple être prévu en tant que matériau céramique. En variante ou en complément, il peut être prévu que le dispositif de carénage contienne un matériau métallique ou soit constitué d'un matériau métallique. Il peut, par exemple, être prévu que le dispositif de carénage soit constitué d'une tôle de titane, au moins par zones. Il peut se révéler propice que le dispositif de carénage soit réalisé de telle sorte, et que le dispositif à chambre de combustion puisse être commandé et/ou régulé, au moyen d'un dispositif de commande par exemple, de telle sorte qu'un jet propulseur, sortant du dispositif à tuyère propulsive, présente un excédent de carburant pouvant être transformé, en vue d'accroître la poussée, par de l'oxygène provenant de l'écoulement d'air enveloppant en circulation dans ledit dispositif de carénage. De préférence, le système de propulsion en vol conforme à l'invention est dépourvu de dispositif d'injection de carburant assigné à l'écoulement d'air enveloppant. De préférence en revanche, pour accroître la poussée, il est tiré exclusivement profit du carburant excédentaire dans le jet propulseur.
Le système de propulsion en vol conforme à l'invention se prête, en particulier, à l'utilisation dans un véhicule spatial afin de transporter une charge utile vers l'espace extra-atmosphérique et notamment vers une orbite. Par conséquent, comme mentionné en introduction, la présente invention a également trait à un véhicule spatial dévolu au transport d'une charge utile vers l'espace extra-atmosphérique, en particulier vers une orbite. A cet égard, l'invention a pour objet de fournir un véhicule spatial au moyen duquel le carburant disponible puisse être exploité avec haute efficacité, afin de transporter de lourdes charges utiles jusqu'à de grandes hauteurs.
Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que le véhicule spatial comprend un dispositif de transport destiné à recevoir une charge utile, et un système de propulsion en vol du type exposé en détail ci-avant. De préférence, le véhicule spatial conforme à l'invention est doté de quelques-un(e)s ou de plusieurs des caractéristiques et/ou avantages décrit(e)s au sujet du système de propulsion en vol conforme à l'invention. Par exemple, le système de propulsion en vol peut être relié au dispositif de transport d'une manière indissociable. En variante, il peut être prévu que le système de propulsion en vol, en particulier un dispositif à chambre de combustion, un dispositif à tuyère propulsive et/ou un dispositif de carénage dudit système, puisse(nt) être dissocié(s) d'avec le dispositif de transport destiné à recevoir la charge utile. Il peut s'avérer propice que le dispositif de carénage soit situé, au moins par zones, dans le périmètre d'une projection du profil extérieur du dispositif de transport, le long d'un axe longitudinal respectif dudit dispositif de transport, ou du véhicule spatial. Par l'expression "une projection du profil extérieur du dispositif de transport, le long d'un axe longitudinal dudit dispositif de transport", il convient d'entendre la zone de l'espace qui est balayée par l'aire maximale de section transversale dudit dispositif, considérée perpendiculairement à la direction de vol, lorsque cette aire maximale est déplacée le long de l'axe longitudinal dudit dispositif, jusqu'aux extrémités du véhicule spatial. De la sorte, un objet placé dans le périmètre d'une projection du profil extérieur du dispositif de transport ne fait pas saillie latéralement (dans la direction transversale) au-delà dudit dispositif de transport à partir de l'axe longitudinal de celui-ci.
En particulier, un objet placé dans le périmètre de la projection du profil extérieur du dispositif de transport, le long de l'axe longitudinal dudit dispositif et derrière ce dernier par rapport à la direction de vol du véhicule spatial, par exemple le dispositif à chambre de combustion, le dispositif à tuyère propulsive et/ou le dispositif de carénage, n'est pas visible lorsqu'un côté dudit véhicule, antérieur par rapport à la direction de vol de ce dernier, est observé en plan avec direction d'observation le long dudit axe longitudinal. De préférence, des objets situés dans le périmètre de la projection du profil extérieur du dispositif de transport, le long de l'axe longitudinal et derrière ledit dispositif, exercent une faible influence négative sur l'aérodynamique, en particulier sur la résistance à l'air du véhicule spatial au cours du vol dudit véhicule parcourant l'atmosphère. Il peut être avantageux que le dispositif de carénage soit situé en totalité, au moins approximativement, dans le périmètre d'une projection du profil extérieur du dispositif de transport, le long d'un axe longitudinal respectif dudit dispositif de transport, ou du véhicule spatial. De préférence, par conséquent, le dispositif de carénage ne fait pas saillie latéralement au-delà du profil extérieur du dispositif de transport. Il peut se révéler particulièrement favorable qu'une surface délimitant la section transversale extérieure, en particulier l'aire maximale de section transversale du dispositif de transport, corresponde à une surface délimitant la section transversale extérieure, notamment l'aire maximale de section transversale du dispositif de carénage. Néanmoins, il peut également être prévu que le dispositif de carénage fasse latéralement saillie au-delà du dispositif de transport et présente, par exemple, un diamètre extérieur supérieur d'au moins environ 2 %, et/ou d'environ 20 % au maximum. De préférence, le dispositif de transport, le dispositif à chambre de combustion, le dispositif à tuyère propulsive et/ou le dispositif de carénage comportent un axe de symétrie et/ou un axe longitudinal commun. Le dispositif de transport, et/ou un élément de rattachement conçu pour relier le dispositif à chambre de combustion et le dispositif à tuyère propulsive audit dispositif de transport, présente(nt) de préférence une région de section transversale décroissante en sens inverse d'une direction de vol du véhicule spatial.
La présence de la région de section transversale décroissante en sens inverse de la direction de vol du véhicule spatial donne de préférence naissance, derrière le dispositif de transport par rapport à la direction de vol du véhicule spatial, à une zone dans laquelle des éléments structurels dudit véhicule peuvent être disposés sans n'exercer aucune influence négative notable sur l'aérodynamique dudit véhicule, notamment sur une résistance à l'air de ce dernier lors du vol parcourant l'atmosphère. Par ailleurs, le système de propulsion en vol conforme à l'invention, et/ou le véhicule spatial conforme à l'invention, peu(ven)t présenter quelques-un(e)s ou plusieurs des caractéristiques et/ou avantages mentionné(e)s ci-après. Le dispositif de carénage a pour effet de délivrer au jet propulseur, de préférence au moins de temps à autre, un courant d'air dont le flux volumique représente au moins environ 30 %, par exemple au moins environ 50 % et/ou au maximum environ 100 %, en particulier environ 80 % au maximum, du flux volumique dudit jet. De préférence, un canal annulaire est formé par le dispositif de carénage.
Le canal annulaire peut être constitué, par exemple, d'un matériau céramique, d'une tôle de titane et/ou d'une matière plastique renforcée par des fibres de carbone (CFK). Le dispositif de carénage autorise, de préférence, un accroissement de la poussée dans la plage de pourcentages à deux chiffres, par exemple au moins d'environ 10 %, et de plusieurs tonnes en particulier. Un guidage de l'écoulement sur un côté extérieur du dispositif à tuyère propulsive permet, de préférence, de réduire une résistance à l'air lorsque la périphérie dudit dispositif est cernée par un flux, par exemple sous l'action de nervures de refroidissement implantées sur la face extérieure dudit dispositif.
De préférence, seul un effet d'éjecteur est mis à profit au moyen du dispositif de carénage. Le système de propulsion en vol conforme à l'invention permet d'obtenir, par exemple, une forte impulsion d'entraînement spécifique. Un flux cernant la périphérie du dispositif à tuyère propulsive, soulevant des problèmes d'ordre aérodynamique dans plus d'un cas, est de préférence évité et est exploité, en particulier, pour accroître la poussée au moyen du dispositif de carénage. Un profil géométrique du canal annulaire formé au moyen du dispositif de carénage est choisi, de préférence, afin de minimiser des pertes aérodynamiques.
De préférence, un écoulement extérieur s'opérant sur le dispositif à tuyère propulsive est utilisé pour accroître la poussée.
Au moyen du système de propulsion en vol conforme à l'invention, le carburant disponible peut être exploité d'une manière particulièrement efficace, si bien que des charges utiles pesantes peuvent être transportées vers une orbite entourant la terre, vers la lune et/ou vers d'autres planètes.
Le principe du double flux, conforme à l'invention, peut être fondamentalement appliqué à tous les systèmes de propulsion en vol utilisés, en partie, pour le vol parcourant l'atmosphère. Le système conforme à l'invention peut s'avérer avantageux, en particulier, pour des fusées dans lesquelles une forte impulsion spécifique revêt un intérêt. Dans ce cas, de préférence, un accroissement de la poussée est possible sans besoins supplémentaires en carburant. De préférence, la poussée gagnée est nettement supérieure à la masse du dispositif de carénage, autorisant ainsi, malgré la présence additionnelle dudit dispositif, un accroissement de la poussée nette dont il peut être directement tiré parti au profit d'un accroissement de la charge utile du véhicule spatial.
L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples de réalisation préférentiels nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une première forme de réalisation d'un véhicule spatial ; la figure 2 est une illustration schématique d'un dispositif de carénage d'un système de propulsion en vol du véhicule spatial conforme à la figure 1, visant à mettre en lumière l'agencement géométrique intérieur dudit dispositif de carénage ; la figure 3 est une représentation schématique du dispositif de carénage, correspondant à la figure 2 et ciblant la mise en évidence de l'agencement géométrique extérieur dudit dispositif de carénage ; et la figure 4 est une illustration schématique correspondant à la figure 1, montrant une seconde forme de réalisation d'un véhicule spatial. Des éléments identiques ou fonctionnellement équivalents sont désignés par les mêmes références numériques sur toutes les figures.
Une première forme de réalisation d'un véhicule spatial repéré dans son ensemble par 100, illustrée sur les figures 1 à 3, comprend un dispositif de transport 102 destiné à recevoir une charge utile 104, un réservoir de carburant 106 et un réservoir 108 d'agent oxydant. Le véhicule spatial 100 est équipé, par ailleurs, d'un système 110 de propulsion en vol conçu pour entraîner ledit véhicule 100 dans une direction de vol 112.
Le système 110 de propulsion en vol englobe un dispositif 114 à chambre de combustion qui est dévolu à la transformation chimique du carburant, provenant du réservoir 106, par l'agent oxydant émanant du réservoir 108 ; un dispositif 116 à tuyère propulsive, limitrophe dudit dispositif 114 ; et un dispositif de carénage 118.
Le système 110 de propulsion en vol se présente, en particulier, comme un étage de puissance 120 du véhicule spatial 100, par exemple un étage de puissance secondaire ou un étage de puissance principal. Le système 110 de propulsion en vol, et notamment le dispositif 114 à chambre de combustion, le dispositif 116 à tuyère propulsive et le dispositif de carénage 118, sont reliés au dispositif de transport 102 du véhicule spatial 100 soit de manière inamovible, soit de manière libérable. Le dispositif 114 à chambre de combustion est relié au dispositif de transport 102 au moyen d'un élément de rattachement 122. L'élément de rattachement 122 est réalisé, en particulier, comme une région à section transversale décroissante 124 du dispositif de transport 102. Plusieurs éléments de fixation 126, par exemple des éléments 126 en forme de tiges, sont prévus pour fixer le dispositif de carénage 118 et assurent, par exemple, la liaison dudit dispositif 118 avec l'élément de rattachement 122. Le dispositif de transport 102, le dispositif 114 à chambre de combustion, le dispositif 116 à tuyère propulsive et le dispositif de carénage 118 sont réalisés, au moins approximativement, avec symétrie de révolution autour d'un axe commun de symétrie 128 qui matérialise, dans le même temps, un axe longitudinal 130 du véhicule spatial 100. Le dispositif 114 à chambre de combustion, le dispositif 116 à tuyère propulsive et le dispositif de carénage 118 sont dimensionnés de façon telle que ces dispositifs 114, 116 et 118 ne fassent pas saillie au-delà du dispositif de transport 102 dans une direction transversale 132 orientée perpendiculairement à l'axe longitudinal 130. En conséquence, le dispositif 114 à chambre de combustion, le dispositif 116 à tuyère propulsive et le dispositif de carénage 118 sont situés dans le périmètre d'un profil extérieur 134 du dispositif de transport 102. Le profil extérieur 134 se présente alors, en particulier, comme la région de l'espace qui est balayée par une section transversale extérieure maximale du dispositif de transport 102 lorsque celui-ci est mû le long de l'axe longitudinal 130.
Le dispositif de carénage 118 comprend une surface intérieure 136 tournée vers l'axe de symétrie 128, et une surface extérieure 138 pointant à l'opposé dudit axe 128. Un espace interne 140, ceinturé par le dispositif de carénage 118, inclut de préférence, au moins par zones, le dispositif 114 à chambre de combustion et/ou le dispositif 116 à tuyère propulsive, ainsi qu'un canal annulaire 142 formé par lesdits dispositifs 118 et 116. La surface intérieure 136 du dispositif de carénage 118 revêt, par exemple, la forme d'une surface d'enveloppe tronconique.
La surface intérieure 136 du dispositif de carénage 118 s'amenuise notamment en sens inverse de la direction de vol 112 du véhicule spatial 100, de sorte qu'une surface 144, entourée par ladite surface intérieure 136 du dispositif 118 et délimitant la section transversale intérieure dudit dispositif 118 considérée perpendiculairement à l'axe de symétrie 128, décroît en sens inverse de ladite direction 112 (cf. figure 2). Dans ce cas, la surface 144 délimitant la section transversale intérieure du dispositif de carénage 118 décroît, en particulier, linéairement en sens inverse de la direction de vol 112. Cela permet d'empêcher d'indésirables turbulences sur la face intérieure dudit dispositif 118, notamment dans le canal annulaire 142.
Ainsi, la surface intérieure 136 du dispositif de carénage 118 forme une région 146 à décroissance de section dudit dispositif 118. La surface extérieure 138 du dispositif de carénage 118 comprend une région 148 de forme constante et une région 150 à décroissance de section. Comme l'atteste une observation de la figure 3, en particulier, une surface 152 délimitant la section transversale extérieure du dispositif de carénage 118 présente une forme pour l'essentiel constante, le long de la direction de vol 112 ou en sens inverse de cette dernière, dans la zone de la région 148 de forme constante sur la surface extérieure 138. La surface 152 délimitant la section transversale extérieure décroît, en sens inverse de la direction de vol 112 du véhicule spatial 100, dans la zone de la région 150 à décroissance de section sur la surface extérieure 138 du dispositif de carénage 118. Suite à la présence de la région 146 à décroissance de section sur la surface intérieure 136, de la région 150 à décroissance de section sur la surface extérieure 138, et de la région 148 de forme constante sur ladite surface extérieure 138, le dispositif de carénage 118 possède au moins approximativement une forme triangulaire en coupe longitudinale. Sur une surface extérieure 154 du dispositif 116 à tuyère propulsive, ledit dispositif 116 est doté, de préférence, d'un dispositif 156 de guidage d'écoulement, par exemple de plusieurs éléments 158 directeurs d'écoulement. Au moyen de tels éléments 158, l'air guidé dans le canal annulaire 142 peut, de préférence, être adéquatement délivré à un jet propulseur 160 engendré au moyen dudit dispositif 116. De préférence, par ailleurs, lesdits éléments directeurs 158 permettent de réduire une résistance à l'air dudit dispositif 116.
Aussi bien une extrémité 162 du dispositif de carénage 118, antérieure par rapport à la direction de vol 112, qu'une extrémité 164 dudit dispositif 118 postérieure par rapport à ladite direction 112, s'achèvent de préférence en pointe, afin d'éviter d'inopportunes turbulences d'air. Au cours du fonctionnement du véhicule spatial 100, en particulier lors du vol parcourant l'atmosphère, de l'air s'écoule en regard dudit véhicule 100 dans une direction de circulation 166 opposée à la direction de vol 112 vis-à-vis dudit véhicule 100. Dans ce cas, suite à la présence de la région de section décroissante 124 du dispositif de transport 102, un écoulement d'air 168 est guidé jusque dans le canal annulaire 142 formé au moyen du dispositif de carénage 118. Au moyen du dispositif de carénage 118, et notamment au moyen du canal annulaire 142 et du dispositif 116 à tuyère propulsive, cet écoulement d'air 168 peut être délivré au jet propulseur 160 sous la forme d'un écoulement d'air enveloppant. La première forme de réalisation du véhicule spatial 100, décrite ci-avant, fonctionne de la manière exposée ci-après. Pour entraîner le véhicule spatial 100 au moyen du système 110 de propulsion en vol, du carburant provenant du réservoir 106 et se présentant comme de l'hydrogène, par exemple, et un agent oxydant émanant du réservoir 108 et se présentant, par exemple, comme de l'oxygène, sont brûlés dans le dispositif 114 à chambre de combustion et sont détendus, dans le dispositif 116 à tuyère propulsive, de manière à engendrer une poussée. Ainsi, le dispositif 116 à tuyère propulsive provoque notamment la génération du jet propulseur 160, lequel accélère le véhicule spatial 100 par un effet de contre-réaction.
La périphérie du véhicule spatial 100 est cernée par un flux d'air au cours du vol parcourant l'atmosphère.
L'écoulement d'air 168 afflue alors notamment dans le dispositif de carénage 118, en particulier dans le canal annulaire 142 formé entre ledit dispositif 118 et le dispositif 116 à tuyère propulsive. Cet écoulement d'air 168 est adéquatement délivré au jet propulseur 160 au moyen du dispositif de carénage 118, si bien qu'une quantité d'oxygène supplémentaire est notamment délivrée audit jet 160. Etant donné que, de préférence, le jet propulseur 160 contient du carburant et notamment de l'hydrogène imbrûlé, l'air additionnel, en particulier l'oxygène additionnel délivré au moyen du dispositif de carénage 118, peut être utilisé pour la combustion de l'hydrogène contenu dans ledit jet 160. Cette combustion supplémentaire de l'hydrogène contenu dans le jet propulseur 160 se traduit par une meilleure exploitation du carburant, du fait que ce dernier ne s'échappe pas à travers le dispositif 116 à tuyère propulsive, à l'état imbrûlé, mais est en revanche soumis à une post-combustion ciblant un accroissement de la poussée dans ledit jet 160. Ainsi, le véhicule spatial 100 peut tirer efficacement parti du carburant disponible. En particulier grâce à l'utilisation du dispositif de carénage 118, une charge utile présentant une masse conséquente peut être transportée à de grandes hauteurs, notamment vers une orbite, vers la lune ou vers d'autres planètes.
Une seconde forme de réalisation d'un véhicule spatial 100, représentée sur la figure 4, se différencie pour l'essentiel, de la première forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 3, par le fait que le dispositif de carénage 118 est muni d'un plus fort diamètre. Dans la seconde forme de réalisation du véhicule spatial 100, illustrée sur la figure 4, le dispositif de carénage 118 est notamment dimensionné de telle sorte que la surface 152 délimitant la section transversale extérieure dudit dispositif 118 corresponde pour l'essentiel, dans la région 148 de forme constante sur la surface extérieure 138, à l'aire de section transversale maximale du dispositif de transport 102 (abstraction faite d'éventuels mécanismes de guidage).
Une surface extérieure 170 du dispositif de transport 102, et la région 148 de forme constante sur la surface extérieure 138 du dispositif de carénage 118, font alors notamment partie intégrante d'une surface du profil extérieur respectif 134 du véhicule spatial 100, ou dudit dispositif de transport 102. Pour le reste, l'organisation structurelle et la fonction de la seconde forme de réalisation du véhicule spatial 100, représentée sur la figure 4, concordent avec celles de la première forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 3, si bien qu'il est fait renvoi à la description de cette dernière, fournie ci-avant. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite et représentée, sans s'écarter de son cadre.
Liste des références numériques 100 véhicule spatial 102 dispositif de transport de la charge utile 104 charge utile 106 réservoir de carburant 108 réservoir d'agent oxydant 110 système de propulsion en vol du véhicule spatial 112 direction de vol du véhicule spatial 114 dispositif à chambre de combustion 116 dispositif à tuyère propulsive 118 dispositif de carénage du système de propulsion en vol 120 étage de puissance du véhicule spatial 122 élément de rattachement du dispositif à chambre de combustion au dispositif de transport de la charge 124 région décroissante du dispositif de transport 126 éléments de fixation reliant le dispositif de carénage à l'élément de rattachement 128 axe commun de symétrie 130 axe longitudinal du véhicule spatial 132 direction transversale perpendiculaire à l'axe longitudinal 134 profil extérieur du dispositif de transport 136 surface intérieure du dispositif de carénage 138 surface extérieure du dispositif de carénage 140 espace interne 142 canal annulaire formé par le dispositif de carénage et par le dispositif à tuyère propulsive 144 surface délimitant la section transversale intérieure du dispositif de carénage 146 région à décroissance de section sur le dispositif de carénage 148 région de forme constante sur la surface extérieure du dispositif de carénage 150 région à décroissance de section sur la surface extérieure du dispositif de carénage 152 surface délimitant la section transversale extérieure du dispositif de carénage 154 surface extérieure du dispositif à tuyère propulsive 156 dispositif de guidage d'écoulement 158 éléments directeurs d'écoulement 160 jet propulseur 162 extrémité antérieure du dispositif de carénage 164 extrémité postérieure du dispositif de carénage 166 direction de circulation de l'air 168 écoulement d'air 170 surface extérieure du dispositif de transport
Claims (15)
- REVENDICATIONS- 1. Système (110) de propulsion en vol conçu pour entraîner un véhicule spatial (100) dans une direction de vol (112) dudit véhicule (100), en vue de transporter une charge utile (104) vers l'espace extra-atmosphérique et notamment vers une orbite, système caractérisé par le fait qu'il comprend un réservoir (106) destiné à recevoir un carburant ; un réservoir (108) destiné à recevoir un agent oxydant ; un dispositif (114) à chambre de combustion, dévolu à la transformation dudit carburant par ledit agent oxydant ; un dispositif (116) à tuyère propulsive, limitrophe dudit dispositif (114) à chambre de combustion ; et un dispositif de carénage (118) ceinturant annulairement ledit dispositif (116) à tuyère propulsive, au moins par zones, afin d'engendrer un écoulement d'air enveloppant au cours d'un vol du véhicule spatial (100) parcourant l'atmosphère.
- 2. Système de propulsion selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de carénage (118) inclut un espace interne (140) décroissant de section en sens inverse de la direction de vol (112).
- 3. Système de propulsion selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'espace interne (140) du dispositif de carénage (118) décroît de section, de façon continue et/ou permanente, à partir d'une extrémité (162) antérieure dudit dispositif (118) considérée dans la direction de vol (112).
- 4. Système de propulsion selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'espace interne (140) du dispositif de carénage (118) décroît de section, de façon continue et/ou permanente, depuis une extrémité antérieure (162) dudit dispositif (118), considérée dans la direction de vol (112), jusqu'à une extrémité (164) postérieure dudit dispositif (118) considérée dans ladite direction (112).
- 5. Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'une surface extérieure (138) du dispositif de carénage (118) inclut une région (148) de forme constante dans laquelle une surface (152), délimitant la section transversale extérieure considérée perpendiculairement à la direction de vol (112), est au moins approximativement constante en sens inverse de ladite direction (112).
- 6. Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'une surface extérieure (138) du dispositif de carénage (118) inclut une région (150) à décroissance de section dans laquelle une surface (152), délimitant la section transversale extérieure considérée perpendiculairement à la direction de vol (112), s'amenuise en sens inverse de ladite direction (112).
- 7. Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'une extrémité antérieure (162) du dispositif de carénage (118), considérée dans la direction de vol (112), occupe une position latéralement voisine du dispositif (116) à tuyère propulsive et/ou du dispositif (114) à chambre de combustion.
- 8. Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'une surface extérieure (154) du dispositif (116) à tuyère propulsive inclut un dispositif (156) de guidage d'écoulement, en vue de guider l'écoulement d'air enveloppant.
- 9. Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ledit système (110) se présente comme un étage de puissance (120) pouvant être dissocié d'avec un dispositif de transport (102) destiné à recevoir une charge utile (104).
- 10. Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le dispositif de carénage (118) contient un matériau céramique ou est constitué d'un matériau céramique.
- 11. Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le dispositif de carénage (118) est réalisé de telle sorte, et que le dispositif (114) à chambre de combustion peut être commandé et/ou régulé de telle sorte qu'un jet propulseur (160), sortant du dispositif (116) à tuyère propulsive, présente un excédent de carburant pouvant être transformé, en vue d'accroître la poussée, par de l'oxygène provenant de l'écoulement d'air enveloppant en circulation dans ledit dispositif de carénage (118).
- 12. Véhicule spatial (100) dévolu au transport d'une charge utile (104) vers l'espace extra-atmosphérique et notamment vers une orbite, véhicule caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de transport (102) destiné à recevoir une charge utile (104) ; et un système (110) de propulsion en vol conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11.
- 13. Véhicule spatial selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le dispositif de carénage (118) est situé, au moins par zones, dans le périmètre d'une projection du profil extérieur (134) du dispositif de transport (102), le long d'un axe longitudinal respectif (130) dudit dispositif de transport (102), ou dudit véhicule (100).
- 14. Véhicule spatial selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le dispositif de carénage (118) est situé en totalité, au moins approximativement, dans le périmètre d'une projection du profil extérieur (134) du dispositif de transport(102), le long d'un axe longitudinal respectif (130) dudit dispositif de transport (102), ou dudit véhicule (100).
- 15. Véhicule spatial selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé par le fait que le dispositif de transport (102), et/ou un élément de rattachement (122) conçu pour relier le dispositif (114) à chambre de combustion et le dispositif (116) à tuyère propulsive audit dispositif de transport (102), présente(nt) une région (124) de section transversale décroissante en sens inverse d'une direction de vol (112) dudit véhicule spatial (100).
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