Titre de l'invention : Raccord de conduite de fluide pour moteur-fusée

Domaine Technique

[0001 ] Le présent exposé concerne un raccord de conduite de fluide pour moteur-fusée, un moteur-fusée équipé d’un tel raccord, et un engin spatial équipé d’un tel moteur- fusée.

Technique antérieure

[0002] Les lignes fluides reliant les différents composants d’un moteur-fusée doivent en général autoriser des déplacements selon certains degrés de liberté. Deux types principaux de dispositifs connus permettent de réaliser de telles lignes fluides, à savoir des raccords de conduits de fluide à cardan et des raccords de conduits de fluide à flexible.

[0003] Toutefois, les cardans sont généralement coûteux et lourds, tandis que les propriétés mécaniques des flexibles ne sont pas entièrement satisfaisantes. Il existe donc un besoin en ce sens.

Exposé de l’invention

[0004] Un mode de réalisation concerne un raccord flexible de conduites de fluide pour moteur fusée, le raccord flexible comprenant deux portions de tube rigide reliées par une portion de tube souple, chaque portion de tube rigide étant configurée pour être raccordée à une conduite de fluide, chaque portion de tube rigide comprenant un élément de liaison, l’élément de liaison d’une portion de tube coopérant par complémentarité de forme avec l’élément de liaison de l’autre portion de tube rigide de manière à limiter les déformations du raccord flexible.

[0005] Dans le présent exposé, les termes tube « rigide » et tube « souple » sont entendues de manière relative. Est considéré comme « rigide » un élément qui possède une rigidité en flexion au moins 10 fois supérieur à celle d’un élément « souple >>. [0006] Dans le présent exposé, il est entendu que la coopération par complémentarité de forme s’effectue à travers des formes de coopération prévues sur les éléments de liaison. Par exemple, les formes de coopération peuvent être configurées pour s’emboiter géométriquement.

[0007] Grâce à la coopération par complémentarité de forme des éléments de liaison, le raccord peut être fabriqué avec des tolérances de fabrication relativement importantes, sans forcément nécessiter un usinage très précis. Ce type de coopération peut autoriser par ailleurs une taille relativement réduite des éléments de liaison.

[0008] Le raccord selon le présent exposé est ainsi plus facile à fabriquer, moins coûteux et moins lourd que les cardans de l’état de la technique, tout en présentant de biens meilleures performances mécaniques que les flexibles de l’état de la technique. Notamment, les raccords selon le présent exposé offrent une bonne reprise des « effets de fond » en traction dus à la pression qui induisent des contraintes sur les lignes, et donc un comportement mécanique satisfaisant, et ce tant durant les régimes transitoires que les régimes permanents. Par exemple, les efforts repris par le raccord peuvent être des efforts de traction et/ou des efforts de flexion.

[0009] Dans certains modes de réalisation, le raccord flexible s’étend selon un axe, les éléments de liaison étant configurés pour coopérer de manière à autoriser les mouvements tendant à rapprocher les deux portions de tube rigide l’une vers l’autre selon la direction axiale, et à limiter l’écartement entre les deux portions de tube rigide selon la direction axiale à une valeur prédéterminée.

[0010] L’axe peut être rectiligne ou courbe. L’axe peut être compris comme la fibre neutre du raccord, par exemple le raccord étant considéré comme un volume géométrique plein. Par exemple, les éléments de liaison peuvent également autoriser/limiter d’autres mouvements relatifs entre les deux portions de tube rigide, par exemple des mouvements relatifs transverses à la direction axiale et/ou des mouvements relatifs de rotation autour de la direction axiale.

[0011] Dans certains modes de réalisation, les éléments de liaison coopèrent par l’intermédiaire d’un raccord du type mâle/femelle. [0012] Dans cette configuration, la coopération des éléments de liaison est simplifiée et améliorée. De manière générale, la coopération des éléments de liaison (et donc leur interaction) est facilitée.

[0013] Dans certains modes de réalisation, les éléments de liaison présentent une forme générale de « U » ou de « V » et sont enchâssés l’un dans l’autre tête-bêche.

[0014] Dans le présent exposé, une forme générale de « U » ou de « V » est entendue comme étant la forme d’un élément considéré dans son ensemble, sans s’attacher à des variations mineures et/ou locales.

[0015] Dans le présent exposé, l’expression « tête bêche » est entendu comme un positionnement de deux éléments semblables amenés à coopérer en étant orientés dans des directions opposées. Ainsi, lesdits éléments peuvent tout deux être orientés dans une direction facilitant la coopération.

[0016] Dans cette configuration, la flexion du raccord flexible est améliorée. En effet, la coopération « tête bêche » des éléments de liaison sécurise la liaison formée tout en procurant certains degrés de liberté entre les éléments de liaison. De plus, l’assemblage des éléments de liaison est facilité, ce qui facilite l’assemblage du raccord.

[0017] Dans certains modes de réalisation, le raccord flexible s’étend selon un axe, et les éléments de liaison coopérant via une portion disposée au voisinage de l’axe.

[0018] L’axe peut être rectiligne ou courbe. L’axe peut être compris comme la fibre neutre du raccord, par exemple le raccord étant considéré comme un volume géométrique plein. Le voisinage de l’axe peut comprendre le volume centré sur l’axe et présentant une section transverse à l’axe pouvant aller jusqu’à la moitié de la section transverse à l’axe du raccord.

[0019] Dans cette configuration, le raccord flexible peut par exemple fléchir d’un angle d’au moins 5° sans que les éléments de liaison inteièrent avec la portion de tube souple.

[0020] Dans certains modes de réalisation, les éléments de liaison présentent des pattes de fixation, chaque patte de fixation présentant une portion plus épaisse que le reste de la patte, chaque portion plus épaisse étant fixée à une portion de tube rigide. [0021] On comprend que la portion épaisse est épaisse comparativement au reste de la patte. On comprend que la portion épaisse forme la portion de fixation de la patte de fixation au raccord. Une telle portion épaisse renforce la patte et la fixation entre chaque élément de liaison et le tube rigide, ce qui augmente la résistance et la durabilité du raccord flexible, par exemple vis-à-vis des contraintes de cisaillement. Par exemple, la portion épaisse est épaisse comparativement au reste de la patte selon la direction circonférentielle. La direction circonférentielle correspond à la direction décrivant un anneau autour de la direction axiale. Cet épaississement est particulièrement pertinent dans le cadre d’un moteur fusée car il permet aux éléments de liaisons de soutenir les conditions particulièrement exigeantes des moteurs-fusés, en terme de pression et de température.

[0022] Dans certains modes de réalisation, le raccord flexible s’étend selon un axe, et chaque élément de liaison s’étend selon un plan comprenant l’axe, les plans de deux éléments de liaison étant perpendiculaires l’un par rapport à l’autre lorsqu’aucun fluide pressuré n’est présent dans le raccord flexible.

[0023] L’axe peut être rectiligne ou courbe. L’axe peut être compris comme la fibre neutre du raccord, par exemple le raccord étant considéré comme un volume géométrique plein. Dans cette configuration, la coopération entre les éléments de liaison est facilitée en permettant de limiter les interférences entre les deux éléments de liaison qui pourraient limiter les mouvements de flexion. Par exemple, cette disposition des éléments de liaison peu permettre de restreindre les contacts entre ces derniers à une zone au voisinage de l’axe, même lorsque le raccord fléchit.

[0024] Dans certains modes de réalisation, les éléments de liaison comprennent des formes de coopération, les formes de coopérations étant sphériques ou parallélépipédiques. Plus généralement, l’une des formes de coopération de l’un des éléments de liaison peut comprendre un méplat tandis que l’autre forme de coopération prévue sur l’autre élément de liaison comprend une partie de butée, le méplat étant configuré pour entrer en butée contre la partie de butée.

[0025] Dans cette configuration, la coopération entre les éléments de liaison est améliorée et stabilisée. Par exemple, cette configuration peut améliorer la reprise des forces impliquées par les effets de fond. Par exemple, les formes de coopération sphériques peuvent autoriser la flexion, tandis que des formes de coopération parallélépipédiques peuvent améliorer des reprises de moments de torsion sur le raccord flexible, jusqu’au blocage complet des mouvements de torsion du raccord flexible.

[0026] Un mode de réalisation concerne un moteur-fusée comprenant un raccord flexible selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé.

[0027] Dans certains modes de réalisation, le raccord flexible est disposé dans une ligne cryogénique.

[0028] Un mode de réalisation concerne un engin spatial comprenant un moteur-fusée selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé.

Brève description des dessins

[0029] L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :

[0030] [Fig. 1] La figure 1 représente un engin spatial comprenant un moteur-fusée.

[0031] [Fig. 2] La figure 2 représente une vue en coupe d’un raccord flexible du moteur- fusée de la figure 1.

[0032] [Fig. 3] La figure 3 représente une vue en coupe du raccord flexible de la figure 2 selon le plan de coupe III de la figure 2.

[0033] [Fig. 4] La figure 4 représente une vue en coupe selon le plan de coupe IV de la figure 2, perpendiculaire à l’axe du raccord, des éléments de liaison de la figure 2.

[0034] [Fig. 5] La figure 5 représente une vue détaillée des éléments de liaisons de la figure 3.

[0035] [Fig. 6] La figure 6 représente une première variante des éléments de liaison, selon une vue similaire à la figure 4.

[0036] [Fig. 7] La figure 7 représente les éléments de liaison de la figure 6, représentés selon une vue similaire à la figure 5.

[0037] [Fig. 8] La figure 8 représente une deuxième variante des éléments de liaison, selon une vue similaire à la figure 4. [0038] [Fig. 9] La figure 9 représente les éléments de liaison de la figure 8, représentés selon une vue similaire à la figure 5.

[0039] [Fig. 10] La figure 10 représente une troisième variante des éléments de liaison, selon une vue similaire à la figure 4.

[0040] [Fig. 1 1 ] La figure 11 représente la troisième variante des éléments de liaison avec un des éléments de liaison qui présente des arêtes arrondies.

[0041 ] [Fig. 12] La figure 12 représente une quatrième variante des éléments de liaison, selon une vue similaire à la figure 4.

[0042] [Fig. 13] La figure 13 représente la quatrième variante des éléments de liaison avec un des éléments de liaison qui présente des arêtes arrondies.

Description des modes de réalisation

[0043] La figure 1 représente schématiquement un engin spatial 500 comprenant un moteur-fusée 50 comprenant un raccord flexible 10. Le raccord flexible 10 est disposé au sein d’une ligne cryogénique 80 représentée partiellement sur les figures 2 et 3.

[0044] Les figures 2 et 3 représentent respectivement une vue en coupe du raccord flexible 10 selon deux plans perpendiculaires, la figure 2 correspondant au plan de coupe II de la figure 3 tandis que la figure 3 correspond au plan de coupe III de la figure 2. Les plans de coupe II et III sont des plans médians du raccord 10. Dans cet exemple, le raccord flexible 10 s’étend selon un axe longitudinal A. L’axe A est parallèle à une direction X3. Les directions X1 et X2 sont des directions perpendiculaires à la direction X3, et perpendiculaires entre elles. Dans cet exemple, les directions X3 et X1 définissent le plan II tandis que les directions X3 et X2 définissent le plan III.

[0045] Le raccord flexible 10 comprend deux portions de tube rigide 12 reliées par une portion de tube souple 20. La section transverse à l’axe A des portions de tube rigide 12 et de la portion de tube souple 20 est circulaire. D’autres formes de section sont envisageables. Chaque portion de tube rigide 12 comprend un élément de liaison 14a, 14b. Dans cet exemple, chaque élément de liaison 14a, 14b comprend des pattes de fixation 16 qui correspondent aux extrémités rattachés aux portions de tube rigide 12. Les pattes de fixation 16 présentent une portion plus épaisse que le reste de l’élément de liaison 14a, 14b, permettant ainsi une meilleure répartition des efforts au niveau de la jonction entre les pattes de fixation 16 et les portions 12. On comprend que la portion épaisse forme la portion de fixation de la patte de fixation 16 au raccord 10. Dans cet exemple, la portion épaisse est épaisse comparativement au reste de la patte de fixation 16 selon la direction circonférentielle. La direction circonférentielle correspond à la direction décrivant un anneau autour de la direction axiale.

[0046] Dans cet exemple, les éléments de liaison 14a, 14b sont en forme de V et sont enchâssés tête bêche. Les éléments de liaison 14a, 14b sont configurés pour coopérer par complémentarité de forme. Dans l’exemple des figures 2 et 3, l’élément de liaison 14a comprend une partie convexe 18a et l’élément de liaison 14b comprend une partie concave 18b complémentaire (voir figures 4 et 5). Les parties convexe 18a et concave 18b s’emboitent au moins partiellement l’une avec l’autre et coopèrent comme un raccord de type mâle/femelle. Dans ce mode de réalisation, la partie convexe 18a est sphérique tandis que la partie concave 18b est semi- sphérique, de manière à recevoir la partir convexe.

[0047] Dans cet exemple, les éléments de liaisons 14a, 14b peuvent être en contact lorsque du fluide coule dans le raccord flexible 10. Cependant, lorsqu’aucun fluide ne coule dans la conduite, les éléments de liaisons 14a, 14b peuvent indifféremment être en contact ou non. Dans cet exemple, les éléments de liaison 14a, 14b limitent les déformations en élongation du raccord flexible 10 selon la flèche D, parallèle à la direction X3, en entrant en contact l’un contre l’autre. De telles déformations sont par exemple générées par des effets de fonds dû à la présence d’un fluide pressurisé dans la conduite 80. Les déformations en compression D’, parallèle à la direction X3, sont autorisées par les éléments de liaison 14a, 14b.

[0048] Les parties convexe 18a et concave 18b étant dans cet exemple de forme complémentaires sphérique/ demi-sphérique, les éléments de liaisons 14a, 14b autorisent des rotations relatives entre eux. Dans cet exemple, les éléments de liaison 14a, 14b peuvent tourner selon un mouvement de rotation C autour de la direction X3, sur une amplitude d’une dizaine de degrés, et/ou selon un mouvement de rotation B autour de la direction X2, sur une amplitude supérieure à 5°, et/ou selon un mouvement de rotation A autour de la direction X1 , sur une amplitude supérieure à 5°. [0049] Les mouvements des éléments de liaison 14a, 14b disposés à l’intérieur du raccord flexible 10 peuvent voir leurs déplacements limités par la portion de tube souple 20. Par exemple, les portions de tubes rigides 12 peuvent tourner l’une par rapport à l’autre selon un mouvement de rotation C autour de la direction X3, sur une amplitude inférieure à 10°, et/ou selon un mouvement de rotation B autour de la direction X2, sur une amplitude comprise entre 5° et 10°, et/ou selon un mouvement de rotation A autour de la direction X1 , sur une amplitude comprise 5 ° et 10 ° .

[0050] Une première variante de forme de parties convexe 118a et convexe 118b est représentée sur les figures 6 et 7. Les parties convexe 118a et concave 118b présentent respectivement des formes parallélépipédiques complémentaires. Par exemple la partie convexe 118a présente une forme de cube tandis que la partie concave 118b présente une forme de « U » configuré pour recevoir le cube et coopérer avec trois faces du cube. Ainsi, dans cet exemple, les éléments de liaison 14a, 14b équipés de parties convexe 118a et concave 118b peuvent tourner selon un mouvement de rotation relative B autour de la direction X2, sur une amplitude supérieure à 5 ° tandis que les rotations relatives A et C sont bloquées. En d’autres termes, cette configuration interdit la torsion du raccord flexible. Les mouvements d’élongation D / compression D’ sont autorisés/limités de manière similaire à l’exemple représenté sur les figures 2 à 5.

[0051] Une deuxième variante de forme de parties convexe 218a et concave 218b est représentée sur les figures 8 et 9. La partie convexe 218a présente une forme parallélépipédique dont les coins et les arêtes sont arrondis, tandis que la partie concave 218b est similaire à la partie concave 118b de la première variante. Ainsi, dans cet exemple, les éléments de liaison 14a, 14b équipés de parties convexe 218a et concave 218b peuvent tourner selon un mouvement de rotation C autour de la direction X3, sur une amplitude inférieure à 2°, et/ou selon un mouvement de rotation B autour de la direction X2, sur une amplitude supérieure à 5°, et/ou selon un mouvement de rotation A autour de la direction X1 , sur une amplitude inférieure à 5 °. Les mouvements d’élongation D / compression D’ sont autorisés/limités de manière similaire à l’exemple représenté sur les figures 2 à 5.

[0052] Une troisième variante de forme de parties convexe 318a et concave 318b est représentée sur la figure 10. La partie convexe 318a présente une forme en étoile à trois branches. La partie concave 318b présente une forme complémentaire à la forme de la partie convexe 318a. Un jeu peut être prévu entre la partie convexe 318a et la partie concave 318b. Ainsi, dans cet exemple, les éléments de liaison 14a, 14b équipés de parties convexe 318a et concave 318b peuvent tourner selon un mouvement de rotation C autour de la direction X3, sur une amplitude inférieure à 1 °, et/ou selon un mouvement de rotation B autour de la direction X2, sur une amplitude supérieure à 5° et inférieure à 10°, et/ou selon un mouvement de rotation A autour de la direction X1 , sur une amplitude supérieure à 5° et inférieure à 10°. Les mouvements d’élongation D / compression D’ sont autorisés/limités de manière similaire à l’exemple représenté sur les figures 2 à 5.

[0053] Comme cela est représenté sur la figure 11 , les arêtes de la partie convexe 318a peuvent présenter des arrondis. Ces arrondis permettent de faciliter les rotations limitées des éléments de liaison 14a, 14b autour des directions X1 et X2 mentionnée ci-dessus. En d'autres termes, le faible jeu entre les parties convexe et concave 318a, 318b peut être obtenu d'une première façon, par le fait que les formes de ces parties sont homothétiques, c'est-à-dire qu'une épaisseur de jeu sensiblement constante est ménagée entre ces formes, sur tout leur pourtour. Le jeu peut être obtenu d'une deuxième façon, par le fait que, dans certaines zones, au moins, les formes des parties convexe et concave 318a, 318b diffèrent légèrement, en particulier en ce que des zones d'arêtes de l'une de ces formes correspondent, dans l'autre forme, à des zones arrondies ou que, dans les deux formes, les arêtes soient adoucies pour former des arrondis. Bien entendu, ces deux façons de réaliser le jeu peuvent être combinées en faisant en sorte que le jeu soit constant sur une ou plusieurs parties du pourtour des formes et que, sur d'autres parties, des arrondies en face d'arêtes ou des zones arrondies en face à face. Cette formation de jeu peut également s’appliquer à la deuxième variante.

[0054] Une quatrième variante de forme de parties convexe 418a et concave 418b est représentée sur la figure 12. La partie convexe 418a présente une forme en cylindre à base octogonale. La partie concave 418b présente une forme complémentaire à la forme de la partie convexe 418a. Un jeu peut être prévu entre la partie convexe 318a et la partie concave 318b. Ainsi, dans cet exemple, les éléments de liaison 14a, 14b équipés de parties convexe 418a et concave 418b peuvent tourner selon un mouvement de rotation C autour de la direction X3, sur une amplitude inférieure à 1 °, et/ou selon un mouvement de rotation B autour de la direction X2, sur une amplitude supérieure à 5° et inférieure à 10°, et/ou selon un mouvement de rotation A autour de la direction X1 , sur une amplitude supérieure à 5° et inférieure à 10°.

Les mouvements d’élongation D / compression D’ sont autorisés/limités de manière similaire à l’exemple représenté sur les figures 2 à 5.

[0055] Comme cela est représenté sur la figure 13, les arêtes de la partie convexe 418a peuvent présenter des arrondis. Comme expliqué plus haut, cette configuration peut participer à la formation d’un jeu. Ces arrondis permettent de faciliter les rotations des éléments de liaison 14a, 14b autour des directions X1 et X2.

[0056] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

[0057] Par exemple, un raccord flexible rectiligne a été décrit, mais la description ci- dessus s’applique également à un raccord flexible coudé. L’axe A serait alors courbe et pas rectiligne.