Brevet FR2074761A1 — publié le 19711008

L'invention est relative, d'une façon générale, aux générateurs de gaz chauds à propergol solide, c'est-à-dire aux appareils capables d'émettre un flux de gaz chauds (contenant éventuellement des phases condensées) résultant d'une réaction de combustion (par opposition à des réactions de déflagration ou d'explosion) d'un propergol solide, cette dernière expression désignant un produit énergétique monolithique appelé parfois simplement "poudre" et qualifié dans le langage technique international de solid propellant";; et elle concerne plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intéret, mais non exclusivement, parmi ces appareils, les allumeurs à propergol solide destinés à assurer la mise à feu de la charge propulsive d'un moteur-fusée à propergol solide, de tels allumeurs étant généralement appelés à fonctionner avec un débit important pendant un temps très bref pouvant être inférieur à 100 millisecondes. On sait que certains générateurs de gaz chauds à propergol solide utilisés dans les techniques aérospatiales doivent presenter des caractéristiques de fonctionnement (notamment en ce qui concerne leur débit et leur durée de combustion) bien précises et reproductibles avec fidélité pour tous les générateurs du meme type. C'est le cas,notamment, des allumeurs à propergol solide pour moteurs-fusées également à propergol solide, de tels allumeurs devant être adaptés, d'une part, aux caractéristiques intrinsèques du bloc de propergol solide dont ils doivent assurer l'allumage (nature, géométrie, dimensions), et, d'autre part, aux conditions d'emploi du moteur-fusée qu'ils équipent et notamment de la rapidité plus ou moins grande souhaitée, en fonction de la mission de l'engin, pour la montée en pression dans la chambre de combustion du susdit moteur-fusée. L'invention a pour but, surtout, de permettre la réalisation d'un générateur de gaz chauds à propergol solide, notamment d'un allumeur de ce genre, dont les caractéristiques fonctionnelles (notamment de débit et de durée de combustion) puissent être prédéterminées à la construction dans des gammes discontinues de valeurs suffisamment proches pour que le générateur obtenu donne satisfaction et, s'il s'agit d'un allumeur, pour qu'il soit adapté avec une précision suffisante vis-à-vis des caractéristiques intrinsèques et d'utilisation d'un bloc de propergol donné constituant la charge propulsive du moteur-fusée auquel est destiné l'allumeur à propergol solide0 Le générateur de gaz chauds à propergol solide selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il est principalement constitué par une pluralité de générateurs élémentaires préétablis1 assemblés en tandem et de préférence identiques, chaque générateur élémentaire ayant sa propre charge de propergol solide et comportant au moins un passage périphérique pour la sortie des gaz chauds, des moyens d'allumage étant prévus pour assurer une mise à feu simultanée des charges individuelles de tous les générateurs élémentaires. Les susdits moyens d'allumage pourront alors avantageusement étre réalisés en équipant chaque générateur élémentaire d'un dispositif d'allumage individuel propre à assurer la mise à feu de la charge de propergol solide du générateur élémentaire considéré, les dispositifs d'allumage individuels des divers générateurs élémentaires étant asservis à une commande commune permettant le déclenchement simultané des susdits dispositifs d'allumage individuels. Par ailleurs, on aura intérêt à prévoir une communication entre les chambres de combustion des divers générateurs élémentaires, de façon, d'une part, à pallier une défaillance éventuelle d'un dispositif d'allumage individuel, et, d'autre part, à assurer un équilibrage des pressions dans l'ensemble des susdites chambres de combustion0 Il suffira alors, pour obtenir un générateur de gaz chauds à propergol solide assurant un débit de gaz donné pendant un temps également donné, de grouper le nombre de générateurs élémentaires nécessaire et suffisant pour obtenir effectivement (avec une précision d'autant plus grande que le débit de chaque générateur élémen- taire est plus faible) les caractéristiques de débit et d durée de combustion souhaitées. Etant donné que les caractéristiques des générateurs élémen. taires sont parfaitement définies, un calcul très simple donne@@ le nombre de générateurs à grouper et on évitera ainsi d'avo@r à procéder à l'étude et à la réalisation de générateurs de gaz chauds à propergol solide convenant à chaque cas particulier d'utilisation. Cet avantage est particulièrement intéressant en matière d'allumeurs car les moteurs-fusées auxquels sont destinés de tels appareils peuvent présenter des caractéristiques très variées, notamment en ce q1li concerne la nature, la géométrie et les dinbensions de leur pain de propergol, ainsi que pour ce qui est des conditions d'utilisation de l'engin auquel est destiné le moteur-fusée considéré. Et l'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins concernent des modes de réalisation préférentiels de l'invention, sans aucun caractère limitatif. Les fig. 1 et 2, de ces dessins, représentent de façon schématique, respectivement en coupe longitudinale selon I-I fig. 2 et en coupe transversale selon II-II fig. 1, un allumeur à propergol solide pour moteur-fusée également à propergol solide, ledit allumeur étant établi conformément à un premier mode de réalisation de l'invention; les fig. 3 et 4 représentent, dans les mimes conditions que la fig. 1, deux autres modes de réalisation d'un tel allumeur à propergol solide. L'allumeur à propergol solide illustré fig. I et 2 est fixé, par un support 1, à l'extrémité amont de la chambre de combustion 2 d'un moteur-fusée à propergol solide dont la charge propulsive est constituée par un manchon de poudre 3 dont la perforation axiale présente une section transversale étoilée, ledit manchon de poudre et le susdit allumeur occupant des positions coaxiales. L'allumeur proprement dit est constitué par une pluralité de générateurs élémentaires à propergol solide 4a, 4b, 4c, préétablis et assemblés en tandem, par exemple par vissage ou par emmanchement et collage. Ces générateurs élémentaires présentent tous des caractéristiques de fonctionnement (débit et temps de combustion notamment) bien définies et ils sont de préférence identiques, à l'exception éventuellement du générateur élémentaire le plus en aval 4c que I ' on peut avoir intérdt à munir d'une tuyère axiale 5 (éventuellement associée à des tuyères périphériques) alors que les autres générateurs élémentaires 4a, 4b comportent, pour la sortie des gaz chauds, au moins un passage périphérique dirigeant ces gaz chauds latéralement vers la paroi interne-du manchon de poudre 3 en tenant compte de la configuration géométrique de ladite paroi interne. Par ailleurs, chaque générateur élémentaire comporte, outre sa charge de propergol solide propre 6 (charge constituée par un pain de poudre cylindrique à canal central dans le cas des fig. 1 et 2), un bottier d'allumage individuel 7, les divers bottiers d'allumage 7 étant contrtlés par une installation électrique 8 permettant de provoquer la mise à feu simultanée de la totalité des susdits bottiers d'allumage. Chaque boftier 7 comporte un canal central 7a, ce glace à quoi se trouve créée une communication entre les chambres de combustion des divers générateurs élémentaires. Quant au passage périphérique de sortie des gaz que doit comporter chaque générateur élémentaire (à 11 exception du générateur extrême aval 4c), il est constitué, dans le cas de la fig. 1, par une couronne de tuyères 9 dont la section de passage globale est de préférence égale à celle de la tuyère 5 du générateur aval. Ces tuyères 9 sont ménagées dans un bloc tronconique 9a rapporté à l'extrémité aval de l'enveloppe de chaque générateur élémentaire, ledit bloc 9a présentant, dans sa face aval, un évidement tronconique 9b destiné à recevoir, par embottement, le bottier d'allumage 7 (de forme complémentaire) du générateur élémentaire situé immédiatement en aval. Ce genre de sorties de gaz convient bien lorsque la paroi interne du bloc de propergol 3 à allumer est une paroi cylindrique à section transversale étoilée. Les modes de réalisation faisant ltobjet des fig. 3 et 4 (sur lesquelles les mimes nombres de référence désignent les mêmes organes que sur les fig. 1 et 2) diffèrent du précédent, d'une part, par la conformation des charges solides 6 des générateurs élémentaires, charges solides qui sont des blocs cylindrique8 dont la mise à feu s'opère -à partir d'un passage périphérique annulaire 10 ménagé entre la paroi externe de la charge solide et l'enveloppe du générateur élémentaire, et, d'autre part, par l'agencement des sor- ties dé gaz périphériques. Pour le mode de réalisation illustré fig. 3, ces sorties sont constituées par des fentes longitudinales-11 ménagées dans l'enveloppe du générateur, ce genre de sorties étant recommandé lorsque le pain de propergol 3 comporte, comme dans le cas précédent, sur sa paroi interne, des stries longitudinales 3a en regard des-quelles sont alors situées les fentes llo Pour le mode de réalisation illustré figq 4, les sorties de gaz sont constituées par des couronnes d'orifices 12 ménagés dans l'enveloppe du générateur et orientés radialement, ce genre de sorties étant recommandé lorsque le pain de propergol 3 comporte, sur sa paroi interne, des stries annulaires 3b en regard desquelles on a alors intérêt à situer les couronnes d'orifices 12. il y a lieu de noter que lton pourra ëventuellement associer, dans un meme générateur, au moins deux des types de sorties de gaz décrits à propos des trois modes de réalisation précédents. De toute façon et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un allumeur à propergol solide simple, d'un fonctionnement sur, de caractéristiques bien définies, ledit allumeur étant toujours correctement adapté aux caractéristiques du bloc de propergol à allumer. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Générateur de gaz chauds à propergol solide, notamment allumeur de ce genre pour moteur-fusée à propergol solide, caractérisé par le fait qu'il est principalement constitué par une pluralité de générateurs élémentaires (4a, 4b, 4c) préétablisoassemblés en tandem et de préférence identiques, chaque générateur élémentaire ayant sa propre charge de propergol solide et comportant au moins un passage périphérique pour la sortie des gaz chauds, des moyens d'allumage étant prévus pour assurer une mise à feu simultanée des charges individuelles de tous les générateurs élémentaires. 2 - Générateur de gaz chauds selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque générateur élémentaire (4a, 4b, 4c) est muni d'un dispositif d'allumage individuel (7), les divers dispositifs d'allumage individuels en question étant asservis à une commande commune (8) permettant leur déclenchement simultané. 3 - Générateur de gaz chauds suivant l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé par le fait qu'il comporte des passages (7a) établissant une communication entre les chambres de combustion des divers générateurs élémentaires (4a, 4b, 4c). 4 - Générateur de gaz chauds suivant l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé par le fait que le passage périphérique de sortie des gaz d'un générateur élémentaire est constitué par une couronne de tuyères (9)o 5 - Générateur de gaz chauds suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le passage périphérique de sortie des gaz du générateur élémentaire situé le plus en aval est une tuyère axiale (5). 6 - Générateur de gaz chauds suivant les revendications 4 et 5 considérées dans leur ensemble, caractérisé pat le fait que la la tion de passage globale de la couronne de tuyères (9) de de chaque gé- nérateur élémentaire autre que le générateur élémentaire situé plus en aval est égale, approximativement au moins, à la section passage de la tuyère axiale (5) de ce générateur élémentaire sit@ le plus en aval. 7 - Générateur de gaz chauds suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que la couronne de tuyères (9) d'un générateur élémentaire est ménagée dans un bloc tronconique (9a) rapporté à l'extrémité aval de l'enveloppe dudit générateur élémentaire, leait bloc (9a) présentant, dans sa face aval, un évidement tronconique (9b) destiné à recevoir, par emboîtement, l'extrémité avant de forme complémentaire du générateur élémentaire situé immédiatement en aval du générateur élémentaire considéré. 8 - Générateur de gaz chauds suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le passage périphérique de sortie des gaz d'un générateur élémentaire est constitué par des fentes longitudinales (11) ménagées dans l'enveloppe dudit générateur élémentaire. 9 - Générateur de gaz chauds suivant 1 lsune quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le passage périphérique de sortie des gaz d'un générateur élémentaire est constitué par des couronnes d'orifices (12) ménagés dans l'enveloppe dudit générateur et orientés radialement.