Brevet FR2096975A1 — publié le 19720303

" 2096975 L'invention est relative aux blocs combustibles solides destinés à être disposés dans-la chambre de combustion d'un générateur de gaz chauds (moteur-fusée notamment) de type hybride, c'e t-à-dire d'un type suivant lequel un oxydant en phase fluide, 5 délivré de façon progressive dnns la susdite chambre de combustion, assure la combustion du bloc combustible. L'invention concerne également des procédés pour l'élaboration de tels blocs combustibles solides. On connaît déjà des blocs de ce genre, qualifiés ci-après 10 de "composites", constitués de plusieurs parties de compositions chimiques différentes, ces parties étant en contact intime de façon à ne pas compromettre le caractère monolithique du bloc combustible. C'est ainsi, notamment, que l'on a réalisé dans l'art anté- 15 rieur, des blocs combustibles composites formés de tronçons adjacents de natures différentes échelonnés suivant l'axe de la chambre de combustion et présentant respectivement des affinités différentes vis-à-vis de l'oxydant en phase fluide prévu pour le générateur, 20 et des blocs combustibles composites formés de parties co- axiales adjacentes présentant également des affinités différentes vis-à-vis de l'oxydant en phase fluide prévu pour le générateur. Il convient de noter que certaines des parties constitutives de ces blocs combustibles composites peuvent être hypergaliques 25 vis-à-vis de l'oxydant en phase fluide envisagé, c'est-à-dire réagir spontanément avec cet oxydant du simple fait de leur mise en présence dans les conditions d'utilisation du générateur. A ce sujet, il convient de noter que l'invention s'applique de façon particulièrement avantageuse aux blocs combustibles compo-30 sites à canal central comportant une partie principale peu ou pas hypergolique vis-à-vis de l'oxydant envisagé et une partie auxiliaire initiatrice, coaxiale à la susdite partie principale et adjacente à cette dernière iv. côté du canal central qu'elle délimite avant le d®but de la combustion, cette partie auxiliaire initia-35 trice étant franchement hypergolique (et en tout cas bien plus que la partie principale) vis-à-vis du susdit oxydant. Il convient, enfin, de signaler que, d'une façon générale, les parties constitutives des blocs combustibles composites entrant dans le cadre de l'invention peuvent, chacune, être formées de un 40 ou plusieurs constituants choisis de façon à conférer à la partie 70 27104 2 2096975 de "bloc considérée un caractère combustible et, éventuellement en outre, un caractère hypergolique, constituants parmi lesquels on peut citer des substances finement divisées hypergoliques, des poudres métalliques énergétiques facilement inflammables, des agglo-5 mérants consommables et avantageusement combustibles. Avant d'aborder la définition la plus générale de l'invention et pour mieux mettre en évidence l'intérêt de celle-ci, il convient d'attirer l'attention sur le fait que le stockage de tels blocs combustibles composites pose certains problèmes, notamment lorsque 10 lesdits blocs comportent une partie constitutive à caractère fortement hypergolique en contact avec une autre partie constitutive combustible contenant éventuellement des groupements fonctionnels chimiaues destinés à améliorer ses performances de combustion, ce qui est le cas, notamment, des blocs combustibles composites à ca-15 nal central comportant une partie principale combustible gainée intérieurement d'une partie initiatrice hypergolique. En effet, en pareil cas, on peut craindre qu'il se produise, en cas de stockage prolongé, notamment en climats chauds, des in— téractions physiques et/ou chimiques entre deux parties constitu-20 tives différentes et adjacentes d'un bloc combustible composite, ces interactions s'amorçant le long des surfaces de contact desdites parties adjacentes et pouvant s'étendre en profondeur, à partir de ces surfaces, à l'intérieur de l'une et/ou de l'autre des susdites parties constitutives. 25 L'invention a précisément pour objet de remédier à ce danger. Le bloc combustible solide pour générateur de gaz chauds, notamment pour moteur-fusée, selon l'invention, est un bloc combustible composite comportant au moins deux parties constitutives adjacentes consommables de compositions respectives différentes 30 susceptibles, lors d'un stockage prolongé, d'être éventuellement le siège, si elles se trouvent en contact de surface, de réactions mutuelles physiques et/ou chimiques préjudiciables à l'intégrité de ces deux parties constitutives et, ultérieurement, au processus de combustion, le susdit bloc combustible étant caractérisé en ce 35 qu'il comporte une cloison séparatrice interposée entre les parois en regard des susdites parties constitutives sur toute l'étendue de ces parois, la susdite cloison étant constituée en une substance qui, d'une part, dans les conditions de stockage, est stable et chimiquement neutre vis-à-vis des deux parties constitutives si-40 tuées de part et d'autre de cette cloison, et, d'autre part se 70 27104 2096975 consomme lors du fonctionnement du générateur. De cette façon, non seulement on est "assuré d'éviter, lors du stockage, une détérioration du bloc combustible, mais encore on dispose d'un c^^ir plus étendu en ce qui concerne les 5 compositions deux parties constitutives du blo/» q^po-rées T>a">-1r cloison, parties constitutives nour lesquelles les critères d'absence de réactivité physico-chimirue entre ces deux parties constitutives n'ont plus besoin d'être respectés avec autant de rigueur nue lorsque, vivant l'art antérieur, ces narties constitu-10 tives s*3 trouvaient e-n ^ontpct de surfine direct et intime. De plus, le rôle de "barrière isolanto" ,i°ué par la cloison séparatrice lors du stockage, ne gêne en rien le processus de consommation de l'ensemble du bloc combustible lors du fonctionnement du générateur de gaz chauds. 15 II résulte de ce qui précède que l'on devra tenir compte, pour le choix de l'épaisseur et de la composition du matériau constitutif de la cloison séparatrice, de la nature des deux parties constitutives du bloc entre lesquelles est située ladite cloison. 20 Dans la majeure partie des cas, on pourra avantageusement constituer cette cloison séparatrice sous forme d'une feuille en matériau métallique ou plastique aisément consommable par fusion et/ou par combustion. En ce qui concerne alors l'élaboration et la mise en place 25 de la cloison séparatrice, on peut avantageusement, suivant les cas et conformément à certaines dispositions de l'invention, ou bien, coller, au moyen d'une colle convenablement choisie cloison séparatrice sur une face d'une toile de polyéthylène dont l'autre face peut alors recevoir une couche de l'une des parties 30 constitutives du bloc, cet ensemble étant mis en forme et fixé à l'autre partie constitutive dudit bloc, ou bien, coller directement la cloison séparatrice, à l'aide d'une colle convenablement choisie, h l'une des narties constitutives du bDoc, et rarnorter ^lors l'autre partie constitutive dudit 35 bloc sur 1» face libre de 1e» cloison. L'intention nourra, de toute fa^on, être mieux comprise encore à l'aide des exemples suivants et du dessin ei-annexé dont la figure unique r-ax>résente, de façon s oh 5r." ti--;ue et en coupe longitudinale avec narties enlevées, un ""oteur-fusée à bloc combustible 40 composite conforme à l'invention, les exemples qui suivent concernant 70 27104 4 2096975 divers -paramètres relatifs à ce moteur-fusée et à son bloc combustible. Le moteur-fusée illustré n^r le dessin comporte une enveloppe 1 se t>rolona:earit vers l'arrière -par une tuyère 1 , la paroi a 5 interne de cette enveloppe 1 étant garnie par un bloc combustible conroosite désigné dans son ensemble par la référence 2 et comportant un canal central 3 à l'extrémité amont duquel est délivré progressivement un oxydant grâce à un dispositif injecteur 4. Le bloc combustible 2 est formé de trois éléments coaxiaux 10 adjacents, à savoir, de l'extérieur vers l'intérieur, une partie principale combustible 2 , pas ou peu hypergolique 3» vis-à-vis de l'oxydant issu de 1'injecteur 4, une cloison séparatrice 2^, objet principal de l'invention, et une partie auxiliaire initiatrice 2q délimitant initia-1 5 lement le canal central 3 et ayant une. hypergolicité marquée vis-à-vis du susdit oxydant. On va indiquer, dans les exempl s qui suivent, diverses possibilités en ce qui concerne l«s trois parties constitutives 2 , 2-^,2 du bloc combustible composite 2, en précisant chaque fois 20 la nature de l'oxydant délivré par le dispositif injecteur 4. Exemple 1 - Oxydant : péroxyde d'hydrogène concentré à au moins 95 i°. Partie parincipale 2 du bloc combustible ; polybutadiène 3, carboxylé aluminisé. 25 Partie auxiliaire initiatrice 2 : tri N méthylimide phospho- w reux dissous dans un poids égal d ' éther de pétrole (solvant volâti]), la solution étant déposée sur un manchon de toile cylindrique de polyétbvlène déployé de diamètre égal à celui du canal central du bloc. 30 Cloison séparatrice 2^ : feuille d'étain (fusion à 232°C) d'une épaisseur de 65 microns collée préalablement sur la paroi externe de la toile de polyéthylène à l'aide d'une colle époxyde (colle "ARA.LDITE" par exemple). Le manchon constitué pm- la toile de polyéthylène, la partie 35 auxiliaire 2q et la cloison séparatrice 2^, est glissé et fixé, par exemple, par agraffage ou par collage dans le canal central de la partie principale 2 : a La destruction de la cloison 2^ s'opère par fusion et l'on a constaté, avec un tel bloc combustible composite, que le délai 40 d'allumage demeurait inchangé après un stockage sous gaz neutre de 27104 5 2096975 trois jours à 55°C. Exemple 2 - L'oxydant, la partie principale 2 et la partie auxiliaire "" 8. initiatrice 2q sont les mêmes que dans l'exemple 1, La cloison séparatrice 2^ est constituée par une feuille de polyéthylène d'une épaisseur de 100 microns collée préalablement, à l'aide d'une colle époxyde, sur une toile de polyéthylène déployé, la destruction de la. susdite cloison 2^ s'opérant alors surtout par combustion. Exemple 3 - Oxydant s mélange (60$-40$) d'acide nitrique et de peroxyde d'azote. Partie principalè 2 du bloc combustible : métatoluènediami- 3# ne coulée. Partie auxiliaire initiatrice 2q ï diméthylhydrazinediborane, le tout étant lié par une colle cellulosique ("DUROFIX" par exemple). Cloison réparatrice 2^ : feuille d'aluminium d'une épaisseur de 50 micron collée préalablement, à l'aide d'une colle époxyde, sur la paroi du canal central de la partie principale 2 , la partie "*■ Si auxiliaire initiatrice 2q étant déposée au pinceau sur la face interne de la susdite feuille d?aluminium. Exemple 4 - Oxydant : comme dans l'exemple 3. Partie principale 2 du bloc combustible î paraphénylène "* 3, diamine. Partie auxiliaire initiatrice 2q î tri ET méthylimide phosphoreux mis en place comme dans l'exemple 1. Cloison séparatrice 2^ ; feuille d'étain d'une épaisseur de 65 microns mise en place comme dans l'exemple 1. On a constaté que le délai d'allumage n'était pas modifié après stockage de trois jours sous gaz neutre à 55° C. Exemple 5 - Oxydant : peroxyde d'azote. Partie principale 2 du bloc combustible : métatoluènediamine Si coulée. Partie auxiliaire initiatrice 2q : comme dans l'exemple 3j Cloison séparatrice 2^ : comme dans l'exemple 4. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de 70 27104 6 2096975 ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes 1g variantes. 70 27104 i 2096975 BEYEKDICATIQHS 1. Bloc combustible pour générateur hybride de gaz chauds comportant au moins deux parties constitutives (2a, 2q) adjacentes consommables de compositions respectives différentes sus- 5 ceptibles, lors d'un stockage prolongé, d'être éventuellement le siège, si elles se trouvent en contact de surface, de réactions mutuelles physiques et/ou chimiques préjudiciables à l'intégrité de ces deux parties constitutives et, ultérieurement, au processus de combustion, le susdit bloc combustible étant carac-10 térisé en ce qu'il comporte une cloison séparatrice (2^) interposée entre les parois en regard des susdites parties constitutives sur toute l'étendue de ces parois, la susdite cloison (2^) étant constituée en une substance qui, d'une part, dans les conditions de stockage, est stable et chimiquement neutre vis-à-15 vis des deux parties constitutives situées de part et d'autre de cette cloison, et, d'autre part, se consomme lors du fonctionnement du générateur. 2. Bloc combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison séparatrice (2^) est établie sous forme d'une 20 feuille en un matériau métallique ou plastique aisément consommable par fusion et/ou par combustion. 3. Bloc combustible selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que la cloison séparatrice (2^) est fixée sur une toile de polyéthylène. 25 4. Bloc combustible selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la cloison séparatrice est fixée directement à l'une des parties constitutives du bloc, l'autre partie constitutive dudit bloc étant raipcrtée sur la face libre de la cloison. 30 5. Bloc combustible selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il est formé de trois éléments coaxiaux adjacents, à savoir, de l'extérieur vers l'intérieur, une partie principale combustible (2 ) pas ou peu hyper- Si golique vis-à-vis de l'oxydant, une cloison séparatrice (2^) et 35 une partie auxiliaire initiatrice (2 ) délimitant initialement v un canal central (3) et ayant une hypergolicité marquée vis-à-vis du susdit oxydant. 6. Procédé pour l'élaboration d'un bloc combustible selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cloison séparatrice 40 est fixée par collage sur la face correspondante de la toile de 27104 8 2096975 polyéthylène dont l'autre face reçoit alors une couche de l'une des parties constitutives du bloc, cet ensemble étant mis en forme et fixé à l'autre partie constitutive dudit bloc. 7. Procédé pour l'élaboration d'un bloc combustible selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cloison séparatrice est fixée par collage à l'une des parties constitutives du bloc, l'autre partie constitutive dudit bloc étant alors fixéesur la face libre de la susdite cloison.