Brevet FR2074570A1 — publié le 19711008

L'invention est relative aux moteurs-fusées utilisant, comme source à'énergie propulsive, au moins un bloc de propergol solide (produit énergétique désigné dans le langage technique international par l'expression "solid propellant") logé dans une chambre de combustion et presentant un canal central s'étendant de l'ex- trémie amont à l'extremité aval dudit bloc et servant à l'écoule- ment des produits de la combustion, la mise à feu de ce bloc de propergol solide étant obtenue par l'intervention d'un dispositif d'allumage mettant en oeuvre un ergol ou un propergol auxiliaire et capable d'émettre, dans le susdit canal et en général à son extrémite amont, au moins un jet de gaz chauds éventuellement additionné de particules métalliques, ou au moins un jet d'un liquide hypergolique avec le bloc de propergol et développant par conséquent un flux de gaz chauds au contact dudit bloc, lesdits jets ou flux de gaz étdnt propres à assurer l'allumage du bloc de propergol dont la surface d'inflammation est alors constituée par la paroi du canal central dudit bloc de propergol. nt elle concerne plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble aevoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, palmai ces moteurs-fusées, ceux pour lesquels il est capital d'assurer la mise en pression de la chambre de combustion dans un temps très bref (inférieur par exemple à 100 millisecondes), ce qui serait le cas pour des moteursfusées de ce genre destinés à équiper des engins aérospatiaux appelés à être allumes dans une atmosphère raréfiée, voire dans le vide, et dont la stabilité ne serait pas assurée en l'absence du jet propulsif. clle a pour but, surtout, de rendre tels les susdits moteursfusées qu'ils répondent mieux que jusqu' à ce jour aux divers desiderata de la pratique et, notamment, qu'ils présentent un temps d'établissement de la pression de régime plus bref tout en ne nécessitant, toutes choses égales par ailleurs, qu'une masse de produits d'allumage moindre, donc un dispositif d'allumage moins lourd et moins encombrant. Le moteur-fusée à propergol solide selon l'invention comporte une chambre de combustion servant de logement à un bloc de propergol solide dans lequel est ménagé un canal central s'étendant de l'extremité amont à l'extrémité aval dudit bloc de propergol dont l'allumage est assuré par un dispositif d'allumage comportant, entre autres éléments, un allumeur situé dans le sus dit canal central et capable d'émettre dans ce dernier au moins un jet d'allumage, le susdit moteur-ruse étant caractérisé par le fait que son dispositif d'allumage comporte, outre l'allumeur mentionné ci-dessus, un déflecteur s'étendant dans le canal central du bloc de propergol, dans le prolongement du susdit allumeur, de raçon telle qu'il définisse, avec la paroi en regard dudit canal central, un passage annulaire situé de préférence au moins en partie dans la moitié amont du canal central et propre a canaliser le long de ladite paroi le jet d'allumage sur un parcours intéressant au moins 20% de la surface initiale de la paroi du canal central, surface initiale qui joue le role de surface d'allumage du bloc de propergol solide. Un tel déflecteur permet une meilleure utilisation (temps de mise en pression plus bref) des produits d'allumage qui sont directement localisés dans une zone intéressant une partie appréciable de la surface d'allumage du bloc de propergol solide. De plus, lorsque cette zone est située au moins en partie dans la moitié amont du canal central (suivant une solution pré férée), on est assuré que cette moitié amont sera bien effectivement intéressée par les produits d'allumage, quelle que soit la position de l'allumeur dans le susdit canal central. Par ailleurs, grâce au déflecteur en question, les produits d'allumage ne sont plus dilués et refroidis par les gaz occupant initialement la région centrale du canal ménagé dans le bloc de propergol, l'économie d'énergie calorifique ainsi réali- sée permettant de se contenter, toutes choses égales par ailleurs, d'une masse moindre de produits d'allumage, donc d'un allumeur moins puissant. Enfin, le déflecteur se prête, notamment en jouant sur sa longueur, à l'adaptation d'un allumeur donné à toute une gamme de performances pour un bloc de propergol donné (mise en pression plus ou moins rapide de la chambre de combustion). En ce qui concerne alors le matériau constitutif du déflecteur, on le choisit de préférence tel que le déflecteur soit détruit et éliminé, une fois sa fonction assumée, sous une forme telle que le col de la tuyère ne soit jamais obstrué. A cet effet, on peut adopter notamment, soit un polymère dépolymérisable à chaud tel, par exemple, qu'une résine acrylique ou un polystyrène, soit un matériau combustible (nitrocellulose stabilisée ou mousse en polyester par exemple) qui présente alors l'intérêt de participer, par sa combustion même, au processus d'allumage, soit un materiau à fusion francne (aluminium par exemple) ou a fusion pâteuse (polyéthylène ou polychlorure de vinyle par exemple). Si la nature du matériau adopté pour constituer le déflecteur ne suffit pas à assurer l'élimination de cet elément sous une forme suffisamment fragmentée, on pourra accentuer la fragilité du susdit déflecteur vis-a-vis des chocs thermiques résultant de l'allumage, par exemple en y pratiquant des amorces de rupture. Au point de vue dimensionnel,le déflecteur peut ou bien régner sur partie seulement de la longueur du canal central, sous réserve de respecter les prescriptions relatives a la fraction de surface d'allumage intéressée, ou bien régner sur la totalité de la longueur du susdit canal central et, dans ce dernier cas, en étant éventuellement scellé par son extremité aval au convergent ae la tuyère de façon à emprisonner une réserve d'air ou de gaz favorable à un allumage dans le vide. Par ailleurs, le déflecteur peut être enduit sur sa paroi externe d'une mince couche d'un produit, tel qu'un propergol, dégageant lors de l'allumage un flux supplémentaire de produits chauds. De préférence, on attribue au deflecteur, dans la mesure du possible, une forme homothétique de celle de la paroi en regard du canal central et épousant de près ladite paroi, ce qui conduit à adopter, par exemple, un déflecteur cylindrique lorsque le canal est lui-même cylindrique, un déflecteur à protubérances lorsque le canal présente des sillons, et un deflecteur sphéroïdal lorsque le canal présente lui-même une forme sphéroldale. Il convient enfin de signaler que le déflecteur peut soit être porté par l'allumeur et faire corps avec ce aernier, soit être décalé axialement par rapport audit allumeur et être alors maintenu par des moyens de fixation indépendants. L'invention vise plus particulièrement, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les moteurs-fusées du genre en question comportant application des dispositions mentionnées precédemment, ainsi que les éléments spéciaux, notamment les déflecteurs, propres à leur établissement. Et elle pourra, de toute façon, être mieux comprise encore à l'aide du complément de description qui suit et des dessins ciannexés, lesquels complément et dessins sont reldtifs à des modes de réalisation préférés, mais non limitatifs, de l'invention. La fig. i, de ces dessins, represente, en coupe axiale avec parties coupes et enlevées, un moteur-fusée à propergol solide établi conformément à un premier mode de réalisation de l'invention. La fig. 2 représente, par une vue en élévation coupée axialement, partie d'un moteur-fusée à propergol solide établi conformément à un deuxième mode de realisation de l'invention. La fig. 3 représente, dans les mêmes conditions que la figure précédente, un troisième mode de réalisation de l'invention. La fig. 4, enfin, est une coupe axiale d'un moteur-fusée à propergol solide à charge sphéroidale établi conformément a l'invention. Le moteur-fusée illustré schématiquement fig. 1 comporte une enveloppe 1 se prolongeant vers l'aval par une tuyére la et abritant une charge de propergol solide constituée par un bloc de poudre cylindrique 2 présentant un canal central 3, également cylindrique, à l'extrémité amont duquel est prévu un allumeur 4 comportant par exemple des pastilles pyrotechniques S logées dans un boitier 4a faisant partie de l'allumeur et présentant des orifices latéraux 6 pour l'évacuation, sous forme de jets gazeux, des produits d'allumage résultant de la combustion des susdites pastilles 5 (le terme cylindrique est pris ici dans toute sa généralité geométrique). Conformément à l'invention, le dispositif d'allumage de ce moteur-fusée est complété par un déflecteur 7, de forme générale cylindrique, éventuellement rigidifié par des raidisseurs internes, s'étendant en aval de l'allumeur 4 et définissant, avec la paroi en regard P du canal central 3, un passage annulaire A propre à canaliser le long de ladite paroi P les produits d'allumage issus des orifices 6 de l'allumeur, ce passage annulaire A, situé au moins en partie dans la moitié amont du bloc, intéressant au moins 20% de la surface d'allumage du bloc de poudre 2 (surface de la paroi du canal central 3). Le déflecteur 7 en question est constitué en un matériau (nitrocelluloss stablise'e par exemple) qui se trouve détruit et éliminé à l'issue de la phase d'allumage, et, selon ce mode de réalisation, le susdit déflecteur 7 est fixé à l'extrémité aval de l'allumeur 4 qui lui sert ainsi de support. On a indiqué, en pointillé, la possibilité de prolonger la paroi déflecteur jusqu' au convergent de la tuyère la sur lequel ladite paroi est alors scellée. La fig. 2 illustre un deuxième mode de réalisation de l'ín- vention qui diffère du précédent par le fait que la paroi p du canal central 3 présente des sillons S en regard desquels le déflecteur 7 comporte des protubérances 7a tendant à défléchir les produits d'allumage vers le fond des susdits sillons S. La fig. 3 illustre un troisieme mode de réalisation (prérérable en particulier lorsque le jet de l'allumeur est dirigé axialement) selon lequel le déflecteur /, au lieu d'être porté par l'allumeur 4, est déporté vers l'aval par rapport audit allumeur et maintenu par des moyens de fixation indépendants tels par exemple que des croisillons 8. La fig. 4, enfin, illustre un quatrième mode de réalisation selon lequel le bloc de poudre 2 et le canal central 3 sont de forme sphérique, le déflecteur 7 étant alors constitué par une coupelle en torme de calotte sphérique délimitant dans la moitié amont, avec la paroi en regard P du canal 3, un passage annulaire A intéressant au moins 20% de la surface initiale de la cavité 3 constituant le canal. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement a celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de realisation de ses diverses parties, ayant eté plus specialement indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où l'orifice (ou les orifices) d'éjection de l'allumeur serait situé au moins en partie dans une région du canal central autre que son extrémité amont (par exemple vers l'extrémité aval ou dans une zone intermédiaire du canal central), sous réserve seulement que le déflecteur associé au susdit allumeur satisfasse à certaines au moins des dispositions ae l'invention. RVENDICATIÓNS s , w 1. Moteur-fusée à propergol solide, comportant une chambre de combustion servant de logement à un bloc de propergol solide dans lequel est ménagé un canal central s'étendant de l'extrémité amont à l'extrémité aval dudit bloc de propergol dont l'allumage est assuré par un dispositif d'allumage comportant, entre autres éléments, un allumeur situé dans le susdit canal central et capable d'émettre dans ce dernier au moins un jet d'allumage, le susdit moteur-fusée étant caractérisé par le fait que son dispositif d'allumage comporte, outre l'allumeur mentionné ci-dessus, un déflecteur s'étendant dans le canal central du bloc de propergol, dans le prolongement du susdit allumeur, de façon telle qu'il définisse, avec la paroi en regard dudit canal central, un passage annulaire qui est alors propre à canaliser le long de ladite paroi le jet d'allumage sur un parcours intéressant au moins tOs de la surface initiale de la paroi du canal central, surface initiale qui joue le râ?e de surface d'allumage du bloc de propergol solide. a. Moteur--fusee selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le susdit passage annulaire est situé au moins en partie dans la moitié amont du susdit canal central. b. Moteur-fusée selon l'une quelconque des précédentes re vendications, caracterisé par le fait que le déflecteur est cons titué en un mteriau tel que ledit déflecteur, une fois sa fonction assumée, soit détruit et éliminé sans risque d'obstruction de la tuyère du moteur-fusée. 4. Moteur-fusée selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le déflecteur est constitué en un polymère dépolymérisable à chaud. 5. Moteur-fusée selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le déflecteur est constitué en un matériau combustible. 6. Moteur-fusée salon ia revendication.3, caractérisé par le fait que le déflecteur est constitué en un matériau à fusion franche ou pâteuse aux températures de combustion. 7. Moteur-fusée selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que le déflecteur est fragilisé par des amorces de rupture. 8. Moteur-fusée selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé par le fait que le déflecteur est enduit, sur sa paroi externe, d'une mince couche d'un produit dégageant, lors de l'allumage, un flux de gaz chauds supplémentaire. 9. Ploteur-fusée selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé par le fait que le déflecteur règne sur partie seulement de la longueur du canal central. 10. Moteur-fusée selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la paroi du deflecteur se prolonge jusqu'à la tuyère du moteur-fusêe. 11. Moteur-fusée selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'extrémité aval de la paroi déflecteur est scellée au convergent de la tuyère. 12. Moteur-fusée selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé par le fait que le déflecteur présente, approximativement au moins, une forme homothétique de celle de la paroi en regard du canal central et épousant de pres ladite paroi. 13. Fioteur-fusée selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé par le fait que le déflecteur est porté par l'allumeur du moteur-fusée et fait corps avec lui. 14. isioteur-fusée selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que le déflecteur est décalé vers l'aval par rapport à l'allumeur du moteur-fusée et maintenu par des moyens de fixation indépendants.