Brevet FR2241696A1 — publié le 19750321

La présente invention concerne des blocs de propergol; à combustion latérale, destinés particulierement à la propulsion des fusées ou roquettes les blocs de propergol de ce genre sont de forme cylindrique et comportent une entaille latérale parallèle à l2axe du bloc et symétrique par rapport à un plan diamétral du bloc0 Oes blocs de propergol sont dits : "à combustion latérale" car I' allumage et la combustion sreffectuent sur l'entaille latérale précitée, le reste de la surface extérieure étant revêtu par un inhibiteur de combustion0 la surface de cette entaille constitue la surface de combustion-initiale du bloc. Pour les propulseurs comportant ce genre de blOO, on cherche généralement à obtenir la poussée la plus constante possible au cours de la trajectoire ; cette condition est réalisée lorsque la surface de combustion des blocs reste sensiblement constante. Il est important, d'autre part, que les blocs de propergol aient un taux de "résiduels" de combustion aussi bas que possible. On appelle "résiduel" la portion du bloc qui nta pas encore brûlé au moment où la pression n'est plus suffisante pour un régime normal de fonctionnement : il est admis que ce point est franchi lorsque la surface de combustion est tombée au-dessous de la moitie de la valeur maximale atteinte au cours de son évolution les résiduels de combustion sont obtenus lorsque l'épaisseur e de propergol appelée "épaisseur de combustion" a été consumée, .Il est en outre particulièrement intéressant de réaliser des blocs répondant aux deux conditions précitées et présentent une "épaisseur relative de combustion" e/R la plus grande possible (e ayant la définition rappelée ci-dessus et R désignant le rayon du bloc cymindrique). les réalisations connues de blocs de propergol à combustion latérale présentent, le plus souvent, soit une entaille latérale ayant la forme d'un V ouvert vers l'extérieur du bloc, soit une entaille débouchant dans un canal cylindrique interne pour les blocs dits "en trou de serrure" ; mais aucune de ces réalisations ne satisfait aux deux conditions énoncées ci-dessus en permettant d'obtenir une épaisseur relative de combustion supérieure à 1,4. La présente invention vise à réaliser un bloc répondant à ces deux conditions et ayant une épaisseur relative de combustion latérale, de forme cylindrique; comprenant une entaille latérale parallèle à l'axe du bloc et symétrique par rapport à un plan diamétral du bloc est caractérisé en ce que cette entaille comprend plusieurs sillons parallèles s'enfon- çant dans le bloc; ce bloc ayant une épaisseur relative de combustion e/R; R étant le rayon du bloc cylindrique, comprise entre 1,4 et 1,7 environ. On a constaté que; grâce à la division de l'entaille latérale en plusieurs- sillons parallèles, le bloc pouvait présenter une surface de combustion sensiblement constante avec un taux de résiduels faible pour des épaisseurs de combustion relatives e/R très élevées dans la fourchette allant de 1,4 jusqu'à 1,7 environ. Dans une version avantageuse de l'invention convenant aux épaisseurs de combustion allant de 1,4 à 1j65 environ'. l'entaille est divisée en trois sillons, le sillon médian étant le plus profond et la partie de l'entaille comprise entre le fond de chaque sillon latérale et la surface extérieure du bloc étant formée de deux surfaces planes faisant entre elles un angle saillant. Dans une version de l'invention qui est préférée pour les épaisseurs de combustion dépassant 1,6 la partie de l'entaille comprise entre le fond de chaque sillon latéral et la surface extérieure du bloc est formée par une surface courbe dont la convexité est-dirigée vers l'extérieur du bloc. Autres particularités de l'invention apparattront encore dans la description qui va suivre, Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs La figure 1 est une vue en section transversale d'un bloc de propergol conforme à l'invention. les figures 2 et 3 sont des vues en demi-sections transversales de deux autres blocs de propergol conformes à l'invention. La figure 4 représente les courbes de variation du périmètre de combustion des blocs représentés aux figures l à 3, en fonction de ltépaisseur de de combustion des blocs0 La figure 5 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un propulseur équipé d'un bloc conforme à l'invention. Dans les réalisations des figures 1 à 3, les blocs de propergol conformes à l'invention présentent en commun les caractéristiques suivantes - ils comportent chacun une entaille latérale Ei, E2 ou E3 parallèle à l'axe du bloc, lequel passe par le point 0 de chaque figure, et symétrique par rapport au plan diamétral P des blocs ; les largeurs de ces entailles sont respectivement désignées par 2x31 , 2x32 , 2x33 ; - chaque entaille se divise en trois sillons :S1, S1', S1" pour l'entaille E1; S2, S2', S2" pour l'entaille E2 ; S3, S3', S"3 pour 1' entaille E3 ; - le sillon médian S1, S2 ou S3 a pour profondeur, par rapport au cercle de centre O et de rayon R . 2R - e, e étant l'épaisseur de combustion, définie plus haut; propre à chaque réalisation - les deux sillons latéraux S1' et S1", S2' et S2", S3' et S3", symétriques l2un de l'autre, ont leur fond d'une part à une distance du plan Q, perpendiculaire à P et passant par O, qui est supérieure à e - R et dtautre part à une distance de -P désignée par x11, x12, x13 - ces mêmes sillons latéraux sont séparés du sillon médian par des dents :D1 et D1' ; D12 et D12' ; D13 et D13' dont les sommets se trouvent à des distances du plan P respectivement désignées par : x01 pour D1 et D1' ; x02 pour D12 et D12' x03 pour D13 et D13'. Dans les réalisations des figures l et 2; les deux sillons latéraux S1' et S1", S2' et S2" sont respectivement séparés du bord correspondant de l'entaille : I ou I', I02 ou I02' par des dents : 1 > 2 et D2', D22 et D222 dont les sommets se-trouvent à des distances du plan P désignées par : x21 pour D2 et D2' ; x22 pour D22 et D22'. Dans le cas de la figuré l la quantité : 2R - e est plus grande; donc l'entaille E1 plus profonde que dans le cas de la figure 2 et de l'entaille E2. D'autre part, les angles au sommet des dents D2 et D2' sont supérieurs à 900 alors que; dans la figure 2, les angles' au sommet des dents D22 et D222 sont inférieurs pu égaux à 90 . Le tracé de la figure 1 convient spécialement pour une épaisseur de combustion relative e/R de 1;5 et celui de la figure 2 pour e/R = 1,6. Dans la réalisation de la figure 3; les deux sillons latéraux S3' et S3" sont respectivement séparés des bords I03 ou I03' de l'entaille par des surfaces courbes F33 et F33' dont la convexité est dirigée vers l'entaille comme les sommets des dents D13 et D13'. Ce tracé est particulièrement avantageux pour une épaisseur de combustion relative e/R de 1,65 car il permet d'obtenir une plus grande constance de l'évolution du périmètre de combustion en fonction-de e/R. Dans tous les modes de réalisation de l'invention, il est avantageux que les différentes surfaces constituant la paroi de ltentaille, au lieu d'être séparées par des angles vis;' soient raccordées les unes aux autres; ainsi qu'aux limites de l'entaille sur la surface extérieure du bloc de propergol; par des surfaces cylindriques de.faible rayon.Il en-est ainsi - dans le cas de la figure 1-: pour les flancs F et FX du sillon S1 qui sont raccordés par la surface G ; pour-les flancs F1 et F2 du sillon S1' raccordés par la surface G1 ; pour les flancs F1' ét F22 du sillon S"1 raccordés par la surface G'1 ; pour les flancs F et p1 de la dent D1 raccordés par la surface H1.; pour les -flancs F' et F1' de la dent D1' raccordés par la surface H1' ; pour les flancs F2 et F3 de la dent D2 raccordés par la surface H2 ; pour les -flancs F!2 et Ft3 de la dent D2' raccordés par la surface H'2 ; pour le flanc F3 de la dent D2 raccordé au point I de la surface extérieure So par la surface G2 : pour le flanc F3' de la dent D2' raccordé au point I' de la surface So par la surface G2'; - dans le cas - de la figure 2 : pour les flancs homologues des précédents qui sont respectivement raccordés entre eux et aux limites de l'entaille par les surfaces :G02, G12, G12', H12, H12', G22 et G22' ; - dans le cas de la figure 3 : pour les flancs Fo3 et F03' du sillon S3 raccordés par la surface G03 ; pour les -flancs F03 et F13 de la dent D13 raccordés par H13 ; pour les flancs F03' et F'13 de la dent D13' raccordés par H13' ; pour la surface F33 raccordée au point I03 de la surface extérieure par G23 pour la surface F33' raccordée au point I03' de la même surface par Go Sur la figure l on voit encore deux traits interrompus parallèles à l'axe P et situés de part et d'autre de cet axe à une même distance m0 Ces traits délimitent deux portions du bloc de propergol qui ne recouvrent pas l'entaille E1 et qui peuvent être retranchées du bloc de -propergol en laissant à la place des méplats M et M' grâce auxquels on peut encore diminuer les variations du périmètre de combustion Pc en fonction de e/R. Sur la figure 4 on voit précisément comment la valeur de Pc évolue au cours de la combustion pour deux types de blocs o La courbe C1 se rapporte au type de bloc illustré par la figure 1 et la partie du tracé en pointillé Col au mme bloc modifié par la création des méplats M et M', Ofl voit immédiatement l'avantage apporté par cette modification en comparant le tracé en pointillé C1' avec la partie correspondante du trace C10 La courbe C3 se rapporte au type de bloc illustré par la figure 3 ; elle se différencie nettement, surtout en fin de combustion de la courbe C1. Dans la réalisation de la figure 1; les distances au plan P des points le-s plus importants du tracé de l'entaille E sont les suivantes; rapportées au rayon R - fond des sillons latéraux x11/R = 0,32 - sommet des dents séparant les sillons latéraux du sillon médian : x01 = 0,15 R - sommet des dents comprises entre les sillons latéraux et les bords de l'entaille : x21/R = 0,42 - bords I et I' de l'entaille : x31 = 0,65 7 Dans cette même réalisation, les distances rapportées au rayon et comptées à partir du point 21 d'intersection du plan P avec le cercle S0 sont - de T1 au fond du sillon central : 0;46 - de T1 au fond de chacun des sillons latéraux : 0,42 - de Tt au sommet de la dent séparant le sillon central d'un sillon latéral : 0,22 - de T1 au sommet de la dent séparant un sillon latéral du bord de l'entaille : 0,42 le rayon r1 de toutes les surfaces cylindriques de raccordement rapporté au rayon R est, dans cette première réalisation r1 = 0,03 R. Dans la réalisation de la figure 2, les distances correspondantes à celles qui viennent d'être données pour la figure I sont les suivantes - du plan P au fond des sillons latéraux : 0,29 - de P au sommet des dents séparant les sillons latéraux du sillon médian : 0;.10 - de P au sommet des dents comprises entre les sillons latéraux et les bords de l'entaille : 0,32 - de P aux bords. de l'entaille : 0;52 - de T2 (intersection de P avec S0) au fond du sillon central: 0,32 - de T2 au fond de chacun des sillons latéraux : 0;40 - de T2 au sommet de la dent séparant le sillon central d'un sillon latéral : 0,10 - de T2 au sommet. de la dent séparant un sillon latéral du bord de l'entaille : 0,35 Pour le rayon r2 de toutes les surfaces de raccordement, on a : r2/@= 0,02 Dans la réalisation de la figure 3; on a - de P.au fond des sillons latéraux : 0;31 - de P au sommet des dents séparant les sillons latéraux du sommet médiant : 0,10 - de P aux bords de l'entaille : 0;62 -.de T3 (intersection de P avec S0) au fond du sillon central : 0,30 - de T3 au fond de chacun des sillons latéraux : 0,40 - de T3 au sommet de la dent séparant le sillon central d'un sillon latéral : 0,10 - de T3 au milieu. de la courbe séparant un sillon latéral du bord de l'entaille : 0,50 Pour le rayon r3 de toutes les surfaces de raccordement, on a : r3= 0,02 R Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de- - réalisation que l'on vient de décrire et amont; en particulier; les valeurs numériques n'ont valeur que d'exemples". On peut notamment réaliser des blocs de propergol ayant des épaisseurs relatives de combustion intermédiaires entre les valeurs I 1;4'et 1,7 et différentes de celles citées à propos de chacun des trois modes de réalisation décrits; tout en présentant des caractéristiques de combustion satisfaisantes. les blocs de propergol conformes à l'invention peuvent eAtre obtenus aisément par moulage de propergol composite, par exemple à base de résine polyuréthane, de perchlorate de potassium et d'additifs batistiques. lans l'application prévue à-la réalisation d'un propulseur tel que la fusée 10 représentée par la figure 5, le bloc ll conforme à l'invention est -fixé contre la paroi interne 13 de la fusée par l'intermédiaire d'un inhibiteur de combustion 14. Cet inhibiteur; par exemple en résine silicone chargée de palettes de verre; recouvre la surface extérieure des blocs à l'exception des entailles ; il permet à la combustion de se localiser à la surface de l'entaille sans se propager sur. la surface extérieure du bloc. REVENDICATIONS 1. Bloc de propergol à combustion latérale, de forme cylindrique comprenant une entaille latérale-parallèle à l'axe du bloc, caractérisé en ce que cette entaille comprend plusieurs sillons parallèles s'enfonçant dans le bloc, ces sillons étant en nombre impair et ce bloc ayant une épaisseur relative de combustion e/R, R étant le rayon du bloc cylindrique, comprise entre 1,4 et 1,7 environ. 2. Bloc de propergol conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de sillons de l'entaille est égal à trois le sillon médian étant plus profond que les deux sillons latéraux. 3. Bloc de propergol conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'entre le fond de chacun des sillons latéraux et la surface extérieure du bloc, la paroi de l'entaille se compose essentiellement de deux surfaces planes faisant entre elles un angle saillant au moins égal à 90 degrés, ce bloc ayant une dpaisseur relative de combustion R comprise entre 1,4 et 1,55 environ. 4. Bloc de propergol conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'entre le fond de chacun des sillons latéraux et la surface extérieure du bloc, la paroi de l'entaille se compose essentiellement de deux surfaces planes faisant entre elles un angle saillant inférieur à 90 degrés, ce bloc ayant une épaisseur relative de combustion e comprise entre 1,6 R et 1,65 environ . 5. Bloc de propergol conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'entre le fond de chacun des sillons latéraux et la surface extérieure du bloc, la paroi de l'entaille se compose essentiellement d'unesurface-courbe dont la convexité est dirigée vers l'extérieur du bloc, ce bloc ayant une épaisseur relative de combustion R comprise entre 1,6 et 1,7 environ. 6. Bloc de propergol conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces constituant la paroi de l'entaille sont raccordées les unes aux autres, ainsi qu'à la surface extérieure du bloc par des surfaces cylindriques de faible rayon. 7. Bloc de propergol conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure de part et d'autre de l'entaille comporte deux surfaces planes parallbles au plan diamétral de symétrie de l'entaille, équidistantes dudit plan et extérieures à l'entaille.