Brevet FR2235284A1 — publié le 19750124

La présente invention concerne des blocs de propergol, à combustion latérale destinés particulièrement 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 11 axe du bloc et symétrique par rapport à un plan diamétral du bloc. Ces blocs de propergol sont dits à combustion latérale, car la combustion s'effectue au moins sur entaille latérale précitée, le reste de la surface extérieure étant revetu par un inhibiteur de combustion La surface de cette entaille constitue la surface de combustion initiale du bloc. Pour les propulseurs comportant ce genre de bloc, 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. I1 est très important d'autre part, que les blocs de propergol aient un taux de résiduels de combustion aussi bas que possible et de préférence nul. On appelle résiduel la portion du bloc qui n'a pas encore brûlée au moment où la pression n'est plus suffisante pour un régime normal de fonctionnement : il a été admis que ce point est franchi lorsque la surface de combustion a chuté au dessous de la moitié du maximum qu'elle atteint au cours de son évolution. Ces résiduels de combustion sont obtenus lorsque épaisseur e de propergol appelée épaisseur de combustion a été consumée. I1 est d'autre part particulièrement intéressant de réaliser des blocs répondant aux deux conditions précitées et présentant une épaisseur relative de combustion e/R variant suivant une large gamme de valeurs (e ayant la définition précitée et R désignant le rayon du bloc cylindrique). Les réalisations connues de bloc de propergol à combustion latérale présentent le plus souvent soit une entaille latérale en forme de 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 précitées. La présente invention vise précisément à fournir un bloc répondant à ces deux conditions et notamment la constance de la surface de combustion. Suivant ltinvention, le bloc de propergol à 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 est raccordée à la surface extérieure du bloc par deux méplats extérieurs sensiblement plans, symétriques et transversaux par rapport au plan diamétral précité, le bloc ayant une épaisseur relative de combustion e/R, R étant le rayon du bloc cylindrique, comprise entre 0,5 et 1,55 environ. On a constaté que grace à ces deux méplats symétriques qui raccordent 11 entaille latérale à la surface extérieure du bloc, ce dernier pouvait présenter une surface de combustion pratiquement constante, et un taux de résiduel voisin de 0,8 ffi pour des épaisseurs relatives de combustion e/R comprises entre 0,9 et 1,55 environ et un taux de résiduel nul pour des épaisseurs relatives e/R comprises entre 0,5 et 0,9, De plus, la forme de ces blocs leurs confère une certaine faculté de déformation évitant soit le décollement entre le bloc et le propulseur, soit la rupture du bloc. La présence des deux méplats d'autre part ne limite que très peu le taux de remplissage du bloc. Dans une version préférée de 11 invention, 11 entaille comprend une surface cylindrique de rayon R-e coaxiale à la surface extérieure cylindrique et deux surfaces sensiblement planes, parallèles et symétriques par rapport au plan diamétral du bloc, raccordées à la surface extérieure cylindrique du bloc par deux méplats extérieurs, l'épaisseur relative de combustion e/R étant comprise entre 0,5 et 0,9. Dans une autre version préférée de l'invention, l'entail le présente la forme d'un V ouvert vers l'extérieur du bloc, les surfaces délimitant le V étant raccordées à la surface extérieure du bloc par deux méplats extérieurs sensiblement plans, symétri ques et transversaux par rapport au plan de symétrie du V, ce bloc ayant une épaisseur relative de combustion e/R comprise entre 0,9 et 1,55. D'autres particularités de l'invention apparaltront 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 à 7 sont des vues en demi-sections transversales d'autres blocs de propergol conformes à Ilinven- tien; - la figure 8 représente les courbes de variation du périmètre de combustion des blocs représentés aux figures 1 à 7, en fonction de l'épaisseur de combustion des blocs. - la figure 9 est une que en coupe longitudinale partielle d'un propulseur équipé d'un bloc conforme à l'invention. Dans les réalisations des figures 1 à 7, les blocs de conformes propergol cylindriquesAà l'invention, présentent en commun les caractéristiques suivantes - ils comportent chacun une entaille latérale E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7 parallèle à 11 axe du bloc, passant par le point O des figures, - ces entailles sont symétriques par rapport au plan diamétral P des blocs, - les entailles E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7 sont raccor dées à la surface extérieure S des blocs, par deux méplats exté o rieurs S1, S'1; S2, S'2; S3, S'3; S4, S'4; S5, S'5;S6, S'6; S7, S'7; (S'2, S'3, S'4, S'5, S'6, S'7@ sont les homologues non représentés de S2, S3, S4, S5, S6, S7 sur les demi-sections des figures 2 à 7) symétriques et transversales par rapport au plan diamétral P, - l'épaisseur relative de combustion e/R des blocs s'étend entre 0,5 (bloc du type de la figure 1)et 1,-55 (bloc du type de la figure 7). Ces limites des rapports e/R ne sont pas critiques, mais pour des valeùrs de e/R inférieures à 0,5 le taux de remplissage du bloc devient insuffisant et pour des valeurs supérieures à 1,55, il n'est plus possible de réaliser à partir de la forme représentée à la figure 7, un bloc présentant une surface de combustion pratiquement constante et un taux de résiduel inférieur ou voisin de 0,8 %. Les blocs représentés aux figures 1 à 4, conformes à l'une des versions préférées de l'invention présentent en commun, la caractéristique que entaille E1, E2, E3, E4 comprend une surface cylindrique F1, F2, F3, F4 de rayon R-e dont ltaxe est confondu avec l'axe du bloc passant par 0 et deux surfaces planes G1, G'1; G2, G'2; G3, G'3; G4, G'4 (G'2, G'3, G'4 sont les homologues non représentés de G2, G3, G4) parallèles et symétriques par-rapport au plan diamétral P des blocs. Ces deux surfaces planes sont raccor dées à la surface extérieure S des blocs par les méplats extérieurs o S1, S'1; S2, S'2; S3, S'3; S4, S'4 précitées. L'épaisseur relative de combustion e/R de ces blocs est comprise entre 0,5 (figure 1) et 0,9 (figure 4). Aux figures-1 et 2 ont voit que la surface cylindrique B1 et F2 est raccordée aux surfaces planes G1, G'1; G2, G'2 (homologue de G2 non représenté) par deux méplats intérieurs H1, H'1 et H2, H'2 (homologue de H2 non représenté) respectivement parallèles aux méplats extérieurs S2, S'2 pour le bIoc de la figure 2. Dans la réalisation de la figure 1, concernant un bloc ayant e/R égal à 0,5 angle a1 compris entre les surfaces S1 et G1 (ou S?1 et G'1) est inférieur à l'angle c1 compris entre la surface H1 et le prolongement de la surface G1 (ou H'1 et G'1), les angles a1 et c1 étant supérieurs à 900. La distance 31 comprise entre le plan diamétral P et l'intersection Iî de la surface plane extérieure S1(ou entre I1 et avec avec la surface cylindrique extérieure S0 du bloc est égale à 0,26 R. L'angle b1 compris entre le plan passant par 0 et J1, intersection de la surface cylindrique F1 avec la surface plane intérieure H1 (ou J' intersection de- F'1 avec H'1) est égal à 440 La distance d1 comprise entre les surfaces planes G1 et G'1 est égal à 0,13 R. Dans la réalisation de la figure 2 concernant un bloc ayant e/R égal à 0,6, l'angle a2 compris entre les surfaces S2 et G2 qui est égal à l'angle compris entre les surfaces H2 et G2 est égal à 900. La distance 12 comprise entre le plan diamétral P et l'intersection 12 de la surface plane extérieure S2 avec la sur face cylindrique extérieure S du bloc est égale à 0,36 R. o L'angle b2 compris entre le plan passant par O et J2, intersection de F2 avec H2 est égal à 510. La distance d2/2 comprise entre la surface plane G2 parallèle au plan diamétral P et le plan P est égale à 0,075 R. Dans la réalisation de la figure 3, concernant un bloc ayant e/R égal à 0,7 la surface cylindrique F3 est directement raccordée à la surface plane G3 (et à son homologue symétrique G'3 non représenté) et l'angle a3 compris entre les surfaces S3 et G3 est égal à 90 . La distance 13 comprise entre le plan diamétral P et l'intersection I3 de la surface plane extérieure S3 avec la surface cylindrique extérieure S@ du bloc est égale à 0,53 R. La o distance d3/2 comprise entre la surface G3 et le plan P est égale à 0,1 R. On a représenté à la figure 3, en pointillés, une entaille Eç3 comprenant une surface cylindrique F'3 de rayon plus faible que la surface cylindrique F3 et également raccordée directement à la surface G3. L'entaille Er3 est telle que le bloc présente une épaisseur relative e/R égale à 0,8. Dans la réalisation de la figure 4, concernant un bloc ayant-e/R égal à 0,9, la surface cylindrique B4 est tangente à la surface plane G4 (et à son homologue G'4 non représenté) et l'angle a4 compris entre les surfaces S4 et G4 est inférieur à 900. La distance 14 comprise entre le plan diamétral P et l'interne section 14 de la surface sensiblement plane extérieure S4 avec la surface cylindrique extérieure S du bloc est égale à 0,6 R. o La distance d4/2 comprise entre la surface G4 et le plan P est égale à 0,1 R c'est-à-dire R-e puisque e/R est égal à 0,9 dans cet exemple. Les distances d1, d2, d3 et d4 indiquées dans les exemples précités peuvent être modifiées, notamment dans le cas des blocs représentés aux figures 1 à 3, mais sont de préférence, supérieures à 0,1 R pour que la combustion du bloc s'effectue dans de bonnes conditions. Il est également possible de modifier les entailles E1, E2, E3, E4 de manière à ce que les surfaces planes 1 2 3 4 G1, G'1; G2, G'2 G'2; G3, G'3; G4, G'4 soient toujours symétrique pa@ rapport au plan diamétral P des blocs mais présentent une légère pente par rapport à ce plan diamétral. On donne ci-après quelques caractéristiques des blocs représentés aux figures 1 à 4. épaisseur relative : 0,5 : 0,6 : 0,7 : 0,8 : 0,9 de combustion (e/R) :(fig.1) :fig.2 : fig.3 : fig.3 : fig.4 coefficient de :remplissage : 0,75 :0,818 : 0,842 : 0,886 : 0,91 coefficient de :remplissage : 0,75 :0,818 0,842 : 0,886 :- 0,91 :résiduel exclu taux de résiduel % : 0 : O : O : O : O périmètre de combus-: : : tion maximum sur : 1,018 :1,012 : 1,019 : 1,036 : 1,003 :périmètre moyen Le coefficient de remplissage est défini par le rap port- de la section du bloc, sur la section circulaire de meme diamètre. Ce coefficient crott avec l'augmentation des valeurs de e/R. Les résultats indiqués dans le tableau précité font apparaître que la surface de combustion des blocs décrits en référence aux figures 1 à 4 est pratiquement constante.Le rapport du périmètre de combustion maximum (périmètre maximum atteint par le front de combustion) sur le périmètre de combustion moyen est très proche de 1, l'écart relatif ne dépassant pas 3,6 %. Le taux de résiduel est d'autre part strictement égal à zéro. La figure 8 représentant les courbes de variation 1,2, 3,3' et 4 du périmètre de combustion P des blocs décrits en réfé c -rence -aux figures 1 à 4+ en fonction de l'avance a de la combustion des blocs, montre que le périmètre de combustion P chute brutale c ment lorsque l'épaisseur de combustio-n e, définie précédemment est atteinte. Ces courbes montrent par conséquent, comme les résultats du tableau précédent que les blocs d'épaisseur e/R égale à 0,5 (courbe 1), 0,6 (courbe 2), 0,7 (courbe 3), 0,8 (courbe 3') et 079 (courbe 4) ne présentent aucun résiduel de combustion. Les blocs représentés aux figures 3 à 7, conformes à une autre version préférée de l'invention présentent en commun la caractéristique que les entailles Eg, E6 -- ou E7 présentent la forme d'un V ouvert vers la surface extérieure S des blocs. Les entail o les E5, E6 et E7 sont, comme dans les réalisations précédentes raccordées à la surface extérieure S0, par deux méplats extérieurs, tels que Sg, S6 ou S7, symétriques et transversaux par rapport au plan diamétral P des blocs, qui est également le plan de symétrie du V.A la différence des réalisations des figures 1 à 3, l'angle a5, a6, a7 compris entre la surface Gg, G6 ou G7 et la surface plane extérieure S5, S6 ou S7 est au plus égal à 900. Cet angle est égal à 900 pour les blocs représentés aux figures 5 et 6 présentant des épaisseurs relatives de combustion respectivement égales à 0,99 et 1,255. L'angle a7 du bloc de la figure 7 présentant un rapport e/R égal à 1,495 est inférieur à 900. Dans èes réalisations, les surfaces telles que G5, G6 ou G7 délimitant le V des entailles sont raccordées par des surfaces cylindriques de faible rayon Pg, F6 ou F7, dont l'axe est situé dans le plan diamétral P. La distance f6 ou f7 comprise entre les surfaces cylindriques et F6 ou F7 est telle que (e-f6) ou (e-f7) est égale à R. Dans la réalisation de la figure 5, la distance 4 comprise entre le plan diamétral P et l'intersection 15 du méplat Sg avec la surface extérieure S du bloc est égale à 0,68 R. o Dans la réalisation de la figure 6, la distance 16 entre P et l'intersection 16 est égale 0,7 R et dans le cas de la figure 7, la distance l7 entre P et 17 est égale à 0,63 R. On voit d'autre part que sur les blocs représentés aux figures 5 à 7, comme d'ailleurs sur les blocs des figures 2 et 4 les méplats S5y S6 ou S7, sont raccordés à la surface cylindrique extérieure S des blocs, par des surfaces cylindriques telles que o T5, T6 ou T7 de faible rayon; par exemple inférieur ou égal n 0,05 R dont l'axe est situé à l'extérieur du bloc de propergol. Les surfaces cylindriques T5, T6 ou T7, permettent d'améliorer les conditions initiales de combustion des blocs et d'éviter les décollements entre le bloc et le rev8tement inhibiteur cylindrique qui entoure le bloc de propergol. On donne ci-après quelques caractéristiques des blocs représentés aux figures 5 à 7. épaisseur relative de : 0,99 : 1,255 : 1,495 :combustion (e/R) : (fig.5) : (fig.6) : (fig.7) coefficient de :remplissage : 0,888 : 0,904 : 0,954 :coefficient de remplis-: :sage : 0,883 : ou894 : 0,945 résiduel exclu taux de résiduel (%) 0,56 : 1,1 : 0,95 :périmètre de combustion: maximum sur périmètre : 1 ,O1 : 1,038 : 1,073 moyen Les résultats indiqués dans le tableau précité font apparaître que la surface de combustion des blocs décrits en référence aux figures 5 à 7 est pratiquement constante. Le rapport du périmètre de combustion maximum sur le périmètre de combustion moyen est très proche de 1, l'écart relatif ne dépassant pas 7,3 %. Le taux de résiduel de combustion est autre part très faible; il atteint un maximum de 1,1 % pour le bloc représente à la-figure 6. La figure 8 qui représente les courbes de variation 5,6 et 7 du périmètre de combustion P des blocs décrits en référence c aux figures 5 à 7, en fonction de l'avance a de la combustion, fait apparaltre que le périmètre P chute et s'annule très rapidement c lorsque a atteint une valeur très proche de e/R. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations que l'on vient de décrire. On peut en effet réaliser des blocs de propergol ayant des épaisseurs relatives de combustion intermédiaires entre les valeurs 0,5 - 0,6 - 0,7 - 0,8 - 0,9 - 0,99 - 1,255 - 1, 495 et 1,55 et présentant des caractéristiques de combustion satisfaisantes. Les blocs de propergol conformes à l'invention peuvent etre obtenus aisément notamment par moulage de propergol composite par exemple, à base de résine polyuréthane, de perchlorate de potassium et d'additifs balistiques. Dans l'application prévue, à la réalisation d'un propulseur tel que la fusée 10 représentée à la figure 9, le bloc 11 conforme à l'invention présentant une entaille latérale 12 est fixé contre la paroi interne 13 de la fusée par l'intermédiaire d'un inhibiteur de combustion 14. Cet inhibiteur de combustion 14, par exemple en résine silicone chargée de paillettes de verre, recouvre la surface extérieure des blocs, à l'exception des entailles et des méplats extérieurs précedemment décrits. Cet inhibiteur permet à la combustion de se localiser sur la surface de l'entaille et d'éviter qu'elle se propage 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 et symétrique par rapport à un plan diamétral du bloc, caractérisé en ce que cette entaille est raccordée à la surface extérieure du bloc par deux méplats extérieurs sensiblement plans symétriques et transversaux par rapport au plan diamétral précité, le bloc ayant une épaisseur relative de combustion e/R, R étant le rayon du bloc cylindrique comprise entre 0,5 et 1,55 environ. 2. Bloc de propergol conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que entaille comprend une surface cylindrique de rayon (bye) coaxiale à la surface extérieure cylindrique et deux surfaces sensiblement planes, parallèles et symétriques par rapport au plan diamétral du bloc,raccordées à la surface extérieure cylindrique du bloc par deux méplats extérieurs, l'épaisseur relative de combustion e/R étant comprise entre 0,5 et 0,9. 3. Bloc de propergol conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la surface cylindrique de rayon (rye) est raccordée aux deux surfaces sensiblement planes et parallèles de l'entaille par deux méplats intérieurs sensiblement plans, symétriques et transversaux par rapport au plan diamétral du bloc, ce bloc ayant une épaisseur relative de combustion e/R comprise entre 0,5 et 0,7. 4. Bloc de propergol conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les méplats intérieurs et les méplats extérieurs situés d'un meme coté du plan diamétral du bloc, sont paral lèles. 5. Bloc de propergol conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'angle compris entre les deux surfaces planes et parallèles au plan diamétral et les surfaces raccordées à la surface extérieure du bloc est supérieur ou égal à 900. 6. Bloc de propergol conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la surface cylindrique de rayon R-e est directement raccordée aux deux surfaces sensiblement planes et parallèles de l'entaille; le bloc ayant une épaisseur relative de combustion e/R comprise entre 0,6 et 0,9. 7. Bloc de propergol conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que la surface cylindrique de rayon R-e est tangente aux deux surfaces sensiblement planes et parallèles au plan diamétral, le bloc ayant une épaisseur relative de combustion voisine de 0,9. 8. Bloc de propergol conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'entaille présente la forme d'un V ouvert vers l t extérieur du bloc, les surfaces délimitant le V étant raccordées à la surface extérieure du bloc par deux méplats extérieurs sensiblement plans, symétriques et transversaux par rapport au plan de symétrie du V, ce bloc ayant une épaisseur relative de combustion e/R comprise entre 0,9 et 1,55. 9. Bloc de propergol conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que l'angle compris entre les surfaces délimitant le V.et les surfaces planes raccordées à la surface extérieure du bloc est au plus égal à 900. 10. Bloc de propergol conforme à l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les surfaces délimitant le V sont raccordées par une surface cylindrique constituant l'extrémité du V. 11. Bloc de propergol conforme à l'une quelconque.des revendications 1 à'iO, caractérisé en ce que les deux méplats extérieurs sont raccordés à la surface extérieure du bloc par deux surfaces cylindriques de faible rayon dont l'axe est situé à l'extérieur du bloc de propergol.