Brevet FR2283419A1 — publié le 19760326

La présente invention concerne un chargement propulsif, destiné à des engins tels que par exemple des roquettes antichars. Plus spécialement, l'nnvention a pour objet un chargement du genre comprenant un ensemble de bandes de propergol disposées parallèlement à l'axe de la chambre de combustion et autour de cet axe, lorsque le chargement est mis en place dans le propulseur de l'engin. Bes bandes se présentent généralement sous forme d'éléments parallélépipédiques de faible épaisseur qui brdlent sur pratiquement toute leur surface en un temps très bref. Pendant la combustion, la surface des bandes dé croit en même temps que leur épaisseur diminue, au fur et à mesure de la progression du front de combustion. Cette dégressivité de la surface de combustion entraîne une décroissance corrélative de la pression dans la chambre de combustion. Or, comme on le sait, il est au contraire souhaitable que la pression de combustion reste aussi constante que possible pendant la combustion du chargement. Les chargements de propergol connus du genre précité présentent un autre inconvénient : la chambre de combustion étant généralement cylindrique, on est amené à disposer les bandes radialement au voisinage les unes des autres afin d'obtenir un coefficient de remplsage maximum. La faiblesse du passage réserve aux gaz produit une combustion érosive des bandes de propergol. Cette combustion érosive entraane, en début de combustion, une surpression importante qui accroît encore la dégressivité de la variation de la pression entre le début et la fin de la combustion et cette surpression nécessite l'utilisation d'un propulseur dont la résistance mécanique, calculée par rapport à la surpression, est surdimensionnée par rapport à la pression moyenne de fonctionnement, et il s'ensuit en conséquence que le poids du propulseur est inutilement augmenté ce qui limite les caractéristiques de l'engin et notamment sa portée. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en permettant d' obtenir une surpression atténuée en début de combustion puis une pression légèrement croissante pendant au moins une partie de la durée de combustion du chargement de propergol, de manière à ce que la pression maximum en début de combustion soit sensiblement égale à la pression qui règne dans le propulseur à la fin de cette durée de combustion. Suivant l'invention, le chargement propulsif, notamment pour roquettes, comprend un ensemble de bandes de propergol disposées anuulairement autour d'un axe et approximativement parallèles à cet axe et il est caractérisé en ce que ces bandes sont partiellement revêtues d'un inhibiteur de combustion dont la largeur de la surface de contact avec les bandes correspond sensiblement à l'épaisseur de ces bandes. Le fait que les bandes soient revêtues partiellement par un inhibiteur de combustion permet de diminuer la surface de combustion initiale d'une valeur correspondant à la surface de contact de l'inhibiteur avec les bandes. Cette diminution de la surface de combustion permet ainsi de supprimer la dégressivité de la surface de combustion et de limiter la surpression initiale. Le fait que la largeur de la surface de contact de l'inhibiteur avec les bandes corresponde sensiblement avec leur épaisseur permet d'autre part à l'inhibiteur d'avoir une action persistante pendant toute la durée de la combustion. Suivant un premier mode de réalisation, les bandes disposées radialement sont réalisées d'un seul bloc avec une couronne constituée par du propergol. Selon ce premier mode de réalisation, la couronne de propergol est de préférence intérieure, les bandes radiales étant disposées à l'extérieur de ladite couronne. Dans ce iOdF de réalisation, la surface de combustion est dégressive en l'absence d'inhibiteur. Grâce à l'inhibiteur qui recouvre partiellement les bandes on rend cette surface de combustion légèrement progressive et on minimise corrélativement les effets dus à la surpression initiale. Suivant un second mode d'exécution de l'invention, les bandes de propergol sont encastrées dans un élément tubulaire réalisé en inhibiteur de combustion. Dans tous les cas, les tranches longitudinales des bandes de propergol peuvent être recou vertes partiellement d'un inhibiteur de combustion. Mais ces tranches portent de préférence des rubans continus d';nhibiteur de combustion. Dans tous les cas également, chaque bande de propergol peut porter, sur l'une de ses grandes faces, un élément inhibiteur de combustion constitué par un ruban continu ou par une succession de tronçons. L'inhibiteur de combustion est disposé notamment dans les zones d'étranglement entre les bandes, donc au voisinage de l'axe de la chambre de combustion lorsque l'élément tubulaire inhibiteur est périphérique. Les essais ont montré que la pression produite reste alors pratiquement constante pendant toute la combustion du cWazgement. D'autres particularités et avantages de l'invention apparai- tront encore au cours de la description détaillée qui va suivre. Âux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté plusieurs modes de réalisation de l'inven- tion. La figure 1 est une coupe transversale partielle d 'un premier mode de réalisation du chargement propulsif conforme à l'invention suivant I-I de la figure 2. La figure 2 est une vue partielle en plan avec arrachement du chargement de la figure 1 mis en place dans un propulseur. La figure 3 est un diagramme coaparatif montrant notamment la variation de la pression de combustion du chargement des figures 1 et 2. La figure 4 est une coupe analogue à la figure 1 d'un second mode d'exécution du chargement conforme à l'invention. La figure 5 est une coupe partielle à échelle agrandie de 1' extrémité d'une bande de propergol du chargement de la figure 4. La figure 6 est une coupe partielle similaire aux figures 1 et 4 d'un troisième mode d'exécution de l'invention. La figure 7 est une coupe partielle de la réalisation de la figure 6, à échelle agrandie et dans le même plan. La figure 8 est un diagramme analogue à celui de la figure 3 et relatif à la réalisation de la figure 6. La figure 9 est une coupe partielle analogue à la figure 7 d'un quatrième mode d'exécution de l'invention. Dans la réalisation représentée aux figures 1 et 2, le chargement conforme à l'invention, destiné à la propulsion, notamment de roquettes antichars, comprend un ensemble de bandes 1 de propergol. Les bandes 1 ont un contour parallélépipédique, et elles sont disposées annulairement autour de l'axe X-X d'un corps 2 qui comporte une partie tronconique 2a prolongée par une partie cylindrique 2b. Le corps 2 peut constituer l'enveloppe d'une roquette si une charge explosive est fixée à l'avant de la partie cylindrique 2b, et si une tuyère comportant un dispositif d'allumage est fixée à l'arrière de la partie tronconique 2b, cette dernière assurant le calage du chargement. Conformément à l'invention, les bandes 1 portent sur leurs tranches longitudinales extérieures 3 des rubans 4 constitués par un inhibiteur de combustion. La largeur de leur surface de contact avec les bandes 1 correspond sensiblement à l'épaisseur e de celles-ci. Les rubans 4 sont continus dans la partie tronconique 2a et prolongés par des tronçons 4a dans la partie cylindrique 2b. Complémentairement suivant une particularité de l'invention, les bandes 1 sont réalisées en un seul bloc avec une couronne intérieure 5 constituée par le même propergol que celui des bandes 1; et qui est coaxiale à l'axe X-X4 Les rubans 4 d 'inhibiteur de combustion prennent appui contre la paroi intérieure du corps 2, avec interposition d'un revêtement réfractaire 6 sur toute cette paroi intérieure. Le revêtement 6 et la surface du chargement propulsif formé par les bandes 1 et la couronne 5 délimitent la chambre de combustion du propulseur. L'effet technique de cette réalisation est le suivant après la mise à feu du chargement qui est exécutée d'une façon en elle-meme connue, les bandes 1 et la couronne 5 brûlent sur l'ensemble de leur surface. Les surfaces de combustion progressent l'une vers l'autre sur les deux faces opposées des bandes 1 et ces surfaces en regard restent sensiblement constantes jusqu'en fin de combustion, grâce aux rubans 4 d'inhibiteur. Par contre, les surfaces de combustion situées dans les zones de raccordement des bandes 1 avec la couronne 5 augmentent, de même que la surface c~çlindrique de combustion proche de l'axe X-X de la couronne 5. De ce fait, la surface globale de combustion croit jusqu'en fin de combustion, puis tombe brusquement à zéro quand tout le propergol a brillé. Cette variation se traduit par une évolution corrélative de la pression de combustion, conne on le voit sur le diagramme de la figure 3, qui montre la variation de la pression de combustion en fonction de ltépaisseur brillée e. PO étant la pression dans la chambre de combustion immédiatement après la mise à feu, la pression Pi passe d'abord par un pic Pp qui dure quelques millisecondes environ. Le pic rp est dQ d'une part à la combustion érosive qui se produit initialement dans les zones resserrées de raccordement entre la couronne 5 et les bandes 1 et d'autre part aux gaz générés par le dispositif d'allumage. Â la fin de cette combustion transitoire initiale, la pression décrû pais augmente à nouveau de manière à peu près linéaire (droite en traits mixtes Pi), jusqu'à une valeur P1. La pression Pi tombe ensuite brusquement en fin de combustion. Les mesures ont montré que la pression au sommet du pic initial Pp n'est que faiblement supérieure à la pression P1. De ce fait la pression de combustion ne varie que dans de faibles proportions entre la mise à feu et ltextinction. La courbe P en traits pleins montre la variation de la pression de combustion pour un chargement similaire à celui des figures 1 et 2 mais dépourvu de rubans 4 inhibiteurs de combustion. La surface de combustion initiale englobe alors les tranches périphériques 3 des bandes 1 et est de ce fait supérieure à la surface de combustion initiale réduite prévue par l'invention. Dans ces conditions, la pression initiale est supérieure à PO, passe par un pic, puis décroît régulièrement jusqu'à une valeur voisine de P1 avant de tomber brusquement à l'extinction. La dégressivité des deux courbes P et Pi étant défliic-.- par les dîffirences ente les sommets de leurs plus et P1, cn voit que la dégressivité du chargement conforme à l'invention est tries inférieure à celle du chargement de tne connu, ce qui conc- titue un avantage substantiel. Dans la réalisation des figures 4 et 5, les bandes 7 de propergol sont partiellement encastrées dans un élément 8 tubulaire périphérique adhérant au corps 2 et réalisé en un matériau inhibiteur de combustion. les bandes 7 sont disposées radialement autour de l'axe X-X. Suivant une sarticularité de cette version, chaque bande 7 porte, sur l'une de ses grandes faces et au voisinage de sa tranche intérieure 7;un inhibiteur de co!nbustion constitué par un ruban continu 9 ou par une succession de tron çons, comme dans le cas de la réalisation de la figure 2. les rubans ou tronçons 9 sont ainsi disposés dans les zones d'étranglement 11 entre les bandes 7. De pé2érence, comme dans la version représentée aux figures 4 et 5, les rubans ou tronçons 9 sont assujettis aux faces correspondantes des bandes 7,. deux rubans 9 successifs étant ainsi séparés par une bande 7 et une zone d'étranglement 11. Les largeurs x des rubans ou tronçons 9 et des bandes 7 sont pratiquement égales (figure 5). Après la mise à feu, le front de combustion d'une bande 7 progresse en direction de sa tranche extérieure 7b et autour du ruban inhibiteur 9, les fronts de combustion successifs F1, F2 rongent la bande 7 avec création corrélative de congés Cl, C2 de raccordement avec le ruban 9. Les congés C1, C2, etc. augmentent localement la surface de combustion. En revanche, les surfaces de combustion relatives à la tranche 7a et à la face de la bande 7 opposée au ruban 9 diminuent. On constate que dans ces conditions, pour une surface de contact convenablement ajustée entre l'inhibiteur 9 et les bandes 7, la surface de combustion globale reste sensiblement constante. Corrélativement la pression de combustion demeure aussi pratiquement constante, avant de tomber brusquement à l'extinction. La version des figures 6 et 7 comprend des bandes de propergol radiales 12, 13 d'épaisseurs différentes et réalisées d'un seul bloc avec une couronne centrale 14. Le chargement ainsi constitué est enfilé autour d'un tube métallique 15 de support, coaxial à l'axe X-X. Les bandes 13 sont alternées avec les bandes épaisses 12. Elles ont une épaisseur g pratiquement égale à celle de la couronne 14 et à la moitié de l'épaisseur 25~ des bandes 12. Le rapport des épaisseurs des bandes 12 et 13 est donc égal à 2 dans cet exemple mais i1 peut varier entre 1 et 5. Les bandes 12 seront désignées ci-après par l'expression bandes épaisses1 et les bandes 13 par "bandes minces". Les tranches extérieures des bandes 12 ét 13 portent des rubans continus ou des successions de tronçons d 'inhibiteur de combustion 16 et 17 respectivement. Après la mise à feu, les fronts de combustion successifs Gl, G2, G3 ... progressent dans le bloc de propergol. Quand ce front a progressé en y/2, il est en G2 et leu bandes minces 13 disparaissent. Après une avance de , les fronts des bandes épaisses 12 se rejoignent tandis que la surface restante du front de combustion atteint le tube central 15 sur lequel adhèrent les résiduels de combustion. Les courbes du diagramme de la figure 8 montrent la variation de la pression et de la surface globale de combustion en fonction de 1 'épaisseur z dans un propulseur muni d'un changement conforme à celui des figures 6-7. La surface de combustion Si initialement égale à B0 croit régulièrement dans une première phase jusqu'à une valeur S1 correspondant à la combustion complète des bandes minces 13. En effet, les surfaces de combustion restent pratiquement constantes sur les faces des bandes 12, 13 grtce aux inhibiteurs 16, 17 tandis qu'elles s'étendent en direction du tube 15. Pendant cette première phase on observe un pic de pression initial Pi. La pression suit ensuite une évolution corres-ondant à celle de la surface de combustion. La surface totale des rubans ou tronçons inhibiteurs 16, 17 peut être déterminée de façon que la hauteur du pic de pression Pi soit voisine de S1 On obtient ainsi une faible variation de la pression entre le début et la fin de la pre::iière phase de la combustion. Après la disparition des bandes minces 13, la surface de combustion Si tombe brusquement à une valeur S22 diminue légère ment jusqu'à une valeur S3 pendant la combustion des bandes épais et tombç finalement pratiquement à zéro La resionsitune ses 12 évolution correspo dante. Cette seconde phase de combus- tion à pression sensiblement constante est particulièrement intéressante, elle résulte de l'action mutuelle des surfaces de combustion issues des congés de raccordement des bandes de proper gol d'épaisseurs différentes.En effet durant la première phase de combustion chaque congé de raccordement donne naissance à des surfaces de combustion croissantes alors que durant la seconde phase de combustion ces surfaces sont sécantes dans le plan moyen des bandes minces et déterminent des protubérances qui sont dégressives et compensent sensiblement la progressivité du reste de ces surfaces. La courbe en pointiliS P montre la variation de la pression de cqmbustion du chargement des figures 6 et 7. On voit que les pressions PO et Pî du début et de la fin de la première phase sont sensiblement égales. Le mode de réalisation du chargement représenté à la figure 9 se compose d'un seul bloc qui comporte des bandes 18 d'épaisseur 2z alternant avec des bandes 19 dlepaisseur z et une couronne centrale d'épaisseur 9 Les bandes 18, 19 portent sur leurs tranches périphériques des rubans ou tronçons non représentés et constitués en un matériau inhibiteur de combustion. Le chargement ainsi réalisé prend appui sur la paroi interne du corps du propulseur, similairement à la réalisation des figures 1 et 2. La combustion de ce chargement s'exécute en deux étapes séparées par une brusque chute de pression a) progression du front de combustion de ç 4 jusqu'en H1, et de ç 2 jusqu'en H2. En N les fronts des bandes 19 se rejoignent, celles-ci disparaissent, et la pression diminue brusquement. b) progression du front de combustion de z jusqu'en H4 : les bandes épaisses 18 et la couronne 20 disparaissent et la pression tombe. les différents chargements conformes à l'invention qui viennent d'être décrits peuvent être constitués par divers types de propergols connus en eux-mêmes; notamment le propergol peut être du genre homogène à double base et comporter un mélange de nitrocellulose, de nitroglycérine, de stabilisant, de plastifiant et d'additifs balistiques. Le propergol peut également être du type composite et comporter en mélange - un liant combustible tel que du polyuréthane, du polybutadiène ou un polyester, - un oxydant minéral tel qu'un perchlorate alcalin, - un régulateur de combustion et divers additifs tels que de l'aluminium, qui est un accélérateur de combustion. Les chargements de propergol peuvent être réalisés de préférence par extrusion d'un bloc unique, mais aussi par moulage ou usinnge. L'inhibiteur de combustion peut être constitué notamment par une résine de silicone ou une résine de polyuréthane ou une résine de polyester éventuellement chargée d'un corps inerte tel que des paillettes de verre ou un corps décomposable endothermiquement. Ltinhibiteur peut être réalisé de manière connue par polymérisation in situ et enduction (pinceau, pistolet, rouleau, en utilisant éventuellement des caches) sur les bandes de propergol. On peut aussi coller des rubans d'inhibiteur préconstitués. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et peut comporter des variantes d'exécution. On citera en particulier les suivantes : dans la forme d'exécution de la figure 9, on peut donner à la couronne 20 une épaisseur supérieure à 2z. Le régime de combustion se déroule alors en trois étapes qui correspondent chacune à un palier pour la pression de combustion. Les bandes de propergol utilisées à la réalisation des chargements selon l'invention peuvent comporter plus de deux épaisseurs différentes et/ou être réalisées avec des propergols de corttposition différente et le diagramme de pression S sentira alors autant de palier de pression que d 'épaisseurs différentes. L'alternance des bandes de différentes épaisseurs est déterlzinée par le rapport des nombres de bandes de chacune de ces épaisseurs, ce rapport étant de 1 dans les exemples décrits, et cette alternance peut être obtenue par exemple par la répétition d'un motif élémentaire constitué par deux bandes épaisses, une bande d'épaisseur moyenne et une bande mince Les chargements monoblocs peuvent être constitués d'une couronne extérieure de propergol et de bandes de propergol disposées radialement à l'intérieur de cette couronne et les chargements comportant un élément tubulaire coalisé en un matériau inhibiteur peuvent être constitués par un élément tubulaire interne dans lequel sont partiellement encastrées des bandes de propergol qui rayonnent autour de cet élément. Rsvs DICATIONS 1, Chargement propulsif préconstitué, notamment pour roquettes, comprenant un ensemble de bandes de propergol présentant chacune une épaisseur sensiblement constante, ces bandes étant d'une part, disposées sensiblement annulairement, radialement et parallèlement autour d'un axe, et d'autre part, solidaires d'une couronne qui est coaxiale avec cet axe, caractérisé en ce que les bandes de propergol forment un seul bloc avec cette couronne et présentent au moins deux épaisseurs différentes, en ce que les bandes les plus épaisses sont alternées avec les bandes les moins épaisses et sont partiellement revêtues d'un inhibiteur de combustion dont la largeur de la surface de contact avec 1 es bandes correspond sensiblement à ltépaisseur de ces bandes et en ce que la couronne présente une épaisseur au moins égale à celle des bandes les plus épaisses, la surface de cette couronne étant dépourvue d' inhibiteur. 2. Chargement propulsif préconstitué, notamment pour roquettes, comprenant un ensemble de bandes de propergol présentant chacune une épaisseur sensiblement constante, ces bandes étant d'une part, disposées sensiblement annulairement, radialement et parallèlement autour d'un axe, et d'autre part solidaires d'une couronne qui est coaxiale avec cet axe, caractérisé en ce que les bandes de propergol forment un seul bloc avec cette couronne et présentent au moins deux épaisseurs différentes, en ce que les bandes les plus épaisses sont alternées avec les bandes les moins époisses, et sont partiellenent revêtues d'un inhibiteur de combustion dont la largeur de la surface de contact avec les bandes correspond sensiblement à l'épaisseur de ces bandes et en ce que la couronne présente une épaisseur approximativement égale à la moitié de l'épaisseur des bandes les plus épaisses, la surface cylindrique de cette couronne étant revêtue par un inhibiteur. 3. Chargement propulsif préconstitué, notamment pour roquettes, comprenant un ensemble de bandes de propergol entièrement combustible présentant chacune une épaisseur sensiblement constante, ces bandes étant d'une part disposées sensiblement annulairement, radialement et parallèlement autour d'un axe, et d'autre part, solidaires d'une couronne qui est coaxiale avec cet axe, caractérisé en ce que ces bandes sont partiellement revêtues par un inhibiteur de combustion dont la largeur de la surface de contact avec les bandes correspond sensiblement à l'épaisseur de ces bandes. 4. Chargement propulsif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les bandes de propergol sont réalisées en un seul bloc avec une couronne intérieure. 5. Chargement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les bandes de propergol sont encastrées radialement dans un élément tubulaire réalisé en inhibiteur de combustion. 6. Chargement conforme å l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tranches longitudinales des bandes de propergol sont recouvertes au moins partiellement d'un inhibiteur de combustion. 7. Chargement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque bande de propergol porte sur l'une de ses grandes faces un élément inhibiteur de combustion constitué par un ruban continu ou par une succession de tron dans. 8. Chargement conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments inhibiteurs de combustion sont assujettis aux faces correspondantes des bandes, deux éléments suecessifs étant ainsi séparés par une bande et une zone d'étranglement du canal d'écoulement des gaZ. 9. Chargement conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les bandes ont au moins deux épaisseurs différentes, les bandes les plus épaisses étant alternées avec les bandes les moins épaisses. 10. Chargement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les bandes de propergol présentent des grandes faces en forme de trapèze, le chargement propulsif comportant ainsi une partie à enveloppe cylindrique et au moins une partie à enveloppe tronconique.