Brevet FR2316057A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne un procédé de moulage, et notamment, mais non exclusivement, un procédé destiné à réaliser les conduits de gaz de moteurs-fusées. La chambre de combustion d'une fusée communique avec la tuyère d'éjection situé à l'arrière de cette dernière par un conduit tubulaire qui longe intérieurement sur une certaine distance ltenveloppe de la fusée, et il est essentiel d'empocher que la chaleur des gaz propulsifs qui passent par ce conduit ne soit transmise en trop grande quantité dans la partie-de l'enve- loupe qui entoure le conduit et contient beaucoup d'instruments très délicats. te conduit précité est donc généralement constitué dlun support périphérique revêtu d'une matière calorifuge et résistant à ltérosion. ta présente invention, qui est notamment destinée à permettre la réalisation du conduit précité, concerne en général un procédé de réalisation d'un objet mixte, de préférence tubulaire, par moulage d'un de ses éléments contre l'autre qui est préfabriqué et constitue de préférence l'élément périphérique de 11 obj et tubulaire. L'invention concerne donc un procédé de réalisation d'un conduit de gaz qui consiste à chemiser par moulage un élément de support préfabriqué de ce conduit, ce rev8tement pouvant être simultanément moulé autour d'une tuyère préfabriquée proche de l'extrémité de sortie du conduit tubulaire. 'élément de support peut être en acier ou en aluminium. ta chemise moulée peut être en amiante enrobée d'un composé phénolique, par exemple constituée de la matière commercialisée sous la désignation "Durestos". La tuyère peut être en molybdène. Des organes de calage ou de clavetage peuvent être intercalés entre liélément de support et la chemise pour immobiliser l'un par rapport à 11 autre, ces organes étant par exemple constitués par des rainures du support proches de chacune de ses extrémités et dans lesquelles est moulée la chemise te support peut être constitué par le couvercle arrière plat de la chambre de combustion d'une fusée et par un prolonge- ment tubulaire réalisé séparément et relié au couvercle avant l'opération d moulage. Le couvercle peut par exemple comporter une douille taraudée dans laquelle est vissée une partie filetée du prolongement tubulaire. Le couvercle peut Qtre perce? de trou. destinés au passage de noyaux au cours de l'opération de moulage afin de former des passages d'accès traversant la chemise. Ces rassages durent coopérer avec les trous du couvercle pour constituer les logements de certains accessoires, par exemple d'un allumele et/ou d'un commutateur sensible à la pression. Dans-ce procédé, il est possible de faire profiler une surface de l'élément moulé éloignée de l'élément préfabriqué par le moule, qu'il est nécessaire ensuite de séparer de l'élément moulé. La composition de la matière destinée à former ce dernier peut être déterminée de manière à faciliter sa séparation d'avec le moule, par exemple en y incorporant une composition de démoulage, mais il est alors possible que cette matière n'adhère pas facilement à l'élément préfabriqué de l'objet. Il peut donc être souhaitable de traiter au préalable cet élément préfabriqué pour le faire adhérer à cette matière. La présente-invention concerne donc aussi un procédé de réalisation d'un objet mixte par moulage, contre l'un, préfabriqué, de ses éléments, de son autre élément constitué d'une matière capable de se séparer facilement d'sur moule, ce procédé consistant à revêtir l'élément préfabriqué d'une matière capable d'adhérer d'une part à lui et d'autre part à celle qui constitue l'élément moulé. Stobjet en question est de préférence tubulaire. Ce revêtement peut être aussi mince que possible, mais il doit permettre aux éléments d'adhérer convenablement l'un à l'autre. Lorsque la matière constitutive de 11 élément moulé contient une composition de démoulage, le revêtement peut être constitué de la même matière ou d'une matière analogue à laquelle n'est pas incorporée cette composition. Toutefois, le revêtement peut être constitué de toute matière susceptible d'adhérer aux deux éléments, l'un préfabriqué et l'autre moulé, et compatible avec la matière constituant ce dernier. Si la matière constitutive du revêtement le permet, il est possible de faire mArir ou durcir partiellement ce dernier avant son moulage pour lui permettre de conserver sa forme de revêtement au cours de l'opération. Comme précédemment indiqué, les conduits tubulaires de gaz de combustion sont fréquemment constitués d'un support tubulaire métallique périphérique et d'une chemise intérieure en amiante enrobée dans un composé phénolique, c'est-à-dire à la -fois calorifuge et resistant à l'érosion, mais la température des gaz propulsifs de la fusée est souvent si élevée qu'ils font fondre les fibres d'amiante qui, liquéfiées, longent le conduit tubulaire jusqu'à son extrémité de sortie où l'amiante peut se condenser sur des éléments mobiles plus froids par exemple'de ltensemble de propulsion de la fusée en en compromettant le bon fonctionnement. ta présente invention concerne donc de plus un organe qui, capable de résister à des gaz brQlants, est constitué d'une couche calorifuge revêtue a'une chemise à point de fusion relativement élevé ou sublimable, au moins partiellement. Cet organe peut autre tubulaire, auquel -cas sa chemise -est intérieure. ta couche précitée peut contenir une première charge convenablement calorifuge, et son revêtement peut- contenir une seconde charge à point de fusion assez élevé ou sublimable, au moins partiellement. tes composants de la matière de base de la couche et du revetement, qui pèuvent être les mimes, doivent au moins être compatibles les uns avec les autres et, si l'organe ést destiné à servir de conduit aux gaz de combustion d'un moteurfusée, compatibles aussi avec le propergol. La matière de base de chacun peut par exemple être une résine phénolique, mais il est possibLe d'utiliser aussi d'autres matières ayant de bonnes propriétés calorifuges. La première charge peut être de l'amiante, de préférence fibreuse. La seconde peut être du carbone, fibreux aussi de préférence, bien que dans certains cas il puisse être aussi granuleux ou poudreux, aux moins partiellement. Lorsque l'organe est tubulaire, il est possible de l'en- tourer d'un support métallique, par exemple en acier ou en aluminium. Un procédé de réalisation avantageux de l'organe précité consiste à réaliser par moulage au moins lTun des deux éléments que constituent la couche et son revetement. Dans le cadre de l'invention et d'un autre point de vue, l'un de ces éléments est moulé contre l'autre, mais il est préférable de les mouler tous les deux. Il est possible de provoquer séparément la réticulation de la couche et/ou de son revetement, mais le procédé selon l'invention peut aussi consister à réaliser un organe résistant aux gaz chauds et constitué d'une couche et d'un revetement, tous deux réticulés, ce procédé consistant à former d'abord soit la couche soit le revgtement, puis à former l'autre au contact du premier ou de la première avant dTen provoquer l'achèvement de la réticulation. Lorsque la couche et le revêtement doivent tous deux former un élément tubulaire, il est préférable de mouler la-première d'abord, puis le second au contact de la première. Lorsque llorgane tubulaire doit être enveloppé dans un support, il est possible soit de le former s-éparément puis de le monter dans son support, soit de mouleur la couche contre ce support. De ce point de vue, le procédé permettant d'obtenir une forme de réalisation avantageuse d'organes tubulaires résistant aux gaz chauds consiste d'abord à mouler une couche constituée d'une première matière convenablement calorifuge, puis à mouler sur cette couche un revêtement constitué d'une seconde matière à point de fusion assez élevé ou sublimable, au moins partiellement. Cette opération peut astre réalisée au moyen de moules complémentaires, l'un surdimensionné destiné à la réalisation de la couche et l'autre, de dimensions convenables pour la réalisation du revetement. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels les figures 1, 2 et 3 représentent en coupe longitudinale des conduits tubulaires de gaz réalisés suivant des procédés différents selon l'invention; et la figure 4 représente schématiquement en élévation un ensemble de moulage destiné àla réalisation du conduit tubulaire de la figure 3. La figure 1 représente le conduit tubulaire des gaz de combustion d'un moteur-fusée. Ce conduit comprend un support métallique constitué d'une embase 1 et d'un prolongement tubulaire 2 réalisés séparément et solidarisés par vissage d'une extrémité filetée du prolongement 2 dans une douille taraudée de l'embase 1, un joint torique coopérant avec cette fixation. Pour protéger ce support métallique des températures élevées et de l'érosion engendrées par les gaz de combustion propulseurs, il comporte une chemise intérieure 3 en amiante enrobée dans une résine phénolique, par exemple en "Durestos". La paroi intérieure de l'extrémité de sortie du conduit tubulaire est constituée par une tuyère 4 en molybdène autour de laquelle est moulée, comme on va le décrire ci-après, la matière constituant -la chemise. Cette chemise 3 est moulée contre les supports assemblés 1 et 2 loge, avec la tuyère 4 en position convenable par rapport au support 2, dans un moule constitué d'éléments ou matrices complémentaires. On introduit alors-dans l'ensemble un noyau dont le profil périphérique correspond au profil intérieur désiré de la chemise 3 et dont ltextrémité coopère avec la face interne antérieure de la tuyère 4. l'amiante enrobée dans sa matière de base molle est alors injectée dans 1' intérvalle compris entre le support 1, 2 et le noyau ainsi que dans 1' intervalle compris entre la tuyère 4 et le prolongement tubulaire 2. il est possible de soumettre préalablement les supports I et 2 à un traitement convenable destiné à les faire mieux adhérer à la chemise. Ils peuvent par exemple etre dégraissésy puis fortement grenaillés, puis de nouveau dégraissés avant d'0tre logés dans le moule.Pour assurer l'immobiliscation de la chemise par rapport .u support,. les éléments 1 et 2 de ce dernier comportent toutefois des rainures 8 dans lesquelles est injectée la matière constitutive de la chemise qui est ainsi calée ou clavetée dans son support. t'embase 1 est percée de trous 5 et 6 dans 3esquels des noyaux convenables, introduits au cours du moulage, coopèrent avec le noyau principal de manière à former dans la chemise 3 des trous destinés à loger des acces- soires, par exemple un allumeur dans le logement 5 et un commutateur sensible à la pression dans le logement 6. L'embase 1 forme aussi une rainure circulaire periphéri- que 7 dans laquelle un joint torique (non représen,é) est destiné à assurer l'étanchéité entre elle et la-pa-roi intérieure de la chambre de combustion du moteur. l'extrémité arrière de la paroi de cette dernière forme une rainure dans laquelle une bague à ressort convenable (non représentée) entre en contact avec l'épaulement 9 formé par le bord arrière de l'embase 1 et solidaraise ainsi le conduit tubulaire et 11 extrémité arrière de la chambre de combustion. Bye support peut être constitué de toute matière convenable, mais de préférence d'alliage d'aluminium afin d'entre plus léger. Il peut aussi astre en acier si le poids n'a pas d'impor- tance déterminée. La chemise 3 peut être constituée de fibres d'amiante sélectionnées et mélangées à une poudre fine de résine phénol formaldéhyde ou de mélanges à mouler constitués de carbone et d'une résine phénolique, d'amiante et d'un polyimide ou d'amiante et de xylol. La couche 3 peut aussi être moulée par transfert, mais la teclmique précitée est plus avantageuse. te conduit tubulaire représenté sur la figure 2 est analogue au précédent en ce quJil comprend un support métallique périphérique 10, par exemple en aluminium ou en acier. Ce support est tubulaire, mais son extrémité avant forme une bride périphérique 12 qui permet de le relier à la surface intérieure de l'enveloppe d'une fusée. te mode de liaison peut être classique et n'est pas représenté sur la figure. L'extrémité de sortie du conduit tubulaire peut aussi avoir toute forme convenable, et elle ntest donc pas représentée. Pour protéger le support 10 des gaz de combustion du moteur-fusée, il comporte une chemise intérieure 14 constituée d'un mélange de fibres d'amiante et de 40 à 45 en poids de résine phénolique. Comme précédemment indiqué, il est commode de mouler sur place la chemise 14 dans le support 10, au moyen de mouies métalliques complémentaires comprenant un noyau en forme de tige logé dans le support 10. La matière est moulée entre ce noyau et le support. Pour faciliter la séparation du noyau d'avec la chemise 14, on incorpore à la matière de moulage un agent de démoulage, par exemple du stéarate de zinc à raison de 3+%0 environ en poids. L'effet lubrifiant de ce produit facilite l'extraction du noyau, mais rend ps.difficile l'adhérence entre la résine phénolique de la matière de moulage et la surface intérieure du support 10, c'est pourquoi-il est nécessaire de grenailler for tendent cette dernière avant l'opération de moulage. Pour réaliser par moulage le conduit tubulaire de Ta figure 2, il faut donc d'abord revêtir la surface intérieure du support j0 d'une résine phénolique qui adhère à elle ainsi qutà la matière de moulage à laquelle est incorporé l'agent ou adjuvant de dégagement. il est possible de mettre en place ce rev8te- ment en bouchant provisoirement l'extrémité étroite du support 10, puis en le remplissant de la matière constitutive de ce rev8- tement assez longtemps pour humidifier la surface, enfin en laissant s'écouler hors du support la matière excédentaire. il est possible de traiter partiellement le revetement pour le faire rester en place pendant-ltopération de moulage, qui se fait de lamanière-classique. le revêtement en question est de préférence constitué par une résine phénolique dissoute dans un solvant, par exemple la résine commercialisée par la "Fordath Limites of Brandon Way, West Bromwich, W. Midlands, England" sous la désignation FPN.8. On mélange 87 parties environ de cette résine avec 17 parties en -viron dt-hexsmine, ces deux composants dans les proportions indi quées étant ensuite dissous danz 300 parties environ d'alcool dénaturé et agités de manière à donner un mélange homogène. Pour effectuer l'opération de revêter!Serlt ? il faut d-'çrais- ser la surface intérieure du support métallique et la soumettre à un fort grenaillage ou à tout autre processus efficace capable de la nettoyer et/ou de la rendre rugueuse. Le support est ensuite dégraissé de nouveau, puis la matière de revêtement lui est appliquée de la manière précédemment indiquée. le revêtement est ensuite cuit dans un four à la température de 1500C environ pendant deux heures. L'opération de moulage de la chemise est alors effectuée. Il est possible de faire varier dans une grande mesure les proportions et les conditions de traitement du mélange rosi neux et du revetement, mais sur le plan pratique la proportion de résine peut varier de + 2 parties environ, la proportion d'hexamine de + 0,5 partie, l'alcool dénaturé de + 5 parties environ, et la température du four de + 50C environ. Liinvention ne se limite pas à la réalisation de conduits de gaz pour moteur-fusée, ou en général d'objets tubulaires. Le procédé selon 11 invention peut par exemple être appliqué à la réalisation d'objets sensiblement plats, auquel cas il est possible d'appliquer le revêtement par pulvérisation, brossage ou immersion. L'invention est cependant particulièrement intéressante lorsqu'il s'agit de mouler des objets au profil compliqué, car dans ee cas il est difficile d'appliquer directement sur le moule l'agent de dégagement qu'il est souhaitable d'incorporer à la matière de moulage. il est possible de choisir la matière de revêtement en fonction des conditions d'utilisation et des matières que l'on désire faire adhérer. Une résine phénolique convient notamment si les constituants de. la chemise sont de l'amiante et un composé phénolique du fait de la présence de ce dernier. Mais d'autres adhésifs ou résines peuvent convenir, notamment lorsque la chemise à mouler sur les objets considérés ne contient pas de composé phénolique. Le conduit représenté sur la figure 3 comprend un support tubulaire périphérique 20 en métal et une chemise intérieure 22 constituée d'une couche 24 d'ambiante enrobée dans un composé phénolique, par exemple de "Durestos", et un revêtement intérieur 26 de résine phénolique à laquelle est incorporée une charge de fibres de carbone En service, le support tubulaire est relié à la chambre de combustion du moteur-fusée de toute manière appropriée, par exemple comme le montre la figure 1. les épaisseurs relatives de la couche 24 et du-revêtement 26 sont déterminées en fonction des conditions d'utilisation prévues, le rev8tement 26 étant destiné à protéger la couche 24 des gaz chauds pendant la combustion du propergol. Cela permet de donner à la couche 24 la plus grande épaisseur possible et par conséquent à la chemise 22 les meilleures propriétés calori fuges. Ttes fibres de carbone, dont certaines sont indiquées en 28 sur la figure 3, sont "ancrées" dans la résine phénolique, de sorte que, lorsque la fusée est en service, même si la couche superficielle intérieure de resine du revêtement 26 est enlevée par érosion les fibres intérieures de carbone 28 restent en place en constituant sur la surface interne du conduit un revete- ment interne charbonneux qui est partiellement arraché sous forme de suie, de particules, ou même de gaz, mais sans passer par Iiétt liquide. Aucune matière fondue n'est donc transportée le long du conduit jusqu'aux pièces mobiles situées près de son extrémité de sortie. ta chemise 22 et le support tubulaire 20 peuvent être réalisés séparément suivant le procédé décrit ci-après et assemblés au moyen de tout dispositif convenable non représenté. La figure 4 représente un moule constitué de deux matrices complémentaires, l'une inférieure 30, l'autre supérieure 32, et d'un noyau amovible 36 à t8te 34. Pour utiliser ce moule, on commence par remplir la cavité de sa matrice inférieure 30 de la quantité de matière de moulage à base de composé phénolique et d'amiante qui est nécessaire pour former la couche 24. Le noyau 36 est "surdimensionné" (c' est-à-dire qué son diamètre extérieur est supérieur d'une certaine quantité au diamètre intérieur du conduit de gaz à réaliser). La matière de moulage se déplace dans un intervalle annulaire 37 de manière à former la couche 24.Cette opération est effectuée dans des conditions de température et de pression bien connues des spécialistes de ce type de moulage. On fait alors monter la matrice supérieure 32 par rapport à la - matrice inférieure 30 ainsi qu'au moulage que contient l'intervalle 37, de manière à séparer cette matrice 32 de ce moulage. Pour faciliter cette opération, il est possible de revêtir la matrice 72 d'une matière de dégagement et/ou dtincor- porer à la matière de moulage un tel agent. La tête 34 du noyau 36 empoche le moulage de sortir de la matrice inférieure 30 au cours de cette opération, après quoi on ltenlève, ce qui permet d'extraire le moulage 37. Be noyau 36 est alors enievé et remplacé par un noyau 78 dont le diamètre est plus petit et égal au diamètre interne du conduit tubulaire à réaliser. Ce noyau 38 comporte une autre tête 34. Le moulage est alors emboité de.nouveau dans la matrice supérieure 32, et l'opération est renouvelée, mais cette fois la matière de moulage utilisée est constituée de la même résine phénolique à laquelle est incorporée une charge de fibres de carbone.Cette matière est moulée contre la couche 24 préaîable- ment formée de manière à en constituer le revêtement 26 dont l'application peut se faire sensiblement dans les mêmes conditions de température et de pression, mais de préférence avant que la résine de la couche 24 ait complétement durci, ce qui permet l'interpénétration de la résine constitutive de la couche 24 et du revêtement 26 et les fait mieux adhérer l'un à l'autre. S'il n'est pas es-sentiel d"'ancrer" les fibres de carbone dans la résine, la charge de carbone peut être poudreuse ou granuleuse. il est possible d'utiliser d'autres résines qu'une résine phénolique, ainsi que des charges autres que des charges d'amiante et de carbone, sous réserve que le résultat soit équivalent en ce qui concerne les propriétés calorifuges et de résistance à l'abrasion. il est possible de réaliser la couche et/ou le revêtement par enroulement d'une armature fibreuse imprégnée de résine convenable. Par exemple, il est possible de former le revêtement 26 en enroulant des fibres de carbone ainsi enrobées autour d'un mandrin, la couche 24 étant ensuite moulée contre ce revêtement, mais ce procédé peut provoquer la formation de vides dans la structure. Il est donc plus facile d'assurer la compacité désirée de la matière en utilisant les techniques de-- moulage qui permettent entre une production en assez grande série. Be procédé par enroulement est en outre une opération relativement délicate. Il est possible d'appliquer aussi une autre technique, le support 20 étant utilisé comme un revêtement dans les matrices du moule et la couche 24 étant formée directement contre ce support il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux procédés et dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. Id3VE)ICtTI0N5 1. Procédé de réalisation d'lln objet mi te. caracté:iisé en ce qu'il consiste à mouler contre un élément préf2brinué de cet objet un autre de ses éléments. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est tubulaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à mouler contre un élément de support préfabriqué de l'objet une couche de garnissage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le garnissage est moulé simultanéInent autour d'un étrangleurpréfabriqué situé à ou près de l'une des sxtrémités de l'objet tubulaire. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'élément de support est constitué par le couvercle extrême plat de la cambre de combustion d'une fusée et par son prolongement tubulaire. 6. Procédé selon ltune quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que des organes de calage ou de clavetage sont intercalés entre l'élément de support et le garnissage. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits organes sont constitués par des rainures de l'élément de support dans lesquels est moulé le garnissage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à revêtir l'élément préfabriqué d'une matière susceptible d'adhérer à lui ainsi qu'à la matière de moulage dont la composition est telle qu'elle peut être séparée de son moule. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un adjuvant de démoulage est additionné à la matière de moulage, le revêtement ayant la même composition que cette dernière à l'exclusion de l'adjuvant de démoulage. 10. Procédé selon l'-une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le revêtement, qui est constitué d'une matière durcissable, est partiellement durci avant l'opération de moulage. 11. Procédé selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la mise en place du revêtement se fait en remplissant l'objet tubulaire de la matière constitutive de ce revêtement à l'état fluide, puis en la laissant s1 écouler hors de l'objet tubulaire dont la surface intérieure reste revêtue d'une couche de cette matière. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des éléments de 11 obj et tubulaire a d'assez bonnes propriétés calorifuges, tandis que l'autre est sublimable ou a un point de fusion assez élevé. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'un des éléments de l'objet tubulaire contient une première charge dont les propriétés calorifuges sont assez bonnes, tandis que l'autre contient une seconde charge sublimable ou ayant un point de fusion relativement élevé. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matières constitutives de chaque élément de l'objet peuvent stinterpénétrer, le premier de ces éléments étant formé au contact de l'autre avant l'inter- pénétration de leurs matières constitutives respectives. 15. Tube caractérisé en ce qu'il est réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendieations précédentes. 16. Tube selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il constitue le conduit des gaz de combustion d'un moteurfusée. 17. Pièce capable de résister à des gas chauds, obtenue selon Te procédé de la revendication 1 et caractérisée en ce qu' elle est constituée d'une couche calorifuge revetue d'un gar nissage sublimable ou à un point de fusion relativement élevé. 18. Pièce selon la revendication 17, caractérisée en ce qu' telle est tubulaire, le garnissage ou revêtement constituant sa chemise intérieure. 19. Pièce selon l'une des revendications 17 et 18, caractérisée en ce que la couche contient une première charge ayant d'assez bonnes propriétés calorifuges, et le revêtement ou gar nissage contient une seconde charge sublimablc ou a point dc fusion relativement élevé. 20. Pièce selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisée en ce qu'elle constitue le conduit des gaz de combustion d'ure moteur-fusée. 21. Moteur-fusée caractérisé en ce qutil comporte un conduit tubulaire de ses gaz de combustion selon l'une des revendications 16 et 20. 22.-Moteur-fusée selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de braquage de tuyère près de llextrémité de sortie dudit conduit.