Brevet FR2376299A1 — publié le 19780728

La présente invention concerne un engin autopropulsé tel que roquette, destiné a être lancé au moyen d'un tube dit de lancement. Les engins autopropulsés visés par l'invention comprennent un étage de propulsion recevant une tête active qui renferme une charge explosive. Dans certaines réalisations, la tête active est séparée de l'étage de propulsion par un étage de croisière destiné à se séparer de l'étage de propulsion ou d'accélération dès la sortie de l'engin hors du tube de lancement. Dans les réalisations connues, l'étage de propulsion comprend une paroi avant et une tuyère;reliées ensemble par un corps cylindrique renfermant un chargement pyrotechnique. Lorsque la roquette est placée dans le tube de lancement, ce corps cylindrique occupe sensiblement toute la section transversale de ce tube. Lors de la mise à feu de la charge d'allumage placée dans la tuyère, la paroi du corps cylindrique est soumise à une très forte pression radiale qui tend à appliquer cette paroi contre la surface intérieure du tube de lancement. Après l'allumage et pendant toute la durée de la combustion du chargement pyrotechnique, le corps cylindrique est également soumis à d'importants efforts de traction. Pour surmonter la pression radiale et les efforts de traction précités, la paroi du corps cylindrique de la roquette doit posséder une importante épaisseur, ce qui affecte considérablement le poids de l'engin et par suite sa portée. Le but de la présente invention est de remédier à cet incon vénient majeur, en proposant un engin autopropulsé notablement allégé.â l'égard des réalisations connues et présentant de ce fait une portée nettement superieure à celle de ces dernières avec un chargement identique. L'engin autopropulsé visé par l'invention comprend un étage de propulsion comportant une paroi avant et une tuyère reliées ensemble par un corps cylindrique renfermant un chargement pyrotechnique. Suivant l'invention, cet engin autopropulsé est caractérisé en ce que le corps cylindrique est entouré par un chargement pyrotechnique périphérique coaxial avec le premier chargement et en ce que la tuyère comprend une surface intérieure annulaire et convexe constituant une tuyère centrale pour la combustion du chargement pyrotechnique contenu dans le corps cylindrique et une surface extérieure également annulaire et convexe constituant une tuyère périphérique pour la combustion du chargement périphérique, cette tuyère périphérique étant délimitée latéralement par la paroi du tube de lancement. Grace au chargement pyrotechnique périphérique coaxial avec le premier chargement, le corps cylindrique placé entre ces deux chargements est soumis lors de l'allumage à des contraintes radiales appliquées de part et d'autre de la paroi de ce corps cylindrique et en sens inverse l'une de l'autre, de sorte que la contrainte radiale résultante est notablement réduite voire même supprime. Du fait de cette réduction ou suppression de la pression radiale, il est possible de réduire notablement l'épaisseur de la paroi du corps cylindrique, celle-ci n'étant soumise pratiquement qu'aux seuls efforts de traction engendrés par la poussée axiale due aux gaz de combustion. La réduction de l'épaisseur de la paroi du corps cylindrique entrain corrélativement un gain considérable de poids et de portée pour l'engin. L'équilibre des pressions appliquées de part et d'autre de la paroi du corps cylindrique est rendu possible d'autre part du fait que le chargement pyrotechnique périphérique débite les gaz dans une tuyère périphérique séparée de la tuyère centrale dans laquelle débite le chargement intérieur, cette tuyère périphérique étant délimitée en partie par la surface intérieure du tube de lancement. Avantageusement, le chargement pyrotechnique périphérique présente sensiblement les mêmes caractéristiques de combustion que le chargement pyrotechnique contenu dans le corps cylindrique, les durées de combustion étant identiques et les pressions engendrées étant semblables. Selon une version particulière de l'invention, la tuyère est sensiblement torique, de sorte que les rayons de courbure des surfaces intérieure et extérieure qui délimitent respectivement la tuyère centrale et la tuyère périphérique, sont sensiblement identiques. Selon une version préférée de l'invention, le corps cylindrique comprend au voisinage de la tuyère, des orifices de communication entre l'intérieur et l'extérieur de ce corps cylindrique. Ces orifices de communication assurent un équilibre parfait des pressions de part et d'autre de la paroi du corps cylindrique, ce qui régularise le fonctionnement des tuyères qui réagissent l'une sur l'autre. L'allumage du chargement intérieur est assuré en général au moyen d'une charge d'allumage placée dans la tuyère centrale. Pour réaliser l'allumage simultané du chargement intérieur et du chargement périphérique, une solution avantageuse consiste a disposer des charges relais d'allumage dans les orifices de communication précités. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront encore dans la description ci-apres. Aux dessins annexés, donnés a titre d'exemples non limitatifs : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale avec arrachement, de l'étage de propulsion d'une roquette conforme a l'invention,placée dans un tube de lancement; la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan Il-Il de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la partie arrière d'une variante d'engin autopropulsé conforme a l'invention; la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant le plan IV-IV de la figure 3. Dans la réalisation des figures 1 et 2, l'étage de propulsion 1 d'une roquette placée dans un tube de lancement 2, comprend une paroi avant 3 et une tuyère 4 reliées au moyen d'un corps cylindrique 5. Le corps cylindrique 5 porte a son extrémité avant une collerette annulaire 6 vissée autour de la paroi avant 3 d'une manière telle que la surface intérieure 3a de la paroi avant 3 et la surface intérieure 6a de la collerette 6 sont situées dans le prolongement l'une de l'autre. On voit d'autre part qu'un joint annulaire d'étanchéité 6b est inséré entre la collerette 6 et le tube 2. La surface extérieure de la paroi avant 3 reçoit l'étage de croisière, non représenté, de la roquette. Le corps cylindrique 5 renferme un chargement pyrotechnique 7 constitué par une série de tubes de propergol 7a disposés parallèlement a l'axe longitudinal de l'étage de propulsion 1. Les extrémités avant de ces tubes de propergol 7 sont encastrées dans une semelle en matière plastique 8. Conformément å l'invention, le corps cylindrique 5 est entouré coaxialement par un chargement pyrotechnique périphérique 9 cons titubé par une série de tubes de propergol 9a semblables aux tubes 7a. On voit en outre, sur la figure 1, que la tuyère 4 comprend une surface intérieure annulaire et convexe 10 constituant une tuyère centrale 12 pour la combustion du chargement pyrotechnique intérieur 7. Cette tuyère 4 comprend d'autre part une surface extérieure ll également annulaire et convexe qui constitue une tuyère périphérique 13 pour la combustion du chargement périphérique 9, cotte tuyère 13 étant délimitée latéralement par la paroi du tube de lancement 2. Dans l'exemple des figures 1 'et 2, la tuyère 4 affecte ainsi une forme générale torique. Dans la réalisation représentée, la tuyère sensiblement torique 4 est constituée par deux coquilles annulaires 4a et 4b assemblées suivant un plan radial au moyen de neuf vis 14 régulièrement réparties autour de la tuyère 4. ta coquille supérieure 4a de cette tuyère 4 est faite d'une seule pièce avec le corps cylindrique S et la coquille inférieure 4b porte des ailettes 14a de mise en rotation de la roquette, ainsi seule une partie des gaz de combustion sera utilisée a la mise en rotation de l'engin; de plus, seule cette même partie des gaz sera éjectée par la tuyère périphérique 13, ce qui limite l'érosion du tube de lancement 2 délimitant latéralement cette tuyère périphérique. Dans la réalisation des figures 1 et 2, on voit d'autre part que le corps cylindrique 5 comprend au voisinage de la tuyère 4 et en arrière des brins de propergol 7a et 9a, des orifices de communication 15 entre l'intérieur et l'extérieur de ce corps cylindrique 5. Ces orifices 15 débouchent de part et d'autre de la paroi du corps cylindrique 5 par des surfaces évasées. Dans l'exemple représenté, ces orifices 15 sont au nombre de trois, leur répartition étant régulière autour du corps cylindrique 5. Le nombre des orifices 15 n'est pas critique : il est cependant préférable que ce nombre soit au moins égal a trois pour l'équilibre dynamique de la roquette en rotation autour de son axe longitudinal. On donne ci-après a titre d'exemple numérique non limitatif, les principales caractéristiques de l'étage propulsif 1 décrit en référence aux figures 1 et 2. - Diamètre extérieur : 130 mm - Masse totale de propergol : 0,9 kg - Composition : propergol double base sans ais solvant - Vitesse de combustion : 35 mm/s a 250 bars - Longueur maximum des tubes de propergol : 188,2 mm - Diamètre extérieur des tubes : 5,2 mm - Diamètre intérieur des tubes : 4 mm - Nombre de tubes : 339 - Pression moyenne : 250 bars - Durée totale de la combustion : 8,5 ms - Diamètre de la tuyère centrale 12 : 59,58 mm - Diamètre intérieur de la tuyère périphérique 13 : 112,73 mm - Diamètre du chargement intérieur : 85 mm - Diamètre intérieur du chargement extérieur : 92 mm. Le fonctionnement de l'étage de propulsion 1 que l'on vient de décrire est le suivant Lors de 1'allumage des chargements pyrotechniques coaxiaux 7 et 9, les gaz de combustion formés à l'interieur du corps cylindrique 5 engendrent des pressions créant des efforts présentant une composante radiale Fr et une composante axiale Fa (voir figure 1), tandis que les gaz de combustion formés à l'extérieur du corps cylindrique 5 par le chargement périphérique 9 donnent lieu a une pression radiale Fe dirigée en sens contraire de l'effort Fr et à une poussée axiale dirigée dans le même sens que Fa. On obtient ainsi une compensation des effets des pressions radiales appliquées sur le corps cylindrique 5, de sorte que la paroi de ce dernier est pratiquement uniquement soumise aux pressions axiales qui entraînent une traction sur la paroi du corps cylindrique 5. Du fait de la compensation des effets de pressions radiales, l'épaisseur de la paroi du corps cylindrique 5 peut être réduite d'une manière telle qu'on obtient un allègement total de la roquette pouvant atteindre 25% par rapport a une roquette possédant un chargement unique de même nature, mais où le corps cylindrique occupe toute la section transversale du tube 2. I1 est en pratique difficile d'obtenir un équilibre parfait des effets des pressions radiales autour du corps cylindrique 5, notamment du fait qu'il n'est pas aisé de réaliser un allumage rigoureusement simultané du chargement intérieur 7 et du chargement périphérique 9. L'équilibre parfait des efforts Fa et Fe est toutefois obtenu grâce aux orifices de communication 15 qui permettent un transfert instantané des pressions engendrées de part et d'autre du corps cylindrique 5. Dans la réalisation des figures 3 et 4, l'étage de propulsion 20 comporte comme dans la réalisation précédente, un corps cylindrique 21 renfermant un chargement intérieur 22, ce corps cylindrique 21 étant entouré coaxialement par un chargement périphérique 23. Egalement, comme dans la réalisation des-figures 1 et 2, la tuyère 24 comprend une surface intérieure annulaire et convexe 25 définissant une tuyère centrale 26 et une surface extérieure 27 également annulaire et convexe qui définit une tuyère périphérique 28 avec la paroi du tube de lancement 2. Dans l'exemple représenté, la concavité de la surface périphérique 27 est plus accentuée que la concavité de la surface intérieure 25 de manière à mieux équilibrer les pressions de combustion des deux chargements. De plus, la tuyère 24 est constituée par deux coquilles annulaires 29 et 30 vissées l'une sur l'autre suivant l'axe longitudinal de la roquette, la coquille extérieure 30 étant de plus, vissée autour de la partie inférieure du corps cylindrique 21. En outre, les coquilles 29 et 30 définissent entre elles un espace vide 31 qui contribue à alléger l'ensemble de la tuyère 24. Sur la figure 3, on voit d'autre part que la charge d'allumage 32 par exemple, en poudre exothermique, est disposée dans la tuyère centrale 26 sur un disque 33 inséré entre la partie inférieure du corps cylindrique et la coquille intérieure 29. A cette charge d'allumage 32 aboutissent des conaucteurs de mise à feu 33a. L'arrière de la tuyère 24 est fermé par un opercule central 34 et par un opercule annulaire 35 fixés d'une part à la tuyère 24 et d'autre part aux ailettes 36 de celle-ci au moyen de vis 37 qui comportent une collerette cisaillable. Comme dans le cas des figures 1 et 2, le corps cylindrique 21 comporte légèrement en avant de la tuyère 24 des orifices de communication 38 entre l'intérieur et l'extérieur de ce corps cylindrique 21. Dans cet exemple, toutefois, les orifices 38 servent de logements pour des charges relais d'allumage 39, par exemple en poudre noire, qui débordent de part et d'autre de la paroi du corps cylindrique 21. Le fonctionnement de l'étage de propulsion 20 est identique à celui décrit en référence aux figures 1 et 2. Toutefois, grâce à la disposition des charges relais d'allumage 39 dans les orifices de communication 38 on obtient une parfaite simultanéité de 1'allu- mage du chargement intérieur 22 et du chargement périphérique 23. La simultanéité de l'allumage assure ainsi dès l'allumage un équilibre des pressions radiales appliquées de part et d'autre du corps cylindrique 21, de sorte que ce dernier est exempt de contrainte radiale. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le corps cylindrique 5 ou 21 peut être remplacé par des tirants reliant la paroi avant 3 à la tuyère 4 ou 24. Dans ce cas, les espaces compris entre les tirants jouent le même ralle que les orifices de communication 15 et 38. -REVENDICATIONS 1.- Engin autopropulsé tel que roquette destiné à être lancé par un tube de lancement, cet engin comprenant un étage de propulsion comportant une paroi avant et une tuyère reliées ensemble par un corps cylindrique renfermant un chargement pyrotechnique, caractérisé en ce que le corps cylindrique est entouré par un chargement pyrotechnique périphérique coaxial avec le premier chargement et en ce que la tuyère comprend une surface intérieure annulaire et convexe constituant une tuyère centrale pour la combustion du chargement pyrotechnique contenu dans le corps cylindrique et une surface extérieure également annulaire et convexe constituant une tuyère périphérique pour la combustion du chargement périphérique, cette tuyère périphérique étant délimitée latéralement par la paroi du tube de lancement. 2.- Engin autopropulsé conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce que le chargement pyrotechnique périphérique présente sensiblement les mêmes caractéristiques de combustion que le chargement pyrotechnique contenu dans le corps cylindrique. 3.- Engin autopropulsé conforme a la revendication 1, carac térisé en ce que la tuyère est sensiblement torique. 4.Engin autopropulsé conforme à la revendication 1, carac térisé en ce que le corps cylindrique comprend au voisinage de la tuyère, des orifices de communication entre l'intérieur et l'exté- rieur de ce corps cylindrique. 5.- Engin autopropulsé conforme a la revendication 4, carac térisé en ce que les orifices de communication sont régulièrement répartis autour du corps cylindrique. 6.- Engin autopropulsé conforme a l'une quelconque des revendications 4 ou 5, comportant une charge d'allumage placée dans la tuyère centrale, caractérisé en ce que les orifices de communication constituent des logements recevant des charges relais d'allumage pour ltallumage simultané des deux chargements pyrotechniques. 7.- Engin autopropulsé conforme à l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que la surface extérieure consti- tuant la tuyère périphérique porte des ailettes de mise en rotation de l'engin. 8.- Engin-autopropulse conforme à la revendication 1, carac térisé en ce que le corps cylindrique èst constitué par des tirants reliant la paroi avant à la tulpère.