Brevet FR2376097A1 — publié le 19780728

La présente invention se rapporte à un chargement pyrotechnique enroulé en forme de spirale autour d'un axe central5 utilisable notamment à la propulsion d'un engin, et destiné plus particulièrement à constituer le chargement d'accélération d'un tel engin. Les chargements pyrotechniques comportant une ou plusieurs plaques de propergol enroulées en forme de spirale, sont connus et décrits par exemple dans le brevet américain 3 496 870. Le principal inconvénient de tels chargement réside dans la difficulté de l'enroulement des plaques initialement planes, du fait notamment de la rigidité des plaques de propergol à la température ambiante. De plus, lorsque le chargement doit générer un grand débit de gaz chauds, il est nécessaire d'utiliser des plaques de propergol de très faible épaisseur, même lorsque ces plaques brûlent à partir de leurs deux faces, et de tels chargements sont fragiles, toute rupture entrainant une modification des caractéristiques de combustion du chargement. Les chargements pyrotechniques comportant une multitude de brins de propergol disposés parallèlement à l'axe d'une chambre de combustion sont également connus et décrits par exemple dans 1e brevet français 1 351 422 et ses trois certificats d'addition nO 82 955, 95 655 et 95 663 qui se rapportent à un chargement dont tous les brins sont encastrés à une extrémité dans une semelle en matière plastique. De tels chargements permettent de générer un grand débit de gaz chauds mais ils présentent une grande fragilité lorsqu'il est nécessaire d'utiliser des brins de propergol présentant une faible épaisseur. De nombreux brevets postérieursvont été déposés sur des perfectionnements applicables à ce type de chargement dénommé "chargement en brosse" pour essayer d'en diminuer la fragilité et d'en faciliter la fabrication.Il a été ainsi proposé de décaler la semelle de fixation, d'utiliser une semelle composite, les brins étant encastrés dans une matière souple solidaire d'un matériau rigide. Il a encore été proposé de couler une mousse inhibitrice destructible entre les brins de propergol, de placer une grille de renfort assurant le calage de l'extrémité libre de ces brins, de coller ensemble toutes les extrémités libres de ces brins. Tous ces perfectionnements diminuent le nombre de brins de propergol qui se rompent, soit au cours des manutentions du chargement ou de l'engin équipé, notamment lorsque ces manutentions se déroulent à basse température, soit au cours de la combustion du chargement, et notamment au moment de la mise à feu de ce chargement, mais aucun de ces perfectionnements ne supprime le grave inconvénient de la fragilité de ce type de chargement. Les brins de propergol utilisés à la réalisation des chargements pyrotechniques d'accélération présentent une surface de combustion qui est dégressive ou constante ; par contre, la section libre d'écoulement des gaz qui est formée par les espaces libres existant entre les brins de propergol, est une section qui croit au cours de la combustion des brins de propergol. Cette évolution divergente de la surface de combustion et de la section libre d'écoulement limite le coefficient de remplissage du chargement, donc le nombre de brins de propergol d'un type donné, du fait des phénomènes de combustion érosive qui se manifestent au moment de l'allumage du chargement pyrotechnique. La présente invention a pour but de créer un chargement pyrotechnique comportant une multitude de brins de propergol disposés parallèlement à l'axe d'une chambre de combustion qui soit suffisamment résistant pour que les brins de propergol ne su rompent pas, soit au cours des manutentions, soit au cours de la combustion. Les chargements selon l'invention utilisent des brins de propergol identiques à ceux utilisés antérieurement pour constituer les chargements en brosse > mais le dispositif de calage et de positionnement des brins de propergol est un dispositif souple latéral qui pénètre entre les brins et permet un amortissement efficace des vibrations et/ou des chocs.L'invention a également pour but de créer un chargement pyrotechnique qui présente un coefficient de remplissage plus important, l'augmentation du nombre d'éléments de propergols donnés, utilisables dans un volume donné, étant possible du fait de l'utilisation d'un dispositif de calage et de positionnement des brins de propergol qui restreint la surface initiale de combustion de chaque brin et donc diminue les phénomènes de combustion érosive. De plus les chargements selon l'invention peuvent être fabriqués à très grande cadence, du fait des possibilités offertes par le nouveau dispositif de calage, la présente invention se rapportant également à un procédé de fabrication de chargements qui est particulièrement simple et rapide, tout en permettant éventuellement le stockage d'un chargement non encore mis en forme définitive et appelé chargement intermédiaire. Conformément à la présente invention, le chargement pyrotechnique est enroulé en forme de spirale autour d'un axe central et il est constitué d'au moins une bande souple formant plusieurs spires sur lesquelles des brins de propergol sont fixés parallèlement à l'axe central en utilisat une surface réduite de fixation, les brins de propergol placés à l'intérieur du chargement étant en contact avec les deux spires situées de part et d'autre de ces brins. Plus particulièrement, chaque bande souple présente un caractère inhibiteur eu égard aux caractéristiques de combustion des brins de propergol, c'està-dire que la bande souple peut être réalisée soit à partir d'un matériau inhibiteur tel qu'une matière plastiques soit à partir d'un matériau combustible présentant une vitesse de combustion beaucoup plus faible que la vitesse de com bustion du ou des propergols constituant les brins fixés sur cette bande,de de manière à ce que la fixation résiste suffisamment durant la combustion de ces brins pour en assurer le maintien.De plus, lorsque chaque bande souple présente un caractère inhibiteur, la fixation des brins de propergol sur ces bandes, par exemple par collage, réalise un inhibage partiel de ces brins, ce qui crée des zones de combustion progressive qui permettent de diminuer les phénomènes de combustion érosive. Préférentiellement, la hauteur de chaque bande souple est inférieure à la hauteur des brins de propergol qui sont fixés par collage, et la portion de la bande souple qui est extérieure au chargement est renforcée par un dispositif de calage fixé sur ladite portion, ce dispositif de calage étant annulaire et permettant le positionnement du chargement pyrotechnique dans la chambre de combustion de l'engin. Un tel dispositif de calage latéral se combine avec la bande souple en spirale pour renforcer l'effet d'amortissement de cette bande et augmenter ainsi la résistance du chargement pyrotechnique disposé dans une chambre de combustion. La présente invention se rapporte également au procédé de fabrication d'un tel chargement qui comporte les étapes suivantes positionnement relatif des brins de propergol devant constituer le chargement. Ce positionnement pouvant être réalisé par exemple, soit au moyen d'une plaque munie de portées parallèles telles que des rainures, soit au moyen d'un barillet à fonctionnement continu. collage d'une bande souple reliant entre eux les brins de propergol enroulement en spirale du chargement pyrotechnique intermédiaire constitué par les brins de propergols collés parallèlement sur la bande souple. D'autres avantages sont mis en évidence dans la description détaillée qui suit et qui explicite la présente invention en se référant au dessin annexé pour lequel - la figure 1 est une vue schématique d'un premier chargement, selon un plan perpendiculaire à l'axe du chargement, - la figure 2 est une we extérieure du chargement représenté à la figure 1, selon un plan parallèle à l'axe du chargement, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un engin équipé d'un second chargement représenté en vue extérieure, - la figure 4 est une vue partielle en coupe,d'un troisième chargement en cours de fabrication, selon un plan perpendiculaire à l'axe du chargement, - la figure 5 est une coupe partielle montrant une première variante de réalisa tion du chargement, - la figure 6 est une coupe partielle montrant une seconde variante de réalisa tion du chargement, - la figure 7 est une coupe partielle montrant une troisième variante de réalisa tion du chargement. Selon une première mise en oeuvre de l'invention, les brins de propergol sont fixés à une seule bande souple dans une même section droite du chargement, ces brins de propergol pouvant être fixés sur une seule des faces de la bande souple, ce qui est le cas représenté à la figure 6, ou pouvant être fixés sur les deux faces de la bande souple, ce qui est le cas représenté à la figure 7 ; le même brin de propergol pouvant être fixé, notamment par collage, sur les deux faces de la même bande souple lorsque celle-ci présente un pouvoir adhésif sur ces deux faces et que des brins de propergol ne sont initialement collés que sur l'une de ses faces, le second collage intervenant au moment de l'enroulement en spirale du chargement intermédiaire ainsi que cela est représenté à la figure 4. Selon une seconde mise en oeuvre, plus particulière, les brins de propergol sont fixés à deux bandes souples qui sont en contact l'une avec l'autre lorsque le chargement est enroulé en forme de spirale, ce cas étant représenté à la figure 5 qui correspond à une portion d'un chargement intermédiaire, donc non encore enroulé en spirale, ce chargement utilisant des brins de propergol en forme de lamelle, contrairement aux autres exemples représentés qui utilisent des brins de propergol comportant au moins une face conclave, ces brins pouvant avoir notamment en section une forme de 0, U,X, L, H..... Les deux mises en oeuvre indiquées ci-dessus sont également réalisables soit avec des brins de propergol de longueurs différentes, par exemple pour constituer un chargement propulsif tronconique, soit avec des brins de propergol présentant au moins deux épaisseurs -de combustion différentes, et notamment des tubes de mame diamètre extérieur mais de deux diamètres intérieurs distincts afin de réaliser des chargements propulsifs dont le débit de gaz est dégressif et peut présenter par exemple deux régimes de débit. Le chargement pyrotechnique propulsif représenté aux figures I et 2 est constitué de 38 brins tubulaires (1) en propergol à double base, les 2 derniers brins extérieurs (la) et(lb) ayant un diamètre inférieur pour atténuer l'excentricité du chargement et lui conférer une forme extérieure voisine d'un cylindre. Ces brins de propergol sont répartis sur une bande souple (2) qui est enroulée en forme de spirale autour d'un axe central fictif qui correspond à l'axe du cylindre extérieur. Ces brins sont collés sur la bande souple qui ne forme pas une spirale régulière, puisque chaque spire du chargement n'est en appui sur la spire adjacente intérieure que par les brins de propergol, cette irrégularité étant plus prononcée au centre du chargement et lorsque des bandes très souples sont utilisées, de telles bandes formant une succession de plans tangents aux brins de propergol.Les brins de propergol sont régulièrement répartis sur la bande souple, à l'exception de l'extrémité centrale de cette bande ; ces brins ont un diamètre extérieur de 5 millimètres et un diamètre intérieur de 4 millimètres, les 4 premiers brins sont espaeés de 8 millimètres, pour faciliter l'enroulement, tandis que tous les autres brins sont espacés de 4 millimètres, le chargement étant constitué d'une spirale-simple formée par l'enroulement d'une seule couche de brins de propergol fixés sur une unique bande souple qui est collée sur ellemême à son extrémité extérieure (2a). La bande souple est disposée dans la zoné centrale des brins de propergol et présente une hauteur sensiblement égale à la moitié de la hauteur des brins, les brins dépassant de chaque coté des bords de cette bande. L'étage d'accélération, d'un engin autopropulsé, qui est représenté à la figure 3 comprend un chargement pyrotechnique conforme à l'invention qui est calé dans un propulseur comportant un fond avant (3) vissé à l'extrémité d'une virole (4) sur laquelle est vissée à l'autre extrémité une tuyère (5) qui forme un épaulement (5a) sur lequel prend appui le dispositif de calage annulaire du chargement qui est constitué de 3 lamelles (6) non jointives fixées sur la bande souple principale (7) parallèlement à l'axe du chargement. Cette bande souple principale est située dans la partie arrière des brins (8) de propergol, ces brins étant maintenus dans leur partie avant par une bande souple auxiliaire (9) de faible hauteur.Ces deux bandes souples sont constituées par une âme de tissée, à base fibre de verre, qui est enduite sur ses deux faces d'une résine polyuréthanne, l'ensemble ayant une épaisseur de 1 millimètre. La colle utilisée à la fixation des brins de propergol sur ces bandes est une colle à base de polyuréthannè qui est également utilisée pour le collage des 3 lamelles (6) en polyuréthanne qui présentent une épaisseur de 4 millimètres et sont collées sur la surface interne de la virole (4) du propulseur. Les brins tubulaires (8) sont réalisés en propergol à double base sans dissolvant et ont une hauteur de 206 millimètres, la bande souple principale (7) ayant une hauteur de 80 millimètres et la bande souple auxiliaire ayant une hauteur de 20 millimètres. I1 faut noter que la quantité totale d'inhibiteur utilisée est inférieure à la quantité d'inhibiteur nécessaire à la confection d'un "chargement en brosse ce qui est intéressant d'une part pour réduite l'émission de fumée, et donc d'améliorer la discrétion d'un tel propulseur, et d'autre part pour permettre une durée de stockage accrue en limitant le vieillissement du chargement, qui provient essentiellement de la migration de la nitroglycérine du propergol dans l'inhibiteur. De plus, un tel chargement pyrotechnique permet l'utilisation d'inhibiteurs à base de résines silicones qui sont connus pour leur discrétion et leur résistance à la migration de la nitroglycérine.Les lamelles (6) du dispositif de calage annulaire sont disposées à 120 degrés et ménagent entre elles des créneaux (10) qui permettent l'écoulement des gaz de combustion et une stabilisation en pression des zones situées à l'avant et à l'arrière du dispositif de calage. Ainsi que cela a été indiqué précédemmeng, un dispositif de calage annulaire latéral permet d'améliorer les avantages propres au chargement ; un tel dispositif peut être constitué de deux demi couronnes collées sur la bande souple du chargement, ces deux demi-couronnes présentant préférentiellement une épaisseur variable afin de former des créneaux ; cependant, tout dispositif de calage peut être utilisé pour maintenir un chargement pyrotechnique conforme à l'invention, tel que celui représenté aux figures 1 et 2, ce dispositif de calage pouvant être par exemple constitué d'une grille avant et d'une grille arrière, ou de pions métalliques disposés latéralement sur le chargement. La figure 4 représente un chargement pyrotechnique en cours d'enroulement en forme de spirale, les brins (11) de propergol ayant été préalablement collés sur la bande souple (12). Cette bande d'une épaisseur initiale de 0,5 millimètre est combustible, le matériau utilisé étant l'éthyl cellulose qui adhère aux brins de propergol à double base en recouvrant cette bande d'un collodion formé par la dissolution de nitrocellulose dans un solvant tel que l'acétone. Les figures 5 à 7 représentent des portions de chargements non encore enroulés montrant différentes variantes de réalisation. Selon la figure 5 les brins de propergol sont des lamelles (13) de 10 millimètres de large et d'l millimètre d'épaisseur qui sont fixées à l'une de-leurs extrémités sur une bande souple principale (14), la bande souple auxiliaire (15) étant collée sur les autres extrémités des lamelles afin d'en assurer le positionnement relatif, notamment au cours de l'enroulement du chargement intermédiaire plan.La bande auxiliaire doit être élastique si l'enroulement de ce chargement intermédiaire est effectué avec la concavité des spires située du coté de la bande souple principale, mais si la concavité est située du coté de la bande auxiliaire, cette bande (15) peut ne pas être élastique, son contact avec la bande principale (14) n'étant alors que discontinu lorsque la spirale est formée. Selon la figure 6, les brins (16) de propergol sont cruciformes, ce qui présente l'avantage de pouvoir les coller sur la bande souple (17) en les plaçant en contact les uns des autres, seules les extrémités (16a) restant en contact après l'enroulement du chargement, la concavité des spires étant formée du coté de la bande souple (17). Selon la figure 7 des brins de propergol de formes différentes (18) et (19) sont disposés de part et d'autre de la bande souple (20), les brins (18)et (19) étant en contact direct après enroulement en spirale du chargement intermédiaire plan. Selon d'autres variantes de réalisation non représentées il est- possible de réaliser un chargement conforme à l'invention en enroulant en spirale deux chargements intermédiaires plans disposés préalablement l'un sur l'autre et fixés ou non fixés l'un à l'autre. Le procédé de fabrication comprend trois étapes principales dont chacune d'elle peut etre mise au point par l'homme de l'art, dans la mesure où la combinaison non évidente de ces trois étapes a été précisée. A titre d'exemple, et afin de compléter les précisions indiquées, un chargement pyrotechnique selon l'invention, tel que représenté aux figures 1 et 2, peut être réalisé selon le procédé particulier qui suit. Les brins tubulaires de propergol à double base sans dissolvant sont obtenus par extrusion à chaud et mis à longueur.Une plaque calibre, comportant autant de rainures parallèles que de brins, est utilisée pour dénombrer et pour positionner ces brins, deux bras mobiles solidaires de cette plaque calibre assurant la fixation temporaire par pincement des brins sur ce calibre, qui est retourné, et placé sur un bac à niveau constant contenant de l'acétone, chaque brin de propergol trempant dans l'acétone sur une hauteur de 1 millimètre. Le calibre est retiré du bac et posé sur un montage de positionnement qui maintient légèrement tendue une bande souple d'ethyl cellulose. Le collage entre les brins de propergol et la bande d'éthyl cellulose s'opère par simple contact sous le poids du calibre.Après séchage, -le montage de positionnement libère la bande souple5 le calibre est replace en position initiale et, après badigeonnage de la face libre de la bande souple avec un collodion formé de propergol à double base dissous dans de l'acétone le chargement intermédiaire plan, libéré de la plaque calibre, est enroulé en forme de spirale, chaque brin tubulaire étant ainsi collé par deux génératrices opposées aux deux faces de deux spires adjacentes de la bande souple. Une autre variante du procédé peut être mise en oeuvre à partir du second exemple qui suit, cette variante étant principalement destinée à produire des chargements intermédiaires de grande longueur et de hauteur maximale, ces chargements intermédiaires étant ultérieurement coupés à hauteur et à longueur avant d'être enroulés en spirale pour constituer les chargements pyrotechniques propulsifs selon l'invention. L'appareillage nécessaire à cette variante de procédé comporte un dévidoir sur lequel est bobinée une bande souple de très grande longueur, par exemple en polyuréthanne, une brosse alimentée en colle à base de polyuréthanne enduisant la face inférieure de la bande souple au fur et à mesure qu'elle est dévidée automatiquement sur des rouleaux de guidage.Les tubes de propergol sont disposés en très grand nombre dans une goulotte inclinée d'une largeur un peu supérieure à la hauteur des tubes, cette goulotte se terminant par un dispositif de chargement qui alimente un barillet de positionnement muni d'encoches parallèles à son axe de rotation qui est perpendiculaire à la bande souple, chaque encoche recevant un tube de propergol. Le mouvement de rotation du barillet est asservi au défilement de la bande, de manière à contrôler l'écartement des tubes de propergol, et le barillet est disposé sous la bande souple, chaque tube de propergol étant élevé par le barillet qui positionne ce tube et le presse sur la bande souple encollée. Les chargements pyrotechniques selon l'invention générant des gaz de combustion qui peuvent s'écouler vers les deux extrémités du chargement, de tels chargements peuvent être utilisés non seulement dans des propulseurs ainsi que cela -est représenté à la figure 3, mais également dans les chambres de combustion des tubes de lancement des canons sans recul. -REVENDICATIONS 1. Chargement pyrotechnique enroulé en forme de spirale autour d'un axe central, utilisable notamment à la propulsion d'un engin, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins une bande souple de faible épaisseur formant plusieurs spires sur lesquelles des brins de propergol comportant au moins une face concave sont fixés parallèlement à l'axe central en utilisant une surface réduite de fixation, les brins de propergol placés à l'intérieur du chargement étant en contact avec les deux spires situées de part et d'autre de ces brins. 2. Chargement pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les brins de propergol sont fixés à une seule bande souple dans une même section droite du chargement. 3. Chargement pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les brins de propergol sont fixés à deux bandes souples qui sont en contact l'une avec l'autre lorsque le chargement est enroulé en forme de spirale. 4. Chargement pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les brins de propergol ne sont fixés que sur l'une des deux faces de chaque bande souple. 5. Chargement pyrotechnique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les brins de propergol sont fixés sur les deux faces de chaque bande souple. 6. Chargement pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque bande souple présente un caractère inhibiteur eu égard aux caractéristiques de combustion des brins de propergol. 7. Chargement pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la hauteur de chaque bande souple est inférieure à la hauteur des brins de propergol. 8. Chargement pyrotechnique selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque bande souple est disposée dans la zone centrale des brins de propergol, ces brins dépassant de chaque côté des bords de ladite bande. 9. Chargement pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les brins de propergol sont fixés par collage sur chaque bande souple. 10. Chargement pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 5 ou 9, carac térisé en ce que les brins de propergol présentent au moins deux épaisseurs de combustion différentes. 11. Chargement pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les brins de propergol sont régulièrement répartis sur la bande souple, à l'exception de l'extrémité centrale de cette bande. 12. Chargement pyrotechnique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une spirale simple, formée par l'enroulement d'une seule couche de brins de propergol fixés sur au moins une bande souple. 13. Chargement pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion de la bande souple qui est extérieure au chargement, est renforcée par un dispositif de calage fixé sur ladite portion. 14. Chargement pyrotechnique selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif de calage est annulaire et présente une épaisseur variable afin de former des créneaux. 15. Chargement pyrotechnique selon l'une des revendications 13 ou 14, carac térisé en ce que le dispositif de calage est constitué de deux demi couronnes collées sur la bande souple. 16. Chargement pyrotechnique selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif de calage est constitué de lamelles non jointives fixées sur la bande souple, parallèlement à l'axe du chargement. 17. Procédé de fabrication d'un chargement pyrotechnique conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - positionnement relatif des brins de propergol devant constituer le chargement, - collage d'une bande souple reliant entre eux les brins de propergol - enroulement en spirale du chargement pyrotechnique intermédiaire constitué par les brins de propergol collés parallèlement sur la bande souple. 18. Procédé de fabrication selon la revendication 17, caractérisé en ce que le positionnement relatif des brins est réalisé au moyen d'une plaque munie de portées parallèles. 19. Procédé de fabrication selon la revendication 17, caractérisé en ce que le positionnement relatif des brins est réalisé au moyen d'un barillet muni d'encoches parallèles à l'axe de rotation du barillet. 20. Chargement pyrotechnique intermédiaire constitué par des brins de propergol comportant au moins une face concave, qui sont fixés parallèlement sur au moins une bande souple.