Brevet FR2439174A1 — publié le 19800516

La présente invention a pour objet d'apporter des améliorations aux charges propulsives à propergol solide et à courte durée de combustion. On sait que de telles charges sont essentiellement constituées d'un ou plusieurs blocs de propergol solide dont la combustion s'effectue en un temps très court, quelques millisecondes par exemple, as cours duquel le chargement propulsif dégage une quantité importante de gan utilisée notamment pour ewr- cer des pressions ou encore une poussée. Les propulseurs d'accélération ainsi que certains générateurs de gaz constituent des exemples de mise en oeuvre des chargements propulsifs à combustion rapide et on rappelle que, pour de tels propuIsrs ou générateurs, une difficulté essentielle réside dans la nécessité de faire débiter, dans un temps suffisamment court et dans une section limitée par I le calibre de la cham- bre, une quantité suffisamment importante de gaz, notamment à la tranche arrière du chargement. On sait que pour générer un débit de gaz de combustion aussi élevé que possible, il faut une surface de combustion aussi importante que possible eu égard à la masse de la poudre et à sa vitesse de combustion. Les chargements propulsifs à courte durée de combustion sont donc obligatoirement très divisés de telle sorte que leurs tenues aux environnements, aux contraintes de tir et notamment aux contraintes d'allumage, d'accélération, constituent, elles aussi, d'autres difficultés importantes à résoudre par les concepteurs des dits chargements. Différents types de charge à courte durée de combustion ont déjà été proposé s. C'est ainsi que la Demanderesse a, dans la première Addition 76 00323 à son brevet français N 75 15371 intitulé '1Système d'arme léger, notamment antichar", décrit et revendiqué une charge essentiellement constituée par un faisceau de blocs à enroulement en spirale et notamment en spirale simple. La présente invention concerne un type de charge qui constitue un nouveau progrès dans le domaine des charges propulsives à courte durée de combustion, cette charge étant caractérisée en ce qu'elle est sournise, après formage, à un traitement thermique de détente, constitué de préférence par un maintien pendant quelques minutes dans ure eau chaude aux environs de 90"C. Selon un autre aspect de cette invention, celle-ci concerne une charge propulsive caractérisée en ce qu'elle est constituée par une pluralité de blocs de propergol comportant chacun une épaisseur relativement faible et un profil transversal à multiple enroulement offrant à l'écoulement des gaz de combus tin plasieurs sections de passage, notamment trois, sensiblement circulaires à l'intérieur du bloc et ménageant, notamment à la partie aval du chargement, plusii-eurs fentes de communication, notamment trois, avec les sections de passage estérieures audit bloc. Selon l'invention, ce profil peut etre engendré par une translation suivant des génératrices parallèles à la longueur du bloc et à l'écoulement général des gaz, de façon. à obtenir un profil à génération cylindrique pouvant être réalisé par exemple par triple enroulement d'une feuille de propergol, ou par extrusion à chaud du propergol au travers d'une filière. La charge propulsive selon l'invention est constituée par la réunion en un fagot desdits blocs propulsifs à multiple enroulement, en nombre plus ou moins important, et par l'accrochage de ces blocs à la structure. Toujours selon l'invention, cet accrochage est préférentiellement réalisé par l'intermédiaire d'une semelle dans laquelle est noyée l'extrémité amont des blocs propulsifs, ladite semelle étant fixée, par exemple par collage ou surmoulage au fond de la chambre de combustion. Selon l'invention, la semelle est constituée par un matériau, revetu ou non d'un primaire d'accrochage, présentant de préférence les propriétés non limitatives suivantes - une adhérence aux blocs et à la structure supérieure à la résistance des blocs à un effort d'arrachement; - une grande souplesse et un grand coefficient d'allongement; - une neutralité chimique quasi absolue vis-à-vis du propergol et des matériaux de la structure, tout au moins dans le domaine de l'environnement envisagé pour la charge en objet. La charge est ainsi constituée de telle sorte que les blocs propulsifs sont préférentiellement disposés en appui latéral réciproque les uns sur les autres ainsi que sur les parois de la chambre de combustion. Les dispositions de la charge selon l'invention présentent de nombreux avagages, parmi lesquels on peut notamment mentionner - stabilité au vieillissement du profil transversal des blocs propulsifs aval fit de leur détente, de l'alternance des concavités de ce profil et des appuis rcipsques des autres blocs ainsi que des parois; - équilibrage, dans une meme tranche transversale du chargement propulsif, des passages offerts à l'écoulement des gaz dans toutes les sections de passage de ladite tranche; - évolution longitudinale progressive de la section totale des gaz des passages offerts à l'écoulement des gaz; - minimisation des effets de la couche limite du fait de la forme quasi circulaire des sections de passage;; - très grande résistance aux effets des environnements thermiques et mécaniques ainsi qu'aux contraintes de l'allumage, de la combustion et des accélérations de départ, non seulement du fait de la souplesse de la semelle et des appuis réciproques précités ainsi que de la grande inertie transversale de chacun des blocs et des faibles rayons de courbure présentés localement par ceux-ci en tout point, mais encore du fait des possibilités offertes aux gaz pour l'égalisation rapide des pressions de part et d'autre de l'épaisseur de chacun de ces blocs. Cette énumération n'est pas exhaustive et d'autres avantages et caractéristiques de cette invention ressortiront de la description ci-après qui décrit divers exemples non limitatifs de chargement selon l'invention. n est bien précisé qu'il s'agit là uniquement d'exemples et que l'invention peut s'appliquer également sans sortir de son cadre, à tous autres modes de réalisation, formes, proportions, dispositions, de construction, application, etc... Au cours de cette descriptionon se référera aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en élévation d'un bloc propulsif selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe verticale de la figure 1; la figure 3 représente la développée du bloc des figures 1 et 2; la figure 4 représente l'implantation dans une chambre de combustion d'une charge constituée par la réunion en fagots des blocs selon les fig. 1 à 3 la figure 5 est une coupe verticale schématique de la figure 4; la figure 6 illustre un mode de réalisation de la semelle de la charge; la figure 7 représente en coupe une variante d'un bloc selon l'invention; les figures 8 et 9 illustrent deux exemples de développées de blocs propulsifs selon la figure 7; ; les figures 10 et 11 illustrent, en coupe, deux autres exemples de réalisation de blocs propulsifs selon l'invention. La géométrie des blocs propulsifs selon le premier exemple de réalisation est représentée par les figures 1 à 3. La section 10 de chaque bloc est constituée par trois arcs de cercle 12, 12' et 12" ménageant des ouvertures de passage des gaz 14, 14' et 14". La surface développée du bloc présente un contour symétrique 16 (fig. 3) constituée en amont d'une partie rectangulaire 18 et à ltextrémité aval par une partie tronconique 20 du fait des découpes 22. En raison de ces découpes, les ouvertures 14, 14', 14" sont progressivement croissantes à la partie aval ainsi que la section totale de passage offerte à l'écoulement des gaz. L'extrémité amont 24 (fig. 1 et 3) du bloc propulsif est destinée à être noyée dans la semelle de la charge, comme on le décrira plus loin. Les blocs propulsifs réalisés selon cet exemple de l'invention sont constitués, de préférence, avec un propergol sans dissolvant à double base nitroglycérine et nitrocellulose, caractérisé par une vitesse de combustion de plusieurs dizaines de m/s. Les dits blocs sont réalisés par exemple par triple enroulement, dans l'eau chaude aux environs de 70"C, sur des noyaux cylindriques, d'une feuille dudit propergol préalablement découpée ou encore par extrusion à chaud de ce propergol au travers d'une filière. Les blocs propulsifs minces, divisés, de très courte durée de combustion subissent, selon l'invention, un un traitement thermique de détente, consistant, par exemple, dans leur maintien pendant quelques minutes dans une eau très chaude aux environs de 90"C. Ce traitement, important est destiné à améliorer le fonctionnement du système à très courte durée de combustion (impulsion, pression, régularité, suppression d'imbrûlés..) notamment aux températures extrêmes, en éliminant ou en réduisant la tension créée lors de la confection des blocs (formage, extrusion, enroulement..) et en diminuant donc la fragilité. Contrairement aux blocs obtenus par enroulement, les blocs extrudés, selon l'exemple de l'invention, subissent, après formage, l'opération de découpe trapézoidale à leur partie aval. Dans le second exemple de réalisation, représenté aux figures 4 et 5, la charge est constituée par un grand nombre de blocs 10 identiques au bloc représenté sur les figures 1 à 3. Ces blocs sont réunis en un fagot 30 dont l'extrémité amont est noyée dans une semelle 32 adhérant au fond 34 de la chambre de combustion. Les dits blocs 10 sont en appui réciproque et en appui sur les parois latérales 36 de la chambre de combustion. La semelle 32 de la charge est constituée selon l'invention par une résine silicone polymérisant à la température ambiante. Telle que représentée à la figure 6, cette résine est versée à l'avance en quantité convenable dans le fond 34 de la chambre de combustion ou dans un outillage de même forme 36 à axe vertical ZZf. Les blocs 10 réunis en fagot 30 sont alors enfoncés dans la chambre ou dans un outillage 38 à axe vertical zrZ de même calibre jusqutà la tranche avant de ce fagot, revetue ou non d'un primaire d'accro-chage, soit rapprochée du fond du propulseur jusqu'à la distance 38, quelques millimètres par exemple. Selon cet exemple de l'invention: - L'épaisseur du propergol constituant le bloc 10 est inférieure à 1 mm. - La largeur développée du bloc 10 est de l'ordre de 50 fois son épais seur en amont et environ 25 fois à la tranche arrière. - Les diamètres des arcs de cercle 12, 121 et 12" sont de l'ordre de 5 fois l'épaisseur de la poudre, le diamètre 12' est légèrement supérieur aux diamètres 12 et 12", de manière à améliorer l'équilibre des passages de gaz. - En amont du bloc 10, les ouvertures 14, 14', 14" sont au moins égales à l'épaisseur de la poudre. -L'encombrement transversal du bloc 10 est alors de l'ordre de 10 fois environ l'épaisseur de la poudre. - La longueur dudit bloc est de l'ordre de 20 fois son encombrement transversal. - La partie trapézoldale du bloc 10 est de l'ordre du tiers de la longueur totale. - La partie encastrée dans la semelle 32 est de- l'ordre de ltencombre- ment transversal dudit bloc. Le chargement selon cet exemple de l'invention est formé d'un fagot réunissant une centaine environ de blocs 10 et qui sont installés en appui réci proque dans une chambre de combustion caractérisée par un diamètre de ltor- dre de 12 fois l'encombrement transversal du bloc 10. On peut envi: sager diverses variantes de l'invention, dans lesquelles le6 formes et proportions des blocs 10 sont différentes de celles du premier exemple; ainsi par exemple - telle que représentée par la figure 7, la section transversale du bloc est toujours formée par des arcs curvilignes 42, 42', 42", mais ceux-ci sont éventuellement non circulaires et ces arcs sont séparés par des points d'inflexion ou par des segments rectilignes représentés en 44 et 44'. Le contour développé du bloc 10 peut être formé de rectangles et/ou plusieurs trapèzes symétriques ou non, tel le contour 46 de la figure 8, ou encore par un contour, partiellement ou non, curviligne tel le contour 48 de la figure 9. Sans sortir du cadre de l'invention, la géométrie de tous les blocs 10 peut ne pas Entre identique, les blocs intérieurs ou extérieurs pouvant notamment comporter des dimensions plus importantes. Selon les autres variantes de l'invention illustrées par les figures 10 et 11, la forme des blocs est encore plus différente. Ainsi, par exemple - les arcs curvilignes 50 et 50" de la section transversale des blocs 10 sont constitués, sur l'exemple de la figure 10, chacun par une spirale. - Le troisième arc curviligne est supprimé et les arcs 52 et 52' sont constitués par deux spirales réunies par un point d'inflexion, dans l'exemple de réalisation représenté par la figure 11. Selon une autre variante de l'invention, combinée ou non avec les précédentes, les blocs propulsifs sont constitués par un autre type de propergol, par exemple un propergol à triple base ou un propergol avec addition de dissolvant ou encore par un propergol composite à très grande vitesse de combustion. Selon encore une autre variante de l'invention, la semelle 32 est réalisée dans une résine différente des résines silicone, par exemple une résine à base de polyester ou préférentiellement de polyuréthane. Bien entendu cette invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisa-tion décrits et représentés mais elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1) Charge propulsive à courte durée de combustion, adaptable notamment aux propulseurs d'accélération et aux générateurs de gaz, constituée d'un ou de plusieurs blocs de propergol, caractérisée en ce que le ou les blocs devant constituer le chargement sont soumis à un traitement thermique de détente, avant constitution du chargement propulsif, notamment à un maintien pendant quelques minutes dans une eau chaude à une température de l'ordre de 90 C. 2)Charge propulsive à courte durée de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une pluralité de blocs de propergol comportant chacun une épaisseur relativement faible et un profil transversal à multiple enroulement offrant à l'écoulement des gaz de combustion plusieurs sections de passage, notamment trois, sensiblement circulaires à l'intérieur du bloc et ménageant, notamment àla partie aval du chargement, plusieurs fentes de communication, notamment trois, avec les sections de passage extérieures au dit bloc. 3) Charge propulsive selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le profil transversal de chacun des blocs propulsifs est constitué par trois arcs curvilignes, de préférence circulaires, reliés entre eux soit par deux segments rectilignes, soit par deux points d'inflexion. 4) Charge propulsive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux arcs curvilignes qui constituent les parties latérales du profil transversal des blocs propulsifs sont constitués par deux spirales. 5) Charge propulsive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le profil transversal des blocs propulsifs est limité à deux spirales de sens opposé. 6) Charge propulsive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface développée de chaque bloc propulsif présente un contour rectangulaire complété, de préférence, à sa partie aval, par une partie trapézoidale symétrique. 7) Charge propulsive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface développée de chaque bloc propulsif présente, au moins à sa partie aval, une zone de largeur dégressive pouvant être soit constituée par la succession de plusieurs trapèzes, soit délimitée par un contour au moins en partie curviligne. 8) Charge propulsive selon 1 une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce que les blocs propulsifs présentent des dimensions nominales différentes selon notamment que leur implantation est située au centre ou à la périphérie du fagot. 9) Charge propulsive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les blocs propulsifs sont constitués par un propergol à double ou triple base, sans ou avec dissolvant. 10) Charge propulsive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les blocs sont constitués par un propergol composite. 11) Charge propulsive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les blocs propulsifs sont réunis en fagot qui est accroché à la structure par l'intermédiaire d'une semelle dans laquelle est noyée la tranche amont des dits blocs et dont la fixation au fond de la chambre de combustion est assurée par collage ou surmoulage, cette semelle étant réalisée de préférence avec une résine choisie de façon à présenter des caractéristiques suffisamment élevées de souplesse, d'allongement, d'adhérence à la poudre et à la structure ainsi qu'une neutralité chimique suffisamment compatible avec les constituants du propergol et de la chambre de combustion. 12) Charge propulsive selon la revendication 11, caractérisée en ce que la résine constituant la semelle est soit un silicone, soit encore un polyuréthane ou un polyester mis en oeuvre, avec ou, de préférence, sans primaire d'accrochage. 13) Charge propulsive selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les blocs propulsifs sont maintenus - en appui latéral réciproque les uns sur les autres ainsi que sur les parois de la chambre de combustion.