Brevet FR2444806A1 — publié le 19800718

L'invention se rapporte aux propulseurs qui comportent un bloc de propergol et qui sont destinés notamment à la propulsion de croisière d'un engin autopropulsé. L'invention concerne, d'une part un propulseur comportant un bloc de propergol solide inhibé placé à l'intérieur d'une chambre de combustion dont le fond aval est muni d'au moins une tuyère d'éjection des gaz de combustion, et d'autre part un déflecteur interposé entre le fond aval d'un propulseur et la face arrière d'un bloc de propergol à combustion frontale placé à l'intérieur de la chambre de combustion de ce propulseur. I1 est connu d'interposer des dispositifs mécaniques entre le fond aval d'un propulseur et la face arrière d'un bloc de propergol, de tels dispositifs permettant notamment de caler le bloc de propergol dans le propulseur et/ou de compenser les écarts de dilatation qui existent entre ce bloc et ce propulseur. I1 est également connu pour des raisons d'encombrement ou pour des raisons de construction du propulseur de faire pénétrer 1' extrémité amont de la tuyère dans la chambre de combustion, notamment dans le but de diminuer l'action des gaz de combustion sur le fond ava3 du propulseur D'autre part, les utilisateurs d'engin autopropulsé tels que les missiles ou les roquettes sont de plus en plus sensibilisés au problème de la discrétion des engins et il est donc impératif de réduire les fumées émises par l'engin. La cause principale de ces fumées est la présence de résidus imbrûlés dans les gaz éjectés par le propulseur, que ces résidus proviennent de la composition sous-stoechiométrique des propergols utilisés, ou que ces résidus proviennent de l'inhibi- teur interposé entre le bloc de propergol et le propulseur.Dans le cas de l'utilisation de blocs de propergol à combustion frontale, les résidus qui proviennent de l'inhibiteur sont prépon- gérants du fait que cet inhibiteur à une durée d'exposition particulièrement longue aux conditions thermodynamiques de la combus tion du propergol et il se produit fréquemment de véritables scories qui, indépendamment de 1'6mission de fumée, perturbent le fonctionnement du propulseur et engendrent des surpressions très brèves de la combustion.De nombreuses améliorations ont déjà été apportées au problème de la discrétion des engins et, par exemple, le brevet français 2 168 244 décrit un dispositif de limitation des fumées par recombustion des résidus éjectés par la tuyère, ce dispositif ne pouvant par contre apporter aucun remède aux irrégularités de combustion accompagnant le passage de scories au niveau du col de la tuyère. La présente invention a pour but d'éviter l'éjection de résidus à travers la tuyère, notamment de scories provenant de l'inhibiteur, et se caractérise en ce qu'un déflecteur comportant au moins une virole sensiblement cylindrique est interposé entre le fond aval du propulseur et la face arrière du bloc de propergol, cette virole cylindrique étant extérieure au convergent de la tuyère et étant située en amont de l'entrée de ce convergent. Plus particulièrement, d'une part la hauteur de la virole est inférieure aux deux tiers du diamètre extérieur de cette virole, et d'autre part le diamètre intérieur est supérieur à trois fois le diamètre du col de la tuyère. Le déflecteur ne comporte avantageusement qu'une seule virole et est constitué par une pièce indépendante comportant une embase d'appui sur le fond aval du propulseur, mais dans le cas de propulseurs de diamètre important deux ou même plusieurs viroles distinctes concentriques peuvent être utilises, le déflecteur pouvant présenter de plus une surface active alvéolaire constituée par exemple par un réseau de cannelures ou par un ensemble de grilles plaquées sur cette surface active. Afin d'augmenter l'efficacité du déflecteur, la virole comporte au moins une couronne périphérique, qui se situe préfé- rentiellement à l'extrémité libre de cette virole, et dont la largeur est inférieure au rayon intérieur de la virole, et plus particulièrement l'extrémité périphérique de la couronne comporte un rebord dirigé vers le fond aval du propulseur. Lorsque le propulseur utilise un bloc de propergol à combustion frontale dont la face arrière est située à proximité de l'extrémité libre de la virole, il est alors avantageux qu'un relai d'allumage soit disposé sur la surface active du déflecteur. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiellement en ce que l'arrêt des scories de combustion, au niveau du déflecteur permet simultanément de supprimer d'une part la cause principale d'apparition de surpressions de combustion, et d'autre-part l'une des causes de production de fumée. L'utili- sation d'un déflecteur conforme à l'invention est particulièrement efficace lorsque le bloc de propergol est un bloc à combustion frontale et lorsque le propulseur appartient à un engin dont la stabilisation sur sa trajectoire est obtenue par rotation. Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail à l'aide d'un dessin représentant un mode d'exécution particulier, ainsi qu'une variante de ce mode d'exécution. La figure 1 représente en coupe longitudinale axiale la partie aval d'un propulseur de croisière destiné aux essais au sol. La figure 2 représente en coupe longitudinale un déflecteur indépendant, et correspond, dans sa partie droite (D) au déflecteur représenté à la figure 1, et dans sa partie gauche (G) å une variante directement utilisable dans le propulseur représenté a la figure 1. Selon les figures 1 et 2 D le propulseur expérimental comporte un corps cylindrique (1) sur lequel est vissée une pièce de fermeture constituée essentiellement par une virole (2a) et par le fond aval (2b) muni, d'une part d'un alésage central qui reçoit l'ensemble tuyère (3) maintenu par la bague (4) et d'autre part d'une prise de pression (14). Cette tuyère est fermée par l'opercule (5) sur lequel est centré l'inflammateur (6) qui pénètre dans la composition d'allumage (7) maintenue par un film de nitrocellulose. Le propulseur comporte un bloc de propergol moulé à double base (8) qui est enrobé par un vernis inhibiteur à base de silicone (9), a l'exception de la face arrière (10) qui est entaillée par trois stries circulaires (9a). Entre cette face arrière et le fond aval (2b) est interposé un déflecteur indépendant (11) qui est réalisé en résine formophénolique chargée par des fibres d'amiante, et dont la surface active supporte un relai d'allumage (12) constitué par une couronne de pastilles aluminothermiques. Cette surface active est limitée, à la périphérie par Itarete circulaire concave (lia) qui appartient à l'embase (1 lob), et au centre par l'arête circulaire convexe (îîc) qui est l'arête externe de la couronne périphérique (ils) située à l'extrémité libre de la virole (lue). Selon la figure 2G, la virole (12e) n'est que sensiblement cylindrique et tend vers un tronc de cône dont la couronne périphérique (12d) et le rebord (12f) dirigé vers le fond aval ne sont constitués que par des surfaces courbes non développables, l'ensemble de ce déflecteur (12) étant réalisé en carbone à partir des mêmes matériaux que ceux utilisables à la confection des tuyères, tout matériau non ablatable et résistant à la température de combustion pouvant être utilisé pour réaliser ce déflecteur qui peut donc être le cas échéant une partie intégrante du bloc tuyère (13). En fonctionement, lorsqu'une impulsion électrique est transmise à l'inflammateur (6), la composition d'allumage (7) est mise à feu et les gaz à haute température qui sont produits enflamment les pastilles aluminothermiques et la face arrière (10) du bloc de propergol (8), l'opercule (5) se rompant dès qu'une pression de 40 bars est atteinte. Le front de combustion du propergol progresse selon la flèche (F) et découvre progressivement l'inhibiteur (9) qui se trouve soumis dans sa partie aval aux conditions thermodynamiques qui règnent dans la chambre de combustion (15).La pression de combustion nominale est de 60 bars et la durée de combustion est de 18 secondes, ce qui conduit irrémédiablement à la dégradation superficielle de l'inhibiteur (9) et à la formation de scories dont l'éjection par la tuyère provoque, une élévation de la pression de combustion au moment du passage dans le col de la tuyère et la production d'une bouffée de fumée après l'éjection de cette scorie.Ces élévations de pression sont de très courtes durées et forment des pics sur les courbes enregistrées, ces pics ayant une amplitude de l'ordre de 5 à 20 % de la pression nominale. I1 est connu que ces pics de pression sont statistiquement d'autant plus nombreux que la température ambiante de tir est élevée et pour la mise en évidence du progrès technique apporté par l'invention, différents essais comparatifs ont été effectués à des températures ambiantes de +520C, en utilisant de plus un inhibiteur dont la composition a été légèrement modifiée pour présenter des caractéristiques qui correspondent aux plus mauvaises caractéristiques observables dans des tirs réels après une très longue durée de stockage. Tous les essais ont été effectués avec le propulseur expérimental représenté partiellement à la figure 1, et les tirs de référence ont éte faits avec une simple embase de même composition que le déflecteur et ne présentant donc ni la couronne périphérique (laid), ni la virole cylindrique (1 le). Les dix tirs statiques de référence ont permis d'enregistrer un total de 41 pics de pression soit une moyenne de 4,1 pics par tir, et les dix tirs de référence avec un propulseur entraîné en rotation à la vitesse de 600 tours/minute afin de simuler la rotation du missile en vol, ont permis d'enregistrer un total de 22 pics de pression, soit une moyenne de 2,2 pics par tir.Les essais statiques effectués avec un déflecteur succinct limité à la présence de la virole cylindrique (île), et ne comportant donc pas la couronne périphérique (lad), ont permis de n'enregistrer au cours de sept tirs qu'un total de 9 pics de pression, soit une moyenne de 1,3 pic par tir. Les essais statiques effectués avec un déflecteur tel que celui représenté aux figures 1 et 2 D ont permis de n'enregistrer au cours de sept tirs qu'un total qui est de 6 pics de pression, soit une moyenne inférieure à 1 pic par tir, et les essais en rotation avec ce même déflecteur ont permis sur sept tirs de n'enregistrer aucun pic de pression. De nombreux autres essais ont été effectués avec des blocs de propergol de géométrie et de composition d'inhibiteur différentes, et tous ces essais ont montré la validité et l'intérêt de l'utilisation d'un déflecteur conforme à l'invention, les meilleurs résultats actuels nécessitant parfois d'utiliser deux viroles concentriques et/ou l'utilisation de grilles placées soit directement au contact de la surface active du déflecteur, soit au niveau de la couronne périphérique de ce déflecteur. Pour une même configuration de déflecteur, les essais effectues avec une chambre de combustion entraînée en rotation sont toujours plus satisfaisants que les essais statiques effectués, et l'utilisation d'un déflecteur conforme à l'invention est donc particulièrement avantageuse sur les engins autopropulsés entraînés en rotation. - REVENDICATIONS 1. Propulseur comportant un bloc de propergol solide inhibé placé à l'intérieur d'une chambre de combustion dont le fond aval est muni d'au moins une tuyère d'éjection des gaz de combustion, caractérisé en ce qu'un déflecteur comportant au moins une virole sensiblement cylindrique est interposé entre le fond aval du propulseur et la face arrière du bloc de propergol, ladite virole cylindrique étant extérieure au convergent de la tuyère et étant située en amont de l'entrée de ce convergent. 2. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur de la virole est inférieure aux deux tiers du diamètre extérieur de cette virole. 3. Propulseur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la virole est supérieur à 3 fois le diamètre du col de la tuyère. 4. Propulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur ne comporte qu'une seule virole. 5. Propulseur selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que le déflecteur est une pièce indépendante comportant une embase d'appui sur le fond aval du propulseur. 6. Propulseur selon l'une des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que le déflecteur presente une surface active qui est au moins partiellement une surface alvéolaire. 7. Propulseur selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que la virole comporte au moins une couronne périphé rique. 8. Propulseur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une seule couronne périphérique est située à l'extrémité libre de la virole. 9. Propulseur selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la largeur de la couronne est inférieure au rayon intérieur de la virole. 10. Propulseur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'extrémité périphérique de la couronne comporte un rebord dirigé vers le fond aval du propulseur. 11 - Propulseur selon l'une des revendications précédentes, carac térisé en ce qu'un relais d'allumage est disposé sur la surface active du déflecteur. 12 - Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de combustion est entraînée en rotation. 13 - Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de propergol est un bloc à combustion frontale.