Brevet FR2482666A1 — publié le 19811120

Liaison mécanique et isolante entre une tuyère et l'en- veloppe bobinée de la chambre de combustion d'un propulseur. La présente invention concerne une liaison mécanique et isolante entre, d'une part, une. enveloppe réalisée par bobinage filamentaire constituant une paroi de la chambre de combustion d'un propulseur, notamment d'un propulseur fusée à propergol solide et, d'autre part, la tuyère chaude du propulseur réalisée en un matériau réfractaire conducteur de la chaleur. Il est maintenant d'usage courant de réaliser la chambre de combustion d'un propulseur fusée à propergol 1o solide au moyen d'une enveloppe obtenue par bobinage de fils de verre ou de Kelvar,par exemple, enrobés dans.une résine plas- tique généralement époxyde, capable de tenir les efforts de pression et protégée intérieurement de la chaleur par une protection thermique en élastomère. La liaison de la tuyère à cette enveloppe se fait généralement par l'in- termédiaire d'une embase métallique liée à une bride métallique de tuyère par vis, jonc ou tout autre moyen ad4quat. Le poids-des différents éléments, les contraintes liées au forgeage des pièces métalliques et leur prix de revient élevé ont conduit à rechercher des solutions nouvelles permettant en particulier d'alléger cette liaison enveloppe- tuyère, ces tentatives restant généralement sans grand succès. On notera en particulier le procédé "Hercules" du brevet français n0 2.251.756, consistant à intégrer dans l'en- veloppe des renforts fibreux afin de pouvoir lier direc- tement la tuyère à cette enveloppe. Mais la tendance actuelle est de réaliser des tuyères entièrement chaudes en un matériau réfractaire conducteur de la chaleur, du type carbonecarbone par exemple. De telles tuyères doivent être thermiquement isolées au niveau de la liaison avec l'enveloppe bobinée, car celle-ci ne peut supporter qu'un échauffement très limité. Il en résulte une conception relativement complexe au niveau de la liaison tuyère-enveloppe. Suivant un mode de réalisation classique, la liaison se fait par l'inter- médiaire de l'embase métallique de l'enveloppe bobinée, de la bride de fixation de la tuyère, d'un écrou d'arrêt vissé sur la tuyère et réalisée comme celle-ci en matériau réfractaire conducteur de la chaleur, ainsi que de différents éléments isolants. Cet ensemble d'éléments présente une relative complexité se traduisant par des coûts de production et de montage élevés. Par ailleurs, la masse de divers éléments, particulièrement des éléments métalliques,est évidemment un frein à l'optimisation pondérale du propulseur. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et propose une réalisation plus simple et plus légère de la liaison mécanique et isolante tuyère - enveloppe. Ces buts sont atteints par le fait que cette liaison mécanique et isolante comprend un anneau de liaison unique assujetti à la tuyère et lié élastiquement à l'en- veloppe bobinée,et constitué d'un matériau à basse densité, isolant, résistant aux efforts mécaniques et résistant aux chocs thermiques et mécaniques. Avantageusement, l'anneau de liaison est cons- titué par un matériau composite à renfort multidirectionnel et à matrice céramique. De tels matériaux sont décrits, par exemple, dans le brevet français n0 2.276.916 et les demandes de brevet français n0 78 09.103; 78 13.415 et 01009 au nom de la Demanderesse. Suivant les techniques divulguées par les documents précités, le renfort peut être composé de fibres d'alumine ou de silice. Ces fibres sont disposées suivant une texture multidirectionnelle formée par exemple par l'entrecroisement régulier de trois faisceaux, ou encore de quatre ou six faisceaux. Cette texture multi- directionnelle peut être obtenue par un tissage en trois dimensions, par construction au moyen de baguettes ex- trudées composées de fibres liées par une résine fugitive, par bobinage des fibres sur des baguettes ou tout autre moyen adéquat. Cette texture multidirectionnelle de renfort est ensuite noyée dans une matrice de silice ou d'alumine par exemple. Cette matrice peut être obtenue en trempant la texture de renfort dans un ciment, ou encore par impré- gnation d'une résine silicone qui, en se décomposant ther- miquement, laissera de la silice. Ces traitements peuvent être repris plusieurs fois. L'ébauche de l'anneau de liaison ainsi obtenue, si elle n'est pas à la forme géo- métrique définitive, peut être usinée pour y être amenée. Parmi les différents matériaux donnant satis- faction, on pourra choisir ceux du type silice-silice (renforts fibres de silice et matrice silice), alumine- alumine, ou zircone-zircone. Cette liste n'est pas limi- tative; en particulier, les différents constituants cités ci-dessus peuvent être assemblés de manière différente. L'essentiel est qué le matériau choisi présente des pro- priétés semblables à celles des matériaux cités, à savoir des qualités d'isolation thermique, de tenue mécanique suffisante, en particulier à chaud au niveau du contact avec la tuyère, de bonne tenue aux chocs thermiques et mécaniques, de résistance aux gaz -de combustion, et de densité aussi basse que possible pour limiter la masse de l'anneau de liaison et donc du propulseur. Le mode d'attache de la tuyère à l'anneau de liaison peut se faire par vissage suivant un premier mode de réalisation de l'invention ou peut être effectué de tout autre manière par jonc ou pion de cisaillement en particulier. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui fait suite de trois modes particuliers de réalisation, donnée unique- ment à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une demi-coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'une liaison enveloppe-tuyère de l'art antérieur; - la figure 2 est une demi-coupe axiale d'un second mode de réalisation d'une liaison enveloppe-tuyère de l'art antérieur; - la figuré 3 est une demi- coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'une liaison enveloppe- tuyère de l'invention; - la figure 4 est une demi-coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation d'une liaison enveloppe- tuyère de l'invention; - la figure 5 est une demi-coupe axiale d'un troisième mode de réalisation d'une liaison enveloppe- tuyère de l'invention; Sur les figures, des références identiques indiquent des éléments identiques. La figure 1 montre une tuyère de l'art antérieur 1, comprenant un convergent 2, un col de tuyère 3 et un divergent 4. La tuyère 1 est montée sur un ensemble 5 comprenant la chambre de combustion a propergol solide du propulseur, non représentée, et fermée par une enveloppe 6 bobinée. Cette enveloppe est protégée intérieurement de la chaleur par une protection thermique 7 en élastomère. La liaison enveloppe-tuyère est assurée par l'intermédiaire d'une embase métallique 8 élastiquement liée à l'enveloppe 6 par une liaison élastique 9 assurant la compatibilité entre les déformations de l'enveloppe bobinée 6 et de l'embase métallique 8. L'embase est liée à la bride mé- tallique 10 de la tuyère par un moyen adéquat, par exemple par vis ou par jonc. 248266X6 On peut voir sur la figure 2 que la réalisation de tuyères entièrement chaudes en un matériau réfractaire conducteur de la chaleur a conduit à prévoir une isola- tion thermique au niveau de la liaison enveloppe-tuyère. Dans ce cas, la liaison comporte,en plus des éléments déjà cités, des isolants 12 et 13 isolant la bride métallique respectivement du divergent de la tuyère et de l'écrou d'arrêt Il en matériau réfractaire également chaud. Sur la figure 3 qui montre un premier mode de réalisation d'une tuyère monobloc et de sa liaison avec l'enveloppe selon l'invention, on retrouve une tuyère 1, avec son col 3 et son divergent 4; l'enveloppe bobinée 6 et sa protection thermique interne 7. Les éléments 8, 10, 11, 12, 13 de l'art antérieur, à savoir l'embase métallique de l'enveloppe, la bride de fixation de-la tuyère, l'écrou d'arrêt et les deux isolants sont supprimés et remplacés par un anneau de liaison 14 unique assujetti à la tuyère et lié Plastiquement à l'enveloppe bobinée par la liaison élastique 9, et constitué d'un matériau à basse densité, isolant, résistant aux efforts mécaniques et résistant aux chocs thermiques et mécaniques. De la sorte, cet anneau unique reprend les efforts mécaniques de la liaison et isole thermiquement l'enveloppe bobinée des parties chaudes de la tuyère. La forme à donner à l'anneau de liaison tient compteed'une partde la liaison élastique à assurer avec l'enveloppe bobinée et, d'autre part, du mode d'assujetis- sement à la tuyère choisi. L'anneau de liaison 14 comporte généralement une portion de surface extérieure sensiblement conique 15 sur laquelle est réalisée la liaison élastique avec l'enveloppe bobinée 6, sous forme d'une couche d'élastomère par exemples- Un bossage sensiblement cylindrique 16 peut être formé sur la tuyère, pratiquement au niveau du col 3 de celle-ci, de façon à présenter une surface permettant l'assujettissement de l'anneau de liaison sur la tuyère. L'anneau de liaison comprend une portion de surface extérieure sensiblement cylindrique 17 et paral- lèle à son axe 18, coopérant avec la surface extérieure cylindrique du bossage de la tuyère. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la portion cylindrique de l'anneau de liaison est taraudée et le bossage cylindrique de la tuyère est fileté de façon à réaliser l'assujettissement par vissage. Dans le deuxième mode de réalisation de la figure 4, l'anneau de liaison 14 est traversé, dans un plan perpendiculaire à son axe 18, par des orifices radiaux 19 se prolongeant en partie dans le bossage 16 de la tuyère, et dans lesquels sont introduits des pions de cisaillement 20 assurant l'assujettissement. Dans le troisième mode de réalisation de la 2.0 figure 5, la portion cylindrique 17 de l'anneau de liaison 14 comporte à sa partie inférieure une saillie circulaire 21 s'engageant dans un retrait circulaire 22 correspon- dant du bossage 16 de la tuyère, et à sa partie médiane une rainure circulaire 23 recevant la périphérie exté- rieure d'un jonc 24 dont la périphérie intérieure s'engage dans un espace ménagé entre le plateau supérieur 25 du bossage 16 et un évidement 26 d'une pièce annulaire 27 filetée vissée sur la partie supérieure de l'anneau de liaison, laquelle est taraudée à cet effet. REVENDICATIONS 1. Liaison mécanique et isolante entre, d'une part, une enveloppe réalisée par bobinage filamentaire consti- tuant une paroi de la chambre de combustion d'un propulseur, notamment d'un propulseur fusée à propergol solide et, d'autre part, la tuyère chaude du propulseur réalisée en un matériau réfractaire conducteur de la chaleur, caractérisée en ce que cette liaison comprend un anneau de liaison unique assujetti à la tuyère et lié élastiquement à l'enveloppe bobinée,et constitué d'un matériau à basse densité, isolant, résistant aux efforts mécaniques et résistant. aux chocs thermiques et mécaniques. 2. Liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau de liaison est réalisé en un matériau composite à renfort multidirectionnel. 3. Liaison selon la revendication 2, caractérisée en ce que le matériau composite est choisi parmi les matériaux du type silice-silice, alumine-alumine, zircone- zircone. 4. Liaison selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que l'anneau de liaison comporte une portion de surface extérieure sensiblement conique sur laquelle est réalisée la liaison élastique avec l'enveloppe bobinée. 5. Liaison selon la revendication 4, caractérisée en ce que la liaison élastique entre l'enveloppe bobinée et l'anneau de liaison est sous forme d'une couche d'élas- tomère. 6. Liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'anneau de liaison comporte une portion de surface extérieure sensiblement cylindrique coopérant avec la surface extérieure cylindrique d'un bos- sage de la tuyère de manière à réaliser l'assujettissement de l'anneau de liaison sur la tuyère. 7. Liaison selon la revendication 6, caractérisée en ce que la portion cylindrique de l'anneau de liaison est taraudée et en ce que le bossage de la tuyère est fileté de façon à réaliser l'assujettissement par vissage. 8. Liaison selon la revendication 6,ycaractérisée en ce que l'anneau de liaisoa est traversé par des orifices radiaux se prolongeant en partie dans le bossage de la tuyère et dans lesquels sont introduits des pions de cisaillement. 9. Liaison selon la revendication 6, caractérisée en ce que la portion cylindrique de l'anneau de liaison comporte à sa partie inférieure une saillie circulaire s'engageant dans un re-trait circulaire correspondant du bossage de la tuyère, et. à sa partie médiane une rainure circulaire recevant la périphérie extérieure d'un jonc dont la périphérie intérieure s'engage entre le bossage de la tuyère et un évidement d'une pièce annulaire filetée vissée sur la partie supérieure de l'anneau de liaison, laquelle est taraudée à cet effet.