Brevet FR2499977A1 — publié le 19820820

Couche isolante pour charges propulsives. L'invention concerne une couche isolante pour charges propul- sives, notamment pour charges propulsives à combustion fron- tale, disposée entre le corps de la charge propulsive et la paroi de la chambre de combustion. Les charges propulsives à combustion frontale sont de plus en plus utilisées comme générateurs de gaz dans les fusées à statoréacteur. Dans ce cas, la couche isolante de la charge propulsive doit satisfaire, entre autres, les trois exigences suivantes. En premier lieu, elle doit isoler thermiquement la charge propulsive de l'échauffement de la fusée ou de l'engin volant résultant du frottement de l'air, pour éviter toute influence néfaste sur la combustion et de ce fait sur la plage de travail de la poussée résultant d'un accroisse- ment de la température de la charge propulsive. En second lieu, elle doit protéger la paroi de la chambre de combustion d'un trop grand échauffement lors de la combustion. En troi- sième lieu, elle doit relier solidement et uniformément le corps de la charge propulsive à la paroi de la chambre de combustion, pour éviter que ce corps ne se détache, ce qui provoquerait des vides dans lesquels se produiraient des retours de flamme. On connaît d'après le Brevet allemand DE-OS 27 58 814 une couche isolante pour une charge propulsive contenant une aziridine et un polybutadiène comportant des groupes hydroxy- 2 2499977 les terminaux durci avec un durcisseur à base de polyiso- cyanate. Dans ce cas, la chambre de combustion est revêtue avec la couche isolante durcie, puis la masse de la charge propulsive non durcie est coulée dans la chambre de combus- tion revêtue et est durcie. Pour un volume donné de la chambre de combustion, la couche isolante de la charge propulsive réduit le diamètre de celle-ci et donc la portée de l'engin volant. Le but de l'invention est de procurer entre le corps de la charge propulsive et la paroi de la chambre de combustion une couche isolante dont l'épaisseur est réduite et qui satisfait cependant aux conditions imposées. Ce but est at- teint par le fait que la couche isolante est en une matière plastique en mousse et que cette matière plastique en mousse est du polybutadiène. L'invention prévoit également un pro- cédé pour fabriquer la couche isolante, qui consiste en ce que le corps de la charge propulsive est centré dans la cham- bre de combustion en ménageant un intervalle entre ce corps et la paroi de la chambre de combustion, en ce qu'on intro- duit la masse de mousse de matière plastique, notamment du polybutadiène, dans l'intervalle et qu'on la laisse durcir. La couche de matière plastique en mousse utilisée dans l'in- vention a, comme on pouvait s'y attendre, une conductibilité thermique plus faible qu'une couche de matière plastique compacte, de sorte qu'on peut réduire l'épaisseur de la cou- che isolante selon l'invention, par rapport à une couche iso- lante en matière plastique compacte, du point de vue de l'isolation thermique. Par contre, on devrait s'attendre à ce que la matière plastique ou mousse, en raison de sa masse plus faible, soit plus rapidement détruite par la flamme de la combustion qu'une matière plastique compacte, c'est-à-dire que la combustion soit plus gênée ou que la chambre de com- bustion soit moins protégée contre un échauffement trop important par une couche isolante en mousse plastique que par une couche isolante en matière plastique compacte. Enfin, 3 2499977 on s'attendait à ce que la matière plastique en mousse, en raison de sa plus faible résistance, se détache plus faci- lement de la paroi de la chambre de combustion qu'une matière plastique compacte. Il est donc tout à fait surprenant qu'une couche isolante en mousse de matière plastique présente des propriétés au moins aussi bonnes qu'une couche isolante en matière plas- tique compacte, en ce qui concerne la qualité de la combus- tion et l'adhérence à la paroi de la chambre de combustion. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue de côté, en coupe partielle, d'un générateur de gaz; la figure 2 est une vue en élévation correspondante d'un agencement pour fabriquer le générateur de gaz; et la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2. Le générateur de gaz de la figure 1 comprend un carter 1 qui constitue la paroi de la chambre de combustion, et qui comporte sur ses deux côtés frontaux un couvercle 2 et un fond 3. Dans le couvercle 2 est prévue une buse 4; des évi- dements 5 sont ménagés, d'autre part, pour la mise à feu. Le couvercle 2 et le fond 3 sont vissés sur le carter 1, en particulier à l'aide d'un écrou capuchon 6, 7 recouvrant respectivement le couvercle 2 et le fond 3 et venant en prise avec un filetage 8, 9 du carter 1. Le carter 1 est constitué par une enveloppe mince d'acier ayant une épaisseur d'un ou de quelques millimètres. Dans la chambre de combustion délimitée par le carter 1, le couvercle 2 et le fond 3 se trouve le corps 10 de la charge propulsive solide. On prévoit en outre, entre la paroi péri- 4 2499977 phérique intérieure du carter ou de la chambre de combustion et la paroi périphérique extérieure du corps 10 de la charge propulsive, un intervalle rempli par une couche isolante 11 en matière plastique en mousse.La couche isolante 11 s'étend de plus dans un intervalle situé entre le fond 3 et le côté frontal correspondant du corps 10 de la charge propulsive. Le générateur degaz est du type à combustion frontale, c'est- à-dire que le front de combustion de la charge propulsive 10 se propage de l'amorçage (évidement 5) vers le fond 3 dans le sens axial. Pour la poudre de la charge propulsive 10, la formule de base suivante s'est avérée convenir particulièrement bien environ 25% de perchlorate d'ammonium (oxydant) environ 25% de polybutadiène (liant) environ 40% de bore métallique le reste étant des additifs. Comme matièxe plastique en mousse pour la couche isolante 11, le polybutadiène transformé en mousse sous pression convient particulièrement, notamment pour les combustibles solides ayant la formule générale ci-dessus, car l'adhérence de la couche isolante 11 sur le corps 10 de la charge propulsive est alors particulièrement forte. Pour fabriquer le générateur de gaz de la figure 1, le carter 1 est disposé verticalement et est muni sur son côté frontal inférieur d'une plaque 12 traversée par un alésage-'central 13. La plaque 12 est vissée de la même façon que le fond 3 sur le carter 1 au moyen de l'écrou capuchon 7. A l'alésage 13 se raccorde une canalisation 14 qui conduit à une presse 15 comportant un poinçon 16. La presse 15 est 2499977 remplie d'une masse de polybutadiène à deux composants pouvant se transformer en mousse, masse qui dégage du gaz carbonique. Ensuite, on introduit dans le carter 1 le corps 10 de la charge propulsive moulé et durci, dont la face frontale supérieure est revêtue d'une feuille de recouvrement 17, par exemple d'une feuille de matière plastique auto-collante. Le corps 10 de la charge propulsive est ensuite centré à l'aide de plusieurs fils métalliques 18 de façon à ménager un intervalle de largeur uniforme entre lui et le carter 1, les fils ayant un diamètre correspondant à la largeur de l'intervalle. Les fils métalliques 18 sont disposés à la périphérie du corps 10 à intervalles réguliers, comme on le voit sur la figure 3. Ensuite, on visse sur le côté supérieur du carter 1 une butée, de la même façon que le couvercle 2 au moyen de l'écrou capuchon 6. La butée est constituée, selon la figure 3, par deux traverses 19 disposées en croix. La distance entre le côté inférieur des traverses 19 et la surface inté- rieure de la plaque 12 correspond à la longueur axiale du corps 10 de la charge propulsive, augmentée de l'épaisseur désirée de la couche isolante entre le corps 10 et la plaque 12 ou le fond 3. Le corps 10 peut donc se déplacer axialement de cette distance avant l'introduction de la masse de matière plastique transformée en mousse. Après déclenchement de la formation de mousse, la masse de mousse est amenée, par la pression d'expansion et par le déplacement du poinçon 16 de la presse 15, par la canalisa- tion 14 et l'alésage 13, sur le côté inférieur du corps 10 de la charge propulsive, qui est soulevé par la masse de mousse s'écoulant radialement vers l'extérieur, jusqu'à ce que sa face frontale supérieure bute sur les traverses 19. La masse de mousse pénètre alors dans l'intervalle vertical concentrique entre le corps 10 et le carter 1, vers le haut. Lorsque la masse de mousse a pénétré dans la moitié supé- rieure de cet intervalle, on retire lentement les fils 18. La masse de mousse est solide au bout d'une heure environ et au bout de 10 heures environ, elle a complètement durci. La mousse dépassant au-dessus du corps de la charge propul- sive est d'abord grossièrement retirée, puis on retire la feuille de recouvrement 17 pour obtenir sur le couvercle 2 une face frontale du corps 10 totalement dépourvue de mousse de matière plastique. Des essais ont montré que, pour une charge propulsive d'en- viron 24 kg, ayant un diamètre de 224 mm et une couche iso- lante de 4 mm d'épaisseur, l'adhérence de la couche isolante 11 sur le carter 1 résiste à une accélération d'au moins 25 g. Avec une couche isolante moitié moins épaisse qu'une couche isolante en matière plastique compacte, l'isolation thermique de la couche isolante de:l'invention est considérablement améliorée à une vitesse de vol de l'engin volant de Mach 2. La combustion n'est pas plus gênée avec une couche isolante selon l'invention moitié moins épaisse qu'avec une couche isolante en matière plastique compacte. Grâce à l'accroisse- ment du diamètre de la charge propulsive obtenu avec la cou- che isolante selon l'invention, pour un diamètre déterminé de la chambre de combustion, on peut obtenir un accroissement de la portée d'un engin volant de 5% par exemple. Des variantes du procédé décrit sont possibles. Ainsi, on peut former notamment dans le carter 1 d'abord une couche isolante tubulaire en faisant expanser et durcir une masse de mousse de matière plastique; la masse de charge propul- sive non durcie est ensuite coulée dans le carter 1 revêtu de la couche isolante tubulaire et on la laisse durcir. 7 2499977 Revendications. 1. Couche isolante pour charges propulsives, notamment pour charges propulsives à combustion frontale, disposée entre le corps de la charge propulsive et la paroi de la chambre de combustion, caractérisée en ce qu'elle est en matière plastique en mousse. 2. Couche isolante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière plastique en mousse est du polybutadiène. 3. Procédé pour fabriquer la couche isolante selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisée en ce que le corps (10) de la charge propulsive est centré dans la chambre de combustion (1) en formant un intervalle entre ce corps et la paroi de la cham- bre de combustion, qu'on introduit la masse de matière plas- tique, par exemple de polybutadiène, dans l'intervalle et qu'on la laisse durcir. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise une masse de mousse de polybutadiène à deux composant 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on utilise des pièces d'écartement pour former l'intervalle entre le corps (10) de la charge propulsive et la paroi de la chambre de combustion (1). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise comme pièces d'écartement des fils métalliques (18) s'étendant axialement, qui sont retirés de l'intervalle pen- dant l'introduction de la masse de mousse. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel un côté frontal de la chambre de combustion est muni d'un couvercle avec une buse et l'autre côté frontal de la chambre de combustion est muni d'un fond, caractérisé en ce que: a) la chambre de combustion (1) est disposée verticalement, 8 2499977 on prévoit une butée à la place du couvercle (2) et, à la place du fond (3), une plaque (12) comportant un alésage central (13), la distance entre la butée et la plaque (12) étant supérieure à la longueur axiale du corps (10) de la charge propulsive; b) la masse de mousse est introduite par l'alésage central (13) de la plaque (12); et c) la butée est retirée et remplacée par le couvercle (2) muni de la buse (4) et la plaque (12) est remplacée par le fond (3). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps (10) de la charge propulsive est revêtu sur son côté supérieur d'une feuille de recouvrement (17) avant l'in- troduction de la masse de mousse. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise comme butée au moins une traverse (19) s'étendant au-dessus de la chambre de combustion (1). 10. Procédé selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que l'introduction de la masse de mousse dans l'inter- valle entre le corps (10) de la charge propulsive et la paroi de la chambre de combustion (1) est aidée par une presse (15).