Brevet FR2515736A1 — publié le 19830506

PROCEDE DE FABRICATION D'UN CHARGEMENT DE PROPERGOL ET CHARGE PROPULSIVE COMPRENANT UN TEL CHARGEMENT. L'invention concerne un procédé de fabrication d'un chargement de propergol comprenant des éléments de propergol se présentant sous la forme de lamelles ; elle concerne également une charge propulsive et plus précisément une charge propulsive à courte durée de propulsion comprenant un tel chargement. Les chargements de propergol à courte durée de fonctionnement mis en oeuvre dans les propulsions d'accélération destinés aux projectiles autopropulsés doivent être constitués d'éléments de propergol ayant une surface effective de combustion importante et fournir un débit interne du flux de gaz résultant de la combustion des éléments de propergol afin d'obtenir une forte poussée impulsionnelle, d'une durée de l'ordre de la dizaine de mîllisecondes, par exemple. Ces caractéristiques peuvent être atteintes en utilisant, notamment, des lamelles de propergol disposées longitudinalement en couronne. En effet, de telles lamelles de propergol sont fabriquées couramment, sous faible épaisseur, avec des dimensions géométriques parfaitement reproductibles. Une charge propulsive comprend essentiellement un chargement de propergol maintenu en place à l'intérieur d'une chambre de combustion et des dispositifs auxiliaires tels que les dispositifs pyrotechniques d'ignition du chargement de propergol. On connaît déjà une charge propulsive lamellaire réalisée suivant un procédé s'apparentant à la technique de fonderie sous pression d'un métal en fusion. Selon ce procédé de fabrication, les lamelles ou plaquettes de propergol sont rangées axialement sur un montage qui peut recevoir la chambre de combustion avec un certain jeu entre la partie périphérique des plaquettes et la paroi interne de la chambre de combustion. Ce montage ainsl équipé est mis en autorotation rapide autour de son axe longitudinal puis une quantité prédéterminée d'une résine polymérisable, préférentiellement à température ambiante, est introduite à l'intérieur de la chambre pour être répartie uniformément par centrifugation sur la paroi interne de la chambre de combustion jusqu'à emprisonner le bord périphérique de chacune de ces plaquettes de propergol.Après polymérisation de la résine, la charge propulsive peut être extraite du montage. Dans la pratique, la durée de fabrication d'une telle charge s'avère relativement longue et les opérations de contrôle présentent des difficultés. Pour pallier les inconvénients inhérents au procédé de fabrication par centrifugation, on a proposé de réaliser séparément le chargement de poudre, puis de placer celui-ci à l'intérieur de la chambre de combustion. Selon ce procédé, le moyen d'ancrage des plaquettes est fourni par une plaque métallique souple munie de saillies longitudinales dans lesquelles la base des plaquettes de propergol est insérée et fixée par collage. Par une opération de cambrage, on confère à cette plaque d'ancrage équipée de ces plaquettes, une forme cylindrique qui permet son insertion à l'intérieur de la chambre de combustion. L'élasticité de la plaque d'ancrage permet d'assurer un certain contact entre la surface externe de la plaque et la paroi interne de la chambre.Ce procédé de fabrication présente certains inconvénients, notamment son coût de réalisation et surtout la difficulté pour obtenir un contact parfait chargement-chambre et résorber les contraintes résultantes de l'enroulement de la plaque d'ancrage. Le but de la présente invention est de remédier à l'ensemble des inconvénients précités, notamment par la fabrication d'un chargement de propergol linéaire souple qui peut être enroulé sur luimême et placé en contact intime sur la face interne de la paroi de la chambre de combustion pour constituer une charge propulsive fiable et de construction simplifiée. Pour atteindre ce but, le procédé de fabrication d'un chargement lamellaire de propergol consiste à ranger des lamelles de propergol dans une gouttière, puis, à verser dans cette gouttière une quantité prédéterminée d'un matériau fluide polymérisable, ayant préférentiellement des propriété inhibitrices, pour obtenir une bande souple dans laquelle la base des lamelles de propergol se trouve, après polymérisation du matériau, solidement ancrée. Une charge propulsive, réalisée conformément à l'invention; comprend un tronçon de chargement de propergol qui est enroulé sur lui-même puis plaqué intimement sur la face interne de la paroi de la chambre de combustion et fixée par un matériau adhésif. D'autres caractéristiques et avantages fournir par l'invention apparaîtront dans la description détaillée du procédé de fabrication et d'un mode de réalisation d'une charge propulsive, faite en regard de dessins annexés; sur ces dessins: - la figure la se rapporte à l'art antérieur et représente un moyen d'ancrage de plaquettes de propergol; - la figure lb représente, selon une vue en coupe partielle, une charge propulsive cornprenant un chargement de propergol comportant le moyen d'ancrage de la figure précédente; - la figure 2 représente une lamelle de propergol; - la figure 3a est une vue en coupe longitudinale de la semelle d'ancrage des lamelles de propergol; - la figure 3b est une vue en coupe transversale de la semelle d'ancrage des lamelles de propergol;; - la figure 4 illustre le procédé de fabrication d'un chargement lamellaire conformément à l'invention; - la figure 5 illustre une variante du procédé de fabrication décrit dans la figure 3a; - la figure 6a est une vue en coupe longitudinale partielle d'un propulseur comprenant une charge propulsive conforme à l'invention; - la figure 6b est une vue en coupe transversale de la charge propulsive de la figure 6a; - la figure 7a est une vue en coupe longitudinale représentant une variante de réalisation de la charge propulsive décrite sur la figure Ga; - la figure 7b est une vue en coupe transversale de la charge propulsive de la figure 7a. Les figures la et lb se rapportent à l'art antérieur et représentent, respectivement, selon une vue en coupe, un mode de réalisation d'un moyen d'ancrage de plaquettes de propergol pour constituer un chargement de propergol et un tel chargement disposé à l'intérieur d'une chambre de combustion. Sur la figure la, on voit que le moyen d'ancrage des lamelles de propergol l est constitué par une plaque métallique 2 comportant des saillies 3 régulièrement distribuées et obtenues par une opera- tion de double pliage de la plaque métallique. Les lamelles de propergol sont encastrées entre deux saillies consécutives, après que leur base ait été recouverte d'une mince couche de colle. Ensuite, une opération consistant à recouvrir la face interne d!une mince couche d'un matériau inhibiteur complète la fabrication du chargemment. Sur la figure lb, à l'aide d'un outillage spécifique, on a cambré le chargement de la figure la pour lui conférer une forme polygonale et permettre son insertion à l'intérieur d'une chambre de combustion 4. Les points de contact entre la face extérieure du chargement et la face interne de la paroi de la chambre sont fournis par l'élasticité de la plaque métallique 2 due à sa structure en soufflet qui permet conjointement de résorber, tout au moins partiellement, les contraintes mécaniques sur la base des plaquettes de propergol. On décrira ci-après le procédé de fabrication d'un chargement de propergol selon l'invention, en considérant plus particulièrement la fabrication simultanée-d'un nombre N de chargements. Sur la figure 2, on a représenté un des éléments de propergol qui se présente sous la forme d'une lamelle rectangulaire. Les surfaces effectives de combustion de la lamelle de propergol 10 sont définies par leur longueur 1 et leur hauteur h, et, la durée de combustion pour un type de propergol donné, par l'épaisseur e de la lamelle. La longueur des lamelles de propergol est sensiblement égale à la longueur de la chambre de combustion du propulseur destiné à recevoir ce chargement et la hauteur h est fonction du diamètre de cette chambre de combustion et de l'épaisseur des lamelles. La partie non active ou base b de la lamelle est destinée à fournir le moyen d'ancrage de celle-ci dans une semelle qui sera décrite ultérieurement. Les lamelles peuvent être obtenues à partir de feuilles de propergol disponibles commercialement sous des épaisseurs variées.L'obtention de ces lamelles fait appel aux techniques classiques de laminage pour amener l'épaisseur de ces feuilles à la valeur e et de découpage d'éléments rectangulaires de dimensions géométriques parfaitement calibrées. Le propergol utilisé peut être, par exemple, un propergol double base (nitrocellulose, nitroglycérine et des additifs classiques). La figure 3a représente, selon une vue en coupe longitudinale, des lamelles de propergol 10 dont la base b est moulée dans une semelle d'ancrage 11. Ces lamelles de propergol sont rangées régulièrement avec un pas constant P déterminé par les car acté- ristiques de la charge, notamment son impulsion totale. La longueur totale Lr de la semelle est préférentiellement égale à un multiple de la longueur Lo d'un chargement élémentaire, cette longueur Lo étant donnée par la relation suivante: L0= Dc dans laquelle Dc est le diamètre de la paroi sur laquelle doit être fixé le chargement de propergol.L'épaisseur A de la semelle d'ancrage Il est déterminée par la résistance d'ancrage, tandis que la profondeur d'ancrage (A-B) est fonction de la résistance à la traction de la semelle. La semelle doit posséder des caractéristiques inhibitrices et peut être réalisée à partir d'une résine polymérisable telle que le polyuréthane "adiprène" type L 100 fabriqué par la firme "DUPONT de NEMOURS" qui, après polymérisation, possède des propriétés élastiques permettant son enroulement avec des rayons de courbures compatibles de ceux rencontrés dans les chambres de combustion visées par l'invention. La figure 3b est une vue en coupe transversale du chargement de propergol de la figure 3a, montrant plus particulièrement Pan crage de la base b des lamelles de propergol 10 dans la semelle d'ancrage 11. La largeur LN de cette semelle est sensiblement supérieure à la largeur I des semelles pour fournir un rebord d'épaisseur c. La figure 4 illustre le procédé de fabrication du chargement de propergol décrit aux figures 3a et 3b. Les lamelles de propergol 10 étant obtenues comme indiqué précédemment, c'est-à-dire à la suite des opérations de laminage et de découpage de feuilles de propergol sont rangées régulièrement dans une gouttière de moulage 20 de section en "U", la longueur et la largeur de cette gouttière de moulage étant sensiblement égales, respectivement, aux grandeurs LT et LN déjà définies. La profondeur D de la gouttière étant au moins égale à l'épaisseur A de la semelle d'ancrage des lamelles. Le moyen de maintien dans la gouttière des lamelles de propergol peut être fourni, par exemple, par un jeu de rails 21a et 21b comportant des encoches équidistantes de la quantité P, ou pas d'ancrage déjà défini, et ces rails sont articulés sur la gouttière autour d'un axe 22. A cet effet, les côtés des lamelles de propergol 10 comportent une empreinte 10a qui assure le positionnement correct en hauteur audessus du fond de la gouttière pour laisser un jeu égal à la quantité B précédemment définie. L'opération de rangement des lamelles de propergol dans la gouttière de moulage étant exécutée, et la gouttière placée horizontalement, on verse par, unité de longueur, une quantité prédéterminée d'une résine polymérisable pour obtenir une semelle ou bande d'ancrage d'épaisseur e. L'étape suivante consiste à accélérer la vitesse de polymérisation de la résine en élevant la température de celle-ci, l'été vation de température nécessaire à une polymérisation correcte de la résine étant donnée par le fournisseur de la résine. Lorsque la polymérisation de la semelle d'ancrage est suffisamment avancée, on dégage les rails de maintien des lamelles et on extrait la bande d'ancrage dans laquelle se trouvent emprisonnées les lamelles de propergol. L'opération de polymérisation de la bande d'ancrage peut être complétée si nécessaire à l'extérieur de la gouttière. Enfin, la dernière opération consiste à tronçonner la bande pour fournir des segments de chargement de longueur L0. La figure 5 illustre une variante du procédé de fabrication décrit ci-dessus, le procédé différant essentiellement par la méthode de rangement des lamelles de propergol et, par voie de conséquence, des moyens de maintien des lamelles au dessus de la gouttière de moulage 20 comportant des bossages 23 d'encastrement des lamelles de propergol 10, ces bossages étant distants relativement de la quantité P égale au pas de rangement. De plus, la profondeur de ces bossages d'encastrement est limitée afin de ménager un jeu entre le bord de la barre b de la lamelle et le fond de la gouttière. D'autres méthodes de rangement des plaquettes de propergol demeurent envisageables, selon que l'on considère une opération de rangement plus ou moins automatisée. Des chargements de propergol fabriqués conformément à l'invention peuvent avoir des caractéristiques géométriques variées qui dépendent des paramètres de construction du propulseur, notamment des dimensions de la chambre de combustion, de l'impulsion totale, de la durée de combustion, etc ... Généralement, l'épaisseur,e des lamelles de propergol est de l'ordre des millimètres, leur longueur pouvant varier de quelques centimètres à plusieurs décimètres, tandis que l'épaisseur A de la semelle d'ancrage, dans la pratique, est de l'ordre de quelques millimètres. Le nombre des lamelles de propergol par chargement unitaire peut atteindre plusieurs dizaines d'unités. Les chargements considérés ici peuvent être utilisés dans des propulseurs d'accélération dont la durée de combustion est de l'ordre de la dizaine de millisecondes et le diamètre de ces propulseurs se situant entre quelques centimètres et plusieurs dizaines de centimètres. Dans ce qui suit, on décrira un mode de réalisation conformément à l'invention, d'une charge propulsive comprenant un chargement de propergol fabriqué suivant le procédé qui vient d'être exposé. La figure 6a est une vue en coupe longitudinale partielle d'un propulseur d'accélération 30 comprenant une chambre de combustion 31 à l'intérieur de laquelle est disposé un chargement lamellaire 32 de propergol. La chambre de combustion, de forme cylindrique, est couplée à une tuyère d'éjection 33. Cette chambre de combustion est délimitée par une paroi métallique 34, réalisée en un matériau capable de résister aux forces de pression et aux températures élevées rencontrées pendant la durée de fonctionnement du char gement de propergol. Le chargement de propergol, disponible sous la forme d'une bande plastique élastique dans laquelle sont ancrées les lamelles de propergol, est sectionnée pour obtenir une longueur Lo égale à la circonférence interne de la paroi de la chambre de combustion, puis enroulée sur elle-même pour être introduite à l'intérieur de la chambre et plaquée contre la face interne de la paroi préalablement recouverte d'un matériau adhésif. Le calage longitudinal du char gement de propergol est obtenu par décrochement 35 de la paroi 34. Le matériau adhésif permettant de coller le chargement de pro pergol sur la face interne de la chambre de combustion peut être une résine polymérisable identique à celle déjà utilisée pour réaliser la semelle d'ancrage 1 1 des lamelles de propergol 10. Les moyens d'ignition du chargement de propergol, qui ne font par partie de Invention, ne seront pas décrits ; ces moyens d'ignition peuvent être placés en amont du chargement et constitués par des dispositifs pyrotechniques classiques. Le volume libre, laissé par les lamelles de propergol, coaxial à l'axe longitudinal X,X' du propulseur peut être utilisé pour disposer un propulseur de croisière afin de réaliser un propulseur composite. La figure 6b est une vue en coupe transversale de la charge propulsive dans laquelle un nombre réduit de lamelles de propergol 10 ont été représentées dans un but de simplification du dessin. Sur cette figure, on voit plus clairement la coupure 12 de la semelle d'ancrage Il des lamelles de propergol. Cette coupure peut être droite ou biseautée dans le but de faciliter le plaquage de la semelle d'ancrage sur la chambre de combustion. Enfin, la couche adhésive 35 a été représentée. La figure 7a est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation du propulseur décrit sur la figure 6a. Selon cette variante de réalisation, le propulseur 40 comprend un mandrin coaxial 41 porté par un élément annulaire 42 solidaire de la paroi 34 du propulseur ; la fonction de ce mandrin est de recevoir un propulseur de croisière 50. Le chargement de propergol du propulseur d'accélération comprend la semelle d'ancrage 11 des lamelles de propergol 10. Selon cette variante de réalisation, la semelle d'ancrage 11 est plaquée et collée sur la face externe du mandrin et.l. Le moyen de calage longitudinal du chargement de propergol est fourni, d'une part, par un flasque 43 et une grille circulaire 44. Cette grilie circulaire 44 et l'élément 42 du support du mandrin 41 délimitent un logement torique 45 à l'intérieur duquel il est possible de placer une charge pyrotechnique d'ignition du chargement de propergol. En outre, si nécessaire, la paroi interne de la chambre de combustion 34 peut recevoir une couche 46 d'un matériau inhibiteur. La figure 7b est une vue en coupe transversale du propulseur décrit à la figure 7a, le nombre des lamelles de propergol 10 représentées ayant été réduit dans un but de simplification du dessin. Sur cette figure, on voit plus clairement la coupure 12 de la semelle 11, le revêtement inhibiteur 46 et la couche adhésive 47 entre le mandrin 41 et la semelle d'ancrage 11. Une caractéristique importante des charges propulsives fabriquées et réalisées conformément à l'invention est, comme l'ont confirmé des essais, la forme quasi rectangulaire de la poussée fournie en fonction du temps de combustion. L'analyse des résultats de ces essais semble indiquer que la géométrie très pure de la charge propulsive se conserve pendant la durée de combustion des lamelles de propergol. Les avantages que procure l'invention apparaissent maintenant plus clairement, notamment : les outillages de fabrication n'exigent pas d'investissements importants, les contrôles de fabrication du chargement de propergol sont facilités par la forme développée de celui-ci, ces chargements de propergol peuvent être stockés sous un volume réduit et la durée de fabrication par unité est notablement réduite. De plus, I'opération de montage d'un tel chargement de propergol à l'intérieur d'une chambre de combustion est facilité par la souplesse de la semelle d'ancrage des lamelles de propergol, et cette semelle d'ancrage en contact intime avec la surface interne de la paroi de la chambre de combustion confère une résistance mécanique élevée à la charge propulsive nécessaire notamment au moment de l'accélération. L'invention n'est pas strictement limitée aux exemples de réalisation décrits, notamment : l'opération d'introduction du matériau polymérisable dans la gouttière de moulage peut précéder l'opération de rangement des lamelles de propergol dans cette gouttière ; les moyens de rangement des lamelles de propergol dans la gouttière peuvent être variés en fonction de la capacité de production à mettre en place et la forme géométrique des lamelles de propergol peut être modifiée en fonction d'applications spécifiques. D'une façon générale, l'invention est applicable dans les cas où la surface de fixation de la semelle d'ancrage des lamelles de propergol est une surface développable. L'invention trouve son application dans la construction des propulseurs destinés aux projectiles autopropulsés. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une charge lamellaire d'un propergol, caractérisé en ce que, disposant de lamelles de propergol (10) calibrées, il consiste à réaliser une bande plastique (11) de largeur (LN), sensiblement égale à la longueur (I) des lamelles de propergol, et d'épaisseur (A) suffisante pour emprisonner la base (b) de ces lamelles. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé -en ce qu'il comporte les opérations suivantes: a) le rangement des lamelles de propergol (10) dans une gouttière de moulage (20) maintenu à l'horizontale, b) l'introduction dans cette gouttière de moulage d'une quantité prédéterminée, par unité de longueur, d'un matériau fluide polymérisable, pour former une bande plastique d'épaisseur (e) uniforme, c) la polymérisation, tout au moins partielle, de la bande plastique, d) l'extraction de la gouttière de moulage de la bande plastique et des lamelles, e) la polymérisation complète, si nécessaire, de la bande plastique. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ordre des opérations de rangement (a) et d'intro- duction de la résine (b) est inversé. 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que le matériau fluide polymérisable utilisé pour obtenir une bande plastique (11) est un polyuréthane "adiprène". 5. Charge propulsive comprenant une chambre de combustion à l'intérieur de laquelle est disposée un chargement lamellaire de propergol, caractérisé en ce qu'elle comprend un tronçon d'un chargement de propergol comportant une semelle plastique (ll) dans laquelle sont ancrées des lamelles de propergol (10) et en ce que cette semelle d'ancrage est en contact intime avec une paroi (34, 41) de la chambre de combustion (34) et fixée par une couche adhésive (35, 47) à cette paroi. 6. Charge propulsive selon la revendication 5, caractérisée en ce que la semelle d'ancrage (11) des lamelles de propergol (10) est en contact intime et collée à la surface interne de la paroi (34) de la chambre de combustion. 7. Charge propulsive selon la revendication 6, caractérisée en ce que la semelle d'ancrage (11) de la lamelle de propergol (10) est en contact intime et collée à la surface externe d'un mandrin (41) coaxial à la paroi (34) de la chambre de combustion. 8. Charge propulsive selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que les extrémités du tronçon d'un chargement de propergol sont biseautées.