Brevet FR2540942A1 — publié le 19840817

Fixation d'un propergol solide dans le carter de la chambre de combustion d'un moteur-fusée, et procédé de réalisation de cette fixation. L'invention concerne la fixation d'un propergol solide dans le carter de la chambre de combustion d'un moteurfusée, ledit propergol n'étant relié par adhérence au côté intérieur du carter de la chambre à combustion que par une partie de son pourtour extérieur. La disposition d'un propergol solide dans le carter de la chambre de combustion suscite, à divers égards, des problèmes particuliers qui n0ont pas été résolus de manière également satisfaisante par les modes de réalisation connus et appliqués jusqu'alors. Ainsi, il est nécessaire de laisser une fente annulaire relativement importante entre le carter de la chambre de combustion, le plus souvent en acier, et le pourtour extérieur du propergol fabriqué à partir de substances chimiques, à cause des coefficients de dilatation différents, afin de permettre leabsorption des différences de dilatation se produisant suite aux différences entre les températures diurnes et nocturnes, ainsi qu'entre celles d'été et d'hiver, sans dommages pour le propergol. Autant cette fente de dilatation est importante, d'une part, pour l'absorption des dilatations différentielles, autant son effet est néfaste dans certaines circonstances sur le processus d'allumage. Il est connu que le propergol s'allume le mieux à une température critique qui lui est propre et sous une pression critique. Ces deux facteurs, en particulier, toutefois la pression, sont fortement dépendants du volume libre existant à tout moment dans la chambre à combustion en amont d'une isolation disposée dans la section du col de tuyère. Cette situation est particulièrement fâcheuse en cas de présence d'une charge à combustion frontale, pour laquelle la fente annulaire laissée libre occupe une partie non négligeable du volume disponible.Or, si cette fente annulaire libre est très grande aux jours de très grand froid, la pression critique d'allumage n'est pas atteinte parce que les gaz d'allumage devront remplir également la fente de dilatation radiale. Par contre, aux jours de très grande chaleur, la fente annulaire libre est très petite, ce qui peut avoir pour conséquence que l'augmentation de la pression d'allumage endommage le propergol. Les suites en seraient, au minimum, une mauvaise combustion. Un autre problème posé lors de la fixation d'un propergol solide provient de ce que le propergol chimique, dont la résistance interne a la traction est faible, doit être supporté par le dispositif de fixation sur de grandes parties de sa surface, réparties sur toute sa longueur, pour être en mesure d'absorber les très grandes forces de poussée. Il est connu, d'après la demande de brevet R.F.A. NO 2 258 115, que l'on peut relier le propergol solide d'un moteur-fusée uniquement par quelques barrettes longitudinales externes, qui constituent une partie de l'isolation inhibitrice de combustion, de façon adhérente au côté interne du carter de la chambre de combustion. I1 est vrai qu'on obtient ainsi aux températures de froid extrême une détente des tensions de retrait , mais en revanche aux températures maxi males c'est justement dans la zone de ces barrettes que se produisent des pressions hors de proportion, qui devraient également être évitées. Par ailleurs, le brevet US 2 957 309 montre la disposition d'un propergol solide dans le carter d'une chambre de combustion en laissant subsister une fente de dilatation radiale surmontée d'un dispositif de suspension élastique en forme de carton ondulé, dont les ondulations extérieures sont reliées par adhérence au côté interne de la chambre de combustion et les ondulations intérieures directement ou indirectement au propergol. -En outre, selon un autre mode de réalisation des écarteurs élastiques en forme de tubes sont preus. L'inconvénient de ces conceptions consiste en ce que d'une part, par temps froid des difficultés d'allumage peuvent survenir à cause de la fente radiale relativement grande, et d'autre part, par froid extrême les liaisons linéaires entre les ondulations extieures et la chambre de combustion, ainsi que celles entre les ondulations intérieures et le propergol solide, soient exposées à des sollicitations trop fortes, de telle sorte que dans certaines circonstances des fissures survenues sur ces joints de liaison empêchent que les forces d'accélération très élevées produites au lancement ne puissent plus être absorbées L'invention a pour objet de fournir une fixation du propergol qui satisfasse à toutes les exigences et maîtrise tous les problèmes mentionnés plus haut, Ce problème est résolu, conformément à lainvention, par une chemise de suspension prévue entre le propergol et le côté intérieur du carter de la chambre de combustion, cest-à-dire dans la fente de dilatation radiale, chemise reliée par adherence par des zones de fixation annulaires radialement extérieures directement, ou indirectement en passant par une couche d'isolation, au côté intérieur de la chambre de combustion, et par des zones de fixation annulaires radialement intérieures directement ou indirectement en passant par une couche inhibitrice de combustion, au propergol, les zones de fixation annulaires radialement extérieures et les zones de fixation annulaires radicalement intérieures considérées dans le sens longitudinal du propergol - se suivant alternativement. Dans une forme de réalisation de linvention, la chemise de suspension est constituée dBun film de matière élastique, renforcé de tissu, en particulier renforcé par des fibres qui sont pour 1U essentiel orientées dans le sens de la traction, c 7 est- -dire dans le sens longitudinal du propergol. L'invention assure non seulement la -présence d'une fente de dilatation radiale suffisante entre le carter de la chambre de combustion et le pourtour extérieur du propergol, mais garantit aussi que le volume d'allumage, à savoir l'espace qui se remplit de gaz d'allumage pendant le processus d'allumage, reste pratiqu.ement constant quelle que soit la température, car la zone de fixation annulaire radialement intérieure placée le plus loin en arrière forme un cloisonnement absolument étanche aux gaz. En outre, grâce à la disposition conforme à l'invention du propergol, on a constamment une suspension de surface relativement grande sur plusieurs surfaces annulaires placées axialement les unes derrière les autres, morne aux températures de froid extrême. Un procédé avantageux et simple pour réaliser la fixation conforme à l'invention se distingue par le fait que la chemise de suspension et la couche inhibitrice de combustion prévue pour le propergol sont reliées l'une à l'autre à l'extérieur du carter de la chambre de combustion par les zones de fixation annulaires radialement intérieures.Ensuite, la chemise et la couche inhibitrice de combustion sont in troduites ensemble dans le carter de la chambre de combustion et la chemise, par ses zones de fixation annulaires radialement extérieures munies d'une couche d'adhésif, est ici pressée, radialement de l'intérieur, par exemple à l'aide d'un sac gonflable en caoutchouc, et collée directement sur le côté intérieur du carter de la chambre de combustion, ou en présence d'une couche d'isolation, sur cette dernière, et après cela, le propergol est coulé dans le carter de la chambre de corhustionb Le dessin représente un exemple de réalisation de invention, en coupe longitudinale à travers un moteurfusée à propergol solide, - la figure 1 de ce dessin représentant la situation aux températures extrêmes basses, et - la figure 2 la situation aux températures extrêmes élevées. Dans un autre carter de chambre de combustion 1 suivi d'une tuyère de poussée 2 est installé un propergol solide 3 qui est muni radialement à l'extérieur d'une couche inhibitrice de combustion 4. De meme, sur le côté interne du carter de la chambre de combustion 1 est fixée une couche d'isolation thermique 5. Comme le montre la figure 1, aux basses températures (vers -500C), il se forme une fente de dilatation 6 entre la couche inhibitrice de combustion 4 et la couche d'isolation 5, suite aux coefficients de dilatation différents du carter 1 et du propergol 3. Cette fente est surmontée d'une chemise de suspension 7.Cette chemise présente, vues en direction longitudinale du propergol 3, des zones de fixation annulaires, radialement extérieures 7a, qui sont reliées par adhérence à la couche d'isolation 5 et, de ce fait, au carter de la chambre de combustion 1, ainsi que des zones de fixation annulaires radialement intérieures 7i, qui sont reliées par adhérence à la couche inhibitrice de combustion 4 et de ce fait, au propergol 3. Les zones de fixation 7a et 7i se suivent alternativement, vues en direction longitudinale. A cause de la dilatation plus importante du propergol 3 par rapport à celle du carter de la chambre de combustion 1, la fente annulaire se réduit presque à zéro aux températures maximales, comme le montre la figure 2. La mise en place du propergol 3 dans le carter de la chambre de combustion 1 peut -s 'effectuer avantageusement de manière telle que la chemise de suspension 7 et la couche inhibitrice de combustion 4 prévue pour le propergol 3 sont reliées l'une à l'autre, par les zones de fixation annulaires radialement intérieures, à l'extérieur du carter de la chambre de combustion 1 et qu'elles sont ensuite introduites ensemble dans le carter de la chambre de combustion 1. La chemise de suspension 7, par ses zones de fixation annulaires radialement extérieures 7a, munies d'une couche d'adhésif, est ici pressée, radialement de l'intérieur, par exemple à l'aide d'un sac gonflable en caoutchouc, et collée sur la couche d'isolation 5. Après cela, le propergol 3 est coulé dans le carter de la chambre de combustion 1, opération pendant laquelle le propergol 3 et la couche inhibitrice de combustion 4 se lient l'une a l'autre. La chemise de suspension 7 peut être constituée d'un film de matière plastique, renforcé de tissu, en particulier par des fibres orientées pour l'essentiel dans le sens de la traction, c'est-à-dire dans le sens longitudinal du propergol 3, grâce à quoi les forces d'accélération peuvent être absorbées sans problèmes. REVENDICATIONS 1. Fixation d'un propergol solide dans le carter de la chambre de combustion d'un moteur-fusée, le propergol n'étant relié par adhérence au côté interne du carter de la chambre de combustion que par une partie de son pourtour extérieur, caractérisée par une chemise de suspension (7) prévue entre le propergol (3) et le côté interne du carter de la chambre de combustion (1), c'est-à-dire à l'intérieur de la fente annulaire de dilatation (6), chemise reliée par adhérence par des zones de fixation annulaires radialement extérieures (sua), directement ou en passant par une couche d'isolation (5), au côté intérieur du carter de la chambre de combustion (1) et par des zones de fixation annulaires radialement intérieures (7i) directement ou indirectement par une couche inhibitrice de combustion (4) au propergol (3), les zones de fixation annulaires radialement extérieures (7a) et les zones de fixation annulaires radialement intérieures (7i) se suivant alternativement - vues dans le sens longitu- dinal du propergol (3). 2. Fixation selon la revendication 1, caracerisée par le fait que la chemise de suspension (7) est constituée d'un film de matière plastique renforcé de tissu, en particulier par des fibres orientées, pour I0essentiel, en direc tion de la traction, c'est-à-dire dans le sens longitudinal du propergol (3). 3. Procédé pour la réalisation de la fixation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la chemise de suspension (7) et la couche inhibitrice de combustion (5) prévue pour le propergol (3) sont assembles à llextériev.r du carter de la chambre de combustion (1), par les zones de fixation annulaires radialement intérieures (7i) et ensuite introduites ensemble dans le carter de la chambre de combustion (1) et que la chemise de suspension (7), par ses zones de fixation annulaires radialement extérieures (7 a), munies d'une couche d'adhésif, est ici pressée, par exemple à l'aide d'un sac gonflable en caoutchouc, radialement de l'in térieur et collée directement sur le côté interne du carter de la chambre de combustionvou en cas de présence d'une couche d'isolation (5), sur celle ci, et que, ensuite, le propergol (3) est coulé dans le carter de la chambre de combustion (1).