Brevet FR2614651A1 — publié le 19881104

INSTALLATION POUR LA FORMATION D'UN REVETEMENT DE PROTECTION THERMIQUE D'UN PROPULSEUR La présente invention concerne la formation de revêtements de protection thermique sur la paroi interne de propulseurs à propergol solide. Il est nécessaire de munir la paroi interne de propulseurs à propergol solide d'un revêtement de protection thermique afin de protéger la structure du propulseur pendant la phase de combustion du bloc de propergol logé dans le corps du propulseur. Le revêtement est un caoutchouc mis en place sur la paroi interne de la partie cylindrique, ou virole, du corps de propulseur ainsi que sur les parties de face et de fond rapportées aux extrémités avant et arrière du corps de propulseur. L'épaisseur du revêtement de protection varie le long du corps du propulseur ; elLe est plus importante dans les zones les plus exposées, notamment à l'arrière du corps. Les procédés connus pour la formation des revêtements de protection thermique peuvent être classés en deux catégories. Un premier type de procédé consiste à élaborer séparément la couche de revêtement par drapage, moulage à la presse ou bobinage, puis à intégrer le revêtement dans le corps de propulseur par collage. Selon un procédé connu de ce type, le caoutchouc est bobiné sur un mandrin mâle, Le bobinage permettant une mise en forme relativement facile, quel que soit le profil du mandrin. Un deuxième type de procédé consiste à mettre en oeuvre Le revêtement in situ, c'est-à-dire directement sur la paroi interne du propulseur. Par rapport aux procédés du type précédent, cette solution est à L'évidence moins longue et moins coûteuse puisque l'opération de collage est inexistante. Le caoutchouc est mis en oeuvre par drapage et La liaison avec la structure du propulseur se crée au cours de La vulcanisation. Le drapage présente toutefois divers inconvénients. Il nécessite La découpe de strates de caoutchouc dans de la feuille calandrée, ce qui entrasse des chutes importantes. Par ailleurs, la formation du revêtement en couches superposées est cause d'hétérogénéité qui amoindrit la résistance à l'ablation. L'invention a pour but de fournir les moyens permettant une mise en oeuvre in situ du revêtement de protection thermique sans présenter les inconvénients ci-dessus des procédés connus. Selon un aspect de l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé comportant les étapes qui consistent à : - revêtir la paroi interne d'un élément de propulseur a protéger d'au moins un agent d'adhérisation, - extruder une bande de caoutchouc dont L'épaisseur est ajustable en cours d'extrusion, - bobiner la bande de caoutchouc sur la paroi interne de l'élément de propulseur, le bobinage étant réalisé à spires jointives en appliquant la bande de caoutchouc contre la paroi interne et contre la spire précédente pour former le revêtement en une seule couche de bobinage, l'épaisseur de la bande de caoutchouc étant ajustée en cours de bobinage pour obtenir l'épaisseur souhaitée du revêtement en chaque emplacement, et - vulcaniser le revêtement de caoutchouc. Ce procédé apporte plusieurs avantages. Par rapport au drapage, le bobinage permet de limiter les pertes de matière au caoutchouc restant dans l'extrudeuse en fin d'opération et au caoutchouc dit de nettoyage non utilisé en début d'opération. De plus, le caoutchouc est homogénéisé en masse dans l'extrudeuse et est appliqué en une seule couche ayant l'épaisseur du revêtement å former, ce qui est favorable pour la résistance à l'ablation. De plus encore, les surfaces adhérisées sont limitées aux liai sons avec la structure du propulseur et entre les spires adjacentes, et sont donc notablement diminuées par rapport au cas de plusieurs feuilles superposées.Cette diminution des surfaces adhérisées se traduit par une augmentation de la fiabilité de la protection thermique car l'on sait que les défauts majeurs que peut présenter celle-ci se situent aux interfaces. Enfin, le bobinage peut être réalisé suffisamment rapidement pour limiter la durée d'exposition des surfaces adhérisées et, par conséquent, diminuer les risques de pollution de ces surfaces. Selon un autre de ses aspects, l'invention a aussi pour but de fournir une installation permettant la mise en oeuvre du procédé. Ce but est atteint grâce à une installation comportant, conformément à l'invention : - un dispositif d'extrusion ayant une sortie de dimension variable et des moyens de réglage de ladite dimension pour fournir une bande de caoutchouc cru dont l'épaisseur est ajustable en cours d'extrusion, - un dispositif d'application de la bande de caoutchouc contre la paroi interne d'un élément de propulseur à protéger, - des moyens de guidage de la bande de caoutchouc entre le dispositif d'extrusion et le dispositif d'application, - des premiers moyens d'entraînement pour entraîner l'élément de propulseur en rotation autour d'un axe et des deuxièmes moyens d'entra;;nement pour provoquer un mouvement relatif en translation entre l'élément de propulseur et le dispositif d'application, et - un dispositif de commande pour commander les premiers et deuxièmes moyens d'entra~nement et les moyens de réglage de dimension de la sortie du dispositif d'extrusion pour former le revêtement de la paroi interne de l'élément de propulseur par bobinage hélicoidal à spires jointives en une seule couche en conférant au revêtement l'épaisseur désirée en tout emplacement sur la paroi interne. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue très schématique d'ensemble d'un mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention pour la mise en oeuvre d'un revêtement de protection thermique sur la paroi interne du corps cylindrique d'un propulseur ; - la figure 2 est une vue de détail à échelle agrandie illustrant une variante de réalisation du dispositif d'application de la bande de caoutchouc.; - la figure 3 est une vue partielle très schématique d'une variante de réalisation de l'installation selon l'invention pour la formation d'un revêtement de protection thermique de face ; et - les figures 4 et 5 sont des vues partielles très schématiques montrant une autre variante de réalisation de l'installation selon l'invention pour la formation d'un revêtement de protection thermique de fond de propulseur. La structure d'un propulseur à propergol solide comprend plusieurs éléments dont un corps de propulseur en forme de cylindre ou virole muni à l'extrémité avant d'un élément de fermeture, ou face, et, à l'extrémité arrière, d'un élément de fond qui est relié à une tuyère. Un bloc de propergol solide est logé à l'intérieur du corps de propulseur avec interposition d'un revêtement de protection thermique destiné à protéger la structure du propulseur de la chaleur dégagée par la combustion et véhiculée par les gaz de combustion lors du fonctionnement du propulseur. L'épaisseur de la protection thermique varie suivant l'emplacement dans le propulseur ; elle est bien évidemment plus grande dans les régions les plus exposées, en particulier dans la partie arrière du propulseur. Conformément à l'invention, la protection thermique est réalisée par bobinage in situ d'une bande de caoutchouc cru pour former directement le revêtement ayant L'épaisseur désirée. Un mode de réalisation d'une installation permettant ce bobinage sur la paroi interne du corps cylindrique du propulseur sera maintenant décrit en référence à la figure 1. Une bande 10 de caoutchouc cru est produite au moyen d'une extrudeuse 12 munie d'une filière 14 à section variable. La variation de section de la filière est obtenue en faisant varier la largeur de l'ouverture au moyen d'un moteur 16 agissant sur un côte mobile de cette ouverture. L'épaisseur de la bande 10 peut ainsi etre réglée à la valeur désirée. Un capteur 18 placé à la sortie de la filière 14 fournit un signal de mesure représentatif de l'épaisseur réelle de la bande 10. Ce signal de mesure est reçu par un dispositif de commande qui produit un signal de commande du moteur 16 à partir d'informations relatives à l'emplacement instantané du bobinage et au profil désiré du revêtement de protection thermique, comme décrit plus loin. En sortant de l'extrudeuse 12, la bande 10 passe successivement sur un rouleau de renvoi 21, un rouleau de tension 22 et un autre rouleau de renvoi 26 et est dirigée vers l'intérieur du corps de propulseur 20 dans une direction parallèle à l'axe de celui-ci. Dans t'exemple illustré, le trajet de la bande 10 est horizontal et La bande est déplacée jusqu'à l'intérieur du corps de propulseur 20 avec ses faces opposées verticales, des galets de soutien 28 étant prévus sur lesquels la bande roule par sa tranche inférieure pour être maintenue sur son trajet. Le rouleau de tension 22, d'axe vertical, est monté sur un support 23 mobile en translation. Un vérin 24 agit sur le support 23 pour exercer une force sensiblement constant Ft sur le rouleau 22 afin de maintenir la bande 10 en permanence tendue tout le long de son trajet. Le dispositif d'application de la bande 10 contre la paroi interne du corps 20 du propulseur est supporté par un chariot 30 mobile, à-L'intérieur du corps 20, parallèlement à l'axe de celui-ci. Le dépLacement' en translation du chariot 30 par rapport au corps 20 en direction axiale est produit au moyen d'un moteur 32 qui entrain une vis sans fin 34 coopérant avec le chariot 30. Le chariot 30 porte un rouleau de renvoi 36 autour duquel passe la bande 10 pour être dirigée radialement vers un rouleau d'application 38 d'axe parallèle à celui du corps 20. Le rouleau de renvoi 36 étant d'axe perpendiculaire à celui du corps 20, la bande 10 est vrillée d'un quart de tour entre les rouleaux 36 et 38 pour être plaquée contre La paroi interne du corps 20. Le corps cylindrique 20 repose par sa paroi externe sur des galets ou tambours 40 d'axes parallèles à celui du corps 20. Un moteur 42 entraîne en rotation l'un au moins des tambours 40 lequel à son tour entrain par frottement le corps 20 en rotation autour de son axe. En commandant de façon appropriée les déplacements en translation du chariot 30 et en rotation du corps 20, on réalise un bobinage hélicoidal à spires jointives de la bande sur la paroi interne du corps 20. Le déplacement du chariot 30 est piloté par un palpeur 44 porté par le chariot 30 et dont l'élément mobile est une roulette 46 qui prend appui sur la tranche de la spire précédant celle en cours de formation par la bande 10. Le signal du palpeur 44 est transmis à un circuit de régulation 48 qui commande le moteur 32 de manière à déplacer le chariot pour obtenir des spires jointives indépendamment de possibles variations de la vitesse de rotation du corps 20. Le déplacement en rotation du corps 20 est provoqué par le moteur 42 qui est commandé par un circuit d'asservissement 50 recevant un signal fourni par un détecteur 52 et représentatif de la position du rouleau de tension 22. Une position de consigne est assignée au rouleau 22. Le circuit 50 commande le moteur 42 de manière à maintenir le rouleau 22 dans sa position de consigne, un déplacement du rouleau 22 d'un côté ou de l'autre de cette position entrainant une accélération ou une décélération du moteur 42. Ainsi, dans ce système d'asservissement, c'est la vitesse de rotation du corps 20 qui est variable tandis que l'élément fixe est le trajet de la bande 10. Un capteur de position du chariot 30 comprend un détecteur 54 disposé dans le corps du propulseur dans la direction axiale pour fournir un signal représentatif de la position axiale du chariot 30 dans le corps 20, c'est-à-dire un signal de position représentatif à chaque instant de L'emplacement le long de l'axe du corps 20 ou la bande 10 vient au contact de la paroi interne du corps 20. Le signal de position délivré par le détecteur 54 est transmis au dispositif de commande du moteur 16. Ce dispositif de commande comprend un circuit à microproceseur 56 avec des circuits mémoires dans lequels sont enregistrées des données représentatives de l'épaisseur désirée de la protection thermique le long du corps de propulseur.Le circuit 56 reçoit le signal de position du chariot et, en fonction de celui-ci, élabore un signal de consigne transmis à un circuit d'asservissement 58. Le circuit d'asservissement 58 reçoit par ailleurs le signal de mesure fourni par le capteur 18 et élabore un signal de commande du moteur 16 pour asservir l'épaisseur de la bande 10 mesurée en sortie de la filière 14 à la valeur de consigne calculée par le circuit 56. On notera que, pour le calcul de la valeur de consigne de l'épaisseur de la bande 10, il doit être tenu compte de la longueur du trajet de la bande 10 entre l'extrudeuse et le rouleau d'application 38, longueur elle-même dépendante de la position du chariot 30. Le rouleau d'application 38 est réalisé de manière à appliquer la bande 10 contre la paroi interne du corps 20 de propulseur et contre la tranche de la spire précédente. Dans l'exemple illustré par la figure 1, ce résultat est obtenu en conférant au rouleau 38 une forme cylindro-tronc8nique. La partie cylindrique 38a, par exemple en un caoutchouc mousse de dureté élevée, est appliqué contre la face libre de la bande 10 pour plaquer celle-ci contre la paroi ; la partie troncônique 38b, par exemple métallique, agit sur la tranche libre de la bande 10 pour plaquer celle-ci contre la tranche de la spire précédente.A cet effet, le rouleau 38 est soumis à l'action de deux vérins (non représentés) portés par le chariot 30 :un premier vérin exerce une force radiale Fr pour appliquer la bande contre la paroi et un deuxième vérin exerce une force axiale Fa pour appliquer la bande contre la spire précédente. En variante, l'application de la bande 10 peut être réalisée au moyen du dispositif illustré par la figure 2. En aval du rouleau de renvoi 36, la bande t0 est vrillée d'un quart de tour et passe entre deux rouleaux 60, 62 d'axes horizontaux entre lesquels elle est pincée, le rouleau 60 étant soumis à une force Fp dirigée vers le rouleau 62 et produite par un vérin (non représenté) porté par le chariot 30. En sortie des rouleaux 60, 62, la bande 10 passe entre des roulettes 64, 66. d'axes verticaux et de forme troncônique qui s'appuient sur les tranches de la bande 10 et guident celle-ci dans la direction axiale du corps de propulseur afin d'assurer un bobinage à spires jointives. L'application de la bande 10 contre la paroi interne du corps de propulseur est réalisée au moyen d'un rouleau d'application 68 d'axe horizontal parallèle à celui du corps. Le rouleau 68 est soumis à une force radiale Fr exercée par un vérin (non représenté) porté par le chariot 30. Le rouleau 68 peut être de forme cylindrique ou cylindro-troncônique comme le rouleau 38 de l'exemple illustré par la figure 1. Le fonctionnement de l'installation décrite ci-avant découle à l'évidence de ce qui précède. Avant le début du bobinage, la paroi interne du propulseur est revêtue d'agents d'adhérisation et d'un agent tackifiant. Après bobinage, le revêtement est vulcanisé, ce qui provoque liaison avec la paroi du propulseur et la liaison entre les spires. La formation du revêtement de protection thermique par bobinage in situ est également possible pour des éléments de propulseur autres que le corps, ou virole. Ainsi, la figure 3 illustre partiellement un mode de réalisation de l'installation selon l'invention pour la formation d'une protection thermique d'un élément de face. L'élément de face 70, en forme de disque, est disposé horizontalement et est entrainé en rotation autour de son axe vertical. La bande 10 provenant du dispositif d'extrusion (non représenté) est guidée le long d'un trajet horizontal jusqu'à l'intervalle entre deux rouleaux pinceurs 73, 74. Sur son trajet horizontal, la bande 10 est soutenue par des rouleaux, tels que 71, et guidée latéralement par des roulettes, telles que 72. En aval-des rouleaux 73, 74, la bande 10 est dirigée verticalement vers l'élément 70 et est appliquée contre la paroi interne de celui'ci au moyen d'un rouleau d'application 78. Les rouleaux 73, 74 et le rouleau d'application 78 sont montés sur un chariot (non représenté) mobile horizontalement en direction radiale par rapport à l'élément de face 70. Le bobinage de la bande 10 sur la paroi interne de l'élément de face 70 est obtenu en combinant les mouvements de translation du chariot et de rotation de l'élément de face 70. Le bobinage est réalisé depuis la périphérie de l'élément de face 70 vers le centre de celui-ci en une seule couche. Sur son trajet entre les rouleaux 73, 74 et le rouleau d'application, la bande 10 est guidée latéralement par des roulettes 76, 77 prenant appui sur les tranches de la bande 10 pour assurer un bobinage à spires jointives. Le rouleau d'application 78 a un axe horizontal qui s'étend parallèlement à la direction horizontale de déplacement du chariot et est soumis à une force verticale dirigée vers la paroi de l'élément dejace et produite par un vérin (non représenté) monté sur le chariot.. L'entrainement du chariot est piloté par un palpeur dont l'élément mobile est constitué par une roulette 79 s'appuyant sur la dernière spire mise en place. De la même manière que précédemment, des moyens sont prévus pour commander la vitesse de rotation de l'élément de face 70 afin de conserver un trajet inchangé pour la bande 10 et pour commander l'ouverture de la filière du dispositif d'extrusion pour conférer à la bande 10 l'épaisseur souhaitée en fonction de l'emplacement du bobinage sur l'élément de face. Enfin, les figures 4 et 5 illustrent partiellement un mode de réalisation de l'installation selon l'invention pour la formation d'une protection thermique d'un élément de fond. L'élément de fond 80 a une forme de coupelle sans fond 15 et est entraSné en rotation autour d'un axe vertical. Comme dans l'exemple précédent, la bande 10 est amenée horizontalement jusqu'à l'intervalle entre deux rouleaux pinceurs 83, 84 puis est dirigée dans une direction sensiblement normale à la paroi interne dé l'élément de fond 80 pour être appliquée contre cette paroi au moyen d'un rouleau d'application 88. Sur son trajet entre les rouleaux pinceurs 83, 84 et le rouleau d'application 88, la bande est guidée radialement par des roulettes 86, 87. L'ensemble forme par les rouleaux pinceurs 83, 84, les roulettes 86, 87 et le rouleau d'application 88 est monté sur un chariot schématisé en 90. Comme le montre plus particulièrement la figure 5, le déplacement qui doit être imposé au chariot 90 pour assurer un bobinage à spires jointives de la bande 10 depuis le bord de plus petit diamètre jusqu'au bord de plus grand diamètre en combinaison avec la rotation de l'élément de fond 80 peut être décomposé en trois mouvements : - un mouvement de translation radial (direction Tr) du même type que celui imposé au chariot pour le bobinage de l'élément de face, - un mouvement de translation axial (direct'ion Ta) d'un bord à l'autre de l'élément de fond, et - un mouvement de pivotement (direction Tp) autour d'un axe AA perpendiculaire à l'axe de l'élément de fond 80 pour permettre au rouleau d'application 88 de suivre le profil de la paroi interne de l'élément de fond. Les mouvements de translation Tr et Ta peuvent être produits manuellement, au moyen de systèmes vis-manivelles simples, pendant l'opération de bobinage. L'opérateur commande ces mouvements de translation pour assurer un bobinage à spires jointives. Le mouvement de pivotement Tp est produit automatiquement par auto-adaptation de la position du rouleau d'application 88 pendant le bobinage. Le rouleau d'application 88 est de forme cylindro-troncônique. La partie cylindrique 88a appuie sur la face libre de la bande 10 pour plaquer celle-ci contre la paroi de l'élément de fond 80 sous l'effet d'une force Fn sensiblement normale à la paroi produite par un vérin (non représenté) porté par le chariot 90. La partie tronconique 88b appuie sur la tranche libre de la bande 10 pour plaquer celle-ci contre la tranche de la spire précédente sous l'effet d'un couple Fc produit par un vérin (non représenté) et appliqué sur la structure 92 portant le rouleau 88. Malgré la pression exercée par le rouleau 88 et les déformations qui en résultent de la bande 10, le profil de la pièce de fond 80 est tel qu'il subsiste des interstices entre les spires (voir figure 5). Ces interstices disparaissent lors de la vulcanisation sous l'effet du fluage du caoutchouc sous la pression de l'autoclave et à chaud Il en résulte une modification de la forme du revêtement bobiné. Il est donc nécessaire de réaliser par bobinage un revêtement d'épaisseur supérieure à celle nécessaire puis d'usiner le revêtement vulcanisé pour l'amener au profil désiré. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la formation in situ d'un revêtement de protection thermique sur la paroi interne ' d'un élément de propulseur, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à - revêtir la paroi interne d'un élément de propulseur å protéger d'au moins un agent d'adhérisation, - extruder une bande de caoutchouc cru dont l'épaisseur est ajustable en cours d'extrusion, - bobiner la bande de caoutchouc sur la paroi interne de l'élément de propulseur, le bobinage étant réalisé à spires jointives en appliquant la bande de caoutchouc contre la paroi interne et contre la spire précédente pour former le revêtement en une seule couche de bobinage, l'épaisseur de la bande de caoutchouc étant ajustée en cours de bobinage pour obtenir l'épaisseur souhaitée du revêtement en chaque emplacement, et - vulcaniser le revêtement de caoutchouc. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de propulseur est entraîné en rotation à une vitesse commandée de manière à maintenir le trajet de la bande de caoutchouc sensiblement constant. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la bande de caoutchouc extrudée est déterminée en fonction de l'épaisseur souhaitée du revêtement en tenant compte de la position instantanée du point d'application de la bande de caoutchouc sur la paroi interne de l'élément de propulseur et de la longueur du trajet de la bande jusqu'au point d'application. 4. Installation pour la formation in situ d'un revêtement de protection thermique sur la paroi interne d'un élément de propulseur, installation caractérisée en ce qu'elle comporte : - un dispositif d'extrusion (12, 14) ayant une sortie de dimension variable et des moyens (16) de réglage de ladite dimension pour fournir une bande de caoutchouc cru dont L'épaisseur est ajustable en cours d'extrusion, - un dispositif (38; 78; 88) d'application de la bande de caoutchouc contre la paroi interne d'un élément de propulseur à protéger, - des moyens de guidage de la bande de caoutchouc entre le dispositif d'extrusion et le dispositif d'application, - des premiers moyens d'entraînement (40, 42) pour entraîner l'élément de propulseur en rotation autour d'un axe et des deuxièmes moyens d'entraînement (30, 32) pour provoquer un mouvement relatif en translation entre l'élément de propulseur et le dispositif d'application, et - un dispositif de commande (48, 50, 56, 58) pour commander les premiers et deuxièmes moyens d'entraînement et les moyens de réglage de dimension de la sortie des dispositifs d'extrusion pour former le revêtement de la paroi interne de l'élément de propulseur par bobinage hélicoidal à spires jointives en une seule courbe en conférant au revêtement l'épaisseur désirée en tout emplacement sur la paroi interne. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un détecteur de position (54) fournissant un signal de position représentatif de la position relative du dispositif d'application de bande et de l'élément de propulseur, des moyens de calcul (56) recevant le signal de position pour fournir un signal de consigne représentatif de l'épaisseur à donner à la bande de caoutchouc extrudée pour obtenir l'épaisseur de revêtement désirée en fonction de ladite position relative et de la longueur du trajet de la bande de caoutchouc entre la sortie du dispositif d'extrusion et le dispositif d'application de la bande. 6. Installation selon L'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que le dispositif d'application (38) comprend des moyens (38a, 38b) agissant sur la bande de caoutchouc pour appliquer celle-ci contre la paroi interne de L'élément de propulseur et contre la tranche de l'enroulement précédemment formé sur Ladite paroi par la bande de caoutchouc. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif d'application de bande comprend un rouleau ayant au moins une partie cylindrique (38a) pour appliquer la bande (10) contre La paroi interne de l'élément de propulseur, et des moyens pour exercer sur le rouleau une force d'application ayant au moins une composante dirigée vers la paroi interne de l'élément de propulseur. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le rouleau d'application a une partie troncônique (38b) agissant sur la tranche de la bande de caoutchouc (10) pour appliquer la bande contre la tranche de l'enroulement précédent. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un rouleau de tension (22) mobile en translation sur lequel passe la bande sur son trajet entre la sortie du dispositif d'extrusion (12-14) et le dispositif d'application (38), des moyens pour exercer une force sur le rouleau de tension afin de maintenir la bande de caoutchouc tendue sur ledit trajet, un capteur (52) de position du rouleau de tension et des moyens de régulation (50) fournissant un signal de commande des moyens d'entra9nement en rotation de l'élément de propulseur pour commander la vitesse de rotation de l'élément de propulseur de manière à maintenir le rouleau de tension dans une position prédéterminée.