Brevet FR2640260A1 — publié le 19900615

Procédé de fabrication d'un bloc de propergol comportant des éléments thermiquement conducteurs, et bloc obtenu par ce procédé La présente invention concerne un procédé pour réaliser des blocs de propergol solide pour fusées, missiles ou plus généralement tout engin propulsé par un combustible solide, présentant une vitesse de combustion fortement accrue par l'incorporation d'éléments conduc- teurs de la chaleur dans les blocs de propergols. L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé d'inser- tion d'éléments thermiquement conducteurs tels que par exemple des fils, filaments, bandes métalliques, dans un bloc de propergol solide. On connaît déjA, des procédés de fabrication de blocs de propergols solides comportant des éléments conducteurs thermiques, par exemple par le brevet français n 1 349 125 et le brevet américain n0 3 509 822. Toutefois ces procédés ne peuvent être mis en oeuvre que pour la fabrication de blocs moulés, car les éléments conduc- teurs sont disposés dans le moule avant la coulée du propergol. En conséquence, ces procédés ne permettent pas l'incorporation d'élé- ments conducteurs de la chaleur dans des blocs de propergol obtenus par extrusion, ni dans des blocs formés par assemblage de plusieurs brins de propergol, par exemple. Pour l'obtention de blocs extrudés de propergol à faible durée de combustion, les brevets français n 1 595 508 et 1 605 454 décrivent des procédés consistant à réaliser, par extrusion, des barreaux ou brins comportant une pluralité de perforations longitu- dinales permettant d'augmenter considérablement la surface de com- bustion desdits barreaux ou brins qui brlaient selon un mode de combustion essentiellement radiale. La présente invention a notamment pour objet de remédier à tous ces inconvénients, en proposant un procédé de fabrication de blocs de propergol par insertion d'éléments thermiquement conducteurs dans les blocs obtenus soit par moulage soit par extrusion ou par assem- blage de plusieurs brins de propergol, et cela quelle que soit la nature du propergol. A cet effet, le procédé proposé par l'invention consiste tout d'abord à former un bloc de propergol, en ménageant dans le bloc, pendant ou après sa formation, un ou une pluralité de canaux, puis à insérer dans ces canaux un élément conducteur de la chaleur et enfin à couler dans les canaux une composition pour assurer la liaison mécanique entre les éléments conducteurs et le propergol constituant le bloc. Le bloc de propergol peut être formé soit par extrusion, soit par moulage, ou par assemblage par exemple sous pression ou par collage, de brins de propergol. La composition de liaison mécanique peut être soit une composition combustible soit une composition inerte, selon la nature de la composition de propergol constituant le bloc. Ainsi, dans le cas d'un bloc en propergol homogène, il est avanta- geux, selon l'invention, d'utiliser comme composition de liaison, le solvant de moulage d'un tel propergol, et notamment un ester nitrique tel que la nitroglycérine, par exemple. Ce solvant de moulage provo- que un gonflement de la matrice du propergol dans les canaux, pour enserrer l'élément conducteur. Le bloc ainsi obtenu peut être soumis à un traitement thermique. Selon une caractéristique préférée de l'invention, cette composition de liaison est introduite dans les canaux du bloc par aspiration sous pression réduite, selon un procédé sensiblement analogue à celui de la fabrication d'un bloc de propergol double-base par la méthode dite de moulage. Selon une autre caractéristique de l'invention, et dans le cas o le bloc de propergol à fabriquer est constitué de plusieurs brins de propergol assemblés par collage ou pression, le procédé de l'inven- tion consiste A disposer les éléments conducteurs de la chaleur entre chaque brin avant leur assemblage, la composition de liaison mécanique étant avantageusement la composition de collage employée pour l'assemblage des brins. Le procédé permet donc de réaliser de tels blocs à combustion pilo- tée par des éléments thermiquement conducteurs en une seule opéra- tion, la présence des éléments conducteurs facilitant la remontée de la composition de collage entre chaque brin de propergol, les brins pouvant être réalisés par extrusion, moulage et pouvant déjA conte- nir des éléments conducteurs de la chaleur. L'invention a également pour objet des blocs de propergol A combus- tion pilotée par des éléments conducteurs de la chaleur, obtenus par le procédé décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention appa- raitront plus clairement dans la description détaillée qui va suivre faite en référence aux exemples donnés simplement A titre indicatif et aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un bloc de propergol extrudé obtenu selon le procédé de l'invention; - la figure 2 est une vue A échelle agrandie de la partie II de la figure 1; - la figure 3 est une vue de la face arrière d'un bloc de propergol comprenant plusieurs brins assemblés, obtenu selon un premier mode de réalisation du procédé de l'invention; et - la figure 4 est une vue de la face arrière d'un bloc de propergol comportant des brins assemblés, obtenu selon un second mode de réalisation du procédé de l'invention. A titre d'illustration du procédé de l'invention, on décrira la réalisation de plusieurs blocs propulseurs, ces blocs étant A com- bustion frontale. Toutefois, le procédé de l'invention s'applique également pour la réalisation de blocs propulseurs A combustion radiale pilotée par des éléments thermiquement conducteurs. En se référant aux figures 1 et 2, on décrira un premier mode de réalisation du procédé permettant la réalisation d'un bloc de pro- pergol extrudé A combustion frontale pilotée par des éléments conducteurs de la chaleur. Selon l'invention, on réalise, par extrusion d'une composition de propergol, par exemple d'un propergol homogène obtenu par la méthode sans solvant, un bloc 1 présentant une pluralité de perforations 2 longitudinales formant des canaux, ces canaux 2 étant sensiblement parallèles A l'axe longitudinal du bloc. Dans chacun de ces canaux, on insère un élément 3 conducteur de la chaleur. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, cet élément 3 est un fil ou filament métallique, par exemple un fil d'argent ou de cuivre, de diamètre compris entre environ 0,1 mm et environ 1 mm, par exemple égal à 0,1 mm. Toutefois cet élément conducteur 3 peut être constitué en tout matériau ayant une conductibilité thermique supérieure A celle du propergol constituant le bloc 1. Il peut également être sous forme de bande, lamelle ou analogue. Les conducteurs 3 sont maintenus, avantageusement, en configuration tendue par un dispositif de ressorts fixé aux extrémités de chaque conducteur, ou par un dispositif équivalent. Il est également pos- sible de fixer simplement les conducteurs par leurs extrémités à des parties fixes de l'installation pour les maintenir en position correcte dans les canaux 2. Selon l'invention, une composition 4 est ensuite coulée dans chaque canal 2 pour assurer la liaison mécanique des éléments 3 avec le propergol 1, comme cela est clairement visible à la figure 2. Cette composition est soit coulée par la partie supérieure du bloc de propergol 1, soit introduite dans les canaux par aspiration sous pression réduite. Dans ce dernier cas, le bloc de propergol 1 avec les conducteurs de chaleur 3 sont disposés dans un moule. Le moule est mis sous pression réduite et la composition 4 est alimentée à la partie inférieure du moule, puis remonte dans les canaux 2. La composition 4 pour assurer une bonne liaison entre les fils 3 et le propergol 1, doit avoir de bonnes propriétés d'adhérence aux fils métalliques, et au propergol, et avantageusement doit pouvoir réagir chimiquement avec un composant du propergol 1, par exemple le liant dans le cas d'un propergol composite, ou la nitrocellulose pour un propergol homogène. Cette composition peut être combustible ou inerte. Ainsi, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, quand le bloc 1 est constitué par un propergol homogène, tel qu'un propergol double- base extrudé ou moulé, la composition 4 est avantageusement constitué par le solvant de moulage dudit propergol, à savoir par notamment un ester nitrique, tel que, par exemple la nitroglycérine, et un flegmatisant tel que, par exemple la triacétine, et éventuel- lement un stabilisant comme la nitro-2 diphénylamine (2-NDPA) ou la centralite. Ce solvant de moulage fait gonfler le propergol 1 pour enserrer les éléments conducteurs 3. A titre d'exemple, la composition de liaison peut avoir les compo- sitions pondérales suivantes: Exemple A Exemple B Nitroglycérine 78% 72% Triacétine 21,5% 27,5% Centralite 0,5% 0,5% On peut utiliser comme composition inerte 4 de liaison, de la tri- acétine. La fabrication du bloc est terminée par un traitement thermique, puis par le dépôt d'une couche d'inhibage 5 sur toutes les faces du bloc à l'exception de la face arrière étant donné que le bloc est A combustion frontale. Le traitement thermique de ces blocs consiste par exemple, par un maintien du bloc à une température de - 40 C pendant 24 heures, puis un réchauffement rapide A 60 C et maintien à cette température pendant 24 heures, ce cycle étant répété trois fois successivement. Sur cette face arrière, il est avantageux de former plusieurs c8nes 6 dont les sommets sont centrés sur chaque élément conducteur 3 pour accélérer la stabilisation de la surface de combustion du bloc. Ainsi, le procédé de l'invention permet de réaliser un bloc de propergol et d'insérer dans ce bloc des éléments conducteurs de la chaleur sans demander la réalisation d'outillages complexes et spécialisés. En se reférant aux figures 3 et 4, on décrira un second mode de réalisation de l'invention, notamment convenable pour la fabrication de blocs de propergols à combustion pilotée par des éléments conduc- teurs de la chaleur, et obtenus par assemblage de plusieurs brins de propergol. Ainsi le bloc 7 illustré à la figure 3 comprend un brin central hexagonal 8 et six autres brins 9 disposés autour du brin central 8. Bien entendu, la forme des brins 8, 9 peut être quelconque, et ceux- ci peuvent être obtenus par moulage ou extrusion. Selon l'invention, on dispose les éléments conducteurs de la cha- leur 3, entre chaque brin, avant de les assembler. En effet les canaux 2 sont définis entre chaque brin, simplement par les faces opposées de deux brins de propergol. Dans le cas d'un bloc à combus- tion frontale, les éléments 3 sont disposés sensiblement parallèle- ment à l'axe longitudinal du bloc. Ces éléments sont, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, des fils ou filaments métal- liques, comme cela a été mentionné précedemment. Dans l'exemple de la figure 3, un fil 3 a été disposé sur chaque arête du brin 8. L'ensemble des brins et des fils est disposé dans un moule (non re- présenté) comme par exemple un moule décrit dans le brevet français n" 1 605 454. La composition d'assemblage des brins est introduite à la partie inférieure du moule et remonte entre chaque brin pour réaliser l'assemblage. Avantageusement le moule est mis sous pression réduite. Comme dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, quand les brins 8, 9 sont constitués par un propergol double-base, la composition d'assemblage est constituée, avantageusement, par un solvant de moulage du propergol, comprenant, comme indiqué préce- demment, un ester nitrique, un flegmatisant et éventuellement un stabilisant. La fabrication du bloc est terminée par un traitement thermique, un inhibage et éventuellement la réalisation de cônes sur sa face arrière, de manière analogue aux cônes 6 de la figure 1. Bien entendu l'emplacement des fils conducteurs 3 peut être diffé- rent. Ainsi dans l'exemple illustré sur la figure 4, les fils 3 sont disposés sur chaque côté des brins 8, 9. Il est également possible de former sur les côtés des brins une rainure longitudinale, ou un chanfrein sur les arêtes des brins 8, 9 pour recevoir les fils conducteurs 3. Par ailleurs, chaque brin 8, 9, peut contenir un ou plusieurs fils conducteurs 3a, comme illustré à la figure 4. Ces fils conducteurs 3a peuvent être insérés dans chaque brin par le procédé de l'invention. Dans ce cas les brins 8, 9 sont formés avec un canal de préférence, par extrusion. Si les brins sont fabriqués par moulage, il est plus avantageux d'insérer les fils conducteurs 3a pendant l'étape de moulage selon un autre procédé. Le procédé de l'invention permet donc d'insérer les fils de pilotage de combustion pendant l'étape d'assemblage des brins. De plus, ce procédé présente un autre avantage car il facilite la réalisation de l'assemblage des brins. En effet, les fils 3 disposés entre chaque brin maintiennent un écartement entre les faces des brins et donc facilitent et favorisent la migration de la composition d'assemblage entre chaque brin. Il est ainsi possible de réaliser facilement des blocs dont la section transversale est supérieure à la section maximale des blocs formés par extrusion. Ce procédé permet également d'insérer un nombre élevé de fils 3 et donc de réduire la durée de combustion de ces blocs, sans diminuer leurs propriétés mécaniques. Des essais de tirs de blocs de propergol ayant la configuration représentée à la figure 4 et obtenus par le procédé de l'invention, ont été réalisés en bombe au point fixe avec une tuyère de 5 mm de diamètre et à une température de - 30 C; 20 C; et 50 C respec- tivement. Les différents résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau I ci-dessous. Tableau I - résultats des tirs de blocs selon l'invention :oegl: élément tempéra-: Pmeva Vi :Propergol: -n: conduc- ture de: (bar) (mm/s):(lmm/s) teur tir :::: ::::: m. .. .., - : Double-: fil de: + 500: 3,59:266,1: 93,3: 27,4: 3,4: :base::: ::::: : méthode: Cu:: :::: : sans: 0: 0,1:+ 20 :5,20:174,2: 64,4:27:2,4: :solvant: mm:: ::: : et::: ::::: extrudé:: - 30 : 7,25:128,4: 46,2: 24: 1, 9: Pme = Pression moyenne de combustion. Va = Vitesse apparente de combustion du bloc longueur de l'élément conducteur tc tc = Durée de combustion en régime Vi = Vitesse intrinsèque de combustion du propergol n =a = facteur multiplicateur Ces essais montrent que d'une part l'incorporation des fils dans le bloc de propergol n'apporte aucune perturbation dans le déroulement de la combustion de ces blocs, et d'autre part le facteur multiplicateur de la vitesse de combustion est de l'ordre de 2 à 3,5. De plus, le procédé de l'invention facilite la fabrication des blocs propulseurs obtenus par assemblage de brins de propergol. Revendications 1. Procédé de fabrication d'un bloc de propergol comportant des éléments thermiquement conducteurs pour piloter et accélérer la combustion dudit bloc, caractérisé en ce qu'il consiste successi- vement à: - former un bloc de propergol en ménageant dans ledit bloc, pendant ou après sa formation, un ou une pluralité de canaux 2, - insérer un élément 3 conducteur de la chaleur dans lesdits canaux 2, et - couler dans lesdits canaux 2, une composition 4 pour assurer la liaison mécanique entre lesdits éléments 3 conducteurs et le propergol constituant le bloc. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de propergol précité est formé par extrusion ou moulage, les canaux étant réalisés pendant la formation dudit bloc. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de propergol précité est formé par assemblage de plusieurs brins 8, 9 de propergol, au moins une partie des canaux 3 précités étant formés entre les surfaces d'assemblage desdits brins 8, 9. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la compo- sition 4 précitée de liaison mécanique est la composition d'assemblage ou de collage utilisée pour assembler les brins de propergol 8, 9 précités. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les brins de propergol 8, 9 précités ont une section polygonale, les éléments conducteurs 3 précités étant disposés sur les c8tés desdits brins 8, 9. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un élément conducteur 3a précité est inséré dans au moins un des brins de propergol précités 8, 9. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les brins de propergol 8, 9 précités sont formés par extrusion. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le propergol 1 constituant le bloc de propergol précité ou les brins 8, 9 précités est un propergol homogène, la composition 4 de liaison mécanique précitée est constituée par le solvant de moulage dudit propergol. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la compo- sition 4 de liaison mécanique précitée contient au moins un ester nitrique et un plastifiant. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 A 7, caractérisé en ce que la composition 4 de liaison mécanique précitée est une composi- tion inerte énergétiquement, adhérente aux éléments conducteurs précités et au propergol. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition de liaison mécanique 4 précitée est coulée par aspiration sous pression réduite dans les canaux 2 précités. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc de propergol contenant les éléments conducteurs 3 est soumis A un traitement thermique. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments 3 conducteurs de la chaleur précités sont des fils ou filaments métalliques de diamètre compris entre environ 0,1 mm et environ 1 mm. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les fils 3 précités sont des fils de cuivre ou des fils d'argent. 15. Bloc de propergol à combustion pilotée par des éléments conduc- teurs de la chaleur, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes.