Brevet FR2648518A1 — publié le 19901221

Propulseur comorenant un bloc de DroDerol m'uni d'un canal central de section variable. L'invention concerne un propulseur d'accélération d'un engin auto- propulsé tel qu'un missile ou une roquette, ce type de propulseur comprenant un corps équipé d'une tuyère et un bloc de propergol com- portant un canal central longitudinal de section variable. Un propulseur d'accélération doit être équipé d'un bloc propulsif dont la combustion permet d'obtenir une pression importante en fin de vol pour permettre au missile d'aborder rapidement son objectif sans risquer d'être détruit par un engin d'intervention. Cependant, il est également souhaitable que la combustion de ce bloc propul- sif engendre une pression élevée au début du vol afin de permettre un éloignement rapide du missile de son site de lancement, d'une part pour éviter son repérage et d'autre part pour diminuer le plus possible le temps pendant lequel les moyens de lancement du missi- le sont soumis aux gaz générés par la combustion du bloc propulsif. Il est connu de l'état de la technique un grand nombre de propul- seurs d'accélération ayant un fonctionnement avec tuyère. Ce type de propulseur est en général équipé d'un chargement propulsif dont la combustion permet d'obtenir une pression finale élevée. Pour per- mettre d'obtenir une accélération importante au début du vol, de nombreux dispositifs ont été proposés. Par exemple le brevet euro- péen n'184 014 décrit un bloc de propergol équipé d'un dispositif d'initiation disposé à l'intérieur même de son canal central. Ces dispositifs sont pour la plupart complexes dans leur fonctionne- ment et compliquent excessivement la fabrication des propulseurs en augmentant ainsi leur coût. Il est également connu de l'état de la technique, par exemple par le brevet français n' 1 336 660 d'utiliser des propulseurs dits "propulseurs sans tuyère", ayant un fonctionnement sans tuyère pen- dant toute la durée de combustion du propergol. Cependant ce type de propulseur présente de nombreux inconvénients. Le fonctionne- ment sans tuyère conduit en effet à obtenir, au niveau des perfor- mances balistiques internes du chargement, une pression dégressive et une poussée progressive ce qui provoque une perte en impulsion spécifique liée à la dégressivité de la pression. Un autre inconvé- nient est le désaxage de la poussée au cours du fonctionnement. Au niveau des caractéristiques balistiques, l'impulsion spécifique du chargement est moins bonne que dans le cas d'un propulseur fonction- nant avec tuyère. L'invention propose un nouveau propulseur d'accélération permet- tant d'obtenir une pression initiale élevée en début de fonctionne- ment et une pression finale élevée en fin de fonctionnement tout en ne présentant pas les inconvénients de l'état de la technique. Un autre but de l'invention est de fournir un propulseur d'accéléra- tion possédant de surcroît un excellent coefficient de remplissage en propergol et pouvant être fabriqué selon un procédé de fabrica- tion simple. L'invention a pour objet un propulseur d'accélération comprenant un corps équipé d'une tuyère et un bloc de propergol comportant un ca- nal central longitudinal de section variable. L'invention est carac- térisée en ce que le bloc de propergol comporte d'une part une par- tie aval ayant un canal cylindrique qui présente une section droite circulaire dont le diamètre est inférieur aux deux-tierm du diamètre du col de la tuyère, et d'autre part, unè partie amont dont le canal axial présente un diamètre supérieur au diamètre du canal de la partie aval et inférieur au diamètre du col de la tuyè- re, le canal amont étant raccordé au canal aval par un canal axial tronconique. La longueur de la partie amont est d'une part compri- se entre deux et quatre fois le diamètre externe du bloc de' proper- gol et est inférieure à la longueur de la partie aval, la longueur totale du bloc de propergol étant supérieure à six fois le diamè- tre externe du bloc de propergol. Selon un aspect préférentiel le diamètre du col de la tuyère est compris entre le tiers et la moitié du diamètre du bloc de proper- gol. Avantageusement, le canal axial de la partie amont présente une section circulaire. Egalement préférentiellement, la longueur de la portion tronconi- que de raccordement des canaux est comprise entre un quart de fois et une fois et demie le diamètre externe du bloc de propergol. Les avantages obtenus grâce'à cette invention consistent essentiel- lement en ce qu'il est possible de combiner les avantages des pro- pulseurs fonctionnant avec ou sans tuyère, le propulseur selon l'in- ) vention ayant une première phase de fonctionnement sans tuyère et une seconde phase de fonctionnement avec tuyère, ce qui permet no- tamment, en plus des avantages liés aux évolutions de la pression, d'augmenter la masse de propergol contenue dans le propulseur, et de limiter considérablement le désaxage de la poussée au cours du fonctionnement, les vecteurs des poussées initiales et finales étant confondus avec l'axe du propulseur. Un tel propulseur peut être fabriqué selon les méthodes classiques à partir d'un corps de propulseur non démontable déjà muni d'une tuyère et également pourvu d'une ouverture amont. Avantageusement on utilisera un corps de propulseur obtenu par bobinage autour d'un matériau de liaisont de façon à ne pas avoir à placer ce matériau ultérieurement. La première étape, facultative, consiste à enduire avant l'introduction du propergol, l'intérieur du propulseur d'un inhibiteur permettant au propergol d'adhérer à la protection thermi- que. Dans ce cas de figure, il n'est pas nécessaire d'ewduire tout l'intérieur du corps du propulseur, il suffit que le convergent et le divergent de la tuyère soient enduits pour assurer le collage du propergol sur ces zones. La seconde étape consiste à introduire à l'intérieur du corps du propulseur par l'ouverture amont ou par l'ouverture aval, un noyau afin de pouvoir réaliser la forme du ca- nal central du bloc de propergol, à couler ou à injecter le proper- gol à l'intérieur du corps du propulseur et à le faire réticuler. La dernière étape consiste à démouler le bloc de propergol en reti- rant une partie du noyau par l'ouverture amont de la structure et la partie restante par l'ouverture aval. Le propergol utilisé est de type classique. Il doit permettre cepen- dant un fonctionnement correct du propergol à haute pression (préfé- rentiellement jusqu'à 20 MPa). Le fonctionnement d'un tel chargement se décompose de la façon sui- vante: une première phase sans tuyère dont la durée peut être as- sez courte et pendant laquelle la pression est légèrement décrois- sante et une seconde phase pendant laquelle le fonctionnement du chargement est lié au diamètre de la tuyère et durant laquelle la pression est croissante puis décroissante. L'invention est ci-après plus précisément décrite en référence aux figures 1, 2 et 3. La figure 1 représente une coupe partielle en perspective d'un pro- pulseur d'accélération selon l'invention. La figure 2 représente la courbe de pression en fonction du temps obtenu lors du fonctionnemnet d'un tel propulseur. La figure 3 représente la courbe de poussée en fonction du temps. Le propulseur selon l'invention ept consitué d'un corps 1 muni d'u- ne tuyère 2 et d'un bloc de propergol 3 comportant un canal cen- tral 4 longitudinal de section variable. Le bloc de propergol est solidarisé au corps du propulseur grâce à un matériau de liasion 10. La longueur totale du propulseur est de 1500 m* et son diamè- tre interne est de 135 m. La partie aval 5 du bloc de propergol 3 comporte un canal axial cylindrique 6 présentant une section circu- laire de 34 mu et une longueur de 900 mm. La partie amont 7 du bloc de propergol 3 possède une longueur de 330 mun et comporte un 2 8 5 18 canal axial cylindrique 8 présentant une section circulaire de 53 ma. Les canaux 6 et 8 sont reliés entre eux par une portion tronco- nique 9 ayant une longueur de 170 mn et un diaaètre allant de 53 à 34 am. La tuyère 2 présente une ouverture dont le diamètre est très légèrement supérieur à 53 ma. Le propergol utilisé est un propergol BUTALITE (marque déposée par SNPE) c'est-à-dire essentiellement constitué de 86 Z de charges dont l à 2 % d'aluminium et catalysé par un catalyseur ferrocéni- que, qui possède une vitesse de combustion réglée à 23 mm/s à 7 MPa. Le matériau de liaison utilisé est du type caoutchouc EPDM (Ethylè- ne Propylène Diène Monomère). Les spécifications techniques du missile ayant pour accélérateur le propulseur selon l'exemple sont les suivantes: Portée 5 à 6000 m Vitesse moyenne du missile: 1000 m/s Accélération longitudinale maximale: 150 à 160 g Masse totale du missile: 60 kg Domaine de fonctionnement: -40 C à + 60 'C En référence aux figure 2 et 3, le fonctionnement d'un tel propul- seur se décompose en deux phases - la première phase, correspondant sur les figures 2 et 3 à la par- tie des courbes située entre les points A et B, pendant laquelle le propulseur a un fonctionnement de type sans tuyère. Durant cet- te phase de fonctionnement, le rapport du diamètre de la tuyère 2 sur le diamètre du canal axial de la partie aval 5 du bloc de pro- pergol diminue tout en restant supérieur à 1. Conséquemment; la pression, initialement élevée, diminue et la poussée augmente fai- blement. 26 485 18 - une seconde phase, correspondant sur les figures 2 et 3 à la par- tie des courbes située entre les points B et C, pendant laquelle le propulseur a un fonctionnement de type avec tuyère. Au point B, le diamètre du canal axial de la partie aval 5 du bloc de proper- gol est égal au diamètre de la tuyère 2. La pression est minima- le. Ensuite le rapport entre les deux diamètres devient infé- rieur à 1 et la pression ainsi que la poussée augmentent forte- ment jusqu'au point C grâce au fonctionnent avec tuyère. Au point C, le pression et la poussée sont maximales. La partie amont 7 du bloc de propergol achève de se consumer. Dès que cet- te partie amont s'est totalement consumée, la pression et la pous- sée chutent brutalement puisque seules la partie trontronconique 9 et la partie aval 5 continuent de participer à la combustion. La pression et la poussée tombent à un niveau plateau représenté par la partie comprise entre les points C et D des courbes 2 et 3, jusqu'à la fin de la combustion. Les performances du missile équipé du propulseur selon l'invention sont définies dans le Tableau I. Température ( TABLEAU I Revendications 1. Propulseur comprenant un corps (1) équipé d'une tuyère (2) et un bloc de propergol (3) comportant un canal central (4) longitudinal de section variable, caractérisé en ce que le bloc de propergol com- porte une partie aval (5) ayant un canal cylindrique (6) qui présen- te une section circulaire dont le diamètre est inférieur aux deux- tiers du diamètre du col de la tuyère (2) et une partie amont (7) dont le canal (8), d'une part présente un diamètre qui est supé- rieur au diamètre du canal (6) de la partie aval et qui est infé- rieur au diamètre du col de la tuyère (2) et, d'autre part, est rac- cordé au canal (6) de la partie aval par une portion tronconique (9), la longueur de cette partie amont (7) étant d'une part compri- se entre deux et quatre fois le diamètre externe du bloc de proper- gol et étant d'autre part inférieure à la longueur de la partie aval (5), la longueur totale du bloc de propergol étant supérieure à six fois le diamètre externe du bloc de propergol. 2. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre du col de la tuyère (2) est compris entre le tiers et la moitié du diamètre du bloc de propergol (3). 3. Propulseur selon la revendication 1 ou la revendication 2 carac- térisé en ce que le canal (8) de la partie amont (7) présente une section circulaire. 4. Propulseur selon l'une des revendications précédentes caractéri- sé en ce que la longueur de la portion tronconique (9) de raccorde- ment des canaux est comprise entre un quart de fois et une fois et demie le diamètre externe du bloc de propergol.