Brevet FR2697245A1 — publié le 19940429

La présente invention concerne des propergols pour fusée et plus particulièrement des combustibles pour un moteur-fusée. Historiquement, des combustibles solides, utilisés dans des moteurs-fusées à combustible solide, ont été préparés en utilisant un mélange complexe d'un polymère liquide et d'un hydrocarbure solide L'hydrocarbure solide se présentait sous la forme de particules discrètes en suspension dans le polymère liquide afin de former une répartition polymodale. Le polymère liquide est coulé à la forme désirée et il est amené à polymériser pour former le bloc de combustible pour le moteur-fusées Alors que ceci constitue un procédé acceptable pour la production de tels blocs, ce procédé ne se prête pas cependant de lui-même à une mise en oeuvre économique, permettant un traitement d'un grand volume. En outre, ces matériaux traditionnels sont caoutchouteux et ont une faible intégrité structurale.Ceci rend ces matériaux inintéressants ou inutilisables pour un lancement par canon et pour des moteurs-fusées propulsés par un combustible solide et stabilisés par une rotation, par suite de la déformation du bloc de combustible à la vitesse de rotation élevée et pour les forces de recul provoquées par un lancement par canon. Ces moteurs-fusées lancés par canon fonctionnent en accélérant initialement le projectile par l'intermédiaire d'un système de propulsion secondaire, c'est-à-dire par un tir à partir d'un canon. Une fois que le moteur-fusée a atteint une vitesse suffisante, I'air chaud (résultant de l'action du projectile traversant l'air), en venant en contact avec le combustible du moteur-fusée, amène ce combustible à s'allumer spontanément et à propulser le projectile. Un modèle typique pour un tel moteur-fusée est représenté sur la figure sur laquelle le projectile 1 à moteur-fusée est constitué d'un corps 3 ayant un passage central 5 s'étendant pratiquement longitudinalement, le long de l'axe A du corps 3. Le combustible 6 du moteur-fusée est disposé radialement autour du passage 5. Les blocs de combustible ayant une conception géométrique suivant la technique antérieure, constitués d'hydrocarbures élastomères, sont dépourvus des propriétés mécaniques nécessaires pour leur permettre de résister à la rotation élevée et aux forces de recul induites par le lancement par canon. Egalement, de tels combustibles sont de préférence des combustibles à haute densité et à faible volume. L'une des caractéristiques essentielles d'un tel combustible pour moteur-fusée est sa combustibilité. Pendant la combustion l'air ambiant est forcé vers et dans la chambre de combustion où il vient en contact avec la surface du combustible, en lui fournissant l'oxygène nécessaire pour le processus de combustion. L'alimentation en oxygène à partir de l'air ambiant a été, dans le passé, insuffisante pour assurer une vitesse de combustion adéquat. Par conséquent, un matériau oxydant a été souvent combiné avec le combustible afin de former un propergoL Dans d'autres cas un hydrocarbure à faible poids moléculaire, tel qu'un alcane, a été mélangé avec le combustible en hydrocarbure à poids moléculaire plus élevé, afin d'améliorer les propriétés de combustion du propergol finaL Pour essayer et obtenir des propergols de fusée ayant ces possibilités, la technique antérieure a développé des propergols comportant des combinaisons d'un combustible du type hydrocarbure, d'un liant, d'un oxydant et d'autres ingrédients favorisant la combustion.Cependant, I'addition de ces matériaux non combustibles réduit la quantité de combustible effectif présente dans le propergol ce qui entraîne une réduction de la poussée par kilogramme de tels combustibles. Par conséquent, on recherche dans cette technique un bloc de combustible rigide, à module élevé, robuste du point de vue structurel, qui soit simple et peu coûteux à fabriquer et qui se prête de lui-même à des techniques de production en grand volume. Un but de la présente invention est de créer un combustible pour un moteurfusée qui permet à ce moteur-fusée d'être lancé par un canon sans qu'il y ait une altération notable de l'efficacité du bloc de combustible. Pour atteindre ce but, il est proposé de préparer un bloc de combustible comprenant un matériau thermoplastique solide, non élastomère, pour former le bloc de combustible, dans lequel le bloc a une résistance à la traction supérieure à environ 13,8MPa et une résistance à la compression supérieure à environ 34,5MPa. On décrira ci-après, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une vue en élévation, partiellement en coupe axiale, d'un projectile à moteur-fusée. Le combustible pour moteur-fusée suivant l'invention, bien qu'il soit utilisable dans d'autres objets propulsés par un moteur-fusée, est particulièrement bien adapté à une utilisation dans les objets propulsés par un moteur-fusée qui sont lancés par des systèmes de propulsion secondaires. Ces systèmes comportent des mécanismes lancés par canon. Dans ces procédures, I'objet est placé à l'intérieur d'un fut d'un canon et une explosion amène l'objet à sortir du fût avec une vitesse accélérée. Une fois que la vitesse atteinte est suffisante, le combustible du moteur-fusée est amené à s'allumer spontanément au contact avec l'air chauffé et il propulse alors l'objet. L'objet est conçu typiquement ainsi qu'il est représenté sur la figure et qu'il a été décrit précédemment. L'objet a une forme semblable à celle d'un missile présentant un passage ouvert s' étendant suivant sa longueur et situé pratiquement au centre du missile. Le combustible est disposé autour de la circonférence interne du corps de l'objet de telle façon que, tandis que l'air chauffé s'écoule à travers le passage, il vienne en contact avec le combustible et allume celui-ci afin de propulser l'objet. Le bloc de combustible suivant la présente invention est formé d'un matériau thermoplastique non élastomère ou bien d'un mélange de plusieurs matériaux thermoplastiques non élastomères. En général, ces matériaux doivent avoir des températures de fusion supérieures à 1200C. Ceci est nécessaire pour que le combustible, qui est formé en tant que "bloc" de combustible, puisse être stocké soit dans le moteurfusée lui-même soit sur une étagère en étant prêt à être utilisé dans un moteur-fusée lorsque cela est nécessaire. Par conséquent, le grain préparé doit avoir une température de fusion supérieure à n'importe quelle température à laquelle peut être soumis le bloc pendant son stockage ou son utilisation. En outre, les matériaux doivent être capables de former un bloc de combustible ayant des propriétés physiques suffisamment robustes pour qu'elles lui permettent de résister aux forces agissant sur le bloc pendant l'accélération et le vol. Ainsi le bloc résultant doit avoir une résistance à la traction supérieure à 13,8MPa environ et une résistance à la compression supérieure à 34,5MPa environ. Additionnellement, ces matériaux doivent être non réticulables ou non réactifs en ce sens qu'ils ne deviennent pas réticulés ou qu'ils ne perdent pas une quantité notable de leurs propriétés thermoplastiques pendant la préparation du bloc ou son stockage. Certains matériaux qui peuvent être utiles pour la préparation de tels blocs de combustible, peuvent être un polypropylène, un polybutylène, un polyméthylpentène, un polycarbonate, un polyéthylène, un polystyrène, un polyméthacrylate de méthyle, un polyacrylonitrile, un polyéthylène téréphthalate, un polyamide et un polyacétal. Le matériau préféré est le prolypropylène. Du fait que ces matériaux sont thermoplastiques et qu'ils fondent aisément, la fabrication des blocs de combustible est facile, rapide et peu onéreuse. Le bloc s'il est formé d'un matériau unique, peut être fondu et coulé dans un moule, puis refroidi et extrait du moule en ayant la forme prescrite. Le bloc préformé peut être ensuite stocké jusqu'au moment où il doit être utilisé et il est alors lié à la chambre de combustion du moteur-fusée en utilisant des techniques de liaison traditionnelles. Un second procédé consiste à faire fondre le matériau et à le déverser directement dans la chambre de combustion du moteur-fusée. On refroidit ensuite le combustible en formant ainsi le bloc de combustible en place. Ce second procédé de fabrication en place permet également la formation aisée du bloc avec la configuration désirée, c'est-à-dire sous des formes à rayons multiples et à perforation centrale. Dans le cas, où un mélange d'au moins deux matériaux est désiré, il est seulement nécessaire de faire fondre chaque composant et de les mélanger ensuite entre eux, afin de former un mélange homogène, et de couler ensuite le mélange suivant l'un ou l'autre des deux procédés décrits ci-dessus pour l'obtention d'un bloc à composant unique. Naturellement, les températures de fusion doivent être compatibles l'une avec l'autre et il serait indésirable qu'un matériau ait une température de fusion si élevée qu'elle puisse avoir un effet nuisible sur le second matériau. La présente invention permet d'améliorer leswerformances des véhicules à moteur-fusée lancés par l'intermédiaire de l'utilisation de canons. Puisqu'un tel lancement par canon offre des avantages du point de vue commercial et économique par rapport à des types de lancement non traditionnels, n'importe quel processus ou produit qui améliore les conditions économiques de fabrication de tels moteurs-fusée, est on ne peut plus désirable. La solution apportée par l'invention offre une telle opportuniti Compte tenu de la simplicité de la fabrication et de l'économie des matériaux, les blocs de combustible de la présente invention offrent des avantages significatifs pour l'utilisation dans le futur de moteurs-fusées lancés par canon. REVENDICATIONS -- 1.- Combustible solide destiné à être utilisé pour la propulsion de moteursfusées caractérisé en ce qu'il est constitué par un matériau thermoplastique rigide, non élastomère, ayant une résistance à la traction supérieure à environ 13,8MPa et une résistance à la compression supérieure à environ 34,5MPa. 2.- Combustible solide suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau thermoplastique a une température de fusion supérieure à 120 C environ. 3.- Combustible solide suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau thermoplastique est choisi dans le groupe comprenant un polypropylène, un polybutylène, un polyméthylpentène, un polycarbonate, un polyéthylène, un polystyrène, un polyméthacrylate de méthyle, un polyacrylonitrile, un polyéthylène téréphthalate, un polyamide et un polyacétal. 4.- Procédé de propulsion d'un projectile à moteur-fusée, consistant à lancer le projectile à moteur-fusée en utilisant un canon, afin d'atteindre une vitesse inertielle, et à propulser le projectile à moteur-fusée au moyen d'un combustible solide, caractérisé en ce que ce combustible solide est constitué d'un matériau thermoplastique rigide, non élastomère, ayant une résistance à la traction supérieure à environ 13,8MPa et une résistance à la compression supérieure à environ 34,5MPa.