Brevet FR2690205A1 — publié le 19931022

MOTEUR-FUSEE A PROPERGOL SOLIDE CAPABLE DE SUPPORTER DES TEMPERATURES ELEVEES L'invention consiste en un moteur-fusée à pro- pergol solide capable de passer avec succès le test d'in- sensibilité à la chaleur pour des munitions. La chaleur peut provoquer l'auto-allumage d'un propergol solide, entraînant l'explosion, l'éclatement ou le déplacement du moteur Dans le but d'améliorer la sécurité de moteurs à propergol solide, une exigence relative-10 ment nouvelle, qu'on appelle "test d'insensibilité à la chaleur pour des munitions", deviendra bientôt une exigence classique pour tous les moteurs-fusées Le test consiste à chauffer le moteur jusqu'à ce que l'auto-allumage se pro- duise Pour passer le test avec succès, le moteur allumé15 doit rester passif pendant que le propergol brûle, sans explosion, projection de corps solides ou propulsion Ce test garantit la sécurité des moteurs en cas d'incendie ou d'échauffement anormal. Les moteurs-fusées à propergol solide actuels ne sont pas conçus pour supporter le test d'insensibilité à la chaleur pour des munitions Par conséquent, si un moteur est soumis à des températures anormalement élevées, l'auto- allumage se produit, et le moteur explose, éclate ou devient propulsif Ceci vient du fait que le moteur est25 incapable d'éviter l'augmentation de pression qui résulte de la combustion du propergol. L'invention consiste en un moteur-fusée à pro- pergol solide comprenant une enveloppe de moteur, un pro- pergol solide et au moins un élément de fermeture d'extré- mité, caractérisé en ce que le ou les éléments de fermeture 5 d'extrémité sont reliés à l'enveloppe par au moins un élément de liaison fusible qui fond à des températures inférieures à celles qui provoqueront l'auto- allumage du moteur, mais qui ne fond pas pendant la propulsion normale du moteur, ce qui fait que l'élément de fermeture d'extré-10 mité cède avant l'autoallumage, tandis qu'il est retenu en place pendant la propulsion normale. Dans un mode de réalisation préféré, l'élément de liaison fusible fond à une température dans la plage de WC à 160 WC. Dans un second mode de réalisation préféré, l'élément de liaison fusible est sélectionné dans le groupe qui comprend des anneaux filetés ou non filetés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description se réfère au dessin annexé dont la figure uni- que montre un moteur ayant deux éléments de fermeture d'extrémité, l'un retenu par un anneau fusible fileté, et le second retenu par un anneau fusible non fileté.25 Le terme "élément de fermeture d'extrémité" désigne des dispositifs que l'on utilise pour fermer la ou les ouvertures d'une enveloppe de moteur-fusée Une structure de tuyère, qui comprend de façon caractéristique une tuyère, un col de tuyère et un cône d'éjection, est utilisée à30 l'extrémité arrière La structure de tuyère peut être fermée hermétiquement, par exemple par une plaque de métal ou par un allumeur à mousse, ou bien elle peut être ouver- te Si l'enveloppe comporte une ouverture à l'extrémité avant, on utilise habituellement un dispositif semblable à35 une plaque pour fermer cette ouverture. On entend par "fusible" le fait que le matériau considéré est capable de fondre sous l'effet de la chaleur. On peut utiliser n'importe quel matériau fusible capable de satisfaire les exigences structurales et de fusion pour 5 l'élément de liaison Il est préférable d'utiliser des alliages de métaux fusibles. On entend par "élément de liaison" des anneaux qui forment une ou plusieurs interfaces entre l'enveloppe et un élément de fermeture d'extrémité (ces anneaux peuvent10 être filetés (avec par exemple un contrefort ou une struc- ture analogue permettant de les visser) ou non filetés); des réceptacles comportant des cavités prévus pour de tels anneaux de retenue; des goupilles ou des vis pour fixer l'enveloppe à l'élément de fermeture d'extrémité; etc.15 L'élément de liaison peut être en contact à la fois avec l'en- veloppe et avec l'élément de fermeture d'extrémité, mais ceci n'est pas obligatoire A titre d'exemple, il peut être fixé à un élément de support Le point important consiste en ce que le ou les éléments de liaison fusibles doivent20 être placés dans une position telle et doivent être consti- tués par un matériau tel, que pendant le fonctionnement normal l'élément de fermeture d'extrémité soit retenu sur le moteur-fusée, tandis que lorsque le matériau fusible fond avant l'auto-allumage, la pression ne peut pas augmen-25 ter du fait que l'élément de fermeture d'extrémité est libéré La libération de l'élément de fermeture d'extrémité fait que cet élément tombe ou est poussé hors du moteur pendant l'auto- allumage. La ou les températures de fusion spécifiques qui conviennent pour des matériaux utilisables dans l'invention, dépendent de la température d'auto-allumage du moteur et des températures auxquelles l'élément de liaison fusible sera soumis pendant la propulsion et le stockage La confi- guration du moteur, son isolation, son propergol, sa ou ses35 charges et d'autres caractéristiques de conception bien 4 connues, imposeront la température de fusion et le matériau préférés. De façon générale, la température d'auto-allumage du moteur sera la température d'auto-allumage du propergol solide Ainsi, si (a) le moteur est stocké sans un allu- meur, (b) l'allumeur ne contient pas une substance pyro- technique ou (c) l'allumeur contient une substance pyro- technique ayant une température d'auto-allumage supérieure à celle du propergol, on peut sélectionner le matériau de l'élément de liaison fusible sur la base de la température d'auto-allumage du propergol Cependant, si l'allumeur a une température d'auto-allumage inférieure à celle du pro- pergol, et si (a) le moteur est stocké avec l'allumeur en place, ou (b) le moteur peut subir des températures élevées15 après son installation, le matériau de l'élément de liaison fusible doit être sélectionné de façon à avoir une tempé- rature de fusion inférieure à la température d'auto-alluma- ge de l'allumeur. Des matériaux fusibles appropriés auront une température de fusion comprise entre 930 C et 540 'C Pour la plupart des applications, la température de fusion du maté- riau fusible sera comprise dans la plage de 120 'C à 290 'C. La plupart des moteurs tactiques classiques exigeront des matériaux fusibles fondant à une température dans la plage25 de 130 'C à 160 'C. Les moteurs de l'invention sont fabriqués avec des matériaux pour moteurs-fusées classiques La fabrica- tion de l'enveloppe peut utiliser des composites, des métaux ou les deux, et l'enveloppe peut être isolée au30 moyen de matériaux classiques Les éléments de fermeture de la tuyère et de l'extrémité avant sont également constitués par des matériaux classiques, tels que des composites et des métaux Le propergol peut être n'importe quel propergol classique, comme des propergol composites La température35 d'auto-allumage est spécifique du propergol utilisé et elle peut être dans la plage de 190 'C à 302 'C De façon généra- le, l'auto-allumage d'un propergol solide se produit à des températures de 230 'C à 260 'C. La figure unique montre un moteur ayant deux éléments de fermeture d'extrémités, l'un retenu par un anneau fusible fileté, et le second retenu par un anneau fusible non fileté Le moteur est similaire à un moteur utilisé pour des applications tactiques, mais il a une configuration réduite pour effectuer des essais.10 L'enveloppe 1 est une enveloppe métallique mesu- rant 38 cm de longueur et 13 cm de diamètre Les parois de l'enveloppe sont isolées avec une épaisseur d'environ 2,3 mm de papier imprégné de résine phénolique (L'isola- tion n'est pas représentée) L'élément de fermeture d'extrémité avant 2 est en matière plastique et il est retenu par un anneau de retenue 3 en alliage métallique fusible, non fileté (anneau fendu). L'anneau de retenue est constitué par un alliage métallique eutectique de bismuth et d'étain, ayant un point de fusion20 de 1380 C Le joint torique en caoutchouc 4 est un joint établissant une jonction hermétique capable de résister à la pression Une isolation thermoplastique 5 protège l'élé- ment de fermeture d'extrémité avant vis-à-vis de la chaleur de propulsion L'isolation sera poussée hors de l'enveloppe25 au moment de l'auto-allumage du moteur, si l'élément de fermeture d'extrémité avant est libéré par la fusion de l'anneau de retenue Le propergol 6 est un propergol compo- site ayant une température d'auto-allumage supérieure ou égale à 2320 C. L'élément de fermeture d'extrémité arrière est constitué par la structure de tuyère 7 Cette structure comporte un disque de rupture en mousse, assurant la pro- tection contre les intempéries, qui n'est pas représenté (ce disque peut faire partie d'une structure comprenant un allumeur). La structure de tuyère est en un matériau compo- site et elle est retenue par l'anneau de retenue en alliage métallique fusible fileté 8 L'anneau de retenue est cons- titué par un alliage métallique eutectique de bismuth et 5 d'étain, ayant un point de fusion de 1380 C L'élément de support de tuyère 9 est en matière plastique et il est retenu par la tuyère et l'anneau de retenue fusible Le joint torique en caoutchouc 10 est un joint assurant une jonction hermétique, résistant à la pression.10 Un allumeur n'est pas représenté, mais serait normalement placé à l'extrémité avant ou arrière du moteur. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Moteur-fusée à propergol solide comprenant une enveloppe de moteur (l), un pirpergol ( 6) et au mains un élément de fer- meture d'extrémité ( 2,7),caractérisé en ce qu'au moins un 5 élément de fermeture d'extrémité est relié à l'enveloppe par au moins un élément de liaison fusible ( 3,4) quifond à des températures inférieures à celles qui provoqueront l'auto- allumage du moteur, mais qui ne fond pas pendant la propul- sion normale du moteur, de façon que l'élément de fermeture10 d'extrémité cède avant l'auto- allumage et soit retenu en place pendant la propulsion normale. 2 Moteur-fusée à propergol solide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de liaison fusible fond à une température dans la plage de 130 'C à15 1600 C. 3 Moteur-fusée à propergol solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de liaison fusible est sélectionné dans le groupe comprenant des anneaux filetés ou non filetés ( 3,4).20 4 Moteur-fusée à propergol solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de fermeture d'extrémité qui est relié à l'enveloppe par un élément de liaison fusible est une structure de tuyère ( 7).25 5 Moteur-fusée à propergol solide selon l'une quelconque des revendications 1-3, caractérisé en ce que l'élément de fermeture qui est relié à l'enveloppe par un élément de liaison fusible est un dispositif semblable àure plaque ( 2) se trouvant à l'extrémité avant du moteur. 6 Moteur-fusée à propergol solide selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément de liaison fusible est sélectionné dans le groupe comprenant des anneaux, des cavités pour retenir des anneaux, des goupilles et des vis.35 7 Moteur-fusée à propergol solide selon l'une 8 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de liaison fusible est constitué par un alliage métallique fusible. 8 Moteur-fusée à propergol solide selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alliage métallique est un mélange eutectique de bismuth et d'étain. 9 Moteur-fusée à propergol solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal fusible fond à une température inférieure à10 la température d'auto-allumage du propergol solide. Moteur-fusée à propergol solide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur contient un allumeur qui comprend une substance pyrotechnique, et l'élément de liaison fusible( 3,4)15 fond à une température inférieure à la température d'auto- allumage de la substance pyrotechnique.