Brevet FR2716448A1 — publié le 19950825

i 2716448 Propergol liauide La présente invention concerne un propergol liquide monergolique ou non hypergolique qui, destiné à produire des gaz propulseurs dans des armes à canon, contient au moins 70 % en poids de nitrométhane et jusqu'à 30 % en poids d'addi- tifs destinés à influencer la courbe caractéristique de com- bustion. Alors que des propergols solides à base de poudre per- mettent un réglage relativement satisfaisant de la combustion par variation de la surface et, par suite, en particulier également une adaptation spécifique à des armes ou projecti- les, un tel réglage est beaucoup plus difficile dans le cas de propergols liquides. Les conditions de combustion du pro- pergol transformé en microgouttelettes sont déterminées es- sentiellement par la cinétique de la vaporisation et par la décomposition du propergol. On ne peut influer sur ces con- ditions essentiellement qu'à travers la configuration de la chambre de combustion et des injecteurs. D'une manière géné- rale, des propergols liquides tendent, lors de la combustion, à produire des oscillations de pression qui peuvent conduire à l'endommagement de l'arme. La limite de la possibilité d'u- tilisation de propergols liquides se situe, par conséquent, actuellement au niveau d'un contenu d'énergie de 900 J/g. Au- delà de cette limite il se produit inévitablement des oscillations de pression. Des alcanes nitrés, en particulier le nitrométhane, ont d'une manière générale, en raison de leur contenu d'énergie relativement important, donné satisfaction en tant que pro- pergols liquides monergoliques ou non hypergoliques. Afin d'éviter, pour un système de propergol liquide à base de ni- trométhane, des oscillations de pression on a jusqu'à pré- sent utilisé des additifs sous forme d'inhibiteurs (brevet allemand 3342377) qui réduisent la vitesse de réaction et, 2 2716448 par suite, la vitesse de combustion et entraînent en outre automatiquement un abaissement de pression. De plus, il a été décrit des inhibiteurs qui agissent comme capteurs de radi- caux, par exemple l'acétylacétonate de cuivre-II. Ces inhibi- teurs agissent eux aussi de façon & réduire le rendement. Les exigences d'un contenu d'énergie important et d'ab- sence d'oscillations de pression sont antagonistes et ont jusqu'à présent toujours été résolues par des compromis qui s'établissent au détriment du contenu d'énergie. L'invention a pour but de proposer un propergol liquide qui, pour un contenu d'énergie accru, ne tend pas à produire des oscillations de pression. Ce but est atteint, pour un propergol liquide constitué d'au moins 70 % en poids de nitrométhane et d'une dose pou- vant aller jusqu'à 30 % en poids d'additifs destinés à in- fluencer la courbe caractéristique de combustion, selon l'in- vention par le fait que les additifs sont des modificateurs à effet mécanique appartenant au groupe des nitrates de métaux de transition ou des éthers et qui accroissent la vitesse de combustion par voie catalytique ou radicalaire. A la différence de la façon de procéder proposée jusqu'à présent, à savoir celle qui consiste à utiliser des inhibi- teurs et des capteurs de radicaux, la présente invention pro- pose de procéder de façon inverse, à savoir d'accroître la vitesse de combustion par des additifs à action catalytique ou radicalaire qui influent directement sur le mécanisme réactionnel. De manière surprenante il s'est avéré que, pour un même contenu d'énergie du propergol liquide, il était possi- ble, par l'addition de nitrates de métaux de transition ou d'éthers, d'obtenir une réduction sensible des oscillations de pression, tant l'amplitude que la fréquence des oscillati- ons se trouvant ainsi sensiblement diminuées. Cela signifie 3 2716448 qu'inversement, pour une oscillation de pression spécifiée, il peut être ajouté au propergol liquide des additifs riches en énergie. En tant que modificateur à effet mécanique agissant par voie catalytique et appartenant au groupe des nitrates de mé- taux de transition c'est en particulier le Cu(N03)2 3H20 qui s'est avéré particulièrement efficace. Parmi les modificateurs à action radicalaire appartenant au groupe des éthers c'est l'éther méthyl-tert-butylique qui s'est montré particulièrement actif. Comme indiqué, grâce aux modificateurs à effet mécanique utilisés selon l'invention et qui amortissent les oscillati- ons de pression, il peut en outre être utilisé des modifica- teurs riches en énergie qui augmentent l'énergie spécifique du système. Leur concentration est de toute manière inférieu- re à 30 % en poids. Des esters d'acides azidocarboxyliques se sont avérés particulièrement avantageux. L'addition de nitra- te de penta-érythrite, qui peut être utilisé au lieu des es- ters d'acides azidocarboxyliques ou en plus de ceux-ci, est également avantageuse. Enfin, ainsi qu'il est connu en soi, il peut être ajouté un alcool monovalent, en particulier du méthanol à une dose inférieure à 25 % en poids. Des propergols liquides tels que des alcanes nitrés et des alcools monovalents ne sont pas conducteurs de l'électri- cité. Ils doivent donc être enflammés par voie pyrotechnique. Un amorçage électrique n'est possible que par l'intermédiaire d'un fil explosif qui ne peut cependant être utilisé qu'une seule fois et rend un rechargement impossible. Dans le cas du système de propergol selon l'invention les modificateurs à action catalytique augmentent la conductibilité de façon à 4 2716448 permettre également un amorçage électrique, en particulier par l'intermédiaire d'arcs électriques, qui a non seulement pour avantage la possibilité de répétition mais conduit enco- re, par alimentation en énergie de plasma, à l'augmentation du contenu d'énergie. Le graphique pression-temps annexé de la figure 1 montre avec la courbe A, déterminée pour le projectile balistique, l'évolution de la pression d'un système de propergol liquide composé de 76 % en poids de nitrométhane et de 24 % en poids de méthanol et présentant un contenu d'énergie de 931 J/g. La courbe B montre l'évolution de la pression d'un propergol liquide de même contenu d'énergie avec 78,1 % en poids de ni- trométhane, 16,9 % en poids de méthanol et 5 % en poids d'un modificateur à action radicalaire, à savoir l'éther méthyl- tert-butylique. Il en ressort clairement que dans ce cas, une fois la pression maximale atteinte, l'évolution de la pres- ion est sensiblement plus régulière. Sur le graphique de la figure 2 l'évolution, calculée pour les deux mêmes systèmes de propergol à partir des don- nées de pression en fonction du temps, de la vitesse linérai- re de la combustion est représentée, en fonction de la pres- sion, à l'échelle logarithmique. Cette figure montre la vi- tesse de combustion sensiblement plus élevée (courbe B) du système de propergol modifié en comparaison du système de propergol non modifié. 2716448 REVENDICATIONS 1 - Propergol liquide monergolique ou non hypergolique destiné à produire des gaz propulseurs dans des armes à canon et contenant au moins 70 % en poids de nitrométhane et jus- qu'à 30 % en poids d'additifs destinés à influencer la courbe caractéristique de combustion, caractérisé en ce que les ad- ditifs sont des modificateurs à effet mécanique qui appartiennent au groupe des nitrates de métaux de transition ou des éthers et accroissent la vitesse de combustion par voie catalytique ou radicalaire. 2 - Propergol liquide selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le nitrate de métal de transition est le Cu(N03)2 3H20. 3 - Propergol liquide selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'éther est l'éther méthyl-tert-butylique. 4 - Propergol liquide selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par l'addition de modi- ficateurs énergétiques qui accroissent l'énergie massique et sont utilisés à une dose inférieure à 30 % en poids. 5 - Propergol liquide selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les modifica- teurs énergétiques appartiennent au groupe des esters d'aci- des azidocarboxyliques. 6 - Propergol liquide selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par l'addition de ni- trate de penta-érythrite. 7 - Propergol liquide selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il contient un alco- ol monovalent à une dose inférieure à 25 % en poids. 6 2716448 8 - Propergol selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alcool monovalent est du méthanol.