Brevet FR2741391A1 — publié le 19970523

La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour le remplissage complet, par du propergol pâteux, de la structure d'un propulseur présentant des fonds de forme rentrante. Un propulseur à propergol solide est constitué essentiellement d'une structure, revêtue intérieurement d'une protection thermique, d'un chargement de propergol solide et de divers autres sous ensembles. Dans le cas envisagé le chargement est obtenu par la coulée du propergol à l'état pâteux dans la structure, suivie du durcissement de cette pâte. Les extrémités ou fonds de la structure comportent des ouvertures délimitées par des embases qui renforcent ces ouvertures et assurent les liaisons avec divers sous ensembles pendant la fabrication puis la phase opérationnelle du propulseur. Ces liaisons sont assurées par l'intermédiaire de la partie centrale de l'embase, ou fût de l'embase. Habituellement le fût de l'embase est dirigé vers l'extérieur de la structure Dans le but de limiter leur longueur, les propulseurs présentent, de plus en plus fréquemment, des structures comportant des embases à fût interne, c'est à dire à fût dirigé vers l'intérieur de la structure. Ces embases matérialisent des fonds de forme rentrante. Lors de la coulée du propergol pâteux dans une telle structure disposée verticalement, le remplissage complet du fond situé en position haute est irréalisable. Des poches d'air et/ou des bulles d'air restent piégées dans la partie haute du fond de forme rentrante. Ces poches d'air et/ou bulles d'air perturbent le bon fonctionnement du propulseur. En effet ces inclusions d'air sont aléatoires quant à leurs répartitions et à leurs tailles ; pendant la combustion, lorsque le front de flamme les atteint il se produit des augmentations brutales de la surface de combustion et donc de la pression qui s'écarte notablement de la valeur nominale prévue et peut même entraîner l'éclatement de la structure si la pression augmente de façon très importante.Le même problème se rencontre pour une structure, ne comportant pas de fonds de forme rentrante, mais pour laquelle, un défaut de verticalité de la structure lors de la coulée crée, en partie haute, une forme qui peut piéger de l'air. Le dispositif de la présente invention est un dispositif pour le remplissage complet, de la partie haute de la structure à fonds de forme rentrante d'un propulseur, lors de la coulée de la pâte de propergol dans ladite structure ; ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une partie tubulaire rigide centrale raccordée à au moins une partie tubulaire recourbée vers le haut et s'éloignant de la partie centrale, ladite partie tubulaire recourbée vers le haut étant prolongée par une autre partie tubulaire contenue dans un plan sensiblement horizontal, cette dernière partie tubulaire comportant des orifices calibrés ; la partie tubulaire recourbée vers le haut et la partie tubulaire sensiblement horizontale étant semi-rigides. La partie tubulaire rigide centrale et la partie recourbée vers le haut sont préférentiellement contenues dans un plan vertical. Ce dispositif permet le drainage de l'air piégé dans la partie haute de la structure à fonds de forme rentrante. Ce dispositif est amovible, il est retiré après la coulée de la pâte de propergol avant d'entreprendre les opérations suivantes du cycle de fabrication du propulseur. Avantageusement la partie tubulaire contenue dans un plan sensiblement horizontal est en forme d'arc de cercle. Préférentiellement les orifices calibrés sont disposés latéralement et répartis régulièrement sur la partie tubulaire sensiblement horizontale. Cette répartition peut se faire de différentes façons : par exemple suivant une même génératrice de cette partie tubulaire, ou plusieurs orifices à des sections régulièrement espacées ou suivant une hélice. L'extrémité libre de la partie tubulaire sensiblement horizontale est fermée de façon étanche. Avantageusement les dits orifices calibrés sont dimensionnés de façon à laisser passer l'air résiduel et par contre empêcher le passage de la pâte de propergol. Plus particulièrement le diamètre des orifices calibrés circulaires est tel qu'il assure cette fonction. Avantageusement le rayon de courbure de la partie tubulaire en forme d'arc de cercle est sensiblement égal au rayon de courbure de la circonférence la plus haute du fond de forme rentrante de la structure disposée verticalement. Il s'agit plus précisément de la circonférence la plus haute du côté intérieur de la structure, de façon que la partie tubulaire en forme d'arc de cercle puisse s'appliquer sur cette partie haute du fond, le long de ladite circonférence. Préférentiellement l'ensemble de la partie tubulaire semi-rigide (partie tubulaire recourbée vers le haut et partie tubulaire sensiblement horizontale) est tel qu'il ne se déforme sensiblement pas sous l'effet de son propre poids, mais se déforme sans se rompre pendant le retrait du dispositif après la coulée de la pâte de propergol dans la structure. Plus précisément la longueur de chaque partie tubulaire semi-rigide est telle que le dispositif ne se déforme sensiblement pas sous l'effet de son propre poids. Avantageusement, l'épaisseur de chaque partie tubulaire semi-rigide est telle qu'elle résiste aux efforts de déformation et notamment de traction pendant le retrait du dispositif après la coulée de la pâte de propergol. Les raccordements entre une partie tubulaire semi-rigide et une partie tubulaire rigide doivent aussi résister à ces efforts. Dans une première réalisation, le dispositif selon l'invention comprend une seule partie tubulaire rigide centrale raccordée à plusieurs parties tubulaires semirigides. Dans une autre réalisation, le dispositif selon l'invention comporte plusieurs parties tubulaires rigides centrales, indépendantes les unes des autres, chacune étant raccordée à une ou plusieurs parties tubulaires semi-rigides. Dans une réalisation particulière, le dispositif selon l'invention comporte un ensemble de plusieurs parties tubulaires rigides centrales, indépendantes les unes des autres, chacune étant raccordée à une seule partie tubulaire semi-rigide comprenant une partie recourbée vers le haut suivie d'une partie en forme d'arc de cercle. Quelle que soit la configuration du dispositif, la somme des longueurs des parties tubulaires en forme d'arc de cercle, est supérieure à 0,7 fois le périmètre de la circonférence la plus haute du fond de forme rentrante. Suivant le mode de réalisation de la présente invention des moyens permettent de positionner et de fixer le dispositif ou ses éléments constitutifs sur la structure avant de commencer la coulée de la pâte de propergol. Ce positionnement est tel que les parties tubulaires en forme d'arc de cercle sont en contact avec la partie haute du fond de forme rentrante le long de la circonférence la plus haute. Avantageusement le dispositif de l'invention est réalisé en matériau conducteur de l'électricité statique pour écouler les charges électriques qui se créent par frottement, notamment lors du retrait du dispositif après la coulée de la pâte de propergol. La présente invention concerne aussi un procédé mettant en oeuvre le dispositif précédemment décrit. Le dit dispositif met en communication l'intérieur de la structure, plus précisément la partie haute du fond de forme rentrante de la structure avec l'extérieur de la structure. L'air piégé dans cette partie haute au fur et à mesure de la coulée de la pâte de propergol va être refoulé vers l'extérieur de la structure à travers les orifices calibrés des parties tubulaires contenues dans un plan sensiblement horizontal. Ces orifices sont tels qu'ils laissent passer l'air mais préférentiellement ne laissent pas passer la pâte de propergol. Préférentiellement le procédé est mis en oeuvre de façon telle que les parties tubulaires semi-rigides en forme d'arc de cercle soient appliquées avec une légère contrainte sur la partie de la circonférence la plus haute du fond de forme rentrante. Toutefois cette contrainte est telle qu'elle ne déforme pas outre-mesure la partie tubulaire semi-rigide. Cette contrainte est appliquée par les moyens de positionnement et de fixation sur la structure. Préférentiellement, après le remplissage complet de la structure par la pâte de propergol, le dispositif est retiré de la structure par une translation, lente, vers le haut de chaque partie tubulaire rigide. Ce retrait lent qui permet l'écoulement des charges électriques est tel que les parties tubulaires semi-rigides vont se déformer lentement sous l'effet de cette traction et la pâte de propergol va occuper la place laissée libre par le retrait des parties tubulaires semi-rigides entraînées avec la partie rigide. Ce dispositif et le procédé le mettant en oeuvre résorbent totalement les inclusions d'air en partie haute du fond de forme rentrante. Ce dispositif permet d'obtenir un chargement sain, c'est à dire qui ne comporte pas de poches d'air et ou de bulles d'air et dont le fonctionnement sera parfaitement reproductible d'un chargement à l'autre. L'invention est décrite plus en détail à l'aide des figures suivantes - la figure l représente un dispositif selon l'invention, en place dans une structure lors de la coulée de la pâte de propergol, - la figure 2 représente un détail de la figure précédente, - la figure 3 représente un ensemble d'éléments du dispositif selon une réalisation particulière de l'invention, - la figure 4 représente plus en détail un des éléments d'un dispositif du type de la figure précédente. La figure 1 représente une demi-vue en coupe longitudinale d'un propulseur 100 équipé d'un dispositif 1 selon l'invention. Ce type de dispositif est utilisé sur des propulseurs de diamètre 400mm à 2000mm environ. Dans cet exemple le dispositif est du type comprenant une pluralité d'éléments chacun étant constitué par une seule partie tubulaire rigide centrale 2 raccordée à une seule partie tubulaire semi-rigide comprenant une partie recourbée vers le haut puis une partie recourbée en forme d'arc de cercle. Un seul de ces éléments est représenté dans le plan de coupe et sera mieux explicité par la figure 2. Pour la coulée, de façon connue la structure 101 du propulseur est maintenue en position verticale dans un harnais 112. Un noyau 109, pour la mise en forme de la cavité du chargement , est en place : le noyau est centré dans la pièce support 108 fixée sur l'embase avant 107 de la structure 101. L'embase arrière 102, en position haute, est du type à fût interne et délimite un fond de forme rentrante 104. Sur cette embase arrière 102 est fixée une pièce support 105 qui sert de support aux dispositifs auxiliaires utilisés pendant la coulée de la pâte de propergol. La coulée se fait par l'ouverture entre cette pièce support 105 et le noyau 109. La figure 2 est l'agrandissement du détail A de la figure 1. On retrouve la structure 101, revêtue intérieurement d'une protection thermique 103, l'embase 102 à fût interne. La pièce support 105 est vissée sur l'embase 102. L'élément du dispositif 1, ici représenté, est positionné et fixé par rapport à la structure 101 par une pièce 10, fixée elle-même à la pièce support 105. La pièce 10 enserre, par des moyens appropriés, la partie tubulaire rigide 2. Cette partie tubulaire rigide 2 est sensiblement verticale et située vers la partie centrale de la structure 101 et du dispositif 1. Cette partie tubulaire rigide centrale 2 se prolonge par une partie tubulaire 3 recourbée vers le haut et s'éloignant de la partie centrale de façon que la partie tubulaire 4 en forme d'arc de cercle qui la prolonge (vue en coupe sur cette figure) s'applique contre la protection thermique 103, le long de la circonférence la plus haute du fond de forme rentrante. Les éléments du dispositif 1 sont réalisés en acier inoxydable. La figure 3 représente en perspective et disposés seuls, les éléments d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif 1 est ici constitué de six éléments identiques comprenant chacun une partie tubulaire rigide centrale 2 contenue dans un plan sensiblement vertical et raccordée à une partie recourbée vers le haut 3 suivi d'une partie en forme d'arc de cercle 4, cette dernière partie étant contenue dans un plan sensiblement horizontal. Les six partie en forme d'arc de cercle correspondent à la circonférence haute du fond de forme rentrante 104 de la structure et la somme des longueurs de ces arcs est sensiblement égale à 0,9 fois le périmètre de la circonférence haute. La figure 4 représente en détail un des éléments du dispositif précédent. On note, dans cet exemple, les orifices calibrés 5 répartis régulièrement le long d'une génératrice de la partie tubulaire en forme d'arc de cercle. L'extrémité libre 6 de la partie tubulaire semirigide est fermée de façon étanche. La fabrication de chaque élément du dispositif se fait par cintrage, sur des gabarits appropriés, des éléments tubulaires en acier inoxydable. Dans cet exemple la partie tubulaire semi-rigide 3,4 est emmanchée dans la partie tubulaire rigide 2 et brasée sur cette dernière. Dans cet exemple la partie tubulaire rigide est un tube de 6mm de diamètre extérieur dont l'épaisseur est de 1,2mm. La partie tubulaire semi-rigide est un tube de 3,5mm de diamètre extérieur dont l'épaisseur est de 0,7mm. La figure 1 est représentée pendant la fin de la coulée de la pâte du propergol 110. La surface libre 111, de cette pâte de propergol, piège dans la partie haute 104 une certaine quantité d'air dont l'importance dépend du volume de ladite partie haute et de la pression pendant la coulée. En l'absence du dispositif de l'invention, après retour à la pression atmosphérique et durcissement du propergol, des poches d'air et/ou des bulles d'air, seraient piégées dans cette haute et perturberaient le bon fonctionnement du propulseur. Les éléments du dispositif 1 selon l'invention mettent en communication l'intérieur de la structure 101, et plus précisément l'intérieur de la partie haute 104 du fond de forme rentrante avec l'extérieur de la structure. Au fur et à mesure de la coulée de la pâte de propergol, la surface libre 111 de cette dernière remonte, l'air emprisonné dans la partie haute 104 est refoulé vers l'extérieur par les orifices 5 de la partie tubulaire 4. La pâte de propergol est coulée en excès, c'est-à-dire de telle façon que la surface libre arrive dessus de la partie haute 104 qui est alors entièrement remplie de pâte. Les orifices calibrés 5 sont suffisamment petits, d'un diamètre de l'ordre du millimètre, pour que, compte-tenu de sa viscosité, la pâte de propergol ne passe pas par les dits orifices. Pendant que le propergol est à l'état pâteux les éléments du dispositif 1 sont libérés de leur pièce de fixation 10 puis, un moyen approprié permet d'appliquer une traction vers le haut sur la partie tubulaire rigide 2 de chaque élément du dispositif. Cette traction est telle qu'elle se traduit par un mouvement lent du tube rigide 2 qui entraîne et déforme la partie tubulaire semi-rigide 3,4 sans toutefois altérer la pâte. Au fur et à mesure que cette dernière partie tubulaire se retire elle est remplacée par de la pâte de propergol. Après avoir été retiré de la structure la partie semirigide de l'élément est déformée et elle n'est pas recyclée. A la fin du retrait de tous les éléments du dispositif 1, la structure remplie complètement de pâte de propergol est disponible pour les opérations suivantes du cycle de fabrication, notamment le durcissement de la pâte par un procédé approprié. Revendications 1. Dispositif (1), pour le remplissage complet de la partie haute (104) de la structure (101) à fonds de forme rentrante d'un propulseur lors de la coulée de la pâte de propergol dans ladite structure, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une partie tubulaire rigide centrale (2) raccordée à au moins une partie tubulaire recourbée vers le haut (3) et s'éloignant de la partie centrale, la dite partie (3) recourbée vers le haut étant prolongée par une partie tubulaire (4) contenue dans un plan sensiblement horizontal, cette dernière partie tubulaire comportant des orifices calibrés (5), la partie tubulaire recourbée vers le haut (3) et la partie tubulaire sensiblement horizontale (4) étant semi-rigides. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie tubulaire (4) contenue dans un plan sensiblement horizontal est en forme d'arc de cercle. 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les orifices calibrés (5) sont disposés latéralement et répartis régulièrement sur la partie tubulaire (4). 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les orifices calibrés (5) sont dimensionnés de façon à laisser passer l'air résiduel et par contre empêcher le passage de la pâte de propergol. 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 2 à 4 précédentes caractérisé en ce que le rayon de courbure de la partie tubulaire en forme d'arc de cercle (4) est sensiblement égal au rayon de courbure de la circonférence la plus haute du fond de forme rentrante (104) de la structure (101). 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ensemble, de la partie tubulaire semi-rigide (3,4) est tel qu'il ne se déforme sensiblement pas sous l'effet de son propre poids, mais se déforme sans se rompre pendant le retrait du dispositif (1) après la coulée de la pâte de propergol. 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs parties tubulaires rigides, (2), chacune étant raccordée à une seule partie tubulaire semi-rigide (3,4). 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 2,5 ou 7 caractérisé en ce que la somme des longueurs des parties tubulaires en formes d'arc de cercle (4) est supérieure à 0,7 fois le périmètre de la circonférence la plus haute du fond de forme rentrante (104). 9. Dispositif (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est réalisé en matériau conducteur de 1 'électricité statique. 10. Procédé de remplissage complet de la partie haute d'une structure caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, l'air résiduel étant refoulé à travers les orifices calibrés (5) du dit dispositif (1). 11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que le dispositif (1) est maintenu de telle façon que les parties tubulaires semi-rigides en forme d'arc de cercle (4) soient appliquées, avec une légère contrainte, sur la partie de la circonférence la plus haute du fond de forme rentrante (104). 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que, après le remplissage de la structure (101) par la pâte de propergol, le dispositif (1) est retiré de la structure (101) par une translation lente vers le haut de chaque partie tubulaire rigide (2).