Brevet FR2897114A1 — publié le 20070810

Dispositif d'allumage différé pour bloc de propergol à canal temporairement obturé, et bloc de propergol équipé d'un tel dispositif. La présente invention concerne un dispositif permettant à un engin autopropulsé, tel qu'une roquette ou un missile, de délivrer une poussée supplémentaire, dite surpoussée, constituant le second régime de poussée de cet engin qui peut fonctionner selon deux régimes de poussée, le déclenchement de ce dispositif étant facultatif. L'invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif d'allumage différé de surfaces de combustion en réserve qui restent isolées lors du premier régime de poussée correspondant à la combustion frontale d'un bloc de propergol, ce bloc comportant au moins un canal revêtu d'un inhibiteur de combustion dans lequel est placé ce dispositif* d'allumage différé. L'invention vise également les blocs de propergol équipés d'un tel dispositif d'allumage. On connaît des missiles ou roquettes dont la chambre de combustion renferme un chargement pyrotechnique constitué par un bloc cylindrique de propergol comprenant éventuellement un canal central revêtu par un inhibiteur de combustion. Dans un tel bloc de propergol, la surface de combustion progresse de l'arrière vers l'avant perpendiculairement â la section transversale du bloc. Un tel mode de combustion est appelé "combustion frontale". La poussée développée par les gaz de combustion est sensiblement constante tout au long de la trajectoire. Dans le cas d'un engin d'interception, il est avantageux que la propulsion soit réalisée suivant au moins deux régimes de poussée : un premier régime de poussée suivant lequel l'engin est amené jusqu'à une certaine vitesse de croisière, puis un second régime suivant lequel l'engin est accéléré brusquement à proximité de la cible. Cette brusque accélération a pour but d'augmenter la possibilité de pénétration de l'engin autopropulsé en permettant d'une part de diminuer le temps de réaction des moyens de défense de la cible sur laquelle se dirige cet engin, et d'autre part de contrarier l'action de ces moyens de défense, en permettant des évolutions latérales rapides de cet engin sous fort facteur de charge. Ces deux régimes de poussée peuvent être réalisés de façon connue dans des engins à deux étages de propulsion, comportant un chargement pyrotechnique arrière de propulsion initiale et un chargement avant d'accélération présentant une surface de combustion plus importante et/ou une vitesse de combustion plus rapide que celle du chargement arrière. Un tel mode de propulsion peut être réalisé également à partir d'un bloc de propergol unique comportant deux compositions différentes de propergol présentant des vitesses de combustion différentes. La première des réalisations précitées présente l'inconvénient d'être de construction très complexe. En outre, cette réalisation ainsi que celle qui utilise un bloc de propergol bicomposition présentent l'inconvénient que la phase d'accélération ou d'attaque est déclenchée seulement à la fin de la combustion du chargement de croisière. On connaît par ailleurs, selon le brevet français 1 532 045, un chargement propulsif constitué par plusieurs blocs de propergol à surfaces de combustion frontales communiquant avec le canal central du chargement. A l'intérieur du canal central et en avant de chaque surface de combustion frontale est disposé un dispositif d'allumage complet, ces dispositifs d'allumage étant déclenchés séparément et obturant le canal central pour empêcher l'allumage des surfaces de combustion qui sont situées en avant d'un dispositif d'allumage qui a été déclenché. Le fait d'associer à chaque surface de combustion un allumeur complique la construction du chargement propulsif et rend très difficile la réalisation d'un chargement ne comportant qu'un seul bloc de propergol. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des réalisations connues en créant un dispositif d'allumage d'un bloc de propergol à deux régimes de poussée de construction particulièrement simple et dont le fonctionnement est très fiable. Le dispositif d'allumage différé visé par l'invention, comprend des moyens pour obturer temporairement le canal central du bloc de propergol et empêcher ainsi la communication entre le canal et les surfaces de combustion en réserve, lors du premier régime de poussée. Suivant l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un allumeur secondaire destiné à être placé à l'avant du canal central du bloc de propergol et au moins une paroi temporaire destinée à être placée à l'arrière de l'orifice ou des orifices par lesquels les surfaces de combustion en réserve communiquent avec le canal central, cette paroi temporaire étant obturée par un opercule éjectable sous l'effet des gaz de combustion produits en amont de cette paroi après l'allumage de l'allumeur secondaire. Après l'allumage du premier régime d'un tel bloc, la combustion progresse frontalement, c'est-à-dire parallèlement au canal central, de l'arrière vers l'avant du bloc. L'engin propulsé par un tel bloc atteint ainsi une certaine vitesse de croisière. Durant ce premier régime de poussée, l'allumage des surfaces de combustion en réserve est empêché par la paroi temporaire. L'accélération brusque de l'engin est réalisée à un instant quelconque, en commandant la mise à feu de l'allumeur secondaire placé à l'avant 4 qui provoque l'allumage des surfaces de combustion en réserve qui communiquent avec le canal central. Ceci provoque un accroissement brusque de la surface de combustion et par suite une augmentation instantanée de la pression des gaz à l'avant. Cette pression des gaz provoque immédiatement l'éjection vers l'arrière de l'opercule de la paroi temporaire située en aval de la surface de combustion en réserve qui a été allumée. Les gaz de combustion peu-vent alors s'échapper librement par le canal central vers la (ou les) tuyère(s), et délivrer une poussée supplémentaire, provoquant une accélération brusque de l'engin selon le deuxième régime de poussée. Le dispositif d'allumage différé selon l'invention s'applique de préférence à un bloc de propergol comprenant deux séries de surfaces de combustion débouchant dans le canal central par deux séries d'ouvertures distantes entre elles. Dans ce cas, une paroi temporaire munie d'un opercule éjectable est disposée en arrière de chaque série d'ouvertures. Dans une telle réalisation, l'allumage de la seconde série de sur-faces de combustion a lieu immédiatement après l'éjection de l'opercule de la première paroi temporaire. La pression des gaz de combustion libérés à travers l'ouverture créée par l'éjection de cet opercule, entraîne presque simultanément l'éjection de l'opercule de la seconde paroi temporaire. Après l'allumage quasi instantané des deux séries de surfaces de combustion, on obtient une accélération considérable de l'engin. La construction de ce dispositif est particulièrement simple étant donné en particulier qu'il ne comporte qu'un seul allumeur secondaire pour les deux séries de surfaces de combustion. Selon une version avantageuse de l'invention, les deux parois temporaires sont fixées dans un tube destiné à être monté dans le canal central du bloc de propergol d'une manière étanche avec le revêtement thermique de ce canal, ce tube comportant des orifices destinés à être disposés en regard des ouvertures des surfaces de combustion en réserve. La mise en place de ce dispositif d'allumage dans le canal central du bloc de propergol est très aisée. Selon une version préférée de l'invention, la ou les parois temporaires comprennent un siège d'opercule définissant un orifice axial dans lequel est monté un opercule, ces deux éléments des parois temporaires étant réalisés en matériau ablatable tel que l'aluminium pur ou allié. Ce matériau est à la fois léger et très rapidement destructible sous l'effet des gaz de combustion formés après l'allumage des surfaces de combustion en réserve. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la face arrière du siège et de l'opercule sont recouvertes séparément par une couche de protection thermique. Cette couche de protection thermique empêche la destruction des opercules et de leur siège par les gaz de combustion formés lors du premier régime de combustion. L'invention vise également un bloc de propergol à combustion frontale et à deux régimes de poussée, comprenant un canal central inhibé et des surfaces de combustion en réserve qui communiquent avec ce canal, ce bloc de propergol comprenant un dispositif d'allumage différé conforme à l'invention, monté dans un tube qui est fixé de façon étanche en contact avec le revêtement de protection thermique du canal central du bloc de propergol. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un bloc de propergol comportant un dispositif d'allumage différé conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe suivant le plan III-III de la figure 1, - la figure 4 est une courbe montrant l'évolution de la pression P en fonction du temps lors du fonctionnement d'un bloc de propergol conforme à l'invention. Dans la réalisation de la figure 1, le bloc de propergol 1 destiné à être placé dans la chambre de combustion cylindrique d'un engin autopropulsé d'interception tel que roquette ou missile comprend un canal central 2, s'étendant entre l'avant 3 et l'arrière du bloc de propergol. La surface latérale 4 et l'avant 3 du bloc sont revêtus par une couche 5 d'inhibiteur de combustion. Le canal central 2 est revêtu par une couche de protection thermique 6 constituant un tube. Le bloc de propergol 1 est à combustion frontale c'est-à-dire que sa surface de combustion progresse de l'arrière vers l'avant parallèle-ment au canal central 2. Le bloc de propergol 1, représenté sur la figure 1 comprend deux séries de surfaces de combustion 7, 8 définies par des canaux 9, 10 débouchant radialement dans le canal central 2, par des ouvertures 9a, 10a. Les deux séries de canaux 9, 10 sont disposées dans deux plans distincts perpendiculaires à l'axe du canal central 2. Conformément â l'invention, le dispositif d'allumage différé du bloc de propergol 1 comprend un allumeur secondaire 12 placé â l'avant 3 du bloc 1 dans le canal central 2, ainsi qu'une paroi temporaire 13, 14 placée en arrière de chaque série d'ouvertures 9a, l0a par lesquelles les canaux radiaux 9, 10 débouchent dans le canal central 2. Chaque paroi temporaire 13, 14 est obturée par un opercule 15, 16 éjectable sous l'effet des gaz de combustion produits en amont des parois 13, 14 après l'allumage de l'allumeur secondaire 12. Dans l'exemple représenté, l'allumeur secondaire 12 et les deux parois temporaires 13, 14 dont fixés dans un tube 17 par exemple en résine formophénolique qui est monté dans le canal central 2, en étant en contact étanche avec le revêtement inhibiteur 6 de ce canal 2. Ce tube 17 comporte des orifices 18, 19 en regard des ouvertures 9a, l0a des canaux 9 et 10. Vers l'avant du bloc 1, ce tube 17 comporte une partie élargie définissant un épaulement 20 en appui contre un épaulement complémentaire 21 ménagé dans le tube 6 du canal central 2. La liaison entre le tube 17 et le tube 6 du canal central 2 est obtenue par ailleurs grâce à une colle 22 appliquée entre le tube intérieur 17 et le tube central 6. Les parois temporaires 13, 14 présentent la forme générale de bagues fixées radialement au tube 17 au moyen de vis 23. Ces bagues sont de préférence en aluminium. L'étanchéité entre ces parois temporaires 13, 14 et le tube 17 est réalisée au moyen de joints toriques 24. Ces parois temporaires 13, 14 comprennent un siège cylindrique 25, 26 définissant un orifice axial dans lequel est monté un opercule 15, 16 en forme de disque de préférence en aluminium. En avant du siège 25, 26 est ménagée une ouverture tronconique 27, 28 évasée dans une direction opposée à l'opercule 15, 16. Entre cette ouverture 27, 28 et le siège 25, 26 est ménagé un épaulement 29, 30 contre lequel est calé l'opercule 15, 16. L'opercule 15, 16 est maintenu par frottement dans le siège 25, 26 8 au moyen d'un joint torique d'étanchéité 31, 32 de façon que l'opercule 15, 16 reste en place quelles que soient les conditions de stockage, de transport et d'utilisation du bloc de propergol. Par ailleurs, les faces arrières 33, 34 des sièges 25, 26 et les faces arrières des opercules 15, 16 sont recouvertes séparément par une couche d'inhibiteur souple 35, 36, 37, 38. Cette protection est plus épaisse sur la paroi 14 que sur la paroi 13 du fait des conditions différentes d'exposition aux gaz de combustion. On voit d'autre part que le diamètre de l'ouverture tronconique 27 et le diamètre de l'opercule 15 de la paroi 13 la plus proche de l'allumeur 12, sont inférieurs aux diamètres de l'ouverture tronconique 28 et de l'opercule 16 de l'autre paroi 14. L'allumeur secondaire 12 comprend une charge cylindrique d'allumage 39 contenue dans un corps 40 qui est en partie noyé dans le revêtement inhibiteur 5 qui recouvre l'avant 3 du bloc de propergol 1. A l'avant de la charge d'allumage 39 est situé un inflammateur électrique 41. A l'arrière de cette charge d'allumage 39 est placé un opercule 42 cisaillable lors de la mise à feu de la charge. A l'arrière du corps 40 de l'allumeur 12 est monté un déflecteur 43 qui présente des orifices 44 agencés pour orienter les gaz de combustion de la charge 39 vers les ouvertures 9a des canaux radiaux 9. Le fonctionnement du bloc de propergol 1 que l'on vient de décrire est le suivant Après l'allumage initial du bloc 1, réalisé à l'arrière de ce dernier, la combustion progresse de façon frontale suivant la flèche F (voir figure 1). La surface de combustion est égale à la section du bloc 1. Cette surface étant constante, la pression P des gaz de combustion est constante (voir figure 4), par exemple égale à 40 bars, de sorte que l'engin propulsé par le bloc 1 atteint une certaine vitesse de croisière. Pendant ce premier régime de poussée, l'opercule 16 de la seconde paroi 14 est protégé contre les gaz de combustion par les couches de protection thermique 37, 38. A un instant choisi, tl (voir figure 4), le front de combustion atteint le plan M (voir figure 1) du bloc 1 et on décide d'accélérer brusquement l'engin, c'est-à-dire déclencher la phase d'attaque de cet engin. A cet effet, on commande à distance la mise à feu de l'allumeur 12. Après rupture de l'opercule 42 de l'allumeur 12 les gaz de combustion formés sont dirigés par le déflecteur 43 dans les canaux radiaux 9 ce qui provoque l'allumage du propergol sur la surface de ces canaux. La pression interne des gaz augmente alors brusquement dans la partie avant du tube interne 17. Dés que cette pression dépasse une valeur prédéterminée, par exemple égale à 20 bars, l'opercule 15 quitte son siège 25 sur la paroi temporaire 13, et permet le passage des gaz vers la seconde série de canaux radiaux 10 qui sont alors allumés et, par exemple, dés que la pression interne atteint 60 bars l'opercule 16 de la seconde paroi temporaire 14 est expulsé à son tour. Après l'allumage du propergol dans les canaux 9 et 10 les bagues en aluminium qui subsitent des parois temporaires 13 et 14 sont elles aussi détruites par ablation et expulsées vers l'arrière. Le fonctionnement décrit ci-dessus fait par conséquent apparaître que le bloc conforme à l'invention, réalisé d'une seule pièce, comporte un dispositif d'allumage qui permet de déclencher à tout moment la phase d'accélération et ce sans induire de perturbations susceptibles de détériorer le bloc. Un autre avantage du bloc conforme à l'invention, réside dans le fait que la pression engendrée par les gaz de combustion peut être quasi-ment constante jusqu'à la fin de la combustion. En effet, si on ne déclenche pas la phase d'accélération, c'est-à-dire si on ne met pas à feu l'allumeur 12, le front de combustion progresse de façon unidirectionnelle de l'arrière jusqu'à l'avant 3 du bloc 1 ; le 10 franchissement des canaux 9 et 10 n'introduisant que de très légèrs pics de pression. La construction du dispositif d'allumage est particulièrement simple et économique puisqu'il n'utilise qu'un seul allumeur. Par ailleurs, la réalisation des parois temporaires 13, 14 est également peu onéreuse et leur fonctionnement est très fiable étant donné que l'expulsion et la destruction des opercules 15 et 16 peuvent être contrôlées de manière précise. Par ailleurs, la mise en place et la fixation du dispositif d'allumage dans le canal central 2 du bloc de propergol sont extrêmement simples. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée â l'exemple que l'on vient de décrire et on peut apporter â celui-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, dans le cas d'un bloc de propergol ne comportant qu'une seule série de canaux tels que 9, la paroi temporaire 13 suffit. Par ailleurs, les séries de canaux 9 et 10 pourraient être remplacées par des surfaces de combustion en réserve de formes différentes. Les opercules 15 et 16 pourraient être réalisés en un matériau autre que l'aluminium, notamment en alliage à base d'aluminium tel que le "Duralumin" pourvu que ce matériau soit destructible sous l'effet des gaz de combustion formés après l'allumage des surfaces de combustion en réserve et que ce matériau résiste aux conditions engendrées lors du premier régime de poussée. La liaison entre ces opercules 15 et 16 et leur siège pourrait être assurée autrement que par des joints toriques, l'essentiel étant que cette liaison soit étanche et résiste jusqu'à une pression bien déterminée, une goupille de cisaillement pouvant temporairement maintenir en position ces opercules sur leur siège. Revendications 1. Dispositif d'allumage différé pour bloc de propergol (1) â combustion frontale et à deux régimes de poussée, comprenant un canal central (2) inhibé et des surfaces de combustion en réserve (7, 8) qui communiquent avec ce canal, ce dernier comportant des moyens pour l'obturer temporairement; ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un allumeur secondaire (12) destiné à être placé à l'avant du canal central (2) du bloc de propergol (1) et au moins une paroi temporaire (13) destinée à être placée à l'arrière de l'orifice ou des orifices (9a) par lesquels les surfaces de combustion en réserve communiquent avec le canal central (2), cette paroi temporaire (13) étant obturée par un opercule (15) éjectable sous l'effet des gaz de combustion produits en amont de cette paroi après l'allumage de l'allumeur secondaire (12). 2. Dispositif d'allumage différé conforme à la revendication 1, destiné à un bloc de propergol comprenant deux séries de surfaces de combustion (7, 8) débouchant dans le canal central (2) par deux séries d'ouvertures (9a, l0a) distantes entre elles, caractérisé en ce qu'une paroi temporaire (13, 14) munie d'un opercule éjectable (15, 16) est disposé en arrière de chaque série d'ouvertures (9a,. 10a). 3. Dispositif d'allumage différé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les deux parois temporaires (13, 14) sont fixées dans un tube (17) destiné à être monté dans le canal central (2) du bloc de propergol, d'une manière étanche avec le revêtement thermique (6) de ce canal, ce tube (17) comportant des orifices (18, 19) destinés à être disposés en regard des ouvertures (9a, 10a) des surfaces de combustion en réserve (7, 8). 4. Dispositif d'allumage différé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ou les parois temporaires (13, 14) comprennent un siège (25, 26) définissant un orifice axial dans lequel est monté un opercule (15, 16) en matériau ablatable. 11 . Dispositif d'allumage différé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites parois (13, 14) et opercules (15, 16) sont en aluminium pur ou allié. 6. Dispositif d'allumage différé conforme à l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les faces arrières des sièges (25, 26) et des opercules (15, 16) sont recouverts séparément par une couche de protection thermique (35, 36, 37, 38). 7. Dispositif d'allumage différé conforme à l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'un joint torique d'étanchéité (31, 32) est inséré entre l'orifice axial du siège (25, 26) et l'opercule (15, 16). 8. Dispositif d'allumage différé conforme à l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le diamètre de l'orifice axial du siège 25 et le diamètre de l'opercule (15), correspondant de la paroi temporaire (13) la plus proche de l'allumeur, sont inférieurs aux diamètres de l'orifice axial du siège (26) et de l'opercule (16) correspondant de l'autre paroi temporaire (14). 9. Dispositif d'allumage différé conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'allumeur (12) comporte à l'arrière de la charge d'allumage (39) un déflecteur (43) présentant des orifices (44) agencés pour orienter les gaz de combustion vers les ouvertures (9a) des surfaces de combustion en réserve (7). 10. Bloc de propergol (1) à combustion frontale et à deux régimes de poussée, comprenant un canal central (2) inhibé et des surfaces de combustion en réserve (7, 8) qui communiquent avec ce canal, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'allumage différé conforme à l'une des revendications 1 à 9, monté dans un tube {17) qui est fixé de façon étanche en contact avec le revêtement de protection thermique (6) du canal central (2) du bloc de propergol.