Brevet FR2917130A1 — publié le 20081212

Propulseur à performance améliorée. La présente invention concerne le domaine des propulseurs, et plus particulièrement les propulseurs utilisés dans des systèmes d'armes et 5 munitions. Actuellement, dans le cadre de la réalisation de propulseurs, notamment pour des munitions, on dispose de matériaux énergétiques présentant des vitesses de combustion allant de quelques millimètres à 10 quelques dizaines de millimètres par seconde. Etant donné que l'objectif d'un propulseur est de fournir une impulsion maximale dans un calibre donné, on va classiquement chercher à augmenter la surface de brûlage du pain énergétique du propulseur. En conséquence, le débit massique de matériau énergétique brûlé, qui correspond directement à l'impulsion créée par le 15 propulseur, se trouve proportionnellement augmenté. En effet, le débit massique Dm d'un matériau présentant une vitesse de combustion Vc, une masse volumique p et une surface de brûlage S, vérifie la relation suivante : Dn, = x p x S . Ce débit massique Dm est directement proportionnel à la force engendrant le déplacement du vecteur. L'impulsion est alors l'intégrale 20 de cette force sur la durée pendant laquelle elle s'exerce. Pour augmenter la surface de brûlage du pain énergétique du propulseur, on aménage généralement un canal central au coeur du pain énergétique du propulseur ; ce canal central permet d'augmenter de façon substantielle la surface de brûlage du pain énergétique. 25 Cependant, cette technique courante présente deux inconvénients majeurs. Tout d'abord, le canal central aménagé au coeur du pain énergétique du propulseur rend ce dernier fragile devant des agressions extérieures accidentelles. Cette sensibilité des propulseurs, et donc 30 potentiellement des munitions dont ils font partie, est bien connue, particulièrement vis-à-vis d'agressions telles que des éclats lourds-légers . Ces agressions et les réactions associées sont modélisées et regroupées sous l'appellation d'effet canal . De manière globale, pour ce qui concerne les munitions, de nombreux pays évaluent et classifient leurs réactions vis-à-vis d'agressions standards et mettent: en place des normes dans le but de ne posséder que des munitions à risque atténué. Un des objectifs importants lors de la mise au point de nouvelles munitions est donc notamment de minimiser le risque d'une réaction violente de ces munitions à une agression extérieure accidentelle. L'effet canal a tendance à augmenter la violence des réactions des munitions vis-à-vis de ces agressions, ce qui constitue un problème important. Le deuxième inconvénient majeur lié à la technique actuelle réside dans l'affaiblissement du rendement énergétique massique par unité de volume. En effet, de toute évidence, l'aménagement d'un canal central dans un propulseur, s'il permet bien d'en augmenter l'impulsion, en augmente aussi le volume par accroissement de la hauteur pour une masse de propergol donnée. Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients majeurs précités. L'invention permet donc d'augmenter, à volume constant, l'impulsion d'un propulseur tout en diminuant le risque de réaction violente à une agression accidentelle extérieure en éliminant l'effet canal des propulseurs actuels. A cet effet:, l'invention a pour objet un propulseur comportant un cylindre énergétique constitué d'un canal central et d'un pain énergétique secondaire périphérique présentant une vitesse de combustion secondaire, caractérisé en ce que ledit canal central est rempli d'un pain énergétique primaire présentant une vitesse de combustion primaire de 10 à 100 plus grande que la vitesse de combustion secondaire. Avantageusement, le pain énergétique secondaire est recouvert d'un inhibiteur s'érodant en totalité pendant la combustion du pain 2 énergétique primaire, en une durée proche et inférieure ou égale à la durée de combustion dudit pain énergétique primaire. Avantageusement, le pain énergétique primaire est constitué de matériaux comportant des nano-structures à base de Fe2O3, dopé par de 5 l'Aluminium et/ou de l'Hexogène par exemple. Avantageusement, le pain énergétique secondaire est constitué de propergol. Avantageusement, le procédé d'initiation d'un propulseur selon 10 l'invention comporte les étapes suivantes : • initiation en combustion cigarette du pain énergétique primaire à la vitesse de combustion primaire, • après combustion de la quasi-totalité du pain énergétique primaire, mise en combustion du pain énergétique 15 secondaire à la vitesse de combustion secondaire sur toutes ses surfaces rendues libres par la combustion du pain énergétique primaire. Avantageusement, l'initiation du pain énergétique primaire est effectuée par l'intermédiaire de fils chauds. 20 Avantageusement, l'initiation du pain énergétique primaire est effectuée par l'intermédiaire d'un flash laser. Avantageusement, l'initiation du pain énergétique secondaire est effectuée par l'intermédiaire du brûlage du pain énergétique primaire. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent : • la figure 1 : le schéma d'une section d'un pain énergétique 30 dans un propulseur de l'art connu ; • la figure 2: le schéma simplifié d'un propulseur selon l'art connu ; • la figure 3: le schéma simplifié d'un propulseur selon l'invention ; 3 • la figure 4 : l'illustration du brûlage du pain énergétique d'un propulseur primaire selon l'invention ; • la figure 5: l'illustration du brûlage du pain énergétique secondaire d'un propulseur selon l'invention. La figure 1 présente schématiquement le principe de maximisation de la surface de brûlage d'un pain énergétique et de mise en oeuvre d'une constance de cette surface. En effet, comme cela a été expliqué io précédemment, l'impulsion maximale que l'on cherche à produire, est directement proportionnelle au débit massique de matériau énergétique brûlé et donc à la surface de brûlage dudit matériau énergétique. D'autre part, pendant le temps de l'impulsion, celle-ci doit être stable. Le débit massique de matériau énergétique brûlé doit être constant, ce qui implique que la 15 surface de brûlage doit être constante. Sur la figure 1, on constate qu'à cet effet, dans l'art connu, on conçoit des pains énergétiques présentant un canal central sous une forme de type étoile extrudée. Ainsi, la surface de brûlage S1, devient la surface de brûlage S2 d'aire égale. De même, au fur et à mesure du brûlage du matériau énergétique, la surface de brûlage 20 devient Sn, toujours de même aire que S1 et S2 et ainsi de suite. C'est de cette façon qu'on assure généralement, dans l'état de l'art, l'impulsion maximale et le débit massique de matériau énergétique brûlé constant dans les propulseurs actuels. 25 La figure 2 illustre de façon très schématique, un propulseur de l'art connu. Ce dernier, de forme cylindrique, comprend un pain énergétique 1 périphérique au cceur duquel est aménagé un canal central 3. Le pain énergétique 1 brûle selon une surface constante, selon le principe décrit en figure 1. Le débit massique s'échappant du cylindre énergétique via le col 5 30 est donc constant. Ainsi, l'impulsion générée est élevée du fait de l'importance de la surface de brûlage, et stable du fait de sa constance. Cependant, le vide du canal central 3 aménagé au centre du pain énergétique 1 induit une fragilité accrue du cylindre énergétique du propulseur notamment vis-à-vis d'éclats lourds-légers. En effet, suite à un 35 impact d'un tel éclat, l'onde de choc générée a tendance à se propager de 4 part et d'autre de l'impact sur la circonférence du cylindre énergétique car elle ne peut être absorbée dans l'axe de l'impact du fait du vide du canal central 3. Ce phénomène entraîne une fragilité de la coque du cylindre énergétique facilitant son déchirement. Ce type de réaction fait partie de ce que l'on appelle l'effet canal, déjà mentionné précédemment. La figure 3 représente une première illustration schématique du principe de l'invention. Celle-ci est rendu possible par l'apparition de 1 o matériaux énergétiques présentant des vitesses de combustion de trois à sept mètres par seconde, c'est-à-dire de 10 à 100 fois plus grandes que celles des matériaux énergétiques actuels. Ces matériaux sont constitués de nano-structures à base de Fe2O3, dopé par de l'Aluminium ou de l'Hexogène par exemple. Dans l'invention, on utilise ces matériaux énergétiques à très 15 haute vitesse de combustion pour remplir le canal central 3 d'un pain énergétique primaire 1. Cette insertion d'un pain énergétique primaire 1 dans le canal central 3 du pain énergétique secondaire 2 élimine de facto l'effet canal précédemment décrit et réduit donc les effets d'une agression du type éclats lourds-légers . 20 La figure 4 représente la première phase de fonctionnement du propulseur selon l'invention. Le pain énergétique secondaire 2, situé en périphérie du cylindre énergétique est recouvert d'un inhibiteur 4. Ce pain énergétique 2 peut typiquement être constitué de propergol double-base SD 25 1136, commercialisé par exemple par la société SME-Propulsion. Par l'intermédiaire de fils chauds ou d'un flash laser par exemple, le pain énergétique primaire 1 est initié. Sa combustion cigarette se fait à une vitesse de l'ordre de quelques mètres par seconde. Pendant une durée proche mais inférieure ou égale à la durée de combustion du pain 30 énergétique 1, l'inhibiteur 4 s'érode, permettant au pain énergétique 2 d'être initié, par exemple lors de la fin de la combustion du pain énergétique 1. Le brûlage B1 du pain énergétique 1 génère un débit massique D, au niveau du col 5. 5 La figure 5 représente la deuxième phase de fonctionnement du propulseur selon l'invention. La combustion rapide du pain énergétique 1 s'achevant, la combustion du pain énergétique 2 est initiée. La vitesse de brûlage de ce pain énergétique secondaire est de l'ordre de quelques millimètres à quelques dizaines de millimètres par seconde. Cependant, le brûlage B2 du pain énergétique 2 génère le même débit massique D, de matériau brûlé et propulsé via le col 5 du fait de l'importante surface de brûlage. En résumé, l'invention présente le double avantage majeur de minimiser le risque lié aux agressions accidentelles auxquelles peuvent êtres soumis des propulseurs grâce au remplissage du canal central couramment aménagé au coeur du cylindre énergétique, et d'augmenter fortement l'efficacité de ces propulseurs par l'utilisation de matériaux énergétiques à très haute vitesse de combustion. En effet, grâce au différentiel de vitesse de combustion entre le pain énergétique primaire et le pain énergétique secondaire, on peut créer en dynamique le futur canal central du pain secondaire tout en bénéficiant de l'impulsion créée par la combustion du pain primaire. Une telle architecture permet une augmentation importante de l'énergie embarquée par unité de volume. Le gain impulsionnel théorique, c'est-à-dire l'augmentation de l'impulsion d'un propulseur modifié selon l'invention par rapport à l'impulsion d'un propulseur selon l'état de l'art, calculé sur la base d'un propulseur actuel GSD4-G1 de la société TDA Armements SAS (Thomson Dasa Armement, société du groupe Thalès), est de l'ordre de 40%. 6 REVENDICATIONS 1. Propulseur comportant un cylindre énergétique constitué d'un canal central (3) et d'un pain énergétique secondaire (2) périphérique présentant une vitesse de combustion secondaire (V2), caractérisé en ce que ledit canal central (3) est rempli d'un pain énergétique primaire (1) présentant une vitesse de combustion primaire (V1) de 10 à 100 fois plus grande que la vitesse de combustion secondaire (V2). 2. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pain énergétique secondaire (2) est recouvert d'un inhibiteur (4) s'érodant en totalité pendant la combustion du pain énergétique primaire (1), en une durée proche et inférieure ou égale à la durée de combustion dudit pain énergétique primaire (1). 3. Propulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le pain énergétique primaire (1) est constitué de matériaux comportant des nano-structures à base de Fe2O3, dopé par de l'Aluminium et/ou de l'Hexogène par exemple. 4. Propulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pain énergétique secondaire (2) est constitué de propergol. 25 5. Procédé d'initiation d'un propulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : • initiation en combustion cigarette du pain énergétique primaire (1) à la vitesse de combustion primaire (V1), 30 • après combustion de la quasi-totalité du pain énergétique primaire (1), mise en combustion du pain énergétique secondaire (2) à la vitesse de combustion secondaire (V2) sur toutes ses surfaces rendues libres par la combustion du pain énergétique primaire (1).20 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'initiation du pain énergétique primaire (1) est effectuée par l'intermédiaire de fils chauds. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'initiation du pain énergétique primaire (1) est effectuée par l'intermédiaire d'un flash laser. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé 1 o en ce que l'initiation du pain énergétique secondaire (2) est effectuée par l'intermédiaire du brûlage du pain énergétique primaire (1).