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Fusée, notamment pour le décollage assisté, et son procédé,de chargement.
'La présente invention se rapporte 'à la propulsion par réac- tion, et plus particulièrement aux procédés et dispositifs permettant d'accroître la sûreté de fonctionnement des fusées utilisant des combustibles propulsifs solides.
D'une façon générale, une fusée comporte une chambre de combustion munie dans sa paroi d'une tuyère,, une charge de combustible disposée dans cette chambre, et un dispositif assu- rant l'allumage de la charge. Les fusées du type considéré uti- lisent des mélanges propulsifs solides. Lors de la combustion de la charge, du gaz est engendré à haute température et à pression élevéeà l'intérieur de la chambre de combustion, et ce gaz s'échappe par la tuyère, en produisant une poussée qui peut
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être utilisée pour la propulsion ou la commande d'un véhicule, par exemple d'un avion, sur'lequel est montée la fusée.
Dans une application importante de la propulsion par réaction, les fusées montées sur un avion sont utilisées pour engendrer une poussée auxiliaire pendant le décollage; permet-' tant ainsi de réduire la distance nécessaire à ce décollage. Or la réduction de la distance de décollage est extrêmement im- portante, par exemple lorsqu'on désire faire décoller des avions lourdement chargés du pont d'envol d'un porte-avions ou sur des pistes de faible longueur.
Pour le décollage assisté d'un avion, il est désirable de provoquer le fonctionnement de la fusée pendant que l'avion est encore immobile, ou pendant qu'il se déplace encore à une vitesse réduite, de façon que le pilote soit sûr que la fusée fonctionne et puisse en conséquence commander les gouvernes de l'avion. Dans ce cas, l'efficacité de la fusée pour la. réduction de la distance décollage ne dépend pas seulement de l'impulsion totale engendrée par une fusée, mais également de l'intervalle de temps pendant lequel cette poussée est disponible. Cette particularité est due au fait que cette efficacité ne dépend pas seulement de l'impulsion engendrée, mais de la vitesse moyenne du véhicule dans l'intervalle de temps pendant lequel cette impulsion est appliquée.
Ainsi, d'une façon générale, si le fonctionnement de la fusée commence au début de la période de décollage, une fusée de ce type produisant une poussée de 450 kg pendant 10 secondes sera. plus efficace pour la réduction de la.
' distance de décollage qu'une fusée produisant une poussée de
2250 kg. pendant 2 secondes, bien que l'impulsion soit dans les
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deux cas de 4500 kg.
Pour le décollage assisté, il apparaît par suite dési- rable de réaliser des fusées capables de fonctionner pendant de longs intervalles de temps. Même dans d'autres applications / des fusées, un temps de fonctionnement plus long que celui dis- ponible jusqu'ici (une ou deux secondes) est désirable, à cause de la réduction qui en résulte dans les efforts ou fatigues auxquels sont soumis les éléments du bâti supportant la fusée, et également à cause de la réduction qui en résulte dans le poids de la fusée nécessaire pour l'obtention avec certitude d'une impulsion donnée.
On peut obtenir le fonctionnement des fusées pendant de longs intervalles de.temps en limitant la combustion d'un mélange propulsif à combustion lente à une partie limitée (ou exposée) de sa surface, 'de sorte que la combustion progresse lentement de cette surface limitée vers la partie voisine de la charge pour constituer une nouvelle surface de combustion limi- tée, et ainsi de suite d'une extrémité de la charge à l'autre, progressivement. Lorsque la combustion de la charge est détermi- née de cette façon,', on dénomme ce phénomène "combustion limitée ".
Dans le cas contraire, on dira "combustion illimitée".
Les essais antérieurs pour adapter les fusées à la pro- pulsion des véhicules se sont avérés impraticables par suite' des poussées excessives qui,se maniféstaient pendant de courts -laps de temps. Cette caractéristique était due principalement à l'absence de "combustion limitée".
En conséquence, le but principal de l'invention est de réaliser une fusée à combustion limitée qui soit d'une sûreté de fonctionnement supérieure à celles connues jusqu'ici.
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D' autres buts,de l'invention sont notamment: de réaliser une fusée présentant un meilleur rapport entre la propulsion et le poids; de réaliser une fusée étudiée spécialement pour le décollage assisté d'un avion; de réaliser une fusée sur laquelle on puisse se reposer pour l'obtention d'une poussée sensiblement constante pendant un temps de fonctionnement prolongé ; de réa- liser un mélange combustible pour les fusées de ce type, et par- ticulièrement un mélange combustible fonctionnant avec sécurité sur une vaste,gamme de températures;,et de réaliser une fusée chargée pouvant être remise en.état de fonctionnement si elle a été soumise à des températures extrêmes ou à d'autres conditions aptes à rendre son fonctionnement non'sur.
D'autres buts sont également de fournir un procédé de préparation de ces fusées et un procédé convenable pour l'obten- tion de ces mélanges combustibles propulsifs.
Sous l'une de ses formes générales, l'invention concerne le chargement d'une fusée à l'aide d'un mélange propulsif ther- moplastique présentant une surface exposée limitée sur laquelle on engendre la combustion, celle-ci étant ensuite propagée len- i tement et progressivement au reste de la charge, et l'adhérence à la paroi de la chambre de combustion des parties de la surface de la charge dans lesquelles la combustion est empêchée. La combustion, de cette charge est limitée, à une extrémité exposée.
Dans une réalisation préférentielle de l'invention, on coule un mélange propulsif thermoplastique de deux constituants dans un récipient cylindrique muni d'un revêtement thermoplastique étudié pour adhérer à la fois à la paroi du récipient et à la charge propulsive.
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Bien que l'on puisse utiliser pour l'obtention de la "combustion limitée" désirée une grande variété de mélanges propulsifs, on utilise selon une réalisation préférée un mélange propulsif formé par de fines particules d'un oxydant solide uniformément dispersé dans un combustible plastique en une quan- tité au moins suffisante pour remplir les interstices entre les particules de l'oxydant pulvérisé.
Comme oxydant, on utilise de préférence du perchlorate de potassium (K Cl 04) parce qu'il renferme une quantité importante d'oxygène disponible pour la combustion à cause de sa stabilité, à la fois seul et en combinaison avec des combustibles plastiques, à came de sa facilité d'obtention dans ,le commerce et de son prix comparativement bas, et également à cause de son caractère non hygroscopique.
Comme combustible, on utilise de préférence un combustible organique semi-solide, et particulièrement un combustible pré- sentant une teneur prédominante en hydrogène et en carbone. On préfère les hydrocarbures aux autres solides organises à cause de leur chaleur de combustion élevée. Pour cette raison, on a pensé que les bitumes, et particulièrement les asphaltes, étaient particulièrement convenables,
On donnera la préférence aux asphaltes sur les autres hydrocarbures $ cause de la vaste gamme de températures atmos- phériques dans laquelle ils demeurent plastiques.
Parmi les as- phaltes eux-mêmes, on a'pu déterminer que les asphaltes oxydés par insufflation dair, à base naphténique seule ou naphténique mélangée à de la paraffine, étaient les plus satisfaisants, notamment lorsqu'ils étaient mélangés avec une faible proportion d'une huile à indice de viscosité élevée, avec laquelle ils sont compatibles.
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En incorporant environ 3 parties de (K Cl 04) à une partie d'asphalte, on peut produire un mélange propulsif suffisamment plastique, sensiblement imperméable et qui renferme en même temps du combustible en excès.
Bien qu'un mélange propulsif de ce type puisse être utilisé seul lorsqu'il est coulé dans une fusée pour fournir un ensemble combustible à combustion limitée fonctionnant avec plus de certitude, des essais ont permis de déterminer que l'on peut accroître sensiblement sa sécurité de fonctionnement en utilisant un revêtement à base d'asphalte comme liant entre la charge et la paroi de la chambre de combustion.
Suivant un procédé préféré de ,fabrication d'une 'fusée conformément à l'invention, on recouvre tout d'abord le récipient étudié pour constituer une partie d'une chambre de combustion à l'aide d'un revêtement thermoplastique étudié pour adhérer à la fois à la paroi de la, chambre et au mélange propulsif que l'on désire utiliser, puis on coule ce mélange propulsif dans le réci- pient muni de son revêtement, en versant ledit mélange dans ce récipient à una température élevée telle que le mélange propulsif s'écoule aisément sans provoquer la fusion du revêtement.
Si les fusées chargées à l'aide de mélanges propulsifs thermoplastiques fonctionnant à une température trop basse ou trop élevée des défaillances (extinctions) peuvent aisément se produire.
Bien que l'on ne connaisse pas avec certitude la cause exacte de ces défaillances survenant à basse température, on admet qu'elles se produisent par suite de la tendance de la charge propulsive à la fracture comme conséquence de la fragilité excessive ou de la-tendance à se séparer de la paroi de la chambre 'de combustion par suite de la contraction et du manque de plastici-
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té 'suffisante aux basses températures, Indépendamment de l'ex- plication de ces'défaillances, des recherches expérimentales ont permis de déterminer qu'elles se produisent fréquemment si la pénétration de la charge propulsive est inférieure à environ 6.
déterminée par les essais décrits ci-dessous,
La limite supérieure, de température au-dessus de laquelle des explosions peuvent se produire n'est pas aussi bien détermi- née, Aux températures élevées, des défaillances se produisent lorsque la charge propulsive est excessivement fluide. Ainsi, si (la viscosité de) la charge propulsive est trop fluide, elle peut s'écouler aisément et se séparer par suite de la paroi de la chambre lorsqu'on la laissé reposer dans une position inclinée pendant un temps supérieur à quelques heures, en exposant par suite une plus grande surface.
Bien que la limite exacte de la valeur supérieure de sécurité pour''la pénétration dépende.du temps écoulé entre la modification de la position de la fusée et la mise de feu à la fusée et d'autres facteurs analogues, on a pu déterminer qu'une "combustion limitée" satisfaisante peut être ordinairement obtenue si la pénétration est inférieure à 100 environ.'
Ainsi, la charge propulsive plastique préférée présente une pénétration comprise entre environ 6 et 100 à la température de fonctionnement de cette fusée, et de préférence une pénétra- tion d'environ 25 à la température moyenne, de la gamme de tem- pératures à l'intérieur dé laquelle on désire provoquer le fonctionnement d'une fusée chargée avec ce mélange propulsif.
Bien que l'invention soit décrite ici comme se rap- portant à dés charges propulsives de composition spécifique et à
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des procédés particuliers de préparation et de coulée de ces charges propulsives, les techniciens comprendront que les principes de l'invention peuvent être .appliqués à d'autres mélanges propulsifs et à d'autres procédés.de préparation et de coulée sans pour cela sortir du cadre de cette invention.
On comprendra également que l'invention n'est pas limitée aux explications théoriques données ici, car elles sont fournies principalement pour aider à lacompréhension de l'invention.
D'autres buts et avantages de l'invention, ainsi que des réalisations et caractéristiques, seront mieux compris de la description qui va suivre, faite en regard des dessins anne- xés sur lesquels
La fig. 1 est un graphique montrant la relation entre la vitesse d'écoulement et,la force appliquée pour une matière plastique.
La fige 2 est une vue en coupe d'une fusée construite suivant l'invention et utilisant un revêtement de liaison. entre la charge propulsive et la. chambre de cette fusée.,
La fig. 3 est une vue partielle de profil, en élévation et avec coupe partielle, de la tuyère et du couvercle de. la fusée, cette coupe étant faite par la ligne 3-3 de la fige 2.
La fig. 4 est une vue semblable d'une autre réalisation utilisant une cartouche à laquelle la matière propulsive est liée.
La fig. 5 représente des courbes montrant comment la pression régnant à l'intérieur.de la chambre d'une fusée varie en fonction du temps que dure son fonctionnement, avec application de l'invention et sans cette application.
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La fig. 6 est un schéma montrant les opérations principales d'un procédé de préparation d'une fusée suivant l'invention.
La fig. 7 est un graphique montrant les courbes représentant la pénétration en fonction de la température pour certains des mélanges explosifs de l'invention.
DEFINITIONS
On a donné ci-dessous quelques définitions pour aider à l'explication de l'invention.
Mélange propulsif: on fait une distinction, dans la pré- sente description entre les mélanges propulsifs et les explo- sifs.
Selon le sens utilisé ici, l'expression "mélange propul- sif" désigne une substance qui, lors de l'allumage en un point quelconque de sa surface, peut brûler progressivement à partir de ce point vers les autres, à une vitesse de propagation per- ceptible à l'oeil. Des mélanges propulsifs enfermés par exemple dans une chambre perforée peuvent brûler à une vitesse de l'or- dre d'environ 7 mm à 75 cm par seconde lorsque la pression des gaz de combustion en contact avec la surface de combustion est respectivement de l'ordre de 14 kilos à 4.200 kilos environ par cm2.
D'autre part, le terme "explosif" est utilisé pour dési- gner une substance dans laquelle la combustion se propage pres- que instantanément. Ainsi, la combustion, peut par exemple se propager dans le cas de la plupart des explosifs à des vitesses comparables à la vitesse du son et même plus grande que celle-ci.
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Plasticité : Une matière est dite "plastique" si elle est capable d'être déformée de façon continue et permanente dans une direction quelconque et sans rupture sous une tension dépas- sant l'indice de déformation. En d'autres termes, une substance est plastique si elle ne revient pas à sa forme primitive lors- qu'on supprime la force qui lui est appliquée. La plasticité d'une substance est une mesure de son aptitude à une telle dé- formation.
On a représenté en fig. 1 un graphique montrant les pro- priétés d'une substance plastique type, Sur ce graphique, les abscisses représentent la tension (ou force) de cisaillement.
Les ordonnées représentent les taux résultants de déformation permanente. On remarquera que, en dessous d'une certaine valeur de tension (connue sous la dénomination indice de déformation), il ne se produit aucune déformation permanente, tandis que, pour des tensions de cisaillement plus importantes, le taux de déformation croît en fonction de la tension. Pour des tensions inférieures à l'indice de déformation, la matière présente des propriétés élastiques. Au-dessus de cette valeur, elle présente certaines des propriétés d'un fluide visqueux. I,'indice de dé- f ormati on dépend de l'effort de traction et détermine par- tiellement la ductilité ou la cohésion.
L'indice de déformation des asphaltes et des mélanges propulsifs considérés est très fa.ible, mais l'indice de déformation de l'asphalte oxydé par insufflation d'air est plus élevé que celui de l'asphalte raffi- né par la vapeur ayant la même origine.
Ductilité : Tel qu'il est utilisé ici,'le terme "ductilité" est une mesure en cms de la cohésion d'une matière plastique, déterminée par la méthode bien connue de Dow (voir par exemple l'ouvrage intitulé "Asphalte and Allied Substances" de H.Abraham,
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page 848, 4 édition, publié chez Van Nostrand en 1938).
Pénétration : Tel qu'il est utilisé ici, le'terme "pénétration " est le degré de plasticité mesuré à une tempé- rature quelconque par la distance en centièmes de cms. de laquelle une aiguille déterminée peut être introduite par pression dans une matière plastique sous l'action d'une force de 100 grammes agissant pendant 5 secondes.
Le processus appliqué pour ces essais est décrit sous le titre "Test N D5-25" de la Société dite:American Society for Testing Materials (A.S.T.M.). Une substance dont la péné- tration varie avec la température est dite "thermoplastique".
Sensibilité de pénétration : Tel qu'elle est utilisée ici l'expression "sensibilité de pénétration"doit être con- sidérée comme la variation du logarithme ordinaire de la péné- tration pour une variation de température de 1 (d log 10 p)/dT.
La sensibilité de pénétration des combustibles et des mélanges propulsifs décrits ici est pratiquement indépendante de la température sur une vaste gamme, et elle est ainsi représentée approximativement par une ligne droite lorsqu'on trace la courbe représentant le logarithme de la pénétration en fonction de la température.
ETUDE GENERALE
On a représenté sur la fig. 2 une fusée renfermant une charge propulsive plastique coulée dans une chambre de combustion à revêtement en matière plastique. Pour plus de simplicité, la fusée sera décrite dans sa position verticale (son axe étant vertical) qui est la position normale de cette fusée pendant son emmagasinage.
Cette fusée comporte un récipient cylindrique allongé
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17 dont la sectiari est uniformément circulaire sur une partie notable de sa longueur, et dont l'axe de poussée X-X est vertical. Le fond (fermé) du récipient est arrondi.L'extrémité supérieure est filetée pour permettre sa fermeture par un capuchon fileté 19. Le capuchon porte un dispositif d'allumage 21 et une tuyère convergente-divergente 23 du type de lavai représenté. Sous réserve de l'ouverture de l'ajutage 2 5 de la tuyère, le récipient et le capuchon forment une chambre de combustion close.
Le dispositif d'allumage et la tuyère ne sont pas ' représentés à l'échelle. Dans la pratique, ce dispositif et la tuyère ont des proportions et une disposition telles sur le capuchon que les gaz s'échappant par la tuyère ne risquent lias de brûler le dispositif d'allumage.
La tuyère peut être fixée sur la plaque terminale par fout dispositif convenable, par exemple à l'aide d'un collier 31 faisant saillie par rapport à la périphérie externe de cette tuyère et s'ajustant avec un certain jeu dans un alésage de plus grand diamètre prévu sur la face interne du capuchon 19.
La tuyère peut être retenue en place à l'aide d'une bague de butée 33 maintenue contre sa face inférieure à l'intérieur de la chambre de combustion au moyen de ,vis 35 implantées dans la paroi du capuchon, comme représenté plus en détail sur la fig.3.
La section minimum de l'ajutage de la tuyère est notablement' plus réduite que la section transversale de la chambre de com- bustion, de manière à, permettre aux gaz engendrés à haute pres- sion et à température élevée à l'intérieur de la chambre de combustion de s'échapper à grande vitesse par la tuyère.
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Le dispositif' d'allumage comporte un corps creux allongé 36 présentant une extrémité ouverte plus réduite.37 fixée par vissage sur le capuchon, dans un taraudage 38 traversant la paroi de celui-ci. Ce dispositif d'allumage renferme une charge de mise de feu 39 comp,ortant un filament d'alliage nickel-chrome 40 logé dans cette charge vers son extrémité supérieure. Une seconde charge de mise de feu 43 présente un canal aligné avec l'axe du corps du dispositif et enfermé dans la partie de grande largeur de ce corps, entre la charge de mise de feu 31 et l'ex- trémité ouverte 37. Des conducteurs électriques isolés 41 connec- tés au filament traversent des canaux isolés dans la paroi d'un capuchon 42, qui ferme de façon étanche l'extrémité supérieure du corps 36 du dispositif d'allumage.
Une charge explosive 27, composée d'une matière thermo- plastique, remplit ce récipient jusqu'à un niveau prédéterminé et présente une surface exposée (libre) horizontale 28 sensible- ment plane vers son extrémité supérieure. Un revêtement 29 relie la charge propulsive à la paroi du récipient au moins vers la partie supérieure de la surface latérale de la charge, mais de préférence sur toute cette surface latérale. Pour plus de sim- plicité dans la fabrication, le revêtement est coulé dans le ré- cipient et recouvre toute la surface de la partie du récipient qui renferme la charge propulsive.
Ce revêtement est, en une matière qui peut adhérer aisé- ment à la paroi de la chambre et à la charge propulsive, et il est de préférence de nature ther moplastique. Ce revêtement plas- tique accroît la sécurité de fonctionnement de la fusée, parti- culièrement si la charge propulsive renferme une substance fine- ment granulée; il est, de préférence, en une matière plus plas-
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tique que le mélange propulsif lui-même, de manière à réduire toute tendance à la fracture de la charge propulsive lorsqu'elle est soumise à des chocs ou à des tensions thermiques.
Cette fusée peut être fixée sur la partïe inférieure d'un avion de toute manière convenable, par exemple par des pattes (non représentées) fixées sur l'avion et rendues soli- daires avec un certain jeu de la paroi de 'la chambre de combus- tion. On peut déterminer le fonctionnement de cette fusée en faisant passer dans le filament 40 un courant électrique, par connexion des conducteurs, à l'aide d'un commutateur placé dans le poste de pilotage, avec une batterie ou une autre source d'énergie électrique. Lorsque la température de combustion de cette charge de mise à feu 39 est atteinte, ladite charge explose et allume la charge secondaire 43,qui projette à nou- veau des gaz chauds contre la surface exposée 28 de la charge, propulsive, engendrant par suite la combustion de celle-ci.
En brûlant, la charge propulsive se transforme en gaz à haute température et à pression élevée. Comme la pression régnant dans la partie ouverte 43 de la chambre de combustion augmente, cette combustion se propage dans toute la section de la fusée, et la charge brûle plus rapidement. Si la charge fonc- tionne de façon satisfaisante, c'est-à-dire lorsque la combus- tion est convenablement limitée, celle-ci progresse dans la charge dans une direction parallèle à l'axe X-X de la fusée,. en laissant toujours une surface exposée sensiblement plane normale à l'axe de la fusée, jusqu'à ce que toute la charge soit consumée. La propagation de la combustion à la surface externe restante de la charge propulsive est empêchée par suite du fait qu'une liaison,étanche aux gaz est réalisée entre cette surface et la paroi du récipient.
Dans ce cas, la liaison convenable
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est assurée par l'intermédiaire du revêtement plastique.
Lorsque la fusée fonctionne, les gaz s'échappent à grande vitesse par l'ajutage de la - tuyère 23. Pendant le stade primi- tif de fonctionnement, la pression des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion augmente rapidement, en atteignant bien- tôt une valeur maximum indiquée par la partie a de la courbe R représentée en fig. 5, en un court laps de temps de l'ordre de 1 sec. environ. La combustion se poursuivant, le volume de la partie non chargée 43 de la chambre de combustion augmente, , et la pression diminue habituellement de façon progressive jus- qu'à un taux plus bas, comme indiqué par la partie légèrement inclinée b de cette courbe, Enfin, à la fin de la période de fonctionnement de la fusée, la pression décroît rapidement comme indiqué par la partie abrupte c de cette courbe.
La température des gaz varie de la même manière. Ainsi, pendant le laps de temps correspondant à la diminution progressive de la pression, la poussée produite par la fusée lors de l'échappement des gaz par la tuyère est sensiblement constante. Cette constante est obtenue en limitant la combustion de la charge à un moment quel- conque à la surface plane, de section uniforme transversale au récipient, et en poursuivant cette combustion pendant un laps de temps élevé. Même, si l'extrémité libre de la charge n'est pas primitivement plane, elle prend bientôt cette forme, et la combustion se poursuit progressivement dans la direction de l'axe de la fusée.
Si, pour une raison quelconque, la charge propulsive est écartée de la paroi de la chambre vers l'extrémité exposée, cette charge propulsive peut brûler sur la partie séparée et donner en conséquence naissance à l'intérieur de la chambre de
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combustion, à une pression avec un taux excessif inattendu, Cet- te combustion latéralement à la charge peut s'étendre très rapidement sur une plus grande, surface et produire par suite une combustion illimitée de cette charge. Dans ce cas, la com- bustion de la charge propulsive est accélérée, engendrant ainsi des gaz à une pression moyenne plus importante et pendant un laps de temps plus court, et elle peut se consumer elle-même rapidement comme indiqué par la courbe à crête pointue u 'de la fig. 5.
Des défaillances semblables peuvent se produire par suite de fissures profondes qui peuvent exister sur l'extrémité exposée de la charge propulsive. Ces fissures peuvent se pro- duire par exemple par une fracture produite par des tensions thermiques engendrées à l' intérieur de la charge lors de va- riations de température rapides avant le fonctionnement. Il se produit dans ce cas une combustion qui n'est pas assez limitée donnant ainsi naissance à une pression s'élevant à un taux excessif et consommait la charge propulsive endu laps de temps réduit.
Toutefois, si la charge se sépare de la paroi de la chambre en un point éloigné de son extrémité exposée, ou s'il se produit'des fissures dans la masse de la' charge,'le danger 'd'une combustion illimitée est moindre. Ceci est probablement dû ,au fait que, lors de l'établissement de la pression des gaz à l'intérieur de la. chambre de combustion, la charge plastique est appliquée vers l'extrémité fermée de la chambre, appliquant par suite avec certitude la charge sur la paroi en ce point de séparation, et refermant ces fissures.
Une seconde réalisation est représentée en fig. 4. Ici la chambre de combustion est plane à l'extrémité éloignée de la
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tuyère et est étudiée pour contenir une cartouche renfermant une charge propulsive plastique.
Ainsi,, comme représenté, une cartouche molle en papier
50, de section cylindrique, est remplie d'une charge propulsive plastique reliée à la paroi de la cartouche. Celle-ci vient s'ajuster librement dans le récipient 17 formant la chambre de combustion, l'extrémité ouverte de cette cartouche se trouvant vers la tuyère de la fusée.
Dans ce cas, la combustion de la charge propulsive est limitée à l'extrémité exposée de cette charge par suite du fait que ladite charge est reliée fortement à la paroi de la cartouche, et que la matière qui constitue cette paroi brûle plus lentement que la. charge propulsive elle-même. Dans ce ces également, il est conseillé d'emmagasiner les cartouches ou les fusées chargées dans une position verticale pour éviter la séparation,de la charge propulsive et de la paroi de la cartou- che et pour assurer le colmatage automatique de toutes les fissures qui pourraient se produire dans la charge propulsive ou vers son extrémité ouverte.
Les mélanges propulsifs qui se sont révélés parti- culièrement convenables à cet effet renferment de fines parti- cules d'agents oxydants solides, dispersés d'une façon sensi- blement uniforme dans une matrice formée par un combustible 'plastique. Ces matrices servent de liants pour les oxydants et, utilisées en quantité suffisante, elles rendent les mélanges propulsifs qui en résultent sensiblement imperméables, mené s'ils sont légèrement poreux par suite d'une compacité incomplè- te. Une matrice de ce type donne à la charge propulsive résul- tante à la fois sa cohérence et sa plasticité.
Outre qu'elle
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agit comme iant et matière de charge, cette matrice sert d'amortisseur entre les particules d'oxydant,, réduisant par suite la transmission des chocs d'une partie à l'autre de l'oxydant. Sans cet effet d'amortissement, les chocs pourraient être propagés rapidement, et il s' ensuivrait une détonation.
Pour tous les mélanges propulsifs plastiques pour lesquels on a effectué des mesures de pénétration,' on a trouvé que ces mélanges propulsifs deviennent trop cassants pour agir avec certitude si la pénétration est inférieure à 6 environ, et que ces cé langes propulsifs deviennent trop fluides pour fonctionner de façon satisfaisante si la pénétration dépasse 100 environ. Suivant les particularités individuelles des mé- langes propulsifs, on peut obtenir un fonctionnement satisfai-' sant sur une gamme plus large ou plus étroite. La limite de pénétration exacte sur laquelle on peut se reposer pour un mé- lange propulsif particulier peut être déterminé empiriquement.
A la température moyenne de la ga.mme a'l'intérieur de laquelle on désire que fonctionne la fusée, la pénétration doit être d'environ 25. Des exemples représentatifs de certains de ces mélanges propulsifs spécifiques et de leur procédé de fabrica- tion qui se sont avérés satisfaisants vont être donnés ci-des- sous.
Dans tous ces exemples de mélanges propulsifs considérés, la composition est de 75 % de K Cl O4 et de 25 % de combustible en poids, bien ayue l'on puisse faire varier la quantité d'oxydant entre environ 50 et 90 % tout en produisant encore un mélange propulsif satisfaisant. Tous ces mélanges propulsifs sont légè- rement poreux, bien qu'imperméables, et ont des densités spé- cifiques allant d'environ 1,5 à 1,8.
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Les opérations principales effectuées pour le, chargement d'une fusée sont indiquées sur le schéma et le tableau de travail de la fig. 6. On se reportera à ce schéma dans l'étu-- de qui va suivre.
Les mesures de pénétration des différents mélanges propul- sifs sont représentées sur le graphique de la fig, 7. Les indices joints aux lettres? sur les courbes données indiquent la rangée de l'exemple ci-dessous, dans laquelle on étudie le mélange propulsif correspondant. Sur cette figure, les ordon- nées représentent les logarithmes ordinaires de la pénétration, et les abscisses les températures en C.
Sur les courbes de pénétration, les points marqués d'une petite croix (+) indiquent les limites de la gamme de tempé- ratures en dehors de laquelle des essais ont révélé que des extinctions ont tendance à se produire.
Le perchlorate de potassium utilisé habituellement pré- sente une pureté de 99 % 'et renferme moins de 0,2 % d'humidité à 1 %, moins de 0,15 de chlorate de potassium à 1 % (K Cl O3), et moins de 0,15 de chlorure de potassium à 1 % (K Cl).
On broie et on filtre le perchlorate de 'potassium de manière à obtenir l'un des états suivants :
Etat N 1 :
A travers le tamis de 100 mailles 100 %
A travers le tamis de 200 mailles 15 %
Etat ? 2 :
A travers le tamis de 125 mailles 100 %
A travers le tamis de 150 mailles 97 à 99,75 %
A travers le tamis de 200 mailles 90 à 96 %
A travers le.tamis de 325 mailles 70 à 80 %
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On utilise dans les exemples 1 .et 2 du perchlorate de potassium à l'état ? 1,'et dans les autres exemples du per- chlorate de potassium de, l'état ? 2.
Exemple 1 : On munit un récipient d'un revêtement d'as- phalte dénommé "Floatine S", ce revêtement -ayant une épaisseur comprise environ entre 1,75 et 2,5 mm. Si le revêtement est beaucoup plus mince, il peut se former entre la charge propul- sive et la paroi du récipient une partie nue lors de la coulée de cette charge. Si l'épaisseur dépasse 'notablement 2,5 mm, il se produit une réduction qui n'est pas nécessaire de la poussée pouvant être obtenue à partir de la fusée.
Le processus utilisé pour l'obtention du revêtement' con- siste à verser dans le récipient une quantité suffisante d'as- phalte à une température d'environ 175 C, l'extrémité ouverte étant dirigée ver's le bas, en faisant un angle réduit avec l'horizontale, et à faire tourner rapidement le récipient pen- dant quel'asphalte se déplace par gravité vers le bas le long des faces latérales du récipient. L'épaisseur du revêtement obtenu dépend partiellement de l'angle d'inclinaison, de la vi- tesse de rotation, de la température de la. substance de revê- tement au moment de la coulée et de sa viscosité.
On prépare ensuite un mélange propulsif en ajoutant gra- duellement du perchlorate de potassium finement pulvériséà une masse d'asphalte "Floatine S" maintenu à une température de 175 C dans un bain d'huile. Lors de l'addition du perchlorate de potassium, on agite le mélange afin d'incorporer complètement ce perchlorate de potassium, pour l'obtention d'une dispersion uni- forme de l'oxydant dans le mélange qui en résulte. Le mélange propulsif résultant présente une pénétration d'environ 18 à 21 C
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et une sensibilité d'environ 0,016. Les variations de la pé- nétration avec la température du mélange propulsif résultant sont indiquées par la courbe P1 de la fig. 7.
Après refroidissement et durcissement du revêtement sur la paroi intérieure du récipient, on verse le mélange propulsif à une température de 175 C dans le récipient muni de ce revêtement,\et on l'y laisse refroidir à la température atmosphérique pendant que le récipient est dressé dans sa position normale d'emmagasinage, c' est-à-dire avec son axe X-X vertical.
Des fusées du type représenté en fig. 2 chargées sui- vant ce processus fonctionnent de façon satisfaisante-dans un grand nombre de conditions. Ce mélange propulsif agit de façon satisfaisante entre 7 C et 55 C environ. Les limites de température entrelesquelles on peut obtenir un fonctionne- ment satisfaisant sont indiquées par des x sur la courbe P1.
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TABLEAU I
EMI22.1
.#--##--#------#---#---####'-##----#---#--#"""-"""'"*"""""'"""""*
EMI22.2
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<tb>
<tb> Floatine <SEP> S <SEP> Floatine <SEP> S
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EMI22.3
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯.[¯¯,¯¯¯¯ ; +15 %â\ dAristo
EMI22.4
<tb> point <SEP> d'ignition <SEP> (déterminé <SEP> à <SEP> la
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> coupelle <SEP> ouverte <SEP> de <SEP> Cleveland) <SEP> :
<SEP> 240 <SEP> C <SEP> 207 <SEP> C
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<tb>
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<tb> Point <SEP> de <SEP> ramollissement <SEP> (déterminé <SEP> par
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> anneau <SEP> et <SEP> bille) <SEP> 72 <SEP> C <SEP> 58 <SEP> C
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<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> -Pénétration <SEP> (0,01 <SEP> cm/100 <SEP> g/5 <SEP> sec.)
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<tb> 0 <SEP> C <SEP> ll
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<tb> 7 C <SEP> ------ <SEP> 23
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<tb> 25 <SEP> C <SEP> 26 <SEP> 71
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<tb>
<tb>
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<tb> 38 <SEP> C <SEP> 59 <SEP> 166
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<tb>
<tb>
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<tb> Ductilité <SEP> (5cm/min)
<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> 0 <SEP> C <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> cm <SEP> 4,
5 <SEP> cm
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<tb> 7 <SEP> C <SEP> ------- <SEP> 5,7 <SEP> cm
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<tb> 13 <SEP> C <SEP> ------- <SEP> 7,2 <SEP> cm
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<tb> 25 <SEP> C <SEP> 5,8 <SEP> cm <SEP> 53 <SEP> cm
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<tb>
<tb> 38 <SEP> C <SEP> 24,7 <SEP> cm <SEP> plus <SEP> de <SEP> 100 <SEP> cm
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb> Solubilité <SEP> dans <SEP> CS2 <SEP> 99,98 <SEP> % <SEP> 99,90 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Solubilité <SEP> dans <SEP> CCl4 <SEP> 99,85 <SEP> % <SEP> 99,80
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Densité <SEP> spécifique <SEP> (25 C/25 C) <SEP> 1,0375 <SEP> 1,0229
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> Valeur <SEP> calorifique <SEP> (grandes <SEP> calories)
<SEP> 4673,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 3,3% <SEP> à <SEP> 4,2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 7,8% <SEP> à <SEP> 10,0%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 81,8% <SEP> à <SEP> 84,60%
<tb>
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"Floatine S" est la marque de fabrique désignant un asphalte oxydé par insufflation d'air produit par la Société dite : Paraffin,Companies Inc. dont le siège se trouve à E meryville (Californie) Etats Unis. Cet asphalte est dérivé du pétrole brut obtenu dans un champ pétrolifère situé à Orcutt (Californie) Etats Unis.
Exemple 2 : Un combustible étudié pour un fonctionnement satisfaisant sur une vaste gamme de températures est'obtenu en ajoutant 15 % d'huile "Aristo" présentant un taux de viscosité de SAE de 10,, à 85 % d'asphalte "Floatine S"pour .former un mélange combustible. Les deux constituants du combustible sont intimement mélangés par chauffage et agitation à une tempé- rature de 175 C.
L'huile "Aristo" est produite par la Société dite : Union Oil Company de Wilmington(Californie) Etats Unis par un processus applicable aux solvants. Les caractéristiques dp cette huile sont indiquées sur le tableau II. Les caractéris- tiques du mélange combustible résultant sont indiquées dans la colonne 2 du tableau I.
On forme dans le récipient un revêtement ayant une épaisseur comprise entre 1,6 et 2,4 mm en y versant une quan- tité suffisante de mélange combustible à une température de 1750 C, et en inclinant et tournant le récipient comme décrit plus haut dans l'exemple 1.
On incorpore du perchlorate de potassium au mélange d'huile et d'asphalte en l'ajoutant progressivement, et en agitant soigneusement le mélange, tout en maintenant la tem- pérature du mélange qui en résulte entre environ 105 et 175 C.
Si, par inadvertance, la température du mélange propulsif est
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trop élevée (au-dessus de 205 C environ), le perchlorate de potassium peut se décomposer. En dessous d'une température de 105 C environ, le mélange devient difficile à traiter.
On verse ensuite le mélange propulsif dans le récipient muni de son revêtement pendant que ce ne lange est à une tem- pérature de coulée comprise entre 115 et 127 ,C, et on le ré- partit régulièrement en agitant avec une barre pour réduire la formation de bulles et de poches d'air dans la charge.
Il a paru désirable de déterminer exactement la tempé- rature de coulée. A la température indiquée, le mélange propul- sif présente une consistance qui est comparable à celle du mastic DU de la pâte à pain, et peut être coulé aisément. En dessous de cette température, le mélange propulsif devient plus difficile à traiter. Si ce mélange propulsif est versé à une température plus élevée, le revêtement peut fondre en certains points.
TABLEAU II propriétés de l'huile "Aristo" SAE 10
EMI24.1
<tb> Température <SEP> d'écoulement <SEP> - <SEP> 1 <SEP> C
<tb>
<tb> Densité <SEP> 20, <SEP> 5 <SEP> A.1.1
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> (Indice <SEP> universel <SEP> de <SEP> Saybolt)
<tb>
<tb> à <SEP> 33 <SEP> C <SEP> 210,5 <SEP> sec. <SEP>
<tb>
<tb> à <SEP> 100 <SEP> C <SEP> ' <SEP> 44 <SEP> sec.
<tb>
<tb>
Soufre <SEP> 0,75 <SEP> %
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 87.11 <SEP> %
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 12,14 <SEP> %
<tb>
<tb> Coefficient <SEP> thermique <SEP> (kilos/calories) <SEP> 4834.
<tb>
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La pénétration en fonction de la température pour le mé- lange propulsif de l'exemple 2 est'indiquée par la courbe P2 de la fig. 7. Le mélange propulsif présente une pénétration d'environ 20 à 21 C et une sensibilité de pénétration d'envi- ron 0,016.
Les fusées construit:'sa par application de ce procédé fonctionnent de façon satisfaisante entre - 1 Cet 50 C. Les limites étant indiquées par des x sur la courbe de la péné- tration en fonction des températures.
. Exemple,. 3 : On prépare un autre combustible de composi- tion renfermant 70 % de "Floatine S" et 30 % d'huile "Aristo" , et on prépare une charge propulsive en en chargeant une fusée par application sensiblement du même processus que dans l'exem- ple 2.
Les fusées revêtues de ce combustible et chargées d'un mélange propulsif renfermant un combustible de ce type, se sont avérés de fonctionnement satisfaisant sur une gamme de températures allant de -22 à 32 C. Les limites de la gamme de fonctionnement de sécurité sont également indiquées par des x sur la courbe. La pénétration en fonction des données de la température pour cette charge propulsive est représentée par la courbe P3 en fig. 7. La charge propulsive présente une péné- tration d'environ 80 à 21 C, et une sensibilité de pénétra- tion d'environ 0,016.
On remarquera que les charges propulsives des exemples 1 et 2 présentent à peu près la même sensibilité de pénétra- tion bien que les pénétrations des compositions diffèrent nettement à une température donnée quelconque. L'addition d'huile légère rend ainsi la charge propulsive plus molle et permet un fonctionnement à des températures plus basses.
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Exemple 4: On prépare une charge propulsive en utili- sant un combustible renfermant 85 % de "Floatine S"et 15 % d'huile de Pensylvanie vendue sous la marque de fabrique 'pure Penn Oil" par la Société dite: Union Oil Company. Sauf en ce qui concerne l'huile et le broyage du perchlorate cette charge propulsive à la même composition que celle de l'exemple
2. La courbe représentant la pénétration en fonction-de la température pour la charge propulsive, qui en résulte est indi- quée en P4 sur la fig. 7. Cette charge propulsive présente une pénétration de 22 environ à 21 C et une sensibilité de péné- . tration d'environ 0,0137.
Cette charge propulsive est plastique sur une vaste gamme de températures, plus large que celle décrite dans les exemples 1 à 3 inclusivement. L'amélioration de la sensibilité de pénétration est due au fait que l'huile du mélange a une nature paraffinique et présente un indice de viscosité relati- vement élevé (100).
Des fusées munies de cette charge et construites sensiblement de la même manière que -décrit en fig. 3 se sont avérées fonctionner de façon satisfaisante sur une gamme de températures allant de -11 à 50 C. Les limites de températures sont indiquées par des x sur la courbe de pénétration en fonc- tion de la température.
Exemple 5 : On prépare une charge propulsive de même composition que dans l'exemple 3 ci-dessous, sauf que l'on utilise de'la "Pure Penn Oil" au lieu d'huile "Aristo". Cette charge propulsive présente une pénétration de 45 à 21 C et une sensibilité de pénétration de 0,0116 . Cette charge propulsive fonctionne avec sécurité entre -20 et 40 C.
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Exemple 6 : On prépare une charge propulsive à partir d'un combustible composé de 85 % d'asphalte dénommé "Economy" et de 15 % de pure Penn Oil". La courbe de pénétration en fonc- tion de la température est représentée pour cette charge propulsive par la ligne P6 de la fig. 7. Cette charge propul- sive a une pénétration d'environ 20 à 21 C et une sensibilité de pénétration d'environ 0,0065.
On munit les fusées d'un revêtement et on les charge sui- vant les procédés décrits ci-dessus, et ces fusées s'avèrent fonctionner avec sécurité au=dessus de -7 C. Toutefois, la température limite supérieure de sécurité n'a pu être déter- minée, bien qu'elle soit nettement supérieure à 50 C.
L'asphalte dénommé "Economy" est fabriqué par la Société dite : Whishire Oil Company (Los Angelès, Californie) à partir du pétrole brut extrait à Ojai Californie.
GAMME DE FONCTIONNEMENT
On remarquera d'après les exemples qui précèdent que, lorsque la pénétration d'une charge propulsive tombe au-dessous de 6 environ, c'est-à-dire au-dessous d'une valeur comprise entre 4 et 8, la charge propulsive devient si cassante que des défaillances peuvent aisément se produire. De même, si la pénétration devient nettement supérieure à 100 environ, la char- ge propulsive devient trop liquide pour avoir un fonctionnement sur. Lorsqu'on utilise ces charges propulsives dans leur con- dition de service, la'pénétration doit être'comprise entre environ 8 et 80, ou même entre 10 et 75.
La pénétration à la température moyenne de la gamme de fonctionnement de sécurité pour chacune des charges propulsives étudiées dans les exemples 1 à 6 est désignée par de petitès
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circonférences sur les courbes indiquant la pénétration en fonction de la température. A partir de ces données, il devient , évident que, si des fusées chargées avec une charge propulsive donnée doivent être utilisées sur une gamme de températures donnée qui dépend des conditions atmosphériques ou de condi- , tions analogues influençant la température ambiante de fonc- tionnemerit, cette charge doit avoir une pénétration d'environ
25 (c'est-à-dire comprise entre 20 et 30 environ) vers le milieu de sa gamme de fonctionnement.
La charge propulsive doit de préférence avoir une sensibilité de pénétration ré- duite. On peut obtenir par exemple cette faible sensibilité de pénétration en utilisant comme combustible un mélange d'hui- le à base de paraffine à viscosité élevée et un asphalte mé- langé, tels que ceux obtenus à partir des pétroles bruts du
Mexique ou du centre, . RECONDITIONNEMENT DES RUSEES CHARGEES
On peut utiliser avec sécurité les fusées chargées à l'aide d'un mélange thermoplastique si elles ont été emmaga- sinées sans chocs à des températures intérieures à la gamme de fonctionnement de chaque charge propulsive individuelle.
Si, pour une raison quelconque, les fusées ont été soumises à des températures extérieures à cette gamme pendant un.laps de temps notable, ou ont été manipulées brutalement pendant le transport, on peut les reconditionner par un emmagasinage ultérieur à une température convenable intérieure à cette garnie.
Comme autre assitance pour le reconditionnement de la fusée, on peut la tasser en la laissant tomber sur son fond. La lon- gueur de la période de reconditionnement nécessaire va dépendre des conditions auxquelles a été soumise antérieurement la fusée
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et de'la température à laquelle on procède à ce reconditionne- ment.
Une régénération satisfaisante de ce type par traitement à la chaleur de la charge propulsive est renduepossible par suite de la nature thermoplastique de celle-ci. Les charges demeurent aisément dans une condition de fonctionnement sûr partiellement à cause de la ductilité, qui permet à la charge de se maintenir en masse, et partiellement à cause de ces caractéristiques d'écoulement plastique.
Lors de l'emmagasinage d'une fusée de type décrit avec l'axe de cette fusée dans la position normale d'emmagasinage,, c'est-à-dire verticale, la charge propulsive plastique a tendance à s'écouler lentement sous l'influence de son propre poids et à une vitesse qui dé- pend de sa température, à la fois en colmatant,ainsi toutes les fissurés qui pourraient exister à la surface de cette charge ou dans sa masse, et en la faisant adhérer également à la paroi de la chambre.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.