Paroi de section annulaire résistant aux hautes températures et dont une face est destinée à venir en contact avec un écoulement de fluide à grande vitesse Paroi de section annulaire résistant aux hautes tem pératures et dont une face est destinée à venir en contact avec un écoulement de fluide à grande vitesse.
La présente invention a pour objet une paroi de sec tion annulaire résistant aux hautes températures et dont une face est destinée à venir en contact avec un écoule ment de fluide à grande vitesse et formée d'éléments lamellaires de tissu, imprégnés de résine et placés l'un contre l'autre de façon à se recouvrir.
Cette paroi peut, par exemple constituer une par tie de la paroi extérieure d'un élément de projectile qui, après que le projectile a été propulsé à une hauteur supérieure à l'épaisseur de l'atmosphère, rentre dans l'atmosphère et retombe au sol. Dans ce cas, cette paroi sera soumise à des sollicitations extraordinairement éle vées dues au frottement de l'air et à la chaleur dévelop pée. Cette paroi pourrait aussi constituer la tuyère d'éjec tion d'un moteur à fusée et elle sera, dans ce cas égale ment, soumise à des sollicitations extraordinairement vio lentes.
Les parois connues de ce genre utilisant des éléments lamellaires s'étendant parallèlement à la direc tion de l'écoulement de fluide ne donnent pas satisfac tion du fait que ces éléments ont tendance à être arra chés par la violence de l'écoulement. D'autre part si les éléments qui forment la paroi du corps sont perpendicu laires à la direction de l'écoulement, il peut se produire des fissures entre ces éléments, ces fissures traversant toute la paroi du corps et la chaleur pouvant pénétrer rapidement à l'intérieur du corps par ces fissures.
Le but de la présente invention est de remédier à ces difficultés. Pour cela, la paroi selon l'invention est carac térisée en ce que chaque élément est disposé suivant une surface de révolution à génératrice rectiligne faisant avec l'axe de la paroi un angle différent de 900, les bords des éléments qui se trouvent sur la face de la paroi des tinée à venir en contact avec l'écoulement étant chacun légèrement en retrait par rapport à celui de l'élément adjacent immédiatement en aval par rapport au sens de l'écoulement.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, diver ses formes d'exécution de la paroi selon l'invention. La fig. 1 est une vue en élévation latérale partielle ment coupée de la première forme d'exécution, consti tuant une paroi de protection de la tête d'un projectile. La fig. 2 est une vue en plan d'une portion d'une bande de tissu imprégné de résine, avec laquelle sont formés les éléments d'au moins une partie de la paroi représentée à la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe transversale d'un man drin pour l'enroulement de la bande de la fig. 2. La fig. 4 est une vue en coupe transversale du man drin de la fig. 3, portant l'enroulement et recouvert d'une enveloppe, l'ensemble étant monté sur une table de façon à permettre le chauffage des éléments lamel laires en vue de les faire adhérer les uns aux autres.
La fig. 5 est une vue en plan de dessus de la paroi représentée à la fig. 1.
La fig. 6 est une vue en élévation latérale d'un moteur de fusée comprenant une tuyère constituée par la seconde forme d'exécution, une partie de la paroi du moteur étant arrachée.
La fig. 7 est une vue éclatée montrant différentes pièces d'un mandrin sur lequel la tuyère de la fig. 6 peut être fabriquée.
La fig. 8 est une vue en élévation latérale du man drin de la fig. 7 une fois assemblé, et portant une partie d'enroulement.
La fig. 9 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle du mandrin de la fig. 8 portant les élé ments lamellaires.
La fig. 10 est une vue partielle à échelle encore plus grande montrant en coupe une partie du mandrin, les éléments lamellaires et un enroulement extérieur sur ces derniers. La fig. 11 est une vue en coupe selon la ligne 1I-11 de la fig. 6, et la fig. 12 est une vue partielle à plus grande échelle montrant la connexion entre la tuyère et le moteur de la fusée représentée à la fig. 6.
La fig. 1 représente une paroi 10 constituant la paroi de protection de la tête d'un projectile destiné à être propulsé à une altitude supérieure à la hauteur normale de l'atmosphère, cette tête rentrant ensuite dans l'atmos phère.
Les fig. 2, 3, 4 et 5 montrent des détails de construc tion de cette paroi. Le corps conique de cette paroi est formé d'une bande allongée 16 (fig. 2) formée d'un tissu en fibre de verre imprégné de résine. Cette bande 16 pourrait aussi être formée de tissu en fibre d'amiante ou d'une autre matière fibreuse résistant à la chaleur. La bande est imprégnée d'une résine thermodurcissable telle que la résine de phénolformaldéide. Elle pré sente une série d'encoches triangulaires 17 pratiquées dans l'un de ses bords 18 et s'étendent-transversalement par rapport à la bande 16.
Cette dernière est enroulée sur un mandrin 19 (fig. 3) formé d'un élément tubulaire métallique à paroi mince. Ce mandrin comprend une partie principale 21 de forme tronconique et une partie tronconique extrême 22 formant une bride. L'angle d'ouverture de la bride est supérieur d'environ 25 à 30 à celui de la paroi principale 21. La bande 16 est enrou lée sur le mandrin de la façon indiquée à la fig. 3. Pour cela, on part de la bride 22 dont l'angle détermine la position oblique des spires par rapport à l'axe du corps.
Les spires sont enroulées sur le mandrin de telle façon que le bord encoché 18 se trouve contre le mandrin et que les différentes spires se superposent exactement. Lorsqu'on enroule la bande 16 de cette façon, les coins de chaque encoche triangulaire 17 se rapprochent légè rement. La fig. 3 représente les spires formant les éléments lamellaires enroulés sur le mandrin avant l'opération de moulage. On remarque que les bords des différents éléments se recouvrent les uns les autres à la manière des tuiles d'un toit.
L'opération de moulage a pour but d'amalgamer les éléments au moyen de résine et de traiter cette résine sous pression. Le mandrin 19 portant les éléments 16 est placé sur un anneau de feutre 23 placé lui-même sur une table 23a. Une enveloppe tubulaire 24 formée d'une feuille de matière flexible est placée sur l'enroulement 26 de façon à le recouvrir entièrement. Cette enveloppe 24 est placée de telle façon que l'un de ses bords 27 s'étend au-dessous de l'anneau de feutre, alors que l'autre bord 28 est rabattu à l'intérieur du mandrin 19. Pour tenir le bord supérieur 28 de l'enveloppe 24 en place dans le mandrin, on utilise un adhésif. Une ouverture 29 est pratiquée dans l'anneau de feutre 23 au voisinage de son bord extérieur.
Par cette ouverture à laquelle est raccordée une tuyauterie 31 on effectue le vide dans l'espace compris entre l'enveloppe 24 et le mandrin 19. Ce vide a pour effet de forcer l'enveloppe 24 à s'appli quer étroitement sur l'enroulement de la bande 16 et à la comprimer en lui donnant sa forme définitive.
Lorsqu'on a ainsi fait le vide entre le mandrin 19 et l'enveloppe 24, ces éléments sont portés à une tempé rature suffisante pour permettre l'imprégnation de la résine. Pendant la mise en forme, les éléments lamel laires se déplacent légèrement en se rapprochant d'une position parallèle à la surface du corps, de sorte que si l'angle initial des génératrices des éléments avait la valeur indiquée :plus haut, cet angle iprernd finalement une valeur de 20 à 21 0. A ce moment la résine est traitée de la façon habituelle de façon à constituer un corps compact.
Comme on le voit aux fig. 1 et 5, le corps 13 est assemblé à une tête 12 de façon à former avec cette tête la paroi de protection. La tête 12 peut également être formée de lamelles de tissu de fibre de verre imprégné de résine. Elle peut être fixée au corps 13 par un adhésif.
Les éléments lamellaires de la paroi décrits sont dis posés de ,façon à former avec 1:a face -du corps qui est en contact avec l'air un angle aigu de faible ouverture de sorte que l'effet de la pression de l'air sur la face exté rieure de la paroi est de comprimer les éléments les uns contre les autres. La position oblique des éléments par rapport à la direction de l'écoulement de l'air diminue les risques d'arrachement des éléments puisque chacun d'eux s'étend pour la plus grande partie dans l'épaisseur de la paroi. Cependant, les transferts de chaleur sont diminués puisque chaque élément présente une largeur relative ment considérable.
Les fig. 6 et 7 représentent une tuyère d'éjection 33 faisant partie d'un moteur à fusée 34. Cette tuyère est constituée par un enroulement formant une paroi annulaire et dont les spires constituent des éléments lamellaires obliques par rapport aux surfaces de cette paroi. Les gaz chauds s'échappant de la fusée, traversent la tuyère à très grande vitesse.
La tuyère 33 est fabriquée sur un mandrin en deux pièces constitué des éléments 35 et 36 (fig. 8). Lorsqu'ils sont assemblés, comme on le voit à la fig. 9, ces élé ments présentent une surface extérieure continue sur laquelle on enroule une bande 37 d'un tissu de verre impregné résine. La résine qui imprègne ce tissu est la même que dans le cas de la première forme d'exé cution. La portion 35 du mandrin présente un tenon 39 qui est engagé dans un logement 41 que présente la portion 36 afin de maintenir les deux parties du mandrin dans la ligne l'une de l'autre.
Pour enrouler la bande 37 sur le mandrin, on commence à la partie la plus large de la portion 35 du mandrin et l'on avance progressivement en direction de la portion la plus étroite. La disposition des éléments lamellaires constitués par l'enroulement 43 par rapport au mandrin est représen tée à la fig. 9. Les éléments se maintiennent sous un angle au moins approximativement constant par rapport à la face interne de la tuyère jusqu'à ce que la por tion la plus étroite 44 du mandrin soit atteinte.
Comme on le voit à la fig. 8, la bande présente des encoches le long d'un de ses bords. A une certaine dis tance au-delà de la portion la plus étroite 44, les .élé- ments se trouvent sensiblement parallèles à l'axe de la tuyère. Dans cette région 45, la tuyère présente une forme approximativement tronconique. La portion de la bande 37 qui est utilisée pour former la partie 45 de la paroi de la tuyère est dépourvu d'encoches puisque les spires de la bande sont alors cylindriques.
L'enrou lement formé sur le mandrin décrit, est ensuite moulé sous pression en utilisant, par exemple, une technique de moulage sous enveloppe, après quoi il est chauffé, de façon à amalgamer les spires de la bande et à traiter la résine qui imprègne la bande.
Sur le corps de tuyère ainsi formé, on pose un enroulement extérieur formé d'un cordage de fibre de verre imprégné d'une résine thermodurcissable. Cet enroulement 48 consolide la paroi de la tuyère et aug mente sa résistance au brossage dû à l'écoulement des gaz. Sur la portion principale de la tuyère, on peut enrouler plusieurs couches du cordon 48. Ensuite, la tuyère est chauffée pour fixer et traiter la résine de l'enroulement extérieur. Cet enroulement extérieur peut s'étendre seulement sur une partie de la longueur de la tuyère. mais il est préférable qu'il s'étende sur toute sa longueur.
L'épaisseur de cet enroulement extérieur est choisi suffisamment grande pour qu'il soit possible de tailler des filets à l'intérieur de cette masse, comme on le voit à la fi-. 12, ces filets permettant la fixation de la tuyère au corps du moteur.