FR2540942A1

FR2540942A1 - Charge fixture for solid fuel rocket

Info

Publication number: FR2540942A1
Application number: FR8401632A
Authority: FR
Inventors: Ernst Engl
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1983-02-11
Filing date: 1984-02-02
Publication date: 1984-08-17
Also published as: DE3304681A1; FR2540942B1

Abstract

The solid fuel rocket comprises a reaction chamber housing (1) with a thrust nozzle (2) and contg. a propellant charge (3) secured to the inner housing wall or to an insulation layer (5) over part of its outer surface only. The charage is secured via a sleeve (7) in the annular expansion gap (6) around its perimeter. This sleeve has annular outer regions (7a) secured by adhesive in the wall alternating with annular inner regions (7i) secured to the charge or to a barrier layer (4). The sleeve pref. consists of fibre-reinforced plastics foil with the fibres extending axially.

Description

Fixation d'un propergol solide dans le carter de la chambre de combustion d'un moteur-fusée, et procédé de réalisation de cette fixation. Attachment of a solid propellant in the casing of the combustion chamber of a rocket engine, and method of producing this attachment.

L'invention concerne la fixation d'un propergol solide dans le carter de la chambre de combustion d'un moteurfusée, ledit propergol n'étant relié par adhérence au côté intérieur du carter de la chambre à combustion que par une partie de son pourtour extérieur. The invention relates to the fixing of a solid propellant in the casing of the combustion chamber of a fused engine, said propellant being connected by adhesion to the interior side of the casing of the combustion chamber only by a part of its outer periphery. .

La disposition d'un propergol solide dans le carter de la chambre de combustion suscite, à divers égards, des problèmes particuliers qui n0ont pas été résolus de manière également satisfaisante par les modes de réalisation connus et appliqués jusqu'alors. Ainsi, il est nécessaire de laisser une fente annulaire relativement importante entre le carter de la chambre de combustion, le plus souvent en acier, et le pourtour extérieur du propergol fabriqué à partir de substances chimiques, à cause des coefficients de dilatation différents, afin de permettre leabsorption des différences de dilatation se produisant suite aux différences entre les températures diurnes et nocturnes, ainsi qu'entre celles d'été et d'hiver, sans dommages pour le propergol. The provision of a solid propellant in the casing of the combustion chamber gives rise, in various respects, to particular problems which have not been solved in a satisfactory manner by the known and previously implemented embodiments. Thus, it is necessary to leave a relatively large annular gap between the combustion chamber casing, usually made of steel, and the outer periphery of the propellant made from chemical substances, because of the different expansion coefficients, in order to allow absorption of the differences in expansion occurring as a result of the differences between day and night temperatures, as well as between summer and winter temperatures, without damage to the propellant.

Autant cette fente de dilatation est importante, d'une part, pour l'absorption des dilatations différentielles, autant son effet est néfaste dans certaines circonstances sur le processus d'allumage. Il est connu que le propergol s'allume le mieux à une température critique qui lui est propre et sous une pression critique. Ces deux facteurs, en particulier, toutefois la pression, sont fortement dépendants du volume libre existant à tout moment dans la chambre à combustion en amont d'une isolation disposée dans la section du col de tuyère. Cette situation est particulièrement fâcheuse en cas de présence d'une charge à combustion frontale, pour laquelle la fente annulaire laissée libre occupe une partie non négligeable du volume disponible.Or, si cette fente annulaire libre est très grande aux jours de très grand froid, la pression critique d'allumage n'est pas atteinte parce que les gaz d'allumage devront remplir également la fente de dilatation radiale. Par contre, aux jours de très grande chaleur, la fente annulaire libre est très petite, ce qui peut avoir pour conséquence que l'augmentation de la pression d'allumage endommage le propergol. Les suites en seraient, au minimum, une mauvaise combustion. As important as this expansion gap is, on the one hand, for the absorption of differential expansions, as much its effect is harmful in certain circumstances on the ignition process. It is known that the propellant ignites best at its own critical temperature and under critical pressure. These two factors, in particular, however the pressure, are strongly dependent on the free volume existing at all times in the combustion chamber upstream of an insulation arranged in the section of the nozzle neck. This situation is particularly unfortunate in the event of the presence of a front combustion charge, for which the annular gap left free occupies a non-negligible part of the available volume. the critical ignition pressure is not reached because the ignition gases must also fill the radial expansion gap. On the other hand, in very hot days, the free annular gap is very small, which can have the consequence that the increase in the ignition pressure damages the propellant. The consequences would be, at a minimum, poor combustion.

Un autre problème posé lors de la fixation d'un propergol solide provient de ce que le propergol chimique, dont la résistance interne a la traction est faible, doit être supporté par le dispositif de fixation sur de grandes parties de sa surface, réparties sur toute sa longueur, pour être en mesure d'absorber les très grandes forces de poussée. Another problem posed during the fixing of a solid propellant stems from the fact that the chemical propellant, whose internal tensile strength is low, must be supported by the fixing device over large parts of its surface, distributed over all its length, to be able to absorb the very large thrust forces.

Il est connu, d'après la demande de brevet R.F.A. It is known from the R.F.A.

NO 2 258 115, que l'on peut relier le propergol solide d'un moteur-fusée uniquement par quelques barrettes longitudinales externes, qui constituent une partie de l'isolation inhibitrice de combustion, de façon adhérente au côté interne du carter de la chambre de combustion. I1 est vrai qu'on obtient ainsi aux températures de froid extrême une détente des tensions de retrait , mais en revanche aux températures maxi males c'est justement dans la zone de ces barrettes que se produisent des pressions hors de proportion, qui devraient également être évitées. NO 2 258 115, which can be connected to the solid propellant of a rocket engine only by a few external longitudinal bars, which constitute a part of the combustion-inhibiting insulation, adhering to the internal side of the chamber casing combustion. It is true that at extreme cold temperatures this results in relaxation of the withdrawal voltages, but on the other hand at maximum temperatures it is precisely in the region of these strips that pressures out of proportion occur, which should also be avoided.

Par ailleurs, le brevet US 2 957 309 montre la disposition d'un propergol solide dans le carter d'une chambre de combustion en laissant subsister une fente de dilatation radiale surmontée d'un dispositif de suspension élastique en forme de carton ondulé, dont les ondulations extérieures sont reliées par adhérence au côté interne de la chambre de combustion et les ondulations intérieures directement ou indirectement au propergol. -En outre, selon un autre mode de réalisation des écarteurs élastiques en forme de tubes sont preus. L'inconvénient de ces conceptions consiste en ce que d'une part, par temps froid des difficultés d'allumage peuvent survenir à cause de la fente radiale relativement grande, et d'autre part, par froid extrême les liaisons linéaires entre les ondulations extieures et la chambre de combustion, ainsi que celles entre les ondulations intérieures et le propergol solide, soient exposées à des sollicitations trop fortes, de telle sorte que dans certaines circonstances des fissures survenues sur ces joints de liaison empêchent que les forces d'accélération très élevées produites au lancement ne puissent plus être absorbées
L'invention a pour objet de fournir une fixation du propergol qui satisfasse à toutes les exigences et maîtrise tous les problèmes mentionnés plus haut,
Ce problème est résolu, conformément à lainvention, par une chemise de suspension prévue entre le propergol et le côté intérieur du carter de la chambre de combustion, cest-à-dire dans la fente de dilatation radiale, chemise reliée par adherence par des zones de fixation annulaires radialement extérieures directement, ou indirectement en passant par une couche d'isolation, au côté intérieur de la chambre de combustion, et par des zones de fixation annulaires radialement intérieures directement ou indirectement en passant par une couche inhibitrice de combustion, au propergol, les zones de fixation annulaires radialement extérieures et les zones de fixation annulaires radicalement intérieures considérées dans le sens longitudinal du propergol - se suivant alternativement.Furthermore, US Pat. No. 2,957,309 shows the arrangement of a solid propellant in the casing of a combustion chamber while leaving a radial expansion slot surmounted by an elastic suspension device in the form of corrugated cardboard, the external corrugations are connected by adhesion to the internal side of the combustion chamber and the internal corrugations directly or indirectly to the propellant. In addition, according to another embodiment of the elastic spacers in the form of tubes are preus. The disadvantage of these designs is that, on the one hand, in cold weather, ignition difficulties can arise due to the relatively large radial slit, and, on the other hand, in extreme cold, the linear connections between the outer corrugations. and the combustion chamber, as well as those between the interior corrugations and the solid propellant, are exposed to excessive stresses, so that in certain circumstances cracks occurred on these connection joints prevent very high acceleration forces produced at launch can no longer be absorbed
The object of the invention is to provide a propellant attachment which satisfies all the requirements and controls all the problems mentioned above,
This problem is solved, in accordance with the invention, by a suspension jacket provided between the propellant and the inner side of the combustion chamber housing, that is to say in the radial expansion slot, jacket connected by adhesion by zones of radially outer annular attachment directly, or indirectly via an insulation layer, to the interior side of the combustion chamber, and via radially interior annular attachment zones directly or indirectly via a combustion inhibitor layer, with propellant, the radially outer annular attachment zones and the radially inner annular attachment zones considered in the longitudinal direction of the propellant - alternately following each other.

Dans une forme de réalisation de linvention, la chemise de suspension est constituée dBun film de matière élastique, renforcé de tissu, en particulier renforcé par des fibres qui sont pour 1U essentiel orientées dans le sens de la traction, c 7 est- -dire dans le sens longitudinal du propergol. In one embodiment of the invention, the suspension jacket is made of a film of elastic material, reinforced with fabric, in particular reinforced by fibers which are essentially oriented in the direction of traction, that is to say in the longitudinal direction of the propellant.

L'invention assure non seulement la -présence d'une fente de dilatation radiale suffisante entre le carter de la chambre de combustion et le pourtour extérieur du propergol, mais garantit aussi que le volume d'allumage, à savoir l'espace qui se remplit de gaz d'allumage pendant le processus d'allumage, reste pratiqu.ement constant quelle que soit la température, car la zone de fixation annulaire radialement intérieure placée le plus loin en arrière forme un cloisonnement absolument étanche aux gaz. En outre, grâce à la disposition conforme à l'invention du propergol, on a constamment une suspension de surface relativement grande sur plusieurs surfaces annulaires placées axialement les unes derrière les autres, morne aux températures de froid extrême. The invention not only ensures the presence of a sufficient radial expansion gap between the combustion chamber casing and the outer periphery of the propellant, but also guarantees that the ignition volume, namely the space which fills of ignition gas during the ignition process, remains practically constant whatever the temperature, because the radially inner annular fixing zone placed furthest behind forms an absolutely gas-tight partition. In addition, thanks to the arrangement according to the invention of the propellant, there is constantly a relatively large surface suspension on several annular surfaces placed axially one behind the other, dreary at extreme cold temperatures.

Un procédé avantageux et simple pour réaliser la fixation conforme à l'invention se distingue par le fait que la chemise de suspension et la couche inhibitrice de combustion prévue pour le propergol sont reliées l'une à l'autre à l'extérieur du carter de la chambre de combustion par les zones de fixation annulaires radialement intérieures.Ensuite, la chemise et la couche inhibitrice de combustion sont in troduites ensemble dans le carter de la chambre de combustion et la chemise, par ses zones de fixation annulaires radialement extérieures munies d'une couche d'adhésif, est ici pressée, radialement de l'intérieur, par exemple à l'aide d'un sac gonflable en caoutchouc, et collée directement sur le côté intérieur du carter de la chambre de combustion, ou en présence d'une couche d'isolation, sur cette dernière, et après cela, le propergol est coulé dans le carter de la chambre de corhustionb
Le dessin représente un exemple de réalisation de invention, en coupe longitudinale à travers un moteurfusée à propergol solide,
- la figure 1 de ce dessin représentant la situation aux températures extrêmes basses, et
- la figure 2 la situation aux températures extrêmes élevées.An advantageous and simple method for making the attachment according to the invention is distinguished by the fact that the suspension jacket and the combustion inhibitor layer provided for the propellant are connected to each other outside the housing. the combustion chamber by the radially inner annular attachment zones. Then, the jacket and the combustion inhibitor layer are introduced together into the combustion chamber casing and the liner, by its radially outer annular attachment zones provided with a layer of adhesive is pressed here, radially from the inside, for example using an inflatable rubber bag, and glued directly to the inside of the combustion chamber casing, or in the presence of a layer of insulation on the latter, and after that, the propellant is poured into the housing of the corhustionb chamber
The drawing represents an exemplary embodiment of the invention, in longitudinal section through a solid propellant rocket engine,
FIG. 1 of this drawing representing the situation at low extreme temperatures, and
- Figure 2 the situation at high extreme temperatures.

Dans un autre carter de chambre de combustion 1 suivi d'une tuyère de poussée 2 est installé un propergol solide 3 qui est muni radialement à l'extérieur d'une couche inhibitrice de combustion 4. De meme, sur le côté interne du carter de la chambre de combustion 1 est fixée une couche d'isolation thermique 5. Comme le montre la figure 1, aux basses températures (vers -500C), il se forme une fente de dilatation 6 entre la couche inhibitrice de combustion 4 et la couche d'isolation 5, suite aux coefficients de dilatation différents du carter 1 et du propergol 3. Cette fente est surmontée d'une chemise de suspension 7.Cette chemise présente, vues en direction longitudinale du propergol 3, des zones de fixation annulaires, radialement extérieures 7a, qui sont reliées par adhérence à la couche d'isolation 5 et, de ce fait, au carter de la chambre de combustion 1, ainsi que des zones de fixation annulaires radialement intérieures 7i, qui sont reliées par adhérence à la couche inhibitrice de combustion 4 et de ce fait, au propergol 3. Les zones de fixation 7a et 7i se suivent alternativement, vues en direction longitudinale. In another combustion chamber casing 1 followed by a thrust nozzle 2 is installed a solid propellant 3 which is provided radially on the outside with a combustion inhibiting layer 4. Similarly, on the internal side of the casing the combustion chamber 1 is fixed a thermal insulation layer 5. As shown in Figure 1, at low temperatures (around -500C), an expansion gap 6 is formed between the combustion inhibiting layer 4 and the layer d insulation 5, following the different expansion coefficients of the casing 1 and of the propellant 3. This slot is surmounted by a suspension jacket 7. This jacket has, radially external annular fixing zones, viewed in the longitudinal direction 7a, which are connected by adhesion to the insulation layer 5 and, therefore, to the casing of the combustion chamber 1, as well as radially inner annular attachment zones 7i, which are connected by adhesion to the inhibitory layer of combustion 4 and therefore propellant 3. The attachment zones 7a and 7i follow one another alternately, viewed in the longitudinal direction.

A cause de la dilatation plus importante du propergol 3 par rapport à celle du carter de la chambre de combustion 1, la fente annulaire se réduit presque à zéro aux températures maximales, comme le montre la figure 2. Because of the greater expansion of the propellant 3 compared to that of the combustion chamber housing 1, the annular gap reduces almost to zero at maximum temperatures, as shown in Figure 2.

La mise en place du propergol 3 dans le carter de la chambre de combustion 1 peut -s 'effectuer avantageusement de manière telle que la chemise de suspension 7 et la couche inhibitrice de combustion 4 prévue pour le propergol 3 sont reliées l'une à l'autre, par les zones de fixation annulaires radialement intérieures, à l'extérieur du carter de la chambre de combustion 1 et qu'elles sont ensuite introduites ensemble dans le carter de la chambre de combustion 1. La chemise de suspension 7, par ses zones de fixation annulaires radialement extérieures 7a, munies d'une couche d'adhésif, est ici pressée, radialement de l'intérieur, par exemple à l'aide d'un sac gonflable en caoutchouc, et collée sur la couche d'isolation 5. Après cela, le propergol 3 est coulé dans le carter de la chambre de combustion 1, opération pendant laquelle le propergol 3 et la couche inhibitrice de combustion 4 se lient l'une a l'autre. The positioning of the propellant 3 in the casing of the combustion chamber 1 can advantageously be carried out in such a way that the suspension jacket 7 and the combustion inhibiting layer 4 provided for the propellant 3 are connected to each other. other, by the radially inner annular fixing zones, outside the casing of the combustion chamber 1 and that they are then introduced together into the casing of the combustion chamber 1. The suspension jacket 7, by its radially outer annular fixing zones 7a, provided with a layer of adhesive, is here pressed, radially from the inside, for example using an inflatable rubber bag, and glued to the insulation layer 5 After that, the propellant 3 is poured into the casing of the combustion chamber 1, an operation during which the propellant 3 and the combustion inhibitor layer 4 bond to each other.

La chemise de suspension 7 peut être constituée d'un film de matière plastique, renforcé de tissu, en particulier par des fibres orientées pour l'essentiel dans le sens de la traction, c'est-à-dire dans le sens longitudinal du propergol 3, grâce à quoi les forces d'accélération peuvent être absorbées sans problèmes. The suspension jacket 7 may consist of a plastic film, reinforced with fabric, in particular by fibers oriented essentially in the direction of traction, that is to say in the longitudinal direction of the propellant. 3, whereby the acceleration forces can be absorbed without problems.

Claims

1. Attachment of a solid propellant in the casing of the combustion chamber of a rocket engine, the propellant being connected by adhesion to the internal side of the combustion chamber casing only by a part of its outer periphery, characterized by a suspension jacket (7) provided between the propellant (3) and the internal side of the combustion chamber housing (1), that is to say inside the annular expansion slot (6 ), liner connected by adhesion by radially external annular fixing zones (sua), directly or through a layer of insulation (5), to the inside of the combustion chamber casing (1) and by zones of radially inner annular attachment (7i) directly or indirectly by a combustion inhibiting layer (4) to the propellant (3), the radially outer annular attachment areas (7a) and the radially inner annular attachment areas (7i) alternately following each other - long view propellant test (3).

2. Fastening according to claim 1, characterized by the fact that the suspension jacket (7) consists of a plastic film reinforced with fabric, in particular by oriented fibers, essentially, in direction of traction, that is to say in the longitudinal direction of the propellant (3).

3. Method for producing the binding according to claim 1, characterized in that the suspension jacket (7) and the combustion inhibiting layer (5) provided for the propellant (3) are assembled to the housing llexteriev.r of the combustion chamber (1), by the radially inner annular fixing zones (7i) and then introduced together into the combustion chamber casing (1) and that the suspension jacket (7), by its fixing zones radially outer annulars (7 a), provided with a layer of adhesive, is here pressed, for example using an inflatable rubber bag, radially from the inside and glued directly to the internal side of the casing of the combustion chamber or if there is an insulating layer (5) thereon, and then the propellant (3) is poured into the casing of the combustion chamber (1).