FR2570694A1 - Utilisation d'hydrures metalliques et de reactif acide pour accelerer des masses, et dispositifs d'entrainement pour mettre en oeuvre ces matieres - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET L'UTILISATION D'UN HYDRURE METALLIQUE COMPLEXE DE TYPE SALIN ET UN REACTIF ACTIF APPLIQUE PAR PULVERISATION A L'HYDRURE METALLIQUE PRESENTANT UNE CONSISTANCE SOLIDE, POUR LA GENERATION IMPULSIONNELLE DE BULLES 115 DE GAZ DE REACTION A FORTE EXPANSION AVEC UNE MONTEE DE PRESSION TRES RAPIDE, POUR ACCELERER DES MASSES PAR RAPPORT AU COMPARTIMENT D'EXPANSION 106 A CLOTURE MATERIELLEMENT OU DYNAMIQUEMENT, POUVANT ETRE, EN PARTICULIER, LE TUBE DE TIR D'UN PROJECTILE OU LA MASSE DYNAMIQUEMENT INERTE D'UN FLUIDE, AVEC PAR EXEMPLE, UN PROJECTILE OU UN PISTON CONSTITUE PAR UNE COLONNE D'EAU COMME MASSE A ACCELERER DE FACON IMPULSIONNELLE. UN DISPOSITIF D'ACCELERATION QUI FONCTIONNE EN UTILISANT CES MATIERES COMPORTE, PAR EXEMPLE, UN PULVERISATEUR 109 POUR APPLIQUER DES QUANTITES DE REACTIF DOSEES DANS LE TEMPS ET EN QUANTITE A L'HYDRURE METALLIQUE RETENU SOUS LA FORME DE BARRE 107.

Description

Il est connu d'utiliser une masse à accélérer

comme partie élastique, c'est-à-dire flexible de l'en-

ceinte d'une chambre d'expansion, dans laquelle des gaz de réaction subissant une forte expansion sont produits en une seule fois ou périodiquement par combustion de poudre propulsive (pour tirer un projectile d'un tube ou canon d'arme), ou par combustion de carburant liquide (par exemple, pour produire le mouvement linéaire ou de

rotation d'un piston dans un moteur à allumage par étin-

celle ou un Diesel). Cependant, la masse à accélérer ne doit pas être nécessairement un composant rigide en forme de projectile ou de piston; il peut s'agir de la masse inerte d'un fluide réagissant à une contrainte dynamique, comme dans le cas du moteur à réaction à eau destiné à entraîner des véhicules marins, connu par le

brevet allemand 11 22 403.

Pour obtenir un rendement thermo-dynamiqe favo-

rable, il faut essentiellement, pour accélérer une masse par suite de l'expansion d'une bulle de gaz de réaction (enclose par la masse à accélérer), s'efforcer d'obtenir que la réaction chimique dans le compartiment de réaction clos produise une augmentation de pression aussi rapide que possible dans la bulle de gaz de réaction subissant alors une expansion à haute énergie, avec une quantité

de matières à utiliser aussi faible que possible, ma-

tières qui, d'autre part, doivent être aussi peu criti-

ques que possible en ce qui concerne leur sécurité de stockage, de manipulation et de fonctionnement. Pour augmenter la densité d'énergie du gaz de réaction et

la quantité de gaz de réaction, par rapport à la quan-

tité des partenaires réactionnels utilisés, on a re-

cherché de nombreux groupements de partenaires réaction-

nels. Dans le cas o l'on a effectivement obtenu une augmentation notable de la quantité de gaz de réaction de haute énergie, il s'agissait cependant toujours de l'utilisation de partenaires réactionnels finalement non envisagés pratiquement pour des raisons économiques ou technologiques, par exemple du fait que des matières déterminées nécessaires pour la réaction ne sont pas disponibles à l'échelle industrielle ou ne le sont

qu'à un prix discutable, ou que la toxicité ou la réac-

tivité (risque d'inflammation spontanée) des partenaires

réactionnels devrait imposer au stockage et à la mani-

pulation des matières des conditions de sécurité ne pou-

vant guère être remplies dans la réalité.

En conséquence, la présente invention a pour objet de satisfaire au besoin pressant de bulles de gaz de réaction à expansion de haute énergie, pouvant être obtenues de façon technologiquement non-critique avec une augmentation de pression très forte, produites à partir de partenaires réactionnels facilement disponibles

du point de vue économique.

Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, on utilise comme matières un hydrure métallique complexe de type salin et un réactif acide que l'on applique par

pulvérisation à l'hydrure métallique présentant une con-

sistance solide, pour produire de façon impulsionnelle

des bulles de gaz de réaction expansible dans un compar-

timent présentant une clôture flexible, matérielle ou dynamique, pour accélérer des masses et, du point de vue de l'appareillage, un dispositif d'entraînement caractérisé par une fixation pour un hydrure métallique complexe de type salin de consistance solide, dans un compartiment d'expansion à clôture flexible, o un pulvérisateur de réactif est dirigé vers une partie

de la surface de l'hydrure métallique.

L'un des partenaires réactionnels fondamentaux est donc un hydrure métallique complexe salin, comme en procurent à l'industrie chimique, en tant qu'agents de réduction et d'hydratation à utilisations multiples,

des entreprises chimiques compétentes (comme en parti-

culier Bayer AG, Leverkusen, ou encore Merck AG, Darmstadt) sous des noms tels que l'hydrure de bore-sodium ou le boranate de sodium (formule NaBH4) , à l'échelle indus- trielle. Ce composé boré très réactif, présentant une forte teneur en hydrogène chimiquement lié, est, en tant que matière première, très poudreux, mais il se solidifie, dans l'atmosphère environnante, en morceaux grumeleux, pouvant également être comprimés en des formes déterminées. Le cas d'application normal de ces matières

est la suspension de la matière pulvérisée dans un sol-

vant que l'on choisit selon le but d'utilisation, par exemple pour réduire des composés organiques ou des sels minéraux, ou en chimie industrielle pour réduire des impuretés gênantes en des formes inactives qu'il n'y a alors plus à séparer par des moyens physiques, individuellement et de façon coûteuse, de la matière de traitement elle- même. Il est connu par les spécialistes de la chimie industrielle appliquée que l'on effectue en général des réactions avec du boranate de sodium avec un fort excès de réducteur, de sorte qu'il faut

éliminer l'excès de réducteurs avant la suite du trai-

tement des produits de réduction en ajoutant avec pré-

caution, par exemple, des sels acides, du fait que le

processus de décomposition libère alors de l'hydro-

gène. Il est connu, par la DE-A 16 67 277, d'utiliser

ces matières pour fournir des réactifs gazeux pour élé-

ments à combustible dans lesquels le dégagement gazeux doit être adapté automatiquement à l'absorption de gaz par l'élément à combustible, selon l'exigence d'une alimentation en gaz constante. Pour cela, la substance de réaction est immergée, sous forme de barreau, sur une partie de sa longueur, dans le réactif acide liquide,

dont la surface libre varie pour faire varier cette pro-

fondeur d'immersion, donc pour agir sur la quantité de gaz de réaction dégagé, en fonction des variations de pression dues aux variations de prélèvement de gaz de réaction. On connait des mesures semblables pour le même but d'application par le brevet US n 3 174 833, o, pour

faire fonctionner l'élément à combustible, tout en garan-

tissant une pression constante du gaz de réaction fourni, la quantité de solution aqueuse amenée est règlée en

fonction de la pression. La réaction a lieu dans un réci-

pient fermé -danslequel l'hydrure métallique se présente sous forme disséminée, par exemple pulvérisée, et est entièrement imbibée de partenaire de réaction aqueux, qui est introduit par un tube d'alimentation à l'intérieur de

la réserve de poudre. C'est par un tube de tamisage égale-

ment introduit dans cette charge que les gaz de réaction

sont évacués.

Pour déloger de l'eau d'un ballast ou pour gonfler un ballon ascensionnel, il est connu, par le brevet britannique n 1 425 590, d'enfermer une substance dégageant du gaz par contact avec de l'eau dans une enveloppe entourée par l'eau, que l'on peut briser au moyen d'une charge explosive, de sorte que l'eau qui pénètre dans l'enveloppe entraîne alors la production de

gaz de réaction.

A la différence de l'utilisation des matières mentionnées dans ces buts déjà connus, le fait qui est à la base de l'invention (en ce qui concerne le problème qu'elle cherche à résoudre), c'est que, justement, le boranate de sodium sous sa forme de poudre agglomérée est encore stable, même à des températures inférieures à 0 C et supérieures à 100 C (il est certes irritant pour la peau, mais non-critique par ailleurs en ce qui concerne la nocivité pour la santé ou le risque d'inflammation spontanée), convient particulièrement bien pour permettre d'obtenir dans des installations simples, en appliquant par pulvérisation des quantités dosées de réactif acide, la bulle de gaz de réaction qui convient particulièrement

bien, en raison de son augmentation de pression extrême-

ment rapide avec une expansion à haute énergie, pour accélérer des masses par rapport à des compartiments

d'expansion enclos matériellement ou dynamiquement.

Selon l'utilisation de cette matière conforme à l'invention, il suffit d'appliquer par pulvérisation (en présence d'un partenaire réactionnel aqueux) une quantité relativement réduite de réactif acide de forte concentration (supérieure à celle qui convient de façon analogue pour notamment des acides minéraux, des acides organiques ou des suspensions de sels acides) à l'hydrure métallique à introduire dans le compartiment d'expansion, par exemple en barres et donc facile à fixer (par doses dépendant de la quantité et de

la périodicité). Le jet de réactif appliqué par pulvérisa-

tion mouille une zone de l'hydrure métallique de surface

relativement étendue mais pouvant être limitée matérielle-

ment par le guidage du jet et il pénètre aussi, dans cette zone, dans sa structure poreuse. Cela entraîne un démarrage brusque du dégagement volumineux du gaz de réaction, sur l'intensité duquel on peut agir facilement en réglant de façon correspondante le jet et que l'on peut aussi, en particulier, interrompre et faire de nouveau démarrer. On peut aussi cependant utiliser très avantageusement, par exemple, l'hydrure métallique répondant à la formule KBH4 (boranate de potassium), bien que sa manipulation ne soit

pas tout à fait aussi peu critique.

Le produit de réaction est, lorsqu'on applique

par pulvérisation le boranate avec de l'acide chlorhydri-

que aqueux, pratiquement de l'hydrogène pur d'une densité

d'énergie de combustion extrêmement élevée et d'une quan-

tité de gaz du triple au quadruple de la quantité obtenue de charges explosives et de charges propulsives usuelles de la technique des munitions. La quantité de gaz totale peut encore être augmentée de plus de 10% si, au cours

du dégagement d'hydrogène spontané, on le brûle immédia-

tement, en injectant un comburant avec l'acide de réac-

tion. Il convient particulièrement d'appliquer au bora-

nate présentant une consistance solide, par pulvérisation, de l'acide nitrique en solution aqueuse, du fait que celui-ci sert alors en même temps de comburant pour la combustion de l'hydrogène dégagé lors de la réaction

spontanée. L'addition d'une trace de métal, en particu-

lier de cuivre, a un effet catalytique et contribue à augmenter encore à la fois la densité d'énergie et la

quantité de gaz de combustion.

En tout cas, l'utilisation d'hydrure métallique, d'eau et de réactif acide représente les partenaires de réaction idéaux pour un générateur de bulles, en raison du volume de gaz de réaction élevé et de haute énergie à un rendement très élevé, et il se présente pour le

générateur de gaz l'autre avantage particulier pratique-

ment important consistant en ce qu'on obtient d'emblée, en même temps que la combustion (augmentant encore le rendement) de l'hydrogène qui apparaît en grande quantité,

un système d'entraînement non-polluant à base de parte-

naires réactionnels de disponibilité et de maniabilité non-critique, avec lequel on peut réaliser un processus de combustion en circuit fermé pouvant être utilisé de

façon multiple et techniquement non-critique.

Le moteur à réaction à eau pour véhicules marins (connu par le brevet allemand n 11 22 403) nécessite, pour un fonctionnement intermittent, un corps de soupape oscillant pour couper périodiquement l'entrée, à chaque éjection de colonne d'eau ou de piston dans le sens opposé au sens de déplacement du bâtiment. La nécessité

d'un tel corps de soupape oscillant exige un investisse-

ment technique considérable et limite considérablement la quantité d'eau éjectée et, par suite, la vitesse

pouvant être atteinte avec un tel moteur à réaction à eau.

Un autre inconvénient de ce dispositif connu

antérieurement consiste en ce que les processus de com-

bustion qui ont lieu dans le corps de soupape ou derrière lui ne peuvent aboutir qu'à un rendement thermodynamique très modéré du dispositif, du fait qu'en raison de la fréquence de fonctionnement limitée du corps de soupape, des quantités de chaleur relativement importantes sont cédées chaque fois sur des durées relativement longues

par la chambre de combustion à l'eau qui sort.

Aves des dispositifs d'entraînement comparables selon l'invention, on peut obtenir, tout en améliorant considérablement le rendement, des fréquences d'éjection plus élevées avec un fonctionnement moins sujet aux défaillances. Dans cette mesure, l'idée de base de la solution selon l'invention consiste en ce que, tant la chaleur perdue cédée au fluide nuisible pour le rendement que les problèmes de réalisation et les limitations dues à la technique de fonctionnement d'un corps de soupape mécanique oscillant peuvent être évités, du fait que, pour séparer un piston de fluide à repousser et, pour son éjection, on peut utiliser l'effet d'expansion d'une

bulle de gaz de réaction (d'abord petite, fortement com-

primée) lorsque (en raison de la conformation dans l'en-

vironnement du compartiment d'expansion à l'intérieur du dispositif), pendant l'expansion de cette bulle, une

clôture dynamique vis-à-vis de la masse fluide relative-

ment inerte et incompressible qui afflue est réalisée.

L'expansion extraordinairement rapide de la bulle gazeuse

entraîne la séparation d'un piston de fluide de l'écoule-

ment incident avec clôture dynamique dans le sens opposé

au sens d'éjection du piston et, en raison de l'augmenta-

tion de la pression gazeuse extrêmement rapide, pour des conditions médiocres de transfert de la chaleur au fluide environnant à la surfacelimite des bulles gazeuses, on obtient seulement une déperdition de chaleur extrêmement

réduite de la bulle gazeuse dans le fluide et, par con-

séquent, un rendement thermodynamique élevé.

On peut produire successivement les bulles de gaz de réaction à l'intérieur du dispositif d'entralne-

ment, directement dans le compartiment d'expansion lui-

même, en y introduisant les substances de réaction et en les faisant réagir entre elles, en choisissant, de façon appropriée, ces substances, de façon que le fluide

(notamment l'eau) lui-même constitue un partenaire réac-

tionnel. On peut aussi cependant prévoir de faire fonc-

tionner périodiquement le générateur de bulles gazeuses en dehors de l'intérieur du dispositif d'entraînement et d'introduire les gaz de réaction dans le compartiment d'expansion, par un canal d'écoulement du type d'un tube à ondes de choc, après chaque dépassement d'une pression

minimale prédéterminable. Par la périodicité de l'expan-

sion des bulles gazeuses, ajustée sur les conditions d'afflux du fluide dans le dispositif d'entraînement, on peut agir sur la fréquence d'éjection (et, par suite, sur la vitesse quasi-continue du dispositif par rapport au fluide environnant ou en mouvement). Du fait que, lorsque la vitesse augmente, les forces de résistance qui émanent du fluide augmentent exponentiellement, il peut convenir d'augmenter l'énergie contenue dans les bulles gazeuses (par exemple, par le dosage des matières qui réagissent entre elles) proportionnellement à la fréquence de la génération des bulles gazeuses, pour pouvoir obtenir une variation de vitesse sur un domaine

de fonctionnement important.

Le dispositif d'entraînement convient en parti-

culier également comme dispositif de locomotion pour bâtiments de surface ou comme dispositif d'entraînement

pour mobiles sous-marins, tant pour l'accélération ini-

tiale que pour le maintien ou l'augmentation de la vitesse de déplacement après une autre accélération initiale,

l'eau environnante constituant le fluide dans ces cas-là.

Le dispositif d'entraînement peut aussi être utilisé en position stationnaire, par exemple comme groupe moteur dans le circuit hydraulique d'une machine hydrodynamique, comme on en connait, par exemple, comme moteur hydrauli- que ou transmission hydraulique (cf. document de Société

VOITH G 671 d'Octobre 1979).

Alors que, par exemple dans le cas de mobiles sous-marins, on ne peut, en particulier pour des raisons de cavitation sur un mécanisme de propulsion à hélice

courant, dépasser d'emblée des limites de vitesse déter-

minées (de l'ordre de 30 m/s au plus), un dispositif d'entraînement selon l'invention (sans composants mobiles dans le mécanisme d'entraînement luimême) permet sans problème d'atteindre, dans l'eau, une vitesse deux fois plus élevée et, en ajustant la géométrie du dispositif d'entraînement sur la fréquence de récurrence et le contenu énergétique des bulles gazeuses, on peut même encore

l'augmenter, et il n'y a plus du tout de problème de mani-

pulation, en ce qui concerne les risques d'accident dans

les zones de l'hélice. On peut encore augmenter le rende-

ment et la vitesse relative en ajustant le fluide sur le

comportement des bulles de gaz en expansion, en particu-

lier lorsque le dispositif d'entraînement fait partie

d'un circuit hydraulique fermé (par exemple, d'une instal-

lation fixe), donc que le fluide doit être fourni de toute façon séparément, contrairement aux données d'un bâtiment, et peut donc être optimisé en ce qui concerne la réaction

de propulsion.

D'autres caractéristiques, variantes et avantages

de l'invention ressortiront de la description détaillée

qui va suivre d'exemples de réalisation de l'invention et de leurs possibilités d'utilisation préférentielles, représentés sur le dessin annexé schématiquement et se limitant à l'essentiel, mais respectant approximativement les proportions, dont: la figure 1 représente un générateur de gaz dont le compartiment d'expansion du gaz de réaction comporte une clôture rigide matérielle, tenant compte des particularités pour divers cas d'utilisation d'un tel générateur de gaz; la figure 2 représente une réalisation de générateur de gaz dont le compartiment d'expansion du gaz de réaction comporte une clôture dynamique;

la figure 3 représente un dispositif d'entraI-

nement à piston de fluide sous la forme d'une cellule de poussée rapide, comportant un générateur de gaz placé à l'extréieur de son compartiment d'expansion des bulles gazeuses;

la figure 4 représente le mécanisme de fonction-

nement des dispositifs d'entraînement au cours de diffé-

rentes phases de fonctionnement successives (figures 4a à 4f); la figure 5 représente un diagramme qualitatif

en fonction du temps des courbes de pression et de mouve-

ment, conforme au fonctionnement de la figure 4; la figure 6 représente un exemple de génération de bulles directement dans le compartiment d'expansion;

la figure 7 représente une variante de disposi-

tif d'entraînement analogue à celle de la figure 3, sur un mobile sousmarin;

la figure 8 représente un dispositif d'entrai-

nement différent de celui de la figure 3, utilisé dans le cycle d'une machine hydrodynamique; la figure 9 représente un dispositif d'allumage pour un partenaire réactionnel de génération de bulles

gazeuses solide.

Dans le cas du générateur de bulles gazeuses représenté schématiquement en coupe longitudinale axiale sur la figure 1, un pulvérisateur 2 pour, par exemple, un acide 3, débouche dans le compartiment d'expansion du gaz de réaction 4, en face d'une fixation 5 pour une

barre, par exemple de boranate de sodium 6. Le comparti-

ment d'expansion 4 est fermé de façon rigide matérielle-

ment par une paroi 7 et par un piston 9 pouvant se dépla-

cer, lors de l'expansion du gaz de réaction 8, pour agrandir le compartiment d'expansion 4. Lorsque celui-ci

a effectué un déplacement souhaité en raison de la pres-

sion du gaz de réaction 8 qui se détend, un tube de décharge 10, destiné à évacuer les gaz de réaction 8

détendus ou (selon les données de réalisation) à déten-

dre encore les gaz de réaction 8 qui se dilatent encore, peut être ouvert (par exemple, directement par le piston

9 lui-même).

Le piston 9 peut être le piston alternatif guidé de façon à osciller dans un cylindre se présentant sous la forme de la paroi 7 (à la façon d'un moteur à allumage par étincelle courant), ou bien encore un piston rotatif,

pour des données de réalisation adaptées de façon corres-

pondante.

Le piston 9 peut aussi être vu comme un projec-

tile devant être accéléré, en raison de la pression d'expansion du gaz de réaction 8, à partir d'un tube d'arme (se présentant sous la forme de la paroi 7) dans la direction de la flèche 11, donc en être tiré. Le

"piston" (9) peut aussi être un autre composant quelcon-

que qui, d'une part, ferme le compartiment d'expansion du gaz 8 et, d'autre part (en raison de son expansion), doit être déplacé avec une forte accélération initiale

et une forte poussée dans le sens de la flèche 11, lors-

qu'en raison d'une influence externe quelconque, l'hydrure métallique est mouillé par l'acide 3. On peut également prévoir que le piston 9 fonctionne dans le sens de la flèche 11 contre une force de rappel élastique (par

exemple, contre un ressort de contre-pression non repré-

senté sur le dessin), de sorte qu'en raison d'un déplace-

ment correspondant du piston 9, le raccordement entre le compartiment d'expansion 4 et le tube de décharge 10 n'est

libéré que lorsqu'au cours du dégagement de gaz de réac-

tion dans le compartiment d'expansion 4, il s'établit une pression qui dépasse la contre-pression agissant dans le sens opposé à celui de la flèche 11. Le tube de décharge 10 peut être réalisé sous la forme d'une tuyère de poussée, lorsque le générateur de gaz 1 est utilisé comme dispositif d'entraînement à réaction à la façon d'un mécanisme de propulsion à fusée ou d'un moteur-fusée de croisière. Sur la figure 1 le

tube 10 débouche dans une cellule de poussée 12, parcou-

rue par le fluide 19.

Il faut faire en sorte qu'une onde de choc de gaz d'expansion soit introduite dans le diffuseur 13 rempli de fluide avec le front d'onde de pression le plus

raide possible, pour que le gaz de réaction 8 non seule-

ment perce un canal dans le fluide, mais en outre le déplace avec une limite entre phases de surface étendue (avec clôture dynamique vers l'entrée du diffuseur). Pour

cela, le tube de décharge 10, qui n'est mis en communica-

tion que pour une pression minimale déterminée du gaz de réaction 8 avec son compartiment d'expansion 4, est dimensionné en "tube à impulsions", donc, par exemple, en

tube extrêmement mince par rapport à sa longueur.

L'alimentation du pulvérisateur 2 en acide 3 à partir d'un réservoir de stockage 14 est effectuée par

l'intermédiaire d'un dispositif d'alimentation 15 (ins-

tallé en tant que pompe autonome ou pouvant être constitué par un réservoir de stockage à air comprimé) et d'une

soupape de rythme et de dosage 16.

Le boranate de sodium 6 peut être amené dans la fixation 5 directement en barres au moyen d'un dispositif d'avancement 17, pour être aspergé dans une zone marginale du compartiment d'expansion 4 pour la réaction de formation de gaz, à partir du pulvérisateur 2, d'un acide en solution aqueuse 3 (ou d'un acide, accompagné d'un jet d'eau injecté en plus). On peut aussi cependant prévoir de se procurer le boranate de sodium 6 à l'état de conglomérat granulaire, donc semblable à un granulat, et de ne le tasser en une masse compacte en face du pulvérisateur 2 au moyen d'un dispositif d'extrusion 16 qu'en liaison

fonctionnelle avec le dispositif d'avancement 17.

On a représenté de façon schématique, sur la figure 2, une autre utilisation du générateur de bulles

de gaz 1 pour des dispositifs d'entraînement.

La partie superficielle du boranate de sodium 6 devant recevoir de l'acide du pulvérisateur 2 est ici balayée par un fluide aqueux 19. La masse inerte du fluide 19 par rapport à l'énergie d'expansion du gaz de réaction 8 dans une bulle gazeuse 20 sur laquelle l'arrière d'un piston 9 de configuration aérodynamique ou analogue s'appuie directement (ou par l'intermédiaire d'une sorte de culot 21). Ce piston est donc accéléré par la bulle gazeuse 20 qui s'agrandit mais s'appuie dynamiquement sur

le fluide 19, dans le sens de la flèche 11.

La forme de base d'un dispositif d'entraînement à piston de fluide 101 selon l'invention, constituant une cellule de poussée, représentée schématiquement en coupe

axiale sur la figure 3, est essentiellement une conforma-

tion en tuyère de configuration aréodynamique entre une entrée de fluide 102 et un tube d'évacuation 103 par contre plus long, mais encore relativement court par rapport au diamètre. Derrière l'entrée 102 est formée une tuyère d'entrée de fluide 104, en fait sous la forme d'une

section droite s'amincissant d'abord relativement rapide-

ment, puis s'élargissant de nouveau moins vite en une section élargie multiple. La géométrie de section droite peut correspondre à celle du dispositif d'entraînement 101 lui-même, donc être, par exemple, circulaire ou en forme de segment annulaire. La section droite qui se réélargit, vue de l'entrée 102, après la tuyère d'entrée 104, joue le rôle d'un diffuseur 105 dont la grande section droite se raccorde alors au tube d'éjection 103 de profil aérodynamique. Le volume entourant la transition entre le diffuseur 105 et le tube d'éjection 103 joue le rôle de compartiment d'expansion 106, comme on l'expliquera

avec davantage de détails plus loin. Il y débouche, lors-

qu'on prévoit un générateur de gaz séparé 108 en dehors du compartiment d'expansion 106, au moins un canal d'écoulement 110 du genre d'un tube à onde de choc (donc très mince par rapport à sa longueur), qui se raccorde toujours brièvement, par une soupape à gaz comprimé 124 (cf. figure 8), au générateur 108, lorsque les gaz de réaction y ont une pression supérieure à cette pression

minimale, pour les faire alors passer dans le comparti-

ment d'expansion 106 sous forme de bulle de gaz-comprimée

à front d'onde de pression raide.

Lorsque le dispositif d'entraînement 101 n'est pas fixe, mais doit progresser à travers le fluide

environnant 111, en particulier à travers l'eau, l'exté-

rieur du dispositif d'entraînement 101 a alors également une configuration aérodynamique, il est, par exemple, recouvert d'une enveloppe 112 entourant le générateur de

gaz 108.

Le dispositif d'entraînement 101 et, par suite, sa tuyère d'entrée 104, se déplacent par rapport au fluide 111 dans une orientation telle que le fluide 111

entre, à travers la tuyère d'entrée 104, dans le diffu-

seur 105, comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 4a. Lorsque la colonne de fluide 114 a rempli aussi l'intérieur du tube d'éjection 103 (au moins pour la plus grande partie) (figure 4b), une bulle de gaz de réaction , de haute énergie, relativement petite mais fortement

comprimée, peut se dilater dans le compartiment 106.

La bulle de gaz 115 se détend dans la colonne de fluide 114 de façon pratiquement explosive, par rapport à l'effet de clôture de la masserelativement inerte du fluide 111 environnant. En raison del'amincissement de section droite dans le diffuseur 105, l'effet de clôture est le plus fort dans le sens opposé au sens 113 de la pression dynamique. En conséquence, la plus forte composante de

croissance de la bulle expansible gazeuse 115 est sensi-

blement coaxiale dans le tube d'éjection 103, dans le sens d'évacuation 116 (figures 4c-4d), de sorte que, dans la zone de transition entre le diffuseur 105 et le tube d'éjection 103, il se sépare de la colonne de fluide 114 un piston de fluide 117 qui est refoulé, dans le sens de la pression dynamique 113 (à l'opposé de l'entrée 102) du tube 103 dans le fluide environnant 111. La réaction d'appui mécanique a lieu, par l'intermédiaire de la bulle gazeuse élargie 115, contre la section du diffuseur 105 qui s'amincit, de sorte que le dispositif d'entraînement 101 se déplace par rapport au fluide environnant 111 dans le sens d'entraînement 118, donc dans le sens opposé au sens d'entrée ou de la pression dynamique 113 (figure 4e), ce qui favorise le renouvellement du remplissage de l'intérieur du dispositif d'entraînement 101 par une colonne de fluide 114 (figures 4f-4a). Le processus peut alors recommencer par la formation d'une autre bulle gazeuse expansible comprimée 115 dans le compartiment 106

(figures 4b à 4e).

Comme on l'a indiqué sur la figure 5 au moyen d'un diagramme simplifié en fonction du temps, le fluide

111 pénètre avec une vitesse d'entrée relativement cons-

tante v113 dans l'entrée 102. Lorsque le dispositif d'entraînement 101 est rempli par la colonne de fluide 114 à l'instant t, la bulle gazeuse 115 est disponible dans le compartiment d'expansion 106. Il s'y produit, avec l'expansion de la bulle 115, une augmentation de la pression n106 (t) très rapide, d'allure aplatie pour une brève durée à son maximum. Cette montée de pression rapide et la masse inerte du fluide 111 se présentant par

la tuyère d'entrée 104 provoquent, en raison de l'expan-

sion de la bulle gazeuse fermée 115, avec diminution de la pression pO106, une séparation du piston de fluide 117 de la colonne de fluide 114 avec une vitesse d'éjection

constante v114/117(t).

Les propriétés d'expansion de la bulle gazeuse et le diamètre, ainsi que la faible longueur, du

tube d'éjection 103, sont ajustés mutuellement, de pré-

férence, de façon que le piston de fluide 117 se sépare dans la mesure du possible juste au moment o sa vitesse maximale v117 de sortie de l'ouverture postérieure 119 du tube d'éjection 103 est atteinte (figure 4e). En effet,

cela évite l'établissement de la dépression dans le com-

partiment 106, donc un effet d'aspiration diminuant le

rendement sur le piston de fluide 117 qui est éjecté.

Pour favoriser le rendement également, la géométrie de la tuyère d'entrée 104 et la formation périodique de bulles de gaz de réaction expansibles 115 sont ajustées mutuellement, de préférence, de façon que le remplissage suivant du tube d'éjection 103 par une colonne de fluide 114, puis la séparation et l'évacuation de la masse de fluide 117, se suivent de façon suffisamment rapprochée pour que le piston de fluide 117 qui sort par l'ouverture d'éjection 119 y trouve encore une cavité ou en tout cas une dépression, donc doive être le moins possible déplacé par la masse inerte du fluide 111 qui apparaît derrière

le dispositif d'entraînement 101.

Ainsi, le fluide 111 qui s'écoule par le tube d'éjection 103 est accéléré périodiquement au moyen des bulles de gaz expansibles 115 de telle façon qu'un jet

(dans la suite le piston de fluide 117), pulsé mais pra-

tiquement compact, est évacué, jet dont les impulsions de réaction de poussée entraînent un mouvement relatif du

dispositif d'entraînement 101 par rapport au fluide 111.

I1 s'établit ainsi un rendement thermique et mécanique particulièrement favorable, du fait que seules des bulles de gaz individuelles fortement comprimées 115 réagissent sur le fluide environnant 111 sur des intervalles de temps extrêmement courts dans chaque cas, et que l'effet de clôture des bulles 115 expansibles vis-à-vis de la colonne de fluide 114 apparaissant dans le diffuseur 105 rend superflue toute conformation de soupape conforme aux techniques de construction mécanique, et que l'effet de pression pendant l'éjection du piston de fluide 117 n'agit donc pas contre un système mécanique mobile; il se produit directement, en raison de l'effet de clôture du fluide 111 lui-même, une transmission d'impulsions à l'intérieur du dispositif d'entraînement 101, dans la zone de la transition entre le tube d'éjection 103 et le

diffuseur 105.

On peut obtenir les impulsions de poussée rela-

tivement élevées avec des quantités de partenaires rela-

tivement faibles, que l'on fait réagir mutuellement pério-

diquement directement dans le compartiment d'expansion

106 ou encore dans un générateur de gaz séparé 108.

Pour fournir les bulles 115, les carburants solides et liquides à réaction rapide et riches en gaz, connus en pyrotechnique, sont certes fondamentalement appropriés; par exemple, des composants hypergoliques ou des carburants monergoliques (comme le nitrométhane) dans un dispositif d'allumage Diesel. Du point de vue de l'appareillage, il est plus simple de faire réagir des

jets, par exemple d'acide nitrique et d'hydrazine, direc-

tement dans le compartiment d'expansion 106. Une évolution en fonction du temps de la pression p106(t) encore plus favorable en ce qui concerne les flancs de montée de pression raides que l'on recherche est fournie par les gaz de réaction plus volumineux et plus fortement comprimés

qui apparaissent lors de la réduction d'hydrures métalli-

ques (antérieurement utilisés, non comme charges propul-

sives, mais à des fins de réduction) avec des réactifs

actifs et de l'eau, comme on l'a expliqué précédemment.

Il devient donc inutile d'ajouter un générateur de gaz 108 à faire fonctionner de façon autonome, lorsque, selon la figure 6, on fait passer une barre 107, par exemple de boranate de sodium, dans le compartiment d'expansion 106 et qu'on lui applique périodiquement à partir d'un

pulvérisateur 109, par exemple de l'acide nitrique.

Par la fréquence d'expansion des bulles 115, on peut faire varier l'accélération pouvant être obtenue avec le dispositif d'entraînement 101 et, par suite, la vitesse v114/117 par rapport au fluide 111. Il est bien établi que les forces de résistance exercées par le fluide 111

augmentent comme le carré de la vitesse v117. Par consé-

quent, il convient, pour augmenter la vitesse, d'augmen-

ter non seulement la fréquence de formation des bulles , mais aussi leur contenu énergétique, donc par exemple la quantité de carburant ou d'acide mise à disposition dans chaque cas pour l'obtention de gaz, pour vaincre les forces de résistance qui augmentent en fonction de la vitesse. Lorsque la fréquence des bulles est fixe et que la masse des partenaires réactionnels utilisée pour

* former les bulles est fixe et prédéterminée, il s'éta-

blit, par contre, une vitesse maximale v117 déterminée,

comme on l'a supposé-sur la figure 5.

__ Lorsqu'on utilise des cellules de poussée conformément au dispositif d'entraînement 101 de la

figure 7, il s'agit de l'accélération d'un mobile sous-

marin 125. Le dispositif d'entraînement 101 peut être disposé coaxialement autour de et derrière sa poupe (ou arrière) 126, de sorte qu'on obtient des géométries du type fentes annulaires pour la tuyère d'entrée 104 et le

diffuseur 105.

Il convient mieux cependant de grouper plusieurs cellules de poussée contiguës les unes à côté des autres

de section droite en forme de segments annulaires circu-

laires à l'arrière du mobile et, par exemple, avec un générateur de gaz central 108 pour tous les segments du mobile 125. Les canaux d'écoulement d'ondes de choc 110 vont alors de la soupape 124 aux compartiments d'expansion 106 (lorsque les carburants n'y sont pas mis en réaction

directement, comme sur la figure 6).

Comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 8 pour une machine hydrodynamique stationnaire relativement lente, le dispositif d'entraînement 101 peut aussi (au lieu d'être conformé en cellule de poussée à régime libre ou couplé, comme sur les figures 3, 6 ou 7),

être inséré dans un circuit fluidique fermé 120 dans le-

quel, par exemple, pour découpler le mouvement, une roue à aubes 122 tournant autour d'un arbre 121 est placée le plus près possible derrière le tube d'éjection 103 de la cellule de poussée. Un filtre 123 sert à séparer les impuretés du fluide 111, avant qu'il soit renvoyé dans

le dispositif d'entraînement à cellules de poussée 101.

On peut cependant maintenir à un niveau très faible l'apparition de résidus de réaction, lorsque (selon l'exemple ci-dessus) un produit de réaction qui est, par exemple, comme le fluide 111, de l'eau, est produit à

partir des bulles gazeuses 115.

Dans l'exemple de la figure 9 également, la production du gaz de réaction, pour fournir périodiquement les bulles expansibles 115, a lieu directement dans la zone du compartiment d'expansion 106. On prévoit, pour

cela, un dispositif vibratoire 127 qui appuie périodique-

ment un barreau 128 contre des contre-électrodes 129 (mises à un potentiel électrique positif par rapport au barreau 128) en une matière qui ne fond pas facilement avec celle du barreau. Lors de l'écartement, il apparaît

(comme il-est connu dans la technique du soudage électri-

que) une étincelle de rupture dont l'énergie produit la fusion et la vaporisation de particules à l'extrémité frontale du barreau 128. Pour une matière correspondante (en particulier, de l'aluminium en face d'un bloc de cuivre), ces gaz réagissent avec un dégagement gazeux abondant sur le fluide environnant 111, ici de l'eau. Pour un mélange intensif, le point de contact pénètre dans le compartiment d'expansion 106, ou bien (pour des raisons de technique des fluides, comme on l'a représenté

schématiquement sur la figure 9) dans un canal longitudi-

nal 130 percé dans la paroi intérieure du dispositif 101 et, par conséquent, parcouru en même temps; le barreau 128 peut aussi cependant être disposé de façon à être orienté perpendiculairement à la direction longitudinale représentée. De façon appropriée, le barreau 128 est creux et rempli d'une matière expansible 131, qui accélère fortement -à l'extrémité frontale à étincelles du barreau

128 les particules de fusion et les vapeurs, donc contri-

bue par un mélange intime à une formation intense de gaz

de réaction avec le fluide 111 dans le compartiment d'ex-

pansion 106. Cette matière 131 peut être le fluide lui-même (l'eau) qui est introduit, par exemple, par une entrée 132

dans le barreau creux 128. A l'extrémité frontale à étin-

celles du tube d'aluminium rempli d'eau, il se produit alors la réaction et l'augmentation de pression gazeuse les plus fortes, de sorte que les vapeurs et les particules de fusion sont projetées dans le compartiment d'expansion 106. On obtient ainsi un générateur de bulles gazeuses expansibles d'un fonctionnement extrêmement sûr, convenant particulièrement pour des installations hydrodynamiques

stationnaires, selon la figure 8.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Utilisation d'un hydrure métallique complexe de type salin et d'un réactif acide que l'on applique par pulvérisation à l'hydrure métallique qui présente une consistance solide, pour la génération impulsion- nelle de bulles de gaz de réaction expansibles dans un compartiment à clôture flexible, matérielle ou dynamique,

pour accélérer des masses.

2. Utilisation d'une barre pouvant être introduite dans le compartiment, comme hydrure métallique selon la

revendication 1.

3. Utilisation d'eau pour asperger au moins la zone

de l'hydrure métallique, à laquelle on applique du réac-

tif acide selon la revendication 1 ou 2.

4. Utilisation de réactif acide aqueux, lorsqu'on applique une pulvérisation à l'hydrure métallique selon

la revendication 1 ou 2.

5. Utilisation de traces de métal à effet cataly-

tique ajoutées, par exemple de cuivre, en plus du réactif

selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.

6. Utilisation d'un fluide aqueux selon la reven-

dication 3, également comme masse de clôture dynamique

des bulles de gaz de réaction.

7. Dispositif d'entraînement pour mettre en oeuvre

les matières selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par une fixation (5) pour un hydrure métallique complexe de type salin présentant une consistance solide dans un compartiment d'expansion (4) à clôture flexible, dans lequel un pulvérisateur de réactif (2) est dirigé vers une partie de la surface

de l'hydrure métallique.

8. Dispositif selon la revendication 7, caracté-

risé en ce que la partie superficielle de l'hydrure métallique visée par le pulvérisateur (2) pénètre dans un compartiment d'expansion (4) dans lequel elle est

entourée par un fluide aqueux (19).

9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, ca-

ractérisé en ce que la partie superficielle de l'hydrure métallique devant être visée par le pulvérisateur (2) se trouve au bord d'un compartiment d'expansion (4) à

clôture flexible.

10. Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que le compartiment d'expansion (4) est clô-

turé au moyen d'un piston (9).

11. Dispositif selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que le piston (9) est un projectile à tirer.

12. Dispositif selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que le compartiment d'expansion (4) à clôture flexible est clôturé par une masse, relativement inerte par rapport à la bulle de gaz de réaction expansible,

d'un fluide environnant.

13. Dispositif selon la revendication 12,caracté-

risé en ce que le compartiment d'expansion (4; 106) est placé dans une cellule de poussée (12) de laquelle la bulle de gaz de réaction (20) éjecte un piston de fluide

(117).

14. Dispositif selon la revendication 12, caracté-

risé en ce que le compartiment de réaction (4) se rac-

corde, par un tube à ondes de choc (10), à une cellule de poussée (12) de laquelle le gaz de réaction éjecte

un piston de fluide.

15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14,

caractérisé en ce qu'un générateur de gaz (108) à fonc-

tionnement périodique se raccorde au compartiment d'ex-

pansion (106) par une soupape à pression-limite (124)

et un canal d'écoulement à ondes de choc (110).

16. Dispositif selon la revendication 13, caracté-

risé par une amenée directe des partenaires réactionnels

dans le compartiment d'expansion (106).

17. Dispositif selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il présente une configuration aéro-

dynamique de cellule de poussée rapide.

18. Dispositif selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'il est placé sur un mobile sous-marin (125).

19. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 13 à 16, caractérisé en ce qu'il est placé dans

un circuit fluidique fermé (20).

20. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 13 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte une machine hydrodynamique placée devant une roue à aubes

(122).

21. Dispositif selon la revendication 8, caracté-

risé par un dispositif vibratoire (127) devant appuyer périodiquement un barreau fusible (128) contre une

contre-électrode (129) mise à un autre potentiel élec-

trique.

22. Dispositif selon la revendication 21, caracté-

risé par une matière expansible (131) à l'intérieur

d'un barreau creux (128).