FR2712930A1 - Procédé de fabrication d'un moteur-fusée à propergol solide. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un moteur-fusée à propergol solide. Elle se rapporte à un procédé de fabrication d'un moteur-fusée à propergol solide, qui comprend la formation d'un corps d'alcool polyvinylique solide et perforé à la configuration d'un bloc de propergol de moteur-fusée à propergol solide, avec un passage axial, la disposition du corps dans une enveloppe inerte solide, le remplissage du volume interstitiel du corps par un oxydant liquide alors que le passage axial est bouché, et l'imprégnation de l'alcool polyvinylique par l'oxydant liquide et la formation d'une masse solide continue. Application à la fabrication des moteurs-fusées à propergol solide.
Description
La présente invention concerne une construction d'un moteur-fusée à partir
d'un noyau de liant poreux.
Le but recherché dans la réalisation d'un moteur-
fusée est l'obtention d'une impulsion importante de propul-
sion et d'un rapport élevé impulsion-poids, avec prolonge- ment de l'impulsion au cours du temps afin que la portée soit maximale pour une charge payante donnée. Le propergol doit brûler avec un diagramme géométrique prédéterminé avec un débit réglé et doit continuer à fonctionner jusqu'à ce10 que le propergol soit totalement consommé afin que des élévations excessives de température, qui pourraient provoquer des explosions prématurées ou une destruction du boîtier du moteur, soit évitées. Les blocs de propergol qui donnent ce résultat le plus efficacement sont ceux qui ont une consistance de caoutchouc qui résiste à la formation de discontinuités telles que des fissures dans le corps du
bloc et des espaces entre le bloc et la paroi du boitier.
Ces discontinuités présentent un risque d'explosion par augmentation de la surface à laquelle le bloc de propergol solide est exposé à un front de combustion qui avance. La vitesse de combustion et le rendement de combustion sont aussi affectés par les proportions de l'oxydant, du liant
et du combustible dans le bloc propergol et par l'unifor-
mité de la composition du bloc. En conséquence, dans
l'ensemble, la composition, la consistance et la configura-
tion du bloc de propergol, les propriétés mécaniques favorables et le dispositif de liaison du bloc au boitier du moteur sont des facteurs importants pour l'obtention de la sécurité, de la fiabilité et de propriétés mécaniques
favorables qui sont souhaitables dans les moteurs-fusées.
Les procédés classiques de fabrication de moteurs-
fusées à boîtier composite commencent avec la fabrication du boîtier du moteur sur un mandrin avec la configuration du bloc de propergol, le mandrin étant soit une structure jetable formée de matière plastique ou de sable, soit une structure assemblée qui peut être démontée et retirée en parties de plus petites dimensions. Avant l'application du boîtier du moteur, le mandrin est revêtu d'un matériau d'isolation, soit par enroulement d'un ruban soit par utilisation d'une forme d'isolation préalablement moulée. Une fois cette opération exécutée, le boîtier du moteur5 lui-même est formé par enroulement, autour du mandrin revêtu de l'isolation, d'un filament qui est soit formé de fibres de graphite ou de polyéthylène préalablement impré- gnées d'une résine époxyde. Le filament enroulé est alors durci afin qu'il forme une enveloppe solide. Le mandrin est10 alors retiré de l'enveloppe durcie et remplacé par un matériau liquide de propergol qui est coulé et durci sur place afin qu'il forme le bloc de propergol, à l'aide d'une tige de noyau de configuration convenable afin qu'elle forme la perforation centrale du bloc. Malheureusement,15 l'extraction du mandrin est une opération qui nécessite
beaucoup de main-d'oeuvre et qui est coûteuse et, lors-
qu'elle est combinée aux nombreuses autres étapes et opérations de l'ensemble de la procédure, elle présente de nombreuses possibilités d'erreur, de détérioration et de
perte.
Ces problèmes, ainsi que d'autres qui sont posés par la fabrication classique des moteurs-fusées, sont pris en compte par la présente invention selon laquelle le mandrin temporaire d'une opération classique est remplacé par un noyau solide d'un polymère d'alcool polyvinylique (PVA) qui est perforé par des passages libres. Le noyau d'alcool polyvinylique est alors recouvert de matériau d'isolation et l'enveloppe du boîtier est appliquée sur le noyau
d'alcool polyvinylique. Le moteur est terminé par remplis-
sage des passages libres du noyau par un oxydant liquide.
L'oxydant liquide peut s'infiltrer dans l'alcool polyviny-
lique si bien que celui-ci gonfle et forme une masse solide continue de propergol de consistance caoutchouteuse. Le noyau d'alcool polyvinylique est formé avec un passage axial qui correspond à la perforation centrale du moteur terminé, le passage étant bouché lorsque l'oxydant liquide
est ajouté et peut imprégner l'alcool polyvinylique.
L'utilisation de l'alcool polyvinylique à la place de la mousse d'aluminium de la technique antérieure comme matrice du bloc présente plusieurs avantages distincts. Par exemple, la mousse d'aluminium est rigide et garde sa5 rigidité même lorsque les cavités ont été remplies des autres ingrédients du propergol tels que l'oxydant et le liant. Ceci donne une mauvaise intégrité à la structure et a tendance à provoquer une formation défectueuse lorsque le moteur-fusée est exposé à une variation cyclique de
température.
Bien que le noyau perforé d'alcool polyvinylique puisse être formé de diverses manières, un procédé préféré est tel que le noyau est formé de feuilles d'alcool poly- vinylique ondulées qui alternent avec des feuilles plates15 ou non ondulées d'alcool polyvinylique, appliquées en couches sur un mandrin ou un noyau à perforation dont la configuration correspond à celle du passage axial final du moteur-fusée. Divers oxydants liquides peuvent aussi être utilisés, et les oxydants préférés sont soit le nitrate d'ammonium, un nitrate d'alkylammonium inférieur, un nitrate d'alkylhydroxylammonium inférieur, un nitrate d'hydroxylammonium, un nitrate d'hydrazinium, ou un nitrate de lithium, soit une combinaison de deux ou plusieurs de ces composés. Les combinaisons de ces oxydants liquides qui restent liquides à des températures au moins aussi faibles
que 30 C sont préférables. Dans d'autres modes de réali-
sation préférés, le combustible est incorporé sous forme de petites particules métalliques (de 1 à 100 pm), par exemple d'aluminium. Ces particules métalliques sont incorporées soit sous forme d'une dispersion dans l'oxydant liquide soit sous forme d'un adjuvant incorporé aux feuilles d'alcool polyvinylique ou appliqué aux surfaces de ces feuilles. La mise en oeuvre de la présente invention simplifie la fabrication d'un moteur-fusée de manière considérable et provoque une réduction de coût et une augmentation de la fiabilité. L'invention concerne aussi un procédé très sûr, car les opérations délicates, telles que l'extraction du
noyau de la perforation et le mélange du propergol, sont éliminées. Un autre avantage pour la sécurité est le fait que l'invention rend possible l'expédition d'un moteur-
fusée non dangereux (c'est-à-dire le moteur obtenu avant l'addition de l'oxydant) à l'emplacement du lancement
auquel le moteur peut être rendu prêt à fonctionner par simple addition de l'oxydant liquide, d'une manière ana- logue au remplissage des réservoirs d'oxydant des fusées à10 propergol liquide.
Dans le cas des modes de réalisation préférés dans lesquels le noyau est formé de feuilles ondulées d'alcool polyvinylique, l'un des avantages originaux de l'invention est la possibilité de la production d'un bloc de propergol dont la composition varie dans la direction radiale afin
qu'il donne une variation réglée de la vitesse de combus-
tion. Le réglage de la vitesse de combustion de cette manière donne de meilleures performances au système car il permet l'utilisation d'une plus grande charge de propergol et l'obtention d'une courbe de pression neutre ayant une partie terminale nette. Le résultat est une utilisation plus efficace du propergol, avec une perte faible ou même nulle de propergol, et la possibilité de la réalisation du moteur afin qu'il fonctionne à une pression optimale de travail et non à une pression de crête qui peut être bien supérieure à la pression moyenne de fonctionnement. Le
réglage de la vitesse de combustion permet aussi la réduc-
tion ou l'élimination de l'utilisation d'un outillage spécial pour le noyau afin que l'exposition précoce de l'isolation dans les dômes avant et arrière du boitier du moteur soit réduite. Des procédés de mise en oeuvre de l'invention donnant une variation de vitesse radiale de
combustion sont décrits en détail dans la suite.
La présente invention peut aussi être utilisée pour la simplification de la fabrication de petits moteurs
tactiques. Comme dans le cas de la fabrication d'un moteur-
fusée, les petits moteurs tactiques sont formés à partir d'une mousse d'alcool polyvinylique préalablement mise en forme ou d'autres formes poreuses d'alcool polyvinylique, puis par remplissage d'un oxydant liquide. Ce procédé présente des avantages de coût, de fiabilité et de sécurité analogues à ceux de la fabrication du moteur-fusée. Lorsque la taille du moteur diminue, il existe un compromis entre le coût et les performances, et ceci justifie souvent l'utilisation d'un récipient métallique préfabriqué comme boîtier de moteur-fusée, comme dans le cas de la plupart des moteurs-fusées tactiques. La présente invention peut encore être utilisée avantageusement par introduction de structures poreuses d'alcool polyvinylique préalablement mises en forme dans le boîtier préfabriqué, les structures d'alcool polyvinylique poreux étant introduites soit en
totalité, soit par tronçons pour la commodité de fabrica-
tion. Le traitement du bloc de propergol est alors terminé
simplement par remplissage de la structure d'alcool poly-
vinylique par des oxydants liquides.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-
tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,
faite en référence au dessin annexé dont la figure unique est un schéma illustrant la mise en oeuvre d'un procédé de
fabrication d'un moteur-fusée selon l'invention.
L'aptitude de l'alcool polyvinylique à absorber les oxydants liquides, et en particulier les oxydants liquides à base de nitrate, et à gonfler en formant une masse caoutchouteuse est une caractéristique qui rend ce liant favorable pour l'utilisation dans le cadre de la présente invention. De même, d'autres liants polymères qui ont un
comportement analogue peuvent être utilisés.
L'alcool polyvinylique destiné à être utilisé selon l'invention est mis sous forme d'un mandrin rigide mais poreux ayant la même configuration que le bloc terminé de propergol du moteur-fusée. Ainsi, le mandrin a une forme
générale cylindrique ayant un passage axial libre corres-
pondant à la perforation centrale du bloc de propergol. Le mandrin est par ailleurs perforé dans tout son volume, c'est-à-dire perforé par des canaux ou pores ou passages raccordés qui peuvent être totalement remplis de liquide ou d'une suspension liquide contenant les éléments consti- tuants restants de la composition voulue de propergol.5 L'alcool polyvinylique peut être traité de diverses manières afin qu'il forme un corps rigide cohérent bien qu'il soit perforé. Un exemple comprend l'usinage d'un bloc de mousse d'alcool polyvinylique aux dimensions et configu- rations voulues. Un autre exemple comprend la coulée de10 l'alcool polyvinylique en solution liquide ou sous forme d'un prépolymère dans un moule avec un agent porogène tel que le bicarbonate d'ammonium ou d'autres agents porogènes bien connus qui ont un rôle analogue. Un troisième exemple comprend la formation de couches d'alcool polyvinylique autour d'un mandrin de noyau, par utilisation de feuilles poreuses ou perforées d'alcool polyvinylique ou de feuilles ayant des cavités ou des variations de hauteur à leur surface afin que des passages ou espaces libres soient
formés lorsque les feuilles sont empilées en couches.
D'autres exemples apparaissent facilement à l'homme du métier. Une technique particulièrement efficace pour la formation du mandrin est l'utilisation de couches de minces feuilles d'alcool polyvinylique, les couches étant formées de feuilles ondulées qui alternent avec des feuilles plates. Les couches de feuilles plates soutiennent les saillies des couches de feuilles ondulées en formant des passages destinés à être remplis par l'oxydant liquide et permettant une circulation libre de l'oxydant entre les couches. Les feuilles individuelles, qu'elles soient plates ou ondulées, peuvent en outre être perforées afin qu'elles aient des trous répartis à leur surface et facilitant la
circulation du fluide d'une couche à la suivante en direc-
tion radiale.
La fraction vide, c'est-à-dire le rapport du volume libre des canaux et des pores au volume total du mandrin, à l'exclusion de la partie axiale centrale creuse, détermine
le rapport du volume du liant à l'oxydant dans la composi-
tion du propergol. Selon qu'un combustible métallique est aussi incorporé ou non et selon qu'un tel combustible est incorporé initialement à l'alcool polyvinylique, à l'oxy-5 dant liquide ou aux deux, la fraction de vide détermine aussi le rapport du liant au combustible ou du combustible à l'oxydant. La sélection de la fraction de vide optimale ou convenant le mieux à un bloc particulier de propergol dépend des propriétés finales du bloc et du moteur-fusée et
elle n'est pas primordiale dans le cadre de l'invention.
Cependant, dans la plupart des applications, les meilleurs résultats peuvent être obtenus avec une fraction de vide comprise entre environ 30 et 90 % et de préférence entre environ 50 et 80 % et très avantageusement de l'ordre de 67 %. En outre, la fraction de vide peut être modifiée
d'une couche à la suivante afin qu'elle donne des varia-
tions radiales, par exemple un gradient radial. Des varia-
tions radiales de la fraction de vide ne sont que l'un des
moyens de réglage de la vitesse de combustion.
Dans les mandrins formés par les couches alternées de feuilles ondulées et plates, la fraction de vide peut varier par variation de la largeur des cannelures (ou de leur diamètre), de la hauteur des cannelures ou des deux paramètres dans les couches ondulées, par variation de l'épaisseur des feuilles ondulées, des feuilles plates ou
des deux, par variation du rapport du diamètre des canne-
lures à l'épaisseur de la feuille dans les feuilles ondu-
lées, par l'utilisation de plusieurs couches de feuilles ondulées, de feuilles plates ou des deux, ou par d'autres
techniques qui sont bien connues de l'homme du métier.
L'épaisseur des feuilles elles-mêmes peut varier. Cepen-
dant, on obtient en général les meilleurs résultats avec des épaisseurs de feuille comprises entre environ 0,003 cm
et 0,2 cm et de préférence entre environ 0,01 et 0,05 cm.
Un procédé commode pour la formation des couches
alternées de feuilles ondulées et plates comprend l'enrou-
lement ou le bobinage de feuilles ou nappes ondulées
d'alcool polyvinylique sur une tige d'enroulement de noyau.
Dans cette technique, les feuilles ondulées et plates sont d'abord mises en couches sous forme d'une feuille compo- site, puis enroulées sur le mandrin du noyau jusqu'à ce que5 l'épaisseur voulue soit obtenue. L'ensemble composite peut par exemple être formé d'une feuille ondulée et d'une feuille plate, ou d'une feuille ondulée avec deux feuilles plates, de part et d'autre. La feuille ondulée peut être formée à partir d'une feuille plate par circulation de la feuille plate entre des rouleaux à cannelures tournant en sens inverses. Lorsqu'il est souhaitable de former des perforations dans l'une des feuilles au moins, l'opération peut être réalisée par passage des feuilles entre des rouleaux de perforation qui tournent en sens inverses. Tous ces rouleaux peuvent être disposés dans une chaîne de fabrication continue qui se
termine à la tige d'enroulement de noyau.
Comme les moteurs-fusée ont en général des extré-
mités en forme de dômes, le mandrin d'alcool polyvinylique selon l'invention peut lui-même être réalisé avec des
extrémités en forme de dômes. Lorsque la technique d'enrou-
lement de feuilles est utilisée, les extrémités en forme de dômes peuvent être formées par utilisation de couteaux mobiles destinés à couper les feuilles ou la feuille composite à chaque bord, avant la tige d'enroulement de noyau. La distance comprise entre les organes de coupe détermine la largeur de la feuille enroulée sur la tige et les dômes sont formés par réduction de cette largeur de manière réglée lors de l'enroulement. Un appareillage classique de coupe, par exemple à disque ou lame, peut être utilisé, et la distance comprise entre les organes de coupe et la vitesse à laquelle l'espace se rétrécit peuvent être réglées manuellement ou par un appareillage automatique et/ou programmé donnant la courbure voulue des dômes aux
deux extrémités.
De l'alcool polyvinylique ayant une teneur en humidité suffisante pour que la feuille soit flexible peut être utilisé afin que la mise en forme des ondulations dans une feuille plate d'alcool polyvinylique soit facilité. La quantité convenable optimale d'humidité pour une feuille d'épaisseur particulière, une densité particulière ou un5 type particulier d'alcool polyvinylique est facilement déterminé empiriquement. Dans la plupart des cas cependant, une humidité d'environ 2 % en poids ou plus et de préférence d'environ 5 à 20 % et très avantageusement d'environ 5 à 15 % environ donne la souplesse nécessaire. Lorsque les ondulations ont été formées, la teneur en humidité peut
être réduite afin que la rigidité obtenue permette le maintien des ondulations et l'obtention d'une bonne résis-
tance structurelle du rouleau lors de sa formation sur la tige d'enroulement de noyau. Lorsque l'enroulement est15 terminé et le mandrin est totalement formé, la teneur en humidité peut être réduite de façon plus importante afin que le mandrin soit suffisamment rigide et robuste pour permettre l'enroulement de filaments le cas échéant. La réduction d'humidité est réalisée par des techniques classiques, par exemple par un courant de gaz chaud,
notamment d'air sec et tiède.
Dans la fabrication classique des moteurs-fusées, un revêtement isolant est appliqué entre le bloc de propergol et l'enveloppe externe du boîtier du moteur. Comme les procédés classiques de fabrication utilisent un mandrin jetable ou amovible, l'isolation est formée sur le mandrin avant l'enroulement des filaments pour la formation de l'enveloppe. Dans le procédé de la présente invention, l'isolation de ce type peut aussi être incorporée et peut
être appliquée directement sur le mandrin d'alcool polyvi-
nylique après que toutes les couches d'alcool polyvinylique
ont été appliquées.
Bien que l'isolation puisse être utilisée pour une fonction d'isolement protégeant l'enveloppe externe, comme
dans les structures classiques, la nécessité d'une isola-
tion peut être réduite ou éliminée par réalisation du bloc de propergol avec une vitesse de combustion qui varie radialement comme indiqué précédemment. L'isolation peut être formée d'un matériau utilisé de manière classique à cet effet et peut être de manière générale un élastomère. Elle peut être appliquée de la même manière que dans le cas d'un mandrin amovible ou jetable ou
de diverses manières telles que par enroulement, par trempage ou par pulvérisation à l'état liquide puis par durcissement, l'opération étant en général réalisée à10 température ambiante.
Lorsque l'isolation est appliquée et durcie, l'enve-
loppe externe du boîtier du moteur est appliquée de manière classique. L'opération est réalisée habituellement par enveloppement du bloc recouvert de l'isolation de fibres de polyéthylène ou de carbone formées de filaments enroulés et imprégnés d'une résine époxyde. La résine est alors durcie, en général à une faible température de durcissement, à l'aide de lampes rayonnant de la chaleur ou par un autre
chauffage classique. A un moment convenable de la fabrica-
tion avant l'enroulement des filaments, une tuyère est
fixée au noyau d'alcool polyvinylique afin que l'enroule-
ment se prolonge et recouvre la tuyère.
Dans une variante, le bloc isolé peut être placé à l'intérieur d'une enveloppe préalablement formée de boîtier
de moteur par des techniques de chargement de cartouche.
Dans une technique, le bloc isolé est introduit à l'extré-
mité ouverte d'un boîtier de moteur formé préalablement.
Lorsque le bloc est en position, un capuchon d'extrémité ayant la tuyère du moteur est fixé à l'extrémité ouverte afin qu'il ferme le moteur et termine le boîtier. Ce procédé est utile pour les petits engins tactiques et est
bien adapté aux techniques de production en série.
A ce moment, le produit est un corps solide d'un liant perforé enrobé dans un boîtier de moteur-fusée, à qui il manque essentiellement l'oxydant pour que la composition du bloc de propergol soit terminée. L'oxydant liquide est alors ajouté alors que la perforation centrale du liant il perforé est bouchée si bien que l'oxydant liquide ne pénètre que dans le liant. L'addition de l'oxydant liquide peut être réalisée à l'emplacement d'utilisation, si bien que le liant enrobé, sans oxydant, peut être stocké et5 expédié sans risque d'explosion. L'addition de l'oxydant afin que le moteur soit prêt à être utilisé est alors une procédure relativement simple. Divers oxydants liquides peuvent être utilisés selon l'invention. Parmi eux, on peut citer divers oxydants
minéraux connus de l'homme du métier, notamment des per-
chlorates tels que le perchlorate d'ammonium, un perchlo-
rate d'alkylammonium inférieur, un perchlorate d'alkyl-
hydroxylammonium inférieur, le perchlorate d'hydroxylam-
monium, le perchlorate d'hydrazinium et le perchlorate de lithium, et des nitrates tels que le nitrate d'ammonium, un
nitrate d'alkylammonium inférieur, un nitrate d'alkylhy-
droxylammonium inférieur, le nitrate d'hydroxylammonium, le
nitrate d'hydrazinium et le nitrate de lithium. Ces subs-
tances sont placées sous forme liquide de diverses manières, y compris en combinaison avec des solvants et
d'autres matières qui réduisent leur température de fusion.
Il est cependant préférable d'utiliser des oxydants à base de nitrates minéraux combinés qui présentent un comportement eutectique, donnant des mélanges entièrement
liquides aux températures ambiantes ou voisines de celles-
ci. Certaines combinaisons sont les suivantes: (i) du nitrate d'ammonium ou d'un alkylammonium inférieur et du nitrate d'hydroxylammonium,
(ii) du nitrate d'hydrazinium et du nitrate d'hy-
droxylammonium, (iii) du nitrate d'ammonium ou d'un alkylammonium
inférieur, du nitrate d'hydrazinium et du nitrate d'hy-
droxylammonium, (iv) du nitrate d'ammonium ou d'un alkylammonium inférieur, du nitrate d'hydrazinium et du nitrate de lithium, et
(v) un nitrate d'un alkylhydroxylammonium inférieur et du nitrate d'hydroxylammonium.
Les proportions des ingrédients utilisés pour la préparation de chaque combinaison sont celles qui réduisent la température de fusion à une valeur inférieure à environ C, de préférence inférieure à environ 25 C, très avantageusement à une température inférieure à environ C et le plus avantageusement à une température infé- rieure à 10 C, afin que la composition reste sous forme d'un liquide homogène dans toute la plage des températures
qui peuvent être utilisées pendant le stockage, l'expédi-
tion, la manutention et le traitement. Ces proportions sont facilement déterminées expérimentalement de façon empirique et grâce à l'expérience du technicien expérimenté de
laboratoire.
Parmi les combinaisons précitées, celles qui con-
tiennent du nitrate d'ammonium ou d'un alkylammonium
inférieur et du nitrate d'hydroxylammonium sont préfé-
rables. Des exemples de nitrates d'alkylammonium inférieur
sont le nitrate de méthylammonium, le nitrate de diméthyl-
ammonium, le nitrate d'éthylammonium, le nitrate de
diéthylammonium, le nitrate de propylammonium et le dini-
trate d'éthylènediamine. Les proportions peuvent varier, mais on obtient habituellement les meilleurs résultats avec des compositions dans lesquelles le nitrate d'ammonium ou d'un alkylammonium inférieur forme 3 à 30 % environ, de
préférence 5 à 15 % environ du poids de la combinaison.
Le blocage ou bouchage du passage axial (perforation centrale) pendant l'addition de l'oxydant peut être réalisé par maintien en position de la tige d'enroulement de noyau sur laquelle les couches d'alcool polyvinylique ont été formées à l'origine, puis par enlèvement de la tige lorsque l'oxydant liquide a totalement imprégné le liant et lorsque
la combinaison s'est solidifiée. Un procédé préféré com-
prend cependant le remplacement de la tige par une vessie gonflable. Lorsqu'elle est sous pression, la vessie remplit tout le passage, et la pression est maintenue pendant que l'oxydant liquide est ajouté et peut se solidifier. La
vessie est alors dégonflée et retirée. Lorsque le boîtier du moteur est en position verti- cale, l'oxydant liquide peut être versé à la partie supé-
rieure ou aspiré vers le haut depuis le fond. L'addition par le fond est préférable afin que l'imprégnation totale
de tous les interstices, canaux et pores du liant soit facilitée. Dans des modes de réalisation préférés de l'inven-
tion, un combustible métallique est incorporé aux ingré-
dients du propergol afin qu'il fasse partie du bloc final de propergol. Des exemples de combustibles métalliques sont l'aluminium, le zirconium, le bore, le bismuth et le magnésium. L'aluminium est préférable. Le combustible métallique est très avantageusement incorporé sous forme d'une poudre de 5 à 60 pm. La quantité de combustible métallique par rapport au bloc de propergol dans son ensemble peut varier, mais elle est comprise en général entre environ 10 et 40 % du bloc, en poids. Lorsque le combustible métallique est incorporé initialement au mandrin d'alcool polyvinylique, sa proportion dans le mélange en l'absence de l'oxydant est comprise en général
entre environ 40 et 70 % en poids.
L'incorporation de la poudre métallique peut être réalisée par dispersion de la poudre dans l'oxydant liquide avant addition de l'oxydant au liant placé dans le boîtier, ou par incorporation de la poudre au liant lorsque celui-ci
est mis en forme dans le mandrin. Dans les modes de réali-
sation de l'invention dans lesquels le mandrin est formé
par application de couches de feuilles d'alcool polyviny-
lique ou par enroulement d'une feuille continue sur une tige de noyau, la poudre métallique peut être incorporée à l'alcool polyvinylique avant la formation des feuilles continues ou non. Dans une variante, la poudre peut être appliquée aux surfaces des feuilles continues ou non avant
application ou enroulement sur la tige de noyau.
L'opération peut être réalisée de diverses manières qui apparaissent facilement à l'homme du métier. Un exemple est la dispersion de la poudre en solution dans l'alcool polyvinylique, dont une couche mince est appliquée sur les feuilles continues ou non.5 Dans les modes de réalisation dans lesquels la poudre métallique est appliquée à l'alcool polyvinylique ou incorporée à celui-ci avant l'enroulement des feuilles autour de la tige de noyau, la proportion de poudre métal- lique peut varier afin qu'elle donne un gradient radial10 dans le bloc terminé depropergol. Cette disposition peut être utilisée pour faire varier la vitesse de combustion en
direction radiale, à la place d'une variation de la frac-
tion de vide comme décrit précédemment.
D'autres dispositifs destinés à faire varier la vitesse de combustion comprennent la variation de la composition chimique de l'alcool polyvinylique lors de son application en couches successives. L'opération peut
comprendre la variation de la masse moléculaire, l'incorpo-
ration de copolymères ou de dérivés de structure analogue mais ayant des vitesses de combustion différentes, ou l'incorporation d'adjuvants tels que des accélérateurs ou
décélérateurs de la vitesse de combustion ou des combinai-
sons de ces deux types d'adjuvants. Divers accélérateurs et décélérateurs de vitesse de combustion sont connus dans la technique. Des exemples sont l'oxyde de fer et le bleu de fer. Un exemple de procédé entrant dans le cadre de l'invention est représenté sur le dessin. Deux feuilles
continues d'alcool polyvinylique 11, 12 sont tirées indivi-
duellement par des rouleaux 13, 14, 15, 16 de perforation tournant en sens inverses et l'une des feuilles 11 est tirée entre des rouleaux 17, 18 à cannelures tournant en sens inverses et formant des ondulations. La feuille non ondulée 12 passe sur un rouleau 19 qui applique un adhésif et qui tire les deux feuilles l'une vers l'autre afin qu'elles forment une feuille composite 20. Une source de chaleur 21 dirige de la chaleur sur la feuille ondulée afin que sa teneur en humidité soit réduite en aval des rouleaux cannelés. La feuille composite 20 passe alors entre des organes de coupe 22, 23 montés afin qu'ils soient mobiles sur une voie 24 et dont l'espacement varie lorsque la
feuille composite 20 avance entre eux afin que les extré- mités en forme de dômes soient réalisées. La feuille composite passe alors sur le mandrin 24 de noyau et est10 enroulée autour de celui-ci pour la formation de la struc-
ture 25 d'alcool polyvinylique à la forme finale du bloc du moteur. Lorsque l'accumulation de l'alcool polyvinylique est terminée autour du mandrin 24, l'alcool polyvinylique est recouvert d'une isolation 26 qui est représentée comme
étant pulvérisée sur le dessin, et il est alors durci.
L'opération est suivie par la fixation d'une tuyère 27 et par l'enroulement du boîtier par les filaments 28 de fibres imprégnées de résine époxyde. La résine époxyde peut alors durcir et le mandrin 24 est retiré. L'alcool polyvinylique enveloppé peut alors être expédié vers un emplacement d'utilisation ou de lancement auquel les étapes restantes
sont exécutées.
A l'emplacement d'utilisation ou de lancement, une vessie gonflable 29 est placée à l'intérieur du passage central occupé antérieurement par le mandrin 24, et la vessie est gonflée d'air comprimé 30 afin que le passage soit totalement rempli. L'oxydant liquide 31 est pompé dans l'alcool polyvinylique par une pompe à vide 32 et remplit tous les espaces internes du boîtier qui ne sont pas bouchés par la vessie gonflée 29. L'alcool polyvinylique et l'oxydant peuvent alors durcir, c'est-à-dire que l'oxydant peut imprégner l'alcool polyvinylique pour former une masse caoutchouteuse solide. Une fois l'opération réalisée, la vessie est dégonflée et retirée et le moteur est prêt à
être utilisé.
Exemple
Le procédé représenté sur le dessin a été utilisé avec de l'alcool polyvinylique ayant une masse moléculaire d'environ 200 000 daltons et de 0,15 mm d'épaisseur. Les couches de film ont été cannelées mécaniquement afin qu'elles forment des feuilles ayant des canaux de 0, 8 mm, les centres des canaux étant séparés par des intervalles d'environ 1 mm. Les feuilles d'alcool polyvinylique canne- lées et des feuilles de dimensions analogues mais non10 cannelées du même matériau ont été séchées une nuit à 57 C
afin que la plus grande partie de l'humidité soit chassée.
Le propergol a été préparé par introduction du liant, préparé à partir de feuilles cannelées et planes d'un film
d'alcool polyvinylique de 0,15 mm empilées jusqu'à l'épais-
seur convenable, dans un moule de volume voulu contenant la quantité d'oxydant calculée comme nécessaire pour le poids
connu de liant. La quantité de liant utilisée était elle-
même choisie d'après le volume connu du moule utilisé.
L'oxydant liquide a remplit les pores de l'alcool polyvinylique cannelé. Après application d'une partie supérieure au moule afin que l'échantillon soit enfermé, l'échantillon a été durci à 57 C afin qu'il donne le propergol voulu qui dégage un minimum de fumée. Le tableau qui suit permet la comparaison des propriétés de deux propergols préparés par le procédé du liant ondulé et d'un propergol de même composition préparé par les techniques classiques de mélange à partir d'alcool polyvinylique en
poudre (APV).
Propriétés mécaniques à 25 C Liant E E E m m b APV en poudre -0,815 425 437 0,235 APV ondulé (film 0,1 mm) 0,766 1107 1136 0, 186 APV ondulé (film 0,15 mm) 0,745 484 489 0,332 am: résistance maximale à la traction en MPa Em: allongement à la contrainte maximale en % m Eb: allongement à la rupture en % E.: module tangent initial (contrainte/déformation) en MPa i
Claims (10)
1. Procédé de fabrication d'un moteur-fusée à propergol solide, caractérisé en ce qu'il comprend:
(a) la formation d'un corps (25) d'alcool polyviny-
lique solide et perforé à la configuration d'un bloc de propergol de moteur-fusée à propergol solide, avec un passage axial,
(b) la disposition du corps (25) d'alcool polyviny-
lique perforé dans une enveloppe inerte solide, (c) le remplissage du volume interstitiel du corps d'alcool polyvinylique perforé par un oxydant liquide alors que le passage axial est bouché, et (d) l'imprégnation de l'alcool polyvinylique par l'oxydant liquide et la formation de cette manière d'une
masse solide continue.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (25) d'alcool polyvinylique perforé solide
a un espace de cavités compris entre environ 50 et 80 %.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxydant liquide est une composition choisie dans le groupe qui comprend: (i) le nitrate d'ammonium ou d'un alkylammonium inférieur et le nitrate d'hydroxylammonium,
(ii) le nitrate d'hydrazinium et le nitrate d'hy-
droxylammonium, (iii) le nitrate d'ammonium ou d'un alkylammonium
inférieur, le nitrate d'hydrazinium et le nitrate d'hy-
droxylammonium, (iv) le nitrate d'ammonium ou d'un alkylammonium inférieur, le nitrate d'hydrazinium et le nitrate de lithium, et (v) le nitrate d'un alkylhydroxylammonium inférieur et le nitrate d'hydroxylammonium, la proportion des ingrédients de chaque composition choisie étant tels que la plus basse température à laquelle
la composition est entièrement en phase liquide est infé-
rieure ou égale à 30 C.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'incorporation de particules combus-
tibles métalliques à la masse continue solide.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le revêtement de la surface externe du corps cylindrique d'alcool polyvinylique perforé par un matériau élastomère avant l'étape (b) afin que
toutes les ouvertures soient fermées.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend: (i) l'enroulement d'une bande d'une matrice fibreuse imprégnée de résine autour du corps cylindrique, et
(ii) le durcissement de la résine.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend la combinaison d'une feuille ondulée d'alcool polyvinylique à au moins une feuille non ondulée d'alcool polyvinylique sous forme d'une feuille composite, et l'enroulement de la feuille composite autour d'un mandrin pour la formation d'un corps cylindrique d'alcool polyvinylique perforé ayant un passage axial
délimité par le mandrin.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alcool polyvinylique des feuilles ondulées et non ondulées a une teneur en humidité au moins égale à 2 % en poids, et le procédé comprend en outre la réduction de la teneur en humidité d'une quantité suffisante pour que la rigidité de l'alcool polyvinylique soit accrue entre les
étapes (a) et (b).
9. Procédé selon la revendication 7, comprenant en
outre la mise en forme de la feuille composite et l'enrou-
lement de la feuille composite autour du mandrin dans l'étape (a) afin que la masse solide continue formée dans l'étape (d) possède une vitesse variable de combustion qui
diminue radialement dans la section de l'alcool polyviny-
lique imprégné d'oxydant liquide.
10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'alcool polyvinylique dans les feuilles ondulées et non ondulées est comprise entre 0,01
et 0,05 cm environ.
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