FR2876438A1 - Cryogenic insulation for space vehicle or aircraft components is made from a rigid closed-cell polyetherimide foam - Google Patents
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Abstract
Description
2876438 12876438 1
ARTICLE D'ISOLATION CRYOGENIQUE, PROCEDE DE MISE EN UVRE ET UTILISATION D'UN TEL ARTICLE D'ISOLATION, ET LANCEUR EQUIPE D'UN TEL ARTICLE D'ISOLATION CRYOGENIC ISOLATION ARTICLE, METHOD FOR IMPLEMENTING AND USING SAID INSULATION ARTICLE, AND LAUNCHER EQUIPPED WITH SUCH ISOLATION ARTICLE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUEDESCRIPTION TECHNICAL FIELD
La présente invention se rapporte au domaine technique de l'isolation cryogénique. The present invention relates to the technical field of cryogenic insulation.
La présente invention vise un article d'isolation cryogénique, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre d'un tel article d'isolation cryogénique. The present invention relates to a cryogenic insulation article, as well as to a method of implementing such a cryogenic insulation article.
Elle vise également une utilisation d'un tel article d'isolation cryogénique pour l'isolation cryogénique d'équipements ou de structures de véhicules ou d'engins spatiaux ou aéronautiques, tels que des réservoirs à paroi mince dans lesquels se trouvent des ergols, tels que de l'hydrogène ou de l'oxygène, qui doivent être maintenus en phase liquide en minimisant les pertes thermiques. It also relates to the use of such a cryogenic insulation article for the cryogenic insulation of equipment or structures of vehicles or space or aeronautical vehicles, such as thin-walled tanks in which there are propellants, such as only hydrogen or oxygen, which must be maintained in the liquid phase while minimizing heat losses.
Elle vise enfin un lanceur équipé d'un tel article d'isolation cryogénique. It finally aims a launcher equipped with such a cryogenic insulation article.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans le domaine des véhicules ou des engins spatiaux ou aéronautiques, il est nécessaire de prévoir une protection thermique de certaines structures ou certains équipements du véhicule ou de l'engin. STATE OF THE PRIOR ART In the field of vehicles or space or aeronautical vehicles, it is necessary to provide thermal protection for certain structures or certain equipment of the vehicle or the machine.
Par exemple, lorsqu'il s'agit d'un lanceur, celui-ci est soumis à des conditions extérieures qui varient en fonction de la phase de la mission qu'il remplit. Classiquement, le:Lanceur connaît une phase d'attente au sol, une phase de vol entre le sol et l'altitude de lancement, et une phase balistique. For example, when it comes to a launcher, it is subject to external conditions that vary depending on the phase of the mission it performs. Conventionally, the: launcher experiences a phase of waiting on the ground, a phase of flight between the ground and the launch altitude, and a ballistic phase.
En phase d'attente au sol, le lanceur est soumis à des charges thermiques qui comprennent: - des échanges par rayonnement: de ses parois externes avec le sol et avec l'atmosphère, sous forme d'émission infrarouge, l'éclairement solaire, sous forme de rayonnement direct, ou de rayonnement diffusé par l'atmosphère, ou de rayonnement réfléchi par le sol, - des échanges par convection avec l'air ambiant. During the waiting phase on the ground, the launcher is subjected to thermal loads which include: - exchanges by radiation: of its external walls with the ground and with the atmosphere, in the form of infrared emission, the solar illumination, in the form of direct radiation, or radiation scattered by the atmosphere, or radiation reflected from the ground, - exchanges by convection with the ambient air.
En phase de vol, le lanceur est soumis aux 15 flux aérothermiques lors de la traversée de l'atmosphère. In the flight phase, the launcher is subjected to the aerothermal flows during the crossing of the atmosphere.
En phase balistique, le lanceur est soumis à des flux de rayonnement spatiaux, tels que le rayonnement de la terre, le rayonnement du soleil, l'albédo. In the ballistic phase, the launcher is subjected to spatial radiation fluxes, such as the radiation of the earth, the radiation of the sun, the albedo.
Afin de limiter l'effet de ces différentes sources de charges thermiques externes au lanceur, les réservoirs d'un lanceur sont thermiquement isolés sur leurs parois extérieures. Ces réservoirs sont classiquement des structures cryogéniques à paroi mince. In order to limit the effect of these different sources of external thermal loads on the launcher, the tanks of a launcher are thermally insulated on their outer walls. These tanks are conventionally thin-walled cryogenic structures.
Il existe différents types d'articles d'isolation pour de tels réservoirs. Ces articles procurent généralement des solutions hybrides, qui permettent de répondre aux besoins spécifiques de chacune des phases de la mission d'un lanceur, sans pénaliser de façon exagérée sa masse totale. There are different types of insulation articles for such tanks. These items typically provide hybrid solutions, which meet the specific needs of each phase of a launcher's mission, without unduly penalizing its total mass.
A cet effet, on rencontre souvent des articles d'isolation cryogénique utilisant des matériaux d'isolation ayant une faible densité et une résistance thermique élevée. For this purpose, cryogenic insulation articles are often encountered using insulating materials having low density and high thermal resistance.
Comme cela a été indiqué précédemment, l'efficacité thermique des articles d'isolation cryogénique est liée à leur capacité à limiter les flux de chaleur entrants. As previously indicated, the thermal efficiency of cryogenic insulation articles is related to their ability to limit incoming heat fluxes.
L'efficacité thermique des articles d'isolation est aussi liée à la pénétration de gaz condensables. Il est donc nécessaire qu'ils soient capables d'exclure les gaz condensables comme l'air humide. En effet, lors du lancement, l'air et l'humidité piégés dans le matériau isolant induisent un risque de condensation et de gel qui peut occasionner des dommages à l'article d'isolation. Plus précisément, lors du remplissage des réservoirs, les gaz situés aux abords d'une paroi froide se condensent, ce qui génère un gradient de température dans l'épaisseur du matériau isolant et augmente la conductivité thermique de l'article d'isolation. Lors de la montée en atmosphère du lanceur, des augmentations locales de pression peuvent alors survenir dans le matériau isolant. Lorsque cette pression devient supérieure à la limite élastique du matériau, il se produit une spallation, c'est-à-dire un gonflement, puis un éclatement, au niveau des cellules constitutives du matériau isolant. The thermal efficiency of the insulation articles is also related to the penetration of condensable gases. It is therefore necessary that they be able to exclude condensable gases such as moist air. Indeed, during launch, the air and moisture trapped in the insulating material induce a risk of condensation and freezing that can cause damage to the insulation article. More specifically, during the filling of the tanks, the gases located near a cold wall condense, which generates a temperature gradient in the thickness of the insulating material and increases the thermal conductivity of the insulating article. During the atmospheric rise of the launcher, local increases in pressure can then occur in the insulating material. When this pressure becomes greater than the elastic limit of the material, a spallation occurs, that is to say a swelling, then a burst, at the constituent cells of the insulating material.
C'est ce que l'on appelle le oryopompage de l'air. This is called oryopompage of the air.
Afin de réduire ce phénomène de cryopompage, il est classique d'utiliser des articles d'isolation cryogénique réalisés à partir de mousses rigides à cellules fermées. Ce sont par exemple des mousses en polychlorure de vinyle, des mousses en polyuréthanne chargées ou non de verre, des mousses en polyisocyanurate, ou des mousses phénoliques. On rencontre également des articles d'isolation réalisés à partir de mousses polystyréniques, bien que de telles mousses soient plus rarement utilisées dans le domaine de l'isolation cryogénique, car leurs propriétés thermiques sont moindres et car elles sont très perméables à la vapeur d'eau. In order to reduce this cryopumping phenomenon, it is conventional to use cryogenic insulation articles made from closed cell rigid foams. These are, for example, foams made of polyvinyl chloride, polyurethane foams with or without glass, foams made of polyisocyanurate, or phenolic foams. Insulation articles made from polystyrene foams are also encountered, although such foams are more rarely used in the field of cryogenic insulation, because their thermal properties are lower and because they are very permeable to steam. water.
Il a été constaté que les mousses en polyuréthanne à cellules fermées ne sont pas suffisamment imperméables aux gaz, ce qui entraîne une dégradation de leurs performances thermiques avec le temps. It has been found that closed-cell polyurethane foams are not sufficiently impervious to gases, which leads to a degradation of their thermal performance over time.
L'efficacité thermique des articles d'isolation est également liée aux caractéristiques mécaniques de ces articles d'isolation, qui doivent être capables d'autoriser des mouvements de la peau du réservoir et de supporter les charges d'accélération exercées sur le lanceur. Il est donc nécessaire de pouvoir contrôler l'application de ces articles d'isolation sur les parois des réservoirs, de manière fiable, prévisible, et reproductible. The thermal efficiency of the insulation articles is also related to the mechanical characteristics of these insulating articles, which must be able to allow movement of the skin of the tank and support the acceleration loads exerted on the launcher. It is therefore necessary to be able to control the application of these insulating articles on the walls of the tanks, in a reliable, predictable, and reproducible manner.
Dans la technique antérieure, on rencontre deux procédés d'installation d'un tel article d'isolation cryogénique sur un réservoir cryogénique à parois minces. In the prior art, there are two methods of installing such a cryogenic insulation article on a thin-walled cryogenic tank.
Un premier procédé connu consiste à projeter directement sur la face extérieure des parois du réservoir le matériau isolant. A first known method consists in projecting the insulating material directly on the outside face of the tank walls.
Il est à noter que, plus la masse de la mousse est élevée, et plus les charges d'accélération exercées sur le lanceur peuvent provoquer des défauts d'adhérence, et par suite à une isolation moindre. Afin de minimiser cet inconvénient, il est nécessaire que l'adhérence de l'article d'isolation cryogénique soit supérieure à la limite de rupture de la mousse utilisée. Ceci est d'autant plus vrai que la mousse utilisée est une mousse ayant une faible tenue à la traction. It should be noted that, the higher the mass of the foam, and the more the acceleration loads exerted on the launcher can cause adhesion defects, and consequently less insulation. In order to minimize this disadvantage, it is necessary for the adhesion of the cryogenic insulation article to be greater than the rupture limit of the foam used. This is especially true that the foam used is a foam having a low tensile strength.
Un deuxième procédé connu consiste à coller contre la face extérieure des parois du réservoir des panneaux réalisés à base de matériau isolant, ces panneaux étant réalisés par exemple à l'aide de moules ou de formes. A second known method is to stick against the outer face of the walls of the tank panels made of insulating material, these panels being made for example using molds or shapes.
Par ailleurs, il est quelquefois souhaitable que l'article d'isolation soit capable de résister à des températures élevées, en des emplacements particuliers, comme par exemple des zones de protubérances qui sont: soumises à des flux aérothermiques importants, e-: donc à des températures qui s'avèrent ponctuellement élevées. Les mousses rigides à cellules fermées sont généralement capables de résister à des températures allant jusqu'à environ 100 C. Il est donc généralement connu de protéger l'article d'isolation au moyen d'un article d'isolation supplémentaire, appelé isolation chaude , qui est capable de résister à des températures élevées. Les mousses phénoliques sont quant à elles capables de résister à des température allant jusqu'à environ 160 C, mais présentent l'inconvénient d'être relativement cassantes, ce qui ne permet pas de les utiliser pour toutes les applications souhaitées. On the other hand, it is sometimes desirable for the insulating article to be capable of withstanding high temperatures at particular locations, such as, for example, areas of protuberances which are subject to large aerothermal fluxes, e.g. temperatures that are punctually high. Rigid closed-cell foams are generally capable of withstanding temperatures up to about 100 C. It is therefore generally known to protect the insulation article by means of an additional insulation article, called hot insulation, which is able to withstand high temperatures. Phenolic foams are able to withstand temperatures up to about 160 C, but have the disadvantage of being relatively brittle, which does not allow to use them for all desired applications.
Compte tenu de ce qui précède, il s'avère donc que l'utilisation d'un article d'isolation cryogénique réalisé à partir des mousses rigides à cellules fermées connues dans la technique antérieure présente un certain nombre d'inconvénients. Le besoin existe donc de disposer d'un article d'isolation cryogénique alternatif qui permette de surmonter ces inconvénients. In view of the foregoing, it has therefore been found that the use of a cryogenic insulation article made from rigid closed cell foams known in the prior art has a number of disadvantages. The need exists to have an alternative cryogenic insulation article that overcomes these disadvantages.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention va être décrite dans le cas de l'isolation d'un réservoir cryogénique d'un engin spatial. Un tel réservoir est une structure à parois minces, ayant une surface métallique et une température de surface froide par rapport à la température ambiante. DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention will be described in the case of the insulation of a cryogenic tank of a spacecraft. Such a reservoir is a thin-walled structure having a metal surface and a cold surface temperature with respect to ambient temperature.
Selon un premier aspect, l'invention concerne un article d'isolation cryogénique, caractérisé en ce qu'il es' réalisé à partir d'une mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide (PEI). Un exemple d'une telle mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide est connu sous la dénomination R82 disponible auprès de la Société AIREX. According to a first aspect, the invention relates to a cryogenic insulation article, characterized in that it is made from a rigid closed cell polyetherimide (PEI) foam. An example of such a rigid closed cell polyetherimide foam is known under the name R82 available from the AIREX Company.
De préférence, la mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide présente une masse volumique allant sensiblement de 55 kg/m3 à 65 kg/m3, par exemple de l'ordre de 60 kg/m3. Cette masse volumique relativement faible permet avantageusement d.e pouvoir utiliser un tel article d'isolation dans le domaine spatial. Preferably, the rigid closed cell polyetherimide foam has a density of substantially 55 kg / m3 to 65 kg / m3, for example of the order of 60 kg / m3. This relatively low density advantageously makes it possible to use such an insulation article in the spatial field.
Une telle valeur de masse volumique confère à la mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide une bonne tenue en température. Elle peut supporter une température sensiblement de l'ordre de 180 C, supérieure à celle que peuvent supporter les mousses rigides à cellules fermées de la technique antérieure. Such a density value gives the polyetherimide rigid closed-cell foam a good temperature resistance. It can withstand a temperature substantially of the order of 180 C, higher than that which can withstand the closed cell rigid foams of the prior art.
La mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide se dégrade donc moins vite à température élevée que les mousses rigides à cellules fermées de la technique antérieure. Cela permet avantageusement de supprimer l'ajout d'articles d'isolation supplémentaires, appelés isolations chaudes sur certaines zones de concentration de flux aérothermiques, telles que des zones de protubérances. The rigid closed-cell polyetherimide foam therefore degrades less rapidly at elevated temperature than prior closed-cell rigid foam foams. This advantageously eliminates the addition of additional insulating articles, called hot insulations on certain zones of concentration of aerothermal flows, such as areas of protuberances.
La mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide présente sensiblement une contraction thermique de 0,7% à 20 K, qui est inférieure à celles des mousses rigides à cellules fermées de la technique antérieure: contraction thermique de 1% à 20 K pour la mousse rigide à cellules fermées en polychlorure de vinyle, et contraction thermique de 1, 2% à 20 K pour la mousse rigide à cellules fermées en polyuréthanne. Rigid closed-cell polyetherimide foam exhibits substantially 0.7% thermal shrinkage at 20K, which is lower than prior art closed cell rigid foams: thermal shrinkage of 1% at 20 K for rigid foam closed-cell polyvinyl chloride, and thermal contraction of 1.2% at 20 K for closed-cell rigid polyurethane foam.
Cette propriété de faible contraction thermique présente l'avantage qu'il n'est pas nécessaire d'augmenter les propriétés de résistance mécanique de l'article d'isolation, comme c'est le cas avec des matériaux de la technique antérieure comme le polyuréthanne, par exemple en augmentant son épaisseur ou en ajoutant des fibres de verre. This property of low thermal contraction has the advantage that it is not necessary to increase the mechanical strength properties of the insulation article, as is the case with prior art materials such as polyurethane for example by increasing its thickness or by adding glass fibers.
De manière préférée, la mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide présente une résistance à la traction allant sensiblement de 1,5 MPa à 2 MPa, par exemple de l'ordre de 1,7 MPa. En comparaison, les mousses rigides à cellules fermées en polyuréthanne présentent une résistance à la traction allant généralement de 0,5 à 0,8 MPa, et les mousses rigides à cellules fermées en polychlorure de vinyle présentent une résistance à la traction allant généralement de 0,8 à 1,0 MPa. Preferably, the rigid closed cell polyetherimide foam has a tensile strength of substantially 1.5 MPa to 2 MPa, for example of the order of 1.7 MPa. In comparison, rigid closed-cell polyurethane foams have a tensile strength of generally 0.5 to 0.8 MPa, and rigid closed-cell polyvinyl chloride foams have a tensile strength generally of 0 , 8 to 1.0 MPa.
Cette propriété de bonne résistance à la traction procure l'avantage que l'article d'isolation cryogénique peut recevoir des équipements qui sont directement collés sur lui. Il est ainsi possible d'éviter des systèmes de fixation mécanique de ces équipements sur l'article d'isolation cryogénique. Il en résulte un gain de masse et une fixation moins onéreuse, car cela permet de supprimer le taraudage de pièces qui serait nécessaire à une fixation mécanique de ces équipements. Il en résulte également une isolation améliorée, car l'absence de visserie traversant la mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide permet d'éviter les ponts thermiques. Par suite, les risques de cryopompage de l'air sont évités. This property of good tensile strength provides the advantage that the cryogenic insulation article can receive equipment that is directly adhered to it. It is thus possible to avoid mechanical fastening systems of these equipment on the cryogenic insulation article. This results in a saving of mass and a less expensive fixing, because it makes it possible to eliminate the tapping of pieces which would be necessary for a mechanical fixation of these equipments. This also results in improved insulation, since the absence of screws passing through the rigid closed-cell polyetherimide foam prevents thermal bridging. As a result, the risks of cryopumping the air are avoided.
Cette propriété de bonne résistance à la traction procure également à l'article d'isolation cryogénique de l'invention l'avantage de pouvoir être fixé par collage sur la structure. This property of good tensile strength also provides the cryogenic insulation article of the invention the advantage of being bonded to the structure.
De préférence, l'article d'isolation comporte au moins un panneau de mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide réalisé par moulage. Un tel panneau présente par exemple une épaisseur allant de 15 mm à 20 mm. En outre, il est possible de préformer le panneau, de telle manière qu'il présente une section courbée, avec un rayon de courbure correspondant au rayon de courbure de la surface qui le reçoit, le cas échéant. Preferably, the insulation article comprises at least one rigid closed cell polyetherimide foam board made by molding. Such a panel has for example a thickness ranging from 15 mm to 20 mm. In addition, it is possible to preform the panel, so that it has a curved section, with a radius of curvature corresponding to the radius of curvature of the surface that receives it, if any.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de mise en uvre d'un article d'isolation cryogénique selon le premier aspect, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes: - une étape de préparation de la surface sur laquelle doit être appliqué l'article d'isolation cryogénique, une étape de protection au cours de laquelle on applique sur la surface ainsi préparée un 20 primaire d'accrochage, une étape de fixation au cours de laquelle on colle ledit article d'isolation cryogénique, se présentant sous la forme d'au moins un ou plusieurs panneau réalisé à partir d'une mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide, à l'aide d'un tissu de verre imprégné d'un matériau adhésif. According to a second aspect, the invention relates to a method of implementing a cryogenic insulation article according to the first aspect, characterized in that it comprises the following successive steps: a step of preparing the surface on which the cryogenic insulation article must be applied, a protective step during which a primer is applied to the surface thus prepared, a fixing step during which said cryogenic insulation article is bonded, in the form of at least one or more panels made from rigid closed cell polyetherimide foam, using a glass cloth impregnated with an adhesive material.
L'étape de préparation a pour objet de donner à la surface une tension superficielle suffisante pour assurer une adhérence optimale d'un primaire d'accrochage. Cette préparation peut prendre différentes formes bien connues de l'homme du métier. The purpose of the preparation step is to give the surface sufficient surface tension to ensure optimum adhesion of a bonding primer. This preparation can take various forms well known to those skilled in the art.
Par exemple, elle comporte une opération de dégraissement alcalin et une opération de décapage sulfochromique lorsque la surface est une surface en alliage d'aluminium. Puis elle comporte une opération de rinçage à l'eau déminéralisée ou une opération d'émerisage à l'aide d'un papier abrasif de grade fin, ou encore une opération de sablage au corindon de faible granulométrie. For example, it comprises an alkaline degreasing operation and a sulfochromic etching operation when the surface is an aluminum alloy surface. Then it comprises a rinsing operation with demineralized water or an emerization operation using a fine-grade sandpaper, or a sanding operation corundum small particle size.
Il est souhaitable que la durée entre l'étape de préparation et l'étape de protection soit aussi courte que possible. De préférence, cette durée est sensiblement inférieure à 8 heures. It is desirable that the time between the preparation step and the protection step be as short as possible. Preferably, this duration is substantially less than 8 hours.
L'étape de protection consiste à appliquer par projection un primaire d'accrochage sur la surface préalablement préparée. Cette étape de protection a pour objet d'améliorer l'adhérence du matériau adhésif utilisé ensuite pour fixer l'article d'isolation, et de protéger la surface sur laquelle doit être appliqué l'article d'isolation cryogénique. The protection step consists of applying a primer to the pre-prepared surface by spraying. The purpose of this protection step is to improve the adhesion of the adhesive material subsequently used to secure the insulation article, and to protect the surface to which the cryogenic insulation article is to be applied.
De préférence, le primaire d'accrochage est une résine époxy. Un tel matériau présente l'avantage de conserver ses propriétés physiques jusqu'à une température d'environ -253,15 C (20 K). Par exemple, une telle résine époxy peut est un matériau référencé PZ 820/HZ820 disponible auprès de la société SODIEMA. Preferably, the primer is an epoxy resin. Such a material has the advantage of maintaining its physical properties up to a temperature of approximately -253.15 C (20 K). For example, such an epoxy resin may be a material referenced PZ 820 / HZ820 available from the company SODIEMA.
Il est souhaitable d'éviter que la surface qui vient d'être protégée ne soit polluée. A cet effet, la durée entre l'étape de protection et l'étape de fixation est de préférence allant sensiblement de 36 heures après la fin de la projection du primaire d'accrochage à 30 jours après la polymérisation du primaire d'accrochage. It is desirable to prevent the surface that has just been protected from being polluted. For this purpose, the time between the protection step and the fixing step is preferably substantially 36 hours after the end of the projection of the primer to 30 days after the polymerization of the primer.
De manière avantageuse, le primaire d'accrochage forme un film ayant une épaisseur allant sensiblement de 10 micromètres à 50 micromètres. De manière encore plus avantageuse, son épaisseur est sensiblement égale à 20 micromètres. Advantageously, the primer forms a film having a thickness ranging substantially from 10 microns to 50 microns. Even more advantageously, its thickness is substantially equal to 20 microns.
Au cours de l'étape de fixation, on colle sur la surface, qui a été préalablement préparée et revêtue d'un primaire d'accrochage, l'article d'isolation réalisé à partir de mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide, se présentant sous la forme d'un ou de plusieurs panneau(x). Le collage est effectué au moyen d'un matériau adhésif. During the fixing step, the insulating article made from polyetherimide closed-cell rigid foam is deposited on the surface, which has been previously prepared and coated with a primer. in the form of one or more panels (x). Bonding is done by means of an adhesive material.
Le matériau adhésif doit être apte à supporter les températures cryogéniques sans perdre son intégrité, et doit, en outre, être chimiquement compatible avec les matériaux dont il assure le collage. De préférence, le matériau adhésif est une colle de la famille des époxydes, comme par exemple de la colle disponible sous la référence AY103/HY953F auprès de la société VANTICO, et plus connue sous la dénomination ARALDITE (marque déposée). The adhesive material must be able to withstand the cryogenic temperatures without losing its integrity, and must, in addition, be chemically compatible with the materials which it ensures the bonding. Preferably, the adhesive material is an adhesive of the family of epoxies, such as glue available under the reference AY103 / HY953F from the company VANTICO, and better known under the name ARALDITE (registered trademark).
De préférence, le matériau adhésif est appliqué au moyen d'un tissu de verre qui en est imprégné, et qui est appliqué directement sur la surface. Lorsqu'il s'agit de la surface d'un réservoir d'engin spatial ou aéronautique, le tissu de verre imprégné de matériau adhésif est bobiné autour de ce réservoir, en une ou plusieurs couches. Preferably, the adhesive material is applied by means of a glass fabric which is impregnated therewith and which is applied directly to the surface. When it comes to the surface of a spacecraft or aeronautical tank, the glass fabric impregnated with adhesive material is wound around this tank, in one or more layers.
De préférence, le tissu de verre présente une densité de masse surfacique allant sensiblement de 30 g/m2 à 40 g/m2. Preferably, the glass fabric has a density per unit area of substantially 30 g / m 2 to 40 g / m 2.
De manière préférée, la couche de matériau adhésif déposée présente une densité de masse surfacique allant sensiblement de 150 g/m2 à 200 g/m2. De manière plus préférée, cette densité de masse surfacique est sensiblement de 150 à 170 g/m2. Preferably, the layer of deposited adhesive material has a density per unit area of substantially from 150 g / m2 to 200 g / m2. More preferably, this density of basis weight is substantially from 150 to 170 g / m2.
De manière préférée, le matériau adhésif présente une résistance au cisaillement de l'ordre de 3 MPa à -253,15 C (20 K). A titre illustratif, cela signifie qu'un panneau de l'article d'isolation cryogénique selon l'invention, qui serait collé sur une surface d'une structure cryogénique sur une surface de collage de 10 cm2, pourrait résister à un effort à l'arrachement d'environ 1300 N. De préférence, l'étape de fixation comporte une opération de maintien au cours de laquelle on maintient ledit panneau au moyen d'un sac à vide, à une pression de maintien donnée et pendant une durée de maintien donnée. Preferably, the adhesive material has a shear strength in the range of 3 MPa to -253.15 C (20 K). By way of illustration, this means that a panel of the cryogenic insulation article according to the invention, which would be bonded to a surface of a cryogenic structure on a 10 cm 2 bonding surface, could withstand a stress on the surface. The fixing step preferably comprises a holding operation during which said panel is held by means of a vacuum bag, at a given holding pressure and during a holding period. given.
L'article d'isolation cryogénique comporte généralement plusieurs panneaux. Les panneaux sont appliqués sur la surface de la structure en laissant de préférence un jeu de l'ordre de 1 millimètre entre deux panneaux adjacents. Puis ils sont maintenus au moyen d'un sac à vide, avec une pression de maintien et pendant une durée de maintien nécessaires à la polymérisation du matériau adhésif, par exemple 0,7 bars et environ 36 heures pour de l' ARALDITE . The cryogenic insulation article generally comprises a plurality of panels. The panels are applied to the surface of the structure, preferably leaving a clearance of about 1 millimeter between two adjacent panels. Then they are maintained by means of a vacuum bag, with a holding pressure and for a holding time necessary for the polymerization of the adhesive material, for example 0.7 bar and about 36 hours for ARALDITE.
Le sac à vide est ensuite déposé, ce qui permet de vérifier que les panneaux ont été collés correctement, et notamment de vérifier la présence de matériau adhésif au niveau des joints qui séparent deux panneaux adjacents. En effet, si un joint séparant deux panneaux adjacents ne présente pas ou pas suffisamment de colle, il peut se produire un phénomène de cryopompage de l'air au moment de la mise à froid de la structure, ce qui pourrait conduire à un endommagement de l'article d'isolation cryogénique. The vacuum bag is then deposited, which makes it possible to verify that the panels have been bonded correctly, and in particular to check the presence of adhesive material at the joints separating two adjacent panels. Indeed, if a joint separating two adjacent panels has no or insufficient adhesive, it may occur a phenomenon of cryopompage air at the time of cold setting of the structure, which could lead to damage to the cryogenic insulation article.
L'article d'isolation cryogénique selon l'invention peut avantageusement être utilisé pour l'isolation d'une structure à parois minces d'un engin spatial ou aéronautique. The cryogenic insulation article according to the invention may advantageously be used for the insulation of a thin-walled structure of a spacecraft or aeronautical vehicle.
L'article d'isolation cryogénique qui vient d'être décrit, réalisé à partir d'une mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide, présente un certain nombre d'avantages par rapport à ceux de la technique antérieure, qui sont réalisés à partir d'autres mousses rigides à cellules fermées. The cryogenic insulation article just described, made from rigid polyetherimide rigid cell foam, has a number of advantages over those of the prior art, which are made from other rigid foams with closed cells.
Lorsqu'il est appliqué sur une structure à parois minces telle qu'un réservoir cryogénique de lanceur, l'article d'isolation selon l'invention autorise les mouvements de la peau de cette structure qui sont dus aux efforts hyperstatiques, tels que les contractions thermiques et la pressurisation du réservoir, pendant la phase de remplissage des réservoirs au sol, ou qui sont dus aux efforts généraux supportés par le lanceur en vol. La mousse rigide à cellule fermée en polyétherimide possède une excellente résistance à l'impact, et également une résistance élevée au pelage, ce qui est indispensable si les panneaux de l'article d'isolation cryogénique sont appliqués sur une structure chargée dynamiquement. When applied to a thin-walled structure such as a cryogenic launcher tank, the insulation article according to the invention allows movements of the skin of this structure which are due to hyperstatic forces, such as contractions. and the pressurization of the tank, during the filling phase of the tanks on the ground, or which are due to the general forces supported by the launcher in flight. The polyetherimide closed cell rigid foam has excellent impact resistance, and also high peel strength, which is required if the panels of the cryogenic insulation article are applied to a dynamically loaded structure.
Le fait que la mousse rigide à cellules fermée en polyétherimide possède une bonne tenue en température par rapport aux mousses rigides à cellules fermées de la technique antérieure a pour avantage que, lorsqu'elle est soumise à un pic de flux aérothermique, la surface de la mousse à cellules fermées en polyétherimide se carbonise moins vite, et sur une moindre épaisseur. Il en résulte que les modifications des caractéristiques physiques de la mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide ne sont pas critiques et autorisent la poursuite de la mission du lanceur, ce qui pourrait ne pas être le cas avec des mousses rigides à cellules fermées de la technique antérieure. The fact that the polyetherimide rigid closed-cell foam has good temperature stability relative to closed-cell rigid foams of the prior art has the advantage that when subjected to an aerothermal flow peak, the surface of the closed-cell polyetherimide foam chars less quickly, and to a lesser thickness. As a result, changes in the physical characteristics of rigid closed cell polyetherimide foam are not critical and allow the launcher to continue its mission, which may not be the case with rigid closed-cell foams of the art. earlier.
Enfin, l'article d'isolation cryogénique réalisé à partir de mousse rigide à cellules fermées en polyétherimide est peu affecté, ou n'est pas affecté, par l'absorption d'eau et d'humidité. Il réduit ainsi le risque de voir sa résistance et de sa rigidité à la compression diminuer avec le temps. Finally, the cryogenic insulation article made from rigid closed-cell polyetherimide foam is unaffected or unaffected by the absorption of water and moisture. It thus reduces the risk of its resistance and compression stiffness diminishing over time.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne également un lanceur équipé d'au moins un article d'isolation cryogénique selon le premier aspect. According to a third aspect, the invention also relates to a launcher equipped with at least one cryogenic insulation article according to the first aspect.
Selon un quatrième aspect, l'invention concerne également une utilisation d'un article d'isolation cryogénique selon le premier aspect, pour l'isolation d'une structure à parois minces d'un engin spatial ou aéronautique. According to a fourth aspect, the invention also relates to a use of a cryogenic insulation article according to the first aspect, for the isolation of a thin-walled structure of a spacecraft or aeronautical vehicle.
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