FR2877334A1 - Composition, useful e.g. to propel a vehicle, comprises three types of principal constitutive ingredients: a binder; a pulverulent oxidant; and a solid metal powder; and presenting a balance out of oxygen less than 50 percentage - Google Patents

Composition, useful e.g. to propel a vehicle, comprises three types of principal constitutive ingredients: a binder; a pulverulent oxidant; and a solid metal powder; and presenting a balance out of oxygen less than 50 percentage Download PDF

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Abstract

Composition (I) of composite solid propellant type, comprises three types of principal constitutive ingredients: a binder (10-15 mass %); a pulverulent oxidant (15-25 mass %); and a solid metal (aluminum, magnesium, silicon, boron, titanium and/or zirconium) powder (60-75 mass %); and presenting a balance out of oxygen less than 50% (preferably 70%). An independent claim is also included for production of energy comprising: combustion of (I) (generating metal gases charged with the state vapor and/or liquid); and reaction of the metal gases charged with water.

Description

2877334 12877334 1

La présente invention a pour objet une composition du type propergol solide composite et un procédé de production d'énergie. Elle a plus précisément pour objet: - une composition du type propergol solide composite, qui possède des propriétés balistiques adéquates et est susceptible de générer (par combustion) des gaz chauds sous pression chargés en métaux à l'état vapeur et/ou liquide. Ladite composition est très fortement sous oxygénée pour éviter la formation d'oxyde métallique et donc être à même de générer des gaz chargés en le maximum de métaux à l'état vapeur et/ou liquide. Lesdits gaz sont, mis en présence d'eau (réactif oxydant), très réactifs; - un procédé de production d'énergie, basé sur l'utilisation de ladite composition du type propergol solide composite, basé sur la réactivité avec l'eau des gaz générés lors de la combustion de ladite composition, gaz chauds sous pression chargés en métaux à l'état vapeur et/ou liquide.  The present invention relates to a composition of the composite solid propellant type and a method of producing energy. More specifically, it relates to: a composition of the solid composite propellant type, which has adequate ballistic properties and is capable of generating (by combustion) pressurized hot gases charged with metals in the vapor and / or liquid state. Said composition is very strongly oxygenated to prevent the formation of metal oxide and thus be able to generate charged gases in the maximum of metals in the vapor and / or liquid state. Said gases are, in the presence of water (oxidizing reagent), very reactive; a method of producing energy, based on the use of said composite solid propellant type composition, based on the reactivity with water of the gases generated during the combustion of said composition, pressurized hot gases charged with metals to the vapor and / or liquid state.

La présente invention a plus particulièrement été développée dans le contexte de la propulsion de véhicules (sous) marins et de la propulsion de torpilles. Dans un tel contexte, pour limiter le volume de réactifs à embarquer, l'eau de mer est: avantageusement utilisée comme réactif oxydant.  The present invention has more particularly been developed in the context of the propulsion of (underwater) vehicles and the propulsion of torpedoes. In such a context, in order to limit the volume of reagents to be loaded, seawater is advantageously used as an oxidizing reagent.

Selon l'art antérieur, on a déjà utilisé l'énergie de réaction de l'eau avec des substances réagissant avec ladite eau, dans la propulsion de véhicules marins. Ainsi: - le brevet US-A-2 461 797 décrit l'injection dans l'eau d'un borohydrure métallique réagissant vivement avec ladite eau; ledit borohydrure métallique étant toutefois flegmatisé dans un gel ou liquide approprié ; - le brevet US-A-3 044 252 décrit un système de pulsoréacteur à eau dans lequel un dispositif pousse dans une chambre de combustion un fil d'une substance réagissant avec l'eau (qualifiée d"'hydrofuel"), par exemple un fil de lithium ou de sodium; - le brevet US-A-5 421 153 décrit l'injection de Na-K liquide ("hydrofuel") dans une chambre de réaction.  According to the prior art, the reaction energy of water with substances reacting with said water has already been used in the propulsion of marine vehicles. Thus: US Pat. No. 2,461,797 describes the injection into water of a metal borohydride reacting strongly with said water; said metal borohydride, however, being phlegmatized in a suitable gel or liquid; US-A-3 044 252 discloses a water pulsator system in which a device pushes in a combustion chamber a wire of a substance reacting with water (called "hydrofuel"), for example a lithium or sodium wire; US Pat. No. 5,421,153 describes the injection of liquid Na-K ("hydrofuel") into a reaction chamber.

Le brevet US-A-5 139 589 décrit lui un procédé pour flegmatiser des hydrures métalliques réagissant avec l'eau.  US-A-5 139 589 discloses a process for phlegmatizing metal hydrides reacting with water.

2877334 2 Les systèmes décrits présentent de nombreux inconvénients: - ils utilisent en général des produits très réactifs vis-à-vis de l'eau, et donc très délicats à manipuler et à stocker; - ils comportent des pompes et autres dispositifs auxiliaires pour 5 alimenter la chambre de réaction en eau et en produit réactif ("hydrofuel") ; - la chambre de combustion doit présenter une géométrie très élaborée, pour optimiser son fonctionnement.  The systems described have numerous drawbacks: they generally use products which are very reactive with water and therefore very difficult to handle and store; they comprise pumps and other auxiliary devices for supplying the reaction chamber with water and reactive product ("hydrofuel"); - The combustion chamber must have a very sophisticated geometry, to optimize its operation.

Selon l'invention, on propose de nouvelles compositions du type propergol solide composite, aptes à générer par combustion des gaz réactifs (chargés en métaux liquides et/ou gazeux), eux-mêmes aptes à réagir avec l'eau pour produire de l'énergie et ce, dans des dispositifs à la configuration simple. On propose en fait un nouveau concept de réactifs: gaz chargés en métaux à l'état vapeur et/ou liquide, générés à partir d'un propergol et donc un nouveau concept de réaction: eau/métal(aux) à l'état gazeux et/ou liquide.  According to the invention, new compositions of the composite solid propellant type are proposed, capable of generating, by combustion, reactive gases (loaded with liquid and / or gaseous metals), themselves capable of reacting with water to produce water. energy and this, in devices with simple configuration. In fact, a new concept of reagents is proposed: gas charged with metal in vapor and / or liquid state, generated from a propellant and therefore a new concept of reaction: water / metal (aux) in gaseous state and / or liquid.

Ainsi, selon son premier objet, la présente invention concerne lesdites nouvelles compositions du type propergol solide composite.  Thus, according to its first object, the present invention relates to said new compositions of the composite solid propellant type.

Un propergol solide composite comprend, de façon connue per se, une matrice polymérique solide ou liant, renfermant des charges solides pulvérulentes: oxydantes, éventuellement réductrices et/ou énergétiques ainsi que divers additifs de faisabilité, de performances.  A composite solid propellant comprises, in a manner known per se, a solid polymeric matrix or binder, containing pulverulent solid charges: oxidizing, possibly reducing and / or energetic as well as various additives of feasibility, performance.

Le liant est généralement préparé à partir d'une résine liquide, présentant des terminaisons chimiquement réactives, susceptible d'être réticulée sous l'action conjointe de la chaleur et d'au moins un réticulant lui aussi liquide.  The binder is generally prepared from a liquid resin, having chemically reactive terminations, capable of being crosslinked under the joint action of heat and at least one curing agent also liquid.

Pour la préparation du propergol, on introduit dans la résine liquide, suivant un ordre approprié, ses différents ingrédients constitutifs puis le réticulant. La résine, en durcissant, par cuisson à une température compatible avec la présence de matériaux pyrotechniques, enrobe lesdits ingrédients et notamment les charges solides pulvérulentes, pour former un corps solide.  For the preparation of the propellant is introduced into the liquid resin, in an appropriate order, its various constituent ingredients and the crosslinking agent. The resin, by hardening, by baking at a temperature compatible with the presence of pyrotechnic materials, coats said ingredients and in particular the powdery solid charges, to form a solid body.

Les nouvelles compositions de l'invention, du type propergol solide composite, susceptibles de générer (par combustion) des gaz chargés en métaux à l'état vapeur et/ou liquide, comprennent les trois 2877334 3 types d'ingrédients constitutifs principaux ci-après, en les proportions relatives ci-après: a) 10 à 15 %, en masse, d'un liant, b) 15 à 25 %, en masse, d'un oxydant pulvérulent; et c) 60 à 75 %, en masse, d'au moins un métal solide pulvérulent, ledit au moins un métal étant choisi parmi l'aluminium, le magnésium, le silicium, le bore, le titane, le zirconium et les mélanges de ces métaux; et présentent une balance en oxygène inférieure à -50 %, avantageusement inférieure à -70 %.  The novel compositions of the invention, of the composite solid propellant type, capable of generating (by combustion) gases loaded with metals in the vapor and / or liquid state, comprise the three main types of main constitutive ingredients hereafter. in the following relative proportions: a) 10 to 15% by weight of a binder, b) 15 to 25% by weight of a powdery oxidant; and c) 60 to 75%, by weight, of at least one pulverulent solid metal, said at least one metal being selected from aluminum, magnesium, silicon, boron, titanium, zirconium and mixtures of these metals; and have an oxygen balance of less than -50%, preferably less than -70%.

Lesdites compositions sont très fortement sous oxygénées pour éviter la formation, lors de leur combustion, d'oxyde métallique et donc pour générer, lors de ladite combustion, le maximum de métaux. Le qualificatif "très fortement sous oxygéné" est quantifié par les valeurs données cidessus de balance en oxygène ("O)rygen Balance = OB = équilibre en oxygène"). Ce paramètre est familier à l'homme du métier. Il est notamment précisé par J. Quinchon dans "les poudres, propergols et explosifs", tome 1, Ed. Technique et Documentation Lavoisier (1982) : "on appelle l'équilibre en oxygène, la comparaison entre la quantité d'oxygène présente dans une molécule et celle nécessaire pour oxyder complètement à l'état de H20, CO2, S03, AI203... les éléments combustibles de ladite molécule. Si ce bilan est positif, c'est-à-dire s'il y a un excédent en oxygène, le produit est "suroxygéné", et donc en général plus puissant qu'un produit "sous oxygéné" (avec bilan négatif)".  Said compositions are very strongly oxygenated to prevent the formation, during their combustion, of metal oxide and thus to generate, during said combustion, the maximum of metals. The qualifier "very strongly under oxygenated" is quantified by the values given above of oxygen balance ("O) rygen Balance = OB = equilibrium in oxygen"). This parameter is familiar to those skilled in the art. It is particularly specified by J. Quinchon in "powders, propellants and explosives", Volume 1, Ed. Technique and Documentation Lavoisier (1982): "the equilibrium is called oxygen, the comparison between the amount of oxygen present in a molecule and the one necessary to completely oxidize in the state of H20, CO2, SO3, AI203 ... the fuel elements of said molecule If this balance is positive, that is to say if there is a surplus in oxygen, the product is "superoxygenated", and therefore in general more powerful than a product "under oxygenated" (with negative balance) ".

On calcule la balance en oxygène (le pouvoir oxydant) pour chaque élément de la façon suivante: OB _ valence (élément) . masse molaire (oxygène) 100 valence (oxygène) . masse molaire (élément) ' en prenant, lorsque l'élément a plusieurs valences possibles, la plus usuelle ou une moyenne. Pour une composition: OBcomposition = E xi. OBi, avec xi la fraction massique de l'élément i dans ladite composition.  The oxygen balance (the oxidizing power) for each element is calculated in the following way: OB_ valence (element). molar mass (oxygen) 100 valence (oxygen). molar mass (element) 'taking, when the element has several possible valences, the most usual or an average. For a composition: OBcomposition = E xi. OBi, with xi the mass fraction of the element i in said composition.

Le liant intervenant est choisi parmi les liants habituellement utilisés, avantageusement parmi les liants, à la fois pas ou peu oxygénés 2877334 4 (on vise à minimiser, voire éviter toute formation d'oxyde métallique) et pas ou peu azotés (on vise à minimiser, voire éviter toute formation de nitrure métallique, à minimiser, voire éviter tout dépôt d'azote sur le métal). Ledit liant peut être un liant hydrocarboné, par exemple du type polyéther. Il peut également être du type polydiène. Ainsi, ledit liant peut notamment être préparé à partir d'un polybutadiène à terminaisons hydroxytéléchéliques (PBHT). Ledit polybutadiène à terminaisons hydroxytéléchéliques (PBHT) est de préférence à fonctionnalité 2, 4. A titre purement illustratif, on peut mentionner ici que le produit commercialisé sous la dénomination R45HT par la Société ATOFINA convient.  The intervening binder is chosen from the binders usually used, advantageously from binders, which are at the same time not or little oxygenated 2877334 4 (the aim is to minimize or even avoid any formation of metal oxide) and not or little nitrogen (the aim is to minimize even avoid any formation of metal nitride, to minimize or even avoid any deposit of nitrogen on the metal). Said binder can be a hydrocarbon binder, for example of the polyether type. It can also be of the polydiene type. Thus, said binder can in particular be prepared from a polybutadiene with hydroxytelechelic terminations (PBHT). Said polybutadiene with hydroxytelechelic terminations (PBHT) is preferably at the functionality 2, 4. For purely illustrative purposes, it may be mentioned here that the product sold under the name R45HT by the company ATOFINA is suitable.

On a parlé d'un liant, clans la mesure où il intervient généralement un unique composé apte à exercer cette fonction de liant. Il n'est toutefois pas totalement exclu du cadre de l'invention de faire 15 intervenir en mélange au moins deux composés de ce type.  Binder has been mentioned in that it generally involves a single compound capable of performing this binder function. However, it is not entirely excluded from the scope of the invention to mix at least two such compounds.

L'oxydant susceptible d'être utilisé au sein des compositions de l'invention (de la même façon, il n'est pas totalement exclu de faire intervenir au moins deux oxydants en mélange) n'est pas particulièrement limité à un type particulier. Il peut notamment être choisi parmi le perchlorate d'ammonium, l'ammonium dinitramide, l'hexogène et l'hexanitrohexaazaisowurtzitane. Les compositions de l'invention renferment avantageusement, à titre d'oxydant, du perchlorate d'ammonium. Le taux d'oxydant est: défini de façon à conférer au propergol les propriétés balistiques requises. On ne vise pas présentement une réelle optimisation desdites propriétés.  The oxidant that can be used in the compositions of the invention (in the same way, it is not totally excluded to involve at least two oxidants in a mixture) is not particularly limited to a particular type. It may especially be chosen from ammonium perchlorate, ammonium dinitramide, hexogen and hexanitrohexaazaisowurtzitane. The compositions of the invention advantageously contain, as oxidant, ammonium perchlorate. The oxidant level is: defined so as to give the propellant the ballistic properties required. It is not currently a real optimization of said properties.

Le troisième constituant principal des compositions de l'invention est un métal solide ou un mélange de métaux solides. Il est choisi parmi l'aluminium, le magnésium, le silicium, le bore, le titane, le zirconium et les mélanges de ces métaux. Ces métaux ont été sélectionnés au vu du résultat recherché, notamment au vu de leur faible propension à réagir avec l'oxygène. Les compositions de l'invention renferment avantageusement du magnésium ou un mélange de magnésium et d'aluminium dans un rapport massique égal ou sensiblement égal à 1.  The third main constituent of the compositions of the invention is a solid metal or a mixture of solid metals. It is selected from aluminum, magnesium, silicon, boron, titanium, zirconium and mixtures of these metals. These metals were selected in view of the desired result, especially in view of their low propensity to react with oxygen. The compositions of the invention advantageously contain magnesium or a mixture of magnesium and aluminum in a weight ratio equal to or substantially equal to 1.

Les oxydants) et métal(métaux) solide(s) sont présents à l'état pulvérulent. L'homme du métier est à même d'optimiser leur 2877334 5 granulométrie. Ils interviennent avantageusement à une granulométrie fine, de quelques dizaines de microns. Ils peuvent même intervenir à une granulométrie submicronique.  Oxidants) and solid metal (s) are present in powder form. The skilled person is able to optimize their granulometry. They intervene advantageously to a fine particle size of a few tens of microns. They can even intervene at a submicron granulometry.

L'élaboration des compositions de l'invention ne pose pas de difficulté particulière. Lesdites compositions sont préparées comme précisé en amont, selon un procédé par analogie de préparation de propergols solides composites. Ledit procédé comprend le mélange des constituants principaux: a) le liant, b) l'oxydant pulvérulent et c) le au moins un métal solide pulvérulent. Ce mélange est mis en oeuvre, de façon classique, dans un malaxeur, à une température comprise entre environ 40 C et environ 70 C, sous faible pression pour faciliter le dégazage. De façon nullement limitative, on précise ci-après une variante de mise en oeuvre de ce procédé d'élaboration des compositions de l'invention.  The preparation of the compositions of the invention does not pose any particular difficulty. Said compositions are prepared as specified upstream, according to a method analogous to the preparation of composite solid propellants. The method comprises mixing the main constituents: a) the binder, b) the powdery oxidant and c) the at least one powdery solid metal. This mixture is conventionally used in a kneader, at a temperature of between about 40 ° C. and about 70 ° C., under low pressure to facilitate degassing. In a way that is in no way limitative, an embodiment variant of this process for preparing the compositions of the invention is specified below.

Dans le liant liquide, on introduit les éventuels différents additifs (sauf le réticulant et le catalyseur de réticulation) et la charge métallique pulvérulente. Le mélange résultant est homogénéisé et dégazé. Ensuite, la charge oxydante est introduite. Le nouveau mélange résultant est soigneusement homogénéisé. Il est finalement introduit, dans ledit mélange homogénéisé, le réticulant et le catalyseur de réticulation. Le mélange final homogénéisé est coulé par effet de la gravité ou injecté dans une structure adéquate où il est monté en température, à une température suffisante pour que le liant soit réticulé.  In the liquid binder, the possible various additives (except the crosslinking agent and the crosslinking catalyst) and the powdery metallic filler are introduced. The resulting mixture is homogenized and degassed. Then, the oxidizing charge is introduced. The resulting new mixture is thoroughly homogenized. Finally, in said homogenized mixture, the crosslinking agent and the crosslinking catalyst are introduced. The homogenized final mixture is poured by the effect of gravity or injected into a suitable structure where it is heated to a temperature sufficient for the binder to be crosslinked.

On a compris qu'en sus de leurs trois types de constituants principaux précisés ci-dessus, les compositions de l'invention renferment des quantités efficaces mais minimes d'éventuels additifs, de catalyseur(s) de réticulation et de réticulant(s) (on retrouve le(s)dit(s) réticulant(s) dans la structure du liant réticulé).  It is understood that in addition to their three types of main constituents specified above, the compositions of the invention contain effective but minimal quantities of optional additives, crosslinking catalyst (s) and crosslinking agent (s) ( the crosslinker (s) is found in the structure of the crosslinked binder).

A titre d'additifs, sont notamment susceptibles d'intervenir: - des plastifiants, - des additifs d'adhésion liant/charges, - des agents anti-oxydant ("anti-vieillissement"), - des catalyseurs de combustion, et - des additifs facilitant la mise en oeuvre.  By way of additives, the following may in particular be used: plasticizers, binder / filler adhesion additives, antioxidant ("anti-aging") agents, combustion catalysts, and additives facilitating the implementation.

De tels additifs, catalyseur(s) de réticulation et réticulant(s) représentent ensemble généralement au plus 5 % en poids, très généralement au plus 2 % en poids, des compositions de l'invention. Ainsi, les 2877334 6 trois types d'ingrédients constitutifs; principaux --liant(s), oxydant(s), métal(aux) des compositions de l'invention représentent-ils généralement au moins 95 % en poids, très généralement au moins 98 % en poids desdites compositions.  Such additives, crosslinking catalyst (s) and crosslinking (s) generally represent at most 5% by weight, very generally at most 2% by weight, of the compositions of the invention. Thus, the three types of constituent ingredients; The main oxidant (s), oxidant (s), metal (s) of the compositions of the invention generally represent at least 95% by weight, very generally at least 98% by weight of said compositions.

L'homme du métier a déjà compris tout l'intérêt des compositions de l'invention, très fortement sous oxygénées, aptes à générer un gaz de combustion, contenant peu d'oxyde(s) métallique(s), chargé en métaux à l'état vapeur et/ou liquide, un gaz combustible per se très réactif. Ledit gaz est par ailleurs généré à haute pression avec de l'énergie de propulsion.  Those skilled in the art have already understood all the advantages of the compositions of the invention, very strongly oxygenated, capable of generating a combustion gas, containing little metal oxide (s), loaded with metals to the metal. vapor state and / or liquid, a fuel gas per very reactive. Said gas is also generated at high pressure with propulsion energy.

L'utilisation des compositions de l'invention à titre de précurseur d'un tel gaz combustible pour alimenter une chambre de combustion en lesdits métaux à l'état liquide et/ou vapeur est particulièrement opportune. Une telle chambre est ainsi alimentée en lesdits métaux, à l'état liquide et/ou vapeur, dans un flux gazeux propulsé. Elle est aussi alimentée en eau, avantageusement en eau de mer prélevée à l'extérieur.  The use of the compositions of the invention as a precursor of such a fuel gas for supplying a combustion chamber with said metals in the liquid and / or vapor state is particularly suitable. Such a chamber is thus fed with said metals, in the liquid and / or vapor state, in a propelled gas flow. It is also supplied with water, advantageously seawater collected outside.

Une telle technologie, à comparer avec celles décrites dans les brevets US cités dans l'introduction du présent texte, est particulièrement intéressante. Elle permet notamment cle résoudre les difficultés ci-après: É la maîtrise de l'injection du métal ("hydrofuel"), É l'obtention d'un bon rendement de combustion, É la simplification de la configuration de la chambre de combustion du métal.  Such technology, to compare with those described in the US patents cited in the introduction of this text, is particularly interesting. It allows in particular to solve the following difficulties: E the control of the injection of the metal ("hydrofuel"), E the obtaining of a good combustion efficiency, E the simplification of the configuration of the combustion chamber of the metal.

On en vient tout naturellement au deuxième objet de la présente invention, i.e. un procédé de production d'énergie. Un tel procédé comprend: - la combustion d'une composition, telle que décrite ci-dessus, composition qui constitue le premier objet de la présente invention; et - la réaction des gaz générés contenant peu d'oxyde(s) métallique(s) et chargés en métaux à l'état vapeur et/ou liquide, avec de l'eau.  It is quite naturally the second object of the present invention, i.e., a method of producing energy. Such a process comprises: the combustion of a composition, as described above, which composition constitutes the first object of the present invention; and the reaction of the gases generated containing little metal oxide (s) and loaded with metals in the vapor and / or liquid state, with water.

De manière avantageuse, un tel procédé est mis en oeuvre dans deux chambres contiguës de sorte que les gaz générés dans la première chambre sont mis à réagir dans la seconde, le passage desdits gaz de ladite première à ladite seconde chambre s'opérant sous le seul effet de 2877334 7 leur pression. On se trouve ainsi dispensé de l'intervention de tout dispositif du type injecteur, pompe... du fait de l'énergie propulsive libérée.  Advantageously, such a method is implemented in two contiguous chambers so that the gases generated in the first chamber are reacted in the second, the passage of said gases from said first to said second chamber operating under the single effect of 2877334 7 their pressure. It is thus exempted from the intervention of any device of the injector type, pump ... because of the released propulsive energy.

De manière avantageuse, le procédé de production d'énergie de l'invention comprend donc: - la combustion d'une composition, telle que décrite ci-dessus, dans une chambre à combustion; ladite combustion générant des gaz chauds sous pression chargés en métaux à l'état vapeur et/ou liquide; - l'injection, sous leur propre pression, desdits gaz, dans une chambre auxiliaire contiguë à ladite chambre de combustion; - l'admission d'eau dans ladite chambre auxiliaire; et - la réaction, dans ladite chambre auxiliaire, desdits gaz et de ladite eau.  Advantageously, the energy production method of the invention therefore comprises: the combustion of a composition, as described above, in a combustion chamber; said combustion generating pressurized hot gases charged with metals in the vapor and / or liquid state; injecting, under their own pressure, said gases into an auxiliary chamber contiguous to said combustion chamber; - the admission of water into said auxiliary chamber; and - reacting, in said auxiliary chamber, said gases and said water.

Quel que soit le contexte exact de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la réaction gaz/eau fait avantageusement intervenir l'eau à 15 raison de 20 à 90 % en masse de la masse de gaz.  Whatever the exact context of carrying out the process of the invention, the gas / water reaction advantageously involves water at 20 to 90% by weight of the gas mass.

L'eau en cause, dans un contexte de propulsion de véhicules (sous)marins et de torpilles, est généralement de l'eau de mer. On contribue ainsi à limiter le volume à embarquer.  The water in question, in a context of propulsion of (under) marine vehicles and torpedoes, is generally sea water. It thus contributes to limiting the volume to be loaded.

La réaction gaz/eau produit de l'énergie sous la forme d'un mélange de vapeurs d'eau et de gaz, éventuellement chargées en particules. Cette énergie est récupérée de façon connue en soi, notamment pour actionner une turbine ou pour produire une poussée, par détente dans une tuyère dudit mélange.  The gas / water reaction produces energy in the form of a mixture of water vapor and gas, optionally charged with particles. This energy is recovered in a manner known per se, in particular for actuating a turbine or for producing a thrust, by expansion in a nozzle of said mixture.

Le procédé de l'invention de production d'énergie est ainsi avantageusement mis en oeuvre pour l'utilisation de l'énergie produite dans ces contextes: pour actionner une turbine ou pour produire une poussée, notamment pour propulser des véhicules (sous)marins, pour propulser des torpilles. Le procédé de l'invention est avantageusement exploité dans le contexte de la propulsion de torpilles très rapides, en particulier celles fonctionnant en condition supercavitante. Dans un tel contexte, la discrétion n'est pas requise et il est donc avantageux d'utiliser un moteur fusée à propergol solide pour assurer la propulsion.  The method of the invention for producing energy is thus advantageously used for the use of the energy produced in these contexts: for actuating a turbine or for producing a thrust, in particular for propelling (under) marine vehicles, to propel torpedoes. The method of the invention is advantageously used in the context of the propulsion of very fast torpedoes, in particular those operating in supercavitant condition. In such a context, discretion is not required and it is therefore advantageous to use a solid propellant rocket engine to provide propulsion.

Selon l'invention, il est donc proposé de nouveaux propergols solides dont la composition est optimisée de sorte qu'ils génèrent, par combustion, le maximum de métaux, à l'état vapeur et/ou liquide (en évitant donc la formation d'oxyde métallique). Lesdits métaux, propulsés 2877334 8 dans un courant gazeux, conviennent alors parfaitement pour réagir avec l'eau et produire de l'énergie. Le concept de l'invention se trouve résumé dans ces deux phrases.  According to the invention, it is therefore proposed new solid propellants whose composition is optimized so that they generate, by combustion, the maximum of metals, in the vapor and / or liquid state (thus avoiding the formation of metal oxide). Said metals, propelled 2877334 8 in a gas stream, are then perfectly suitable for reacting with water and producing energy. The concept of the invention is summarized in these two sentences.

L'invention est maintenant illustrée, sous ses différents aspects, de façon nullement limitative, par les exemples ci-après.  The invention is now illustrated, in its various aspects, in no way limiting, by the examples below.

Exemple 1: ÇQrnposition 55 eon-'nvention_ Ev_aluatlon On a préparé, à partir des composants ci-après, la composition 10 A selon le mode opératoire précédemment décrit: L'aluminium pulvérulent présente une granulométrie inférieure à 30 pm, le magnésium pulvérulent une granulométrie inférieure à 40 pm.  EXAMPLE 1 Composition according to the procedure previously described: The powdery aluminum has a particle size of less than 30 μm, the magnesium powder a particle size distribution. less than 40 μm.

La composition A présente une balance en oxygène de -82,19 %.  Composition A has an oxygen balance of -82.19%.

Un calcul thermochimique à partir des ingrédients donne la température de combustion ainsi que les composants majoritaires des gaz.  A thermochemical calculation from the ingredients gives the combustion temperature as well as the majority components of the gases.

Les résultats sont présentés dans le Tableau 1 pour une combustion à une pression de 7MPa.  The results are shown in Table 1 for combustion at a pressure of 7 MPa.

Tableau 1Table 1

Tc (K) 2313 Produits majoritaires (% masse) 19 Mg (liq) Mg (gaz) MgO (sol) 12,9 Al (liq) 22 AIN (sol) 7 Il est intéressant de noter que la combustion de cette composition produit plus de 40 % de Mg et d'Al à l'état liquide ou gazeux.  Tc (K) 2313 Majority Products (% mass) 19 Mg (liq) Mg (gas) MgO (sol) 12.9 Al (liq) 22 AIN (soil) 7 It is interesting to note that the combustion of this composition produces more 40% Mg and Al in the liquid or gaseous state.

É liant à base de PBHT 12 % en masse É Perchlorate d'ammonium 20 % en masse É Al 34 % en masse É Mg 34 % en masse Densité = 1,801.  PBHT-based binder 12% by weight E Ammonium perchlorate 20% by weight Al Al 34% by weight E Mg 34% by weight Density = 1.801.

Exemple 2: Çomposition_B_;>elon l'inv_ention,_EvaluatioD.  Example 2: Composition_B _;> elon the inv_ention, _EvaluatioD.

On a préparé, à partir des composants ci-après, la composition B, selon le mode opératoire précédemrnent décrit: É liant à base de PBHT 12 % en masse É Perchlorate d'ammonium 20 % en masse É Mg 68 % en masse Densité = 1,607 Le magnésium pulvérulent présente une granulométrie inférieure à 40 pm.  Composition B was prepared from the following components, according to the procedure previously described: PBHT-based binder 12% by mass E Ammonium perchlorate 20% by mass Mg 68% by weight Density = 1.607 The powdered magnesium has a particle size of less than 40 μm.

La composition B présente une balance en oxygène de -74,32 %.  Composition B has an oxygen balance of -74.32%.

Un calcul thermochimique à partir des ingrédients donne la température de combustion ainsi que les composants majoritaires des gaz.  A thermochemical calculation from the ingredients gives the combustion temperature as well as the majority components of the gases.

Les résultats sont présenités dans le Tableau 2 pour une combustion à une pression de 7MPa.  The results are presented in Table 2 for combustion at a pressure of 7 MPa.

Tableau 2Table 2

La combustion de cette composition produit 45 % de Mg liquide ou gazeux.  The combustion of this composition produces 45% of liquid or gaseous Mg.

Evaluation des performances propulsives Pour illustrer le second aspect de la présente invention, on évalue, par le calcul, les performanc:es d'un moteur fusée fonctionnant avec les gaz produits par les cornpositions A et B de l'invention, génératrices de gaz réagissant avec de l'eau.  Evaluation of the Propulsive Performance To illustrate the second aspect of the present invention, the performances of a rocket engine operating with the gases produced by the compositions A and B of the invention, generators of reactive gas, are evaluated by calculation. with water.

Le tableau 3 présente les résultats de calcul d'impulsion spécifique (Isp) dans une détente 100 à 4 pour les produits de la réaction gaz/eau pour différents taux de mélange (% en masse). L'impulsion Tc (K) Produits majoritaires (% masse) Mg (liq) Mg (gaz) MgO (sol) 28 17 29 2877334 10 spécifique est la poussée fournie par unité de débit de masse de produits réactifs, elle est évaluée en seconde.  Table 3 shows the results of specific impulse calculation (Isp) in a 100 to 4 expansion for the products of the gas / water reaction for different mixing ratios (% by weight). The pulse Tc (K) Majority Products (% mass) Mg (Liq) Mg (gas) MgO (sol) 28 17 29 2877334 10 is the thrust supplied per mass flow unit of reactive products, it is evaluated in seconds .

Tableau 3Table 3

% eau 30 50 65 80 Ex. 1 292,1 404 478 576 Ex. 2 295,1 385,4 452,3 571 Pour chacune des compositions A et B on voit que dans l'intervalle ici considéré l'Isp augmente très fortement quand le pourcentage d'eau augmente et que pour les taux d'eau inférieur à 30 Io la composition B est plus performante.  % water 30 50 65 80 Ex. 1,292.1 404 478 576 Ex. 2 295.1 385.4 452.3 571 For each of the compositions A and B, it can be seen that in the interval considered here the Isp increases very strongly when the percentage of water increases and for water rates below 30 Io composition B is more efficient.

Un propergol classiquement utilisé actuellement et contenant 12 % de liant, 68 % de perchlorate d'ammonium et 20 % d'aluminium présente dans les mêmes conditions une impulsion spécifique volumique de 428,2 sg/cm"3. Le concept décrit dans la présente invention permet donc un gain de performances énergétiques très important.  A propellant conventionally currently used and containing 12% of binder, 68% of ammonium perchlorate and 20% of aluminum has under the same conditions a specific impulse volume of 428.2 sg / cm-3. The concept described herein The invention therefore allows a very significant gain in energy performance.

Le tableau 4 présente les calculs de l'impulsion spécifique volumique, exprimés en s.g. cm-3; c'est le produit (au sens mathématique) de l'impulsion spécifique par la masse spécifique du propergol générateur de gaz. La masse volumique de la composition A étant plus forte que celle de la composition B, l'avantage en Isp à faible d'eau (ici 30 %) de la composition B sur la composition A est gommé.  Table 4 presents the calculations of the specific volume impulse, expressed in s.g. cm-3; it is the product (in the mathematical sense) of the specific impulse by the specific mass of the gas-generating propellant. The density of the composition A being greater than that of the composition B, the advantage in Isp low water (here 30%) of the composition B on the composition A is gummed.

Tableau 4Table 4

eau 30 50 65 80 Ex. 1 526,1 727,6 860,9 1 037,4 Ex. 2 472,5 617,0 724, 1 914,2  water 30 50 65 80 Ex. 1 526.1 727.6 860.9 1 037.4 Ex. 2 472.5 617.0 724, 1 914.2

Claims (1)

11 REVENDICATIONS11 CLAIMS 1. Composition du type propergol solide composite, comprenant les trois types d'ingrédients constitutifs principaux ci-après, en les 5 proportions relatives ci-après: a) 10 à 15 %, en masse d'un liant, b) 15 à 25 %, en masse, d'un oxydant pulvérulent; et c) 60 à 75 %, en masse, d'au moins un métal solide pulvérulent, ledit au moins un métal étant choisi parmi l'aluminium, le magnésium, le silicium, le bore, le titane, le zirconium et les mélanges de ces métaux; et présentant une balance en oxygène inférieure à -50 %, avantageusement inférieure à -70 %.  1. Composition of the solid composite propellant type, comprising the following three types of main constituent ingredients, in the following relative proportions: a) 10 to 15%, by weight of a binder, b) 15 to 25 %, by mass, of a powdery oxidant; and c) 60 to 75%, by weight, of at least one pulverulent solid metal, said at least one metal being selected from aluminum, magnesium, silicon, boron, titanium, zirconium and mixtures of these metals; and having an oxygen balance of less than -50%, preferably less than -70%. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le liant est élaboré à partir d'un polybutadiène à terminaisons hydroxytéléchéliques.  2. Composition according to claim 1, characterized in that the binder is produced from a polybutadiene with hydroxytelechelic terminations. 3. Composition selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'oxydant est choisi parmi le perchlorate d'ammonium, l'ammonium dinitramide, l'hexogène et l'hexanitrohexaazaisowurtzitane.  3. Composition according to one of claims 1 or 2, characterized in that the oxidant is selected from ammonium perchlorate, ammonium dinitramide, hexogen and hexanitrohexaazaisowurtzitane. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'oxydant est le perchlorate d'ammonium.  4. Composition according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the oxidant is ammonium perchlorate. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le au moins un métal solide est choisi parmi le magnésium et un mélange de magnésium et d'aluminium dans un rapport massique égal ou sensiblement égal à 1.  5. Composition according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one solid metal is selected from magnesium and a mixture of magnesium and aluminum in a mass ratio equal to or substantially equal to 1. 6. Procédé de production d'énergie, caractérisé en ce qu'il comprend: - la combustion d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ladite combustion générant des gaz chargés en métaux à l'état vapeur et/ou liquide; et - la réaction desdits gaz chargés en métaux avec de l'eau.  6. A method of producing energy, characterized in that it comprises: the combustion of a composition according to any one of claims 1 to 5, said combustion generating gasses charged with metals in the vapor state and / or liquid; and reacting said metal-laden gases with water. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il 35 comprend: - ladite combustion, dans une chambre de combustion; 2877334 12 l'injection des gaz générés, sous leur propre pression, dans une chambre auxiliaire contiguë à ladite chambre de combustion; - l'admission d'eau dans ladite chambre auxiliaire; et - la réaction, dans ladite chambre auxiliaire, desdits gaz et de ladite eau.  7. Process according to claim 6, characterized in that it comprises: said combustion, in a combustion chamber; Injecting the gases generated, under their own pressure, into an auxiliary chamber contiguous to said combustion chamber; - the admission of water into said auxiliary chamber; and - reacting, in said auxiliary chamber, said gases and said water. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite réaction gaz/eau est mise en oeuvre avec l'eau intervenant à raison de 20 à 90 % en masse de la masse de gaz.  8. The method of claim 6 or 7, characterized in that said gas / water reaction is carried out with the water involved at a rate of 20 to 90% by weight of the mass of gas. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour actionner une turbine.  9. Method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that it is implemented to actuate a turbine. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour produire une poussée, par détente des produits de la réaction dans une tuyère.  10. Process according to any one of claims 6 to 8, characterized in that it is used to produce a thrust, by expanding the reaction products in a nozzle. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour propulser un véhicule (sous)marin ou une torpille.  11. Method according to any one of claims 6 to 10, characterized in that it is implemented to propel a vehicle (underwater) or a torpedo.
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