FR2917327A1

FR2917327A1 - Procede et unite de production d'un carter pour un moteur a poudre et carter fabrique selon ce procede.

Info

Publication number: FR2917327A1
Application number: FR0853936A
Authority: FR
Inventors: Giuseppe Magistrale
Original assignee: Avio SpA
Current assignee: GE Avio SRL
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2008-12-19
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: FR2917327B1; US20090304965A1; US8071005B2; US8465820B2; US20120042629A1; ITTO20070419A1

Abstract

Un carter d'un moteur à poudre comprenant un noyau et une couche de matériau élastomère posée comme revêtement sur au moins une partie du noyau afin de définir une protection thermique du noyau lui-même est obtenu en : insérant le noyau dans un moule de formation (19) de façon à produire à l'intérieur du moule (19) deux chambres annulaires séparées l'une de l'autre par le noyau ; formant un fil (63) de matériau élastomère ; obtenant une portion définie (64) du matériau élastomère en découpant le fil (63) transversalement à la bonne dimension dans un environnement externe ; et injectant la portion découpée (64) du matériau élastomère simultanément dans les deux chambres annulaires.

Description

PROCÉDÉ ET UNITÉ DE PRODUCTION D'UN CARTER POUR UN MOTEUR À POUDRE ET

CARTER FABRIQUÉ SELON CE PROCÉDÉ

La présente invention concerne un procédé de production d'un carter pour un moteur à poudre d'un moteur-fusée. Comme cela est connu, un moteur à poudre comprend un carter rempli de poudre, un dispositif de mise à feu du propulsif et un gicleur terminal par l'intermédiaire duquel la poudre, en brûlant, génère une poussée propulsive souhaitée. Le carter comprend un noyau d'acier ou de matériau composite qui possède une partie tubulaire cylindrique et une partie de fermeture en forme de bouchon sphérique, et il est isolé au moyen d'un revêtement interne et externe fait d'une couche de matériau spécifique isolant thermiquement, pour définir une protection thermique adéquate du noyau. Normalement, la couche de matériau résistant à la chaleur est obtenue en formant séparément du noyau deux coques ou bouchons qui, une fois que le noyau a été formé sous vide, sont, l'une insérée dans le noyau pour venir en contact avec la surface interne du noyau lui-même, et l'autre fixée sur le noyau pour adhérer à sa 1 5 surface externe. Lorsque le couplage est terminé, les bouchons sont vulcanisés dans un autoclave pour terminer le revêtement. Le mode d'isolation connu décrit ici nécessite trois appareils dédiés différents les uns des autres, deux pour fabriquer les bouchons et le troisième pour assembler les bouchons sur le noyau. Pour cette raison, le mode d'isolation décrit implique de 20 très longues durées et des coûts de mise en oeuvre élevés, puisque trois étapes distinctes sont nécessaires, et d'autre part ce mode est encore plus complexe du fait de la géométrie particulière du carter. Quelle que soit la précision des opérations de production des coques ou bouchons, ceux-ci présentent fréquemment des défauts et une instabilité dans les dimensions, des porosités réparties de manière aléatoire et 25 pour cette raison ils provoquent des erreurs de positionnement ou des défaillances. e si un soin extrême est pris au positionnement et à l'opération suivante de vulcanisation, on trouve fréquemment entre les bouchons et le noyau des zones dans lesquelles ils ne sont pas joints correctement, ce qui, en plus des porosités indiquées plus haut, met sensiblement en péril l'efficacité de l'isolation par 30 conséquent la fiabilité du carter.

Le but de la présente invention consiste à proposer un procédé de production d'un carter pour un moteur à poudre qui offre une solution simple et peu coûteuse aux problèmes mentionnés ci-dessus. Selon la présente invention, on propose un procédé de production d'un carter pour un moteur à poudre, le carter comprenant un noyau et une couche de matériau élastomère posée comme revêtement sur au moins une partie dudit noyau afin de définir une protection thermique dudit noyau, le procédé comprenant les étapes suivantes : insertion dudit noyau dans un moule de formation de façon à produire à l'intérieur dudit moule de formation deux chambres annulaires séparées l'une de l'autre par ledit noyau, formation d'un fil dudit matériau élastomère, découpe transversale dudit fil en présence d'air afin de former une portion du matériau élastomère, transfert de ladite portion de matériau élastomère dans une chambre de transfert et injection de ladite portion de matériau élastomère dans lesdites chambres annulaires.

De préférence, dans le procédé décrit ci-dessus, ladite injection est exécutée en injectant ladite portion de matériau simultanément dans les deux chambres annulaires, de façon à remplir simultanément lesdites deux chambres annulaires. La présente invention concerne en outre une unité de production d'un carter pour un moteur à poudre.

Selon la présente invention, on propose une unité de production d'un carter pour un moteur à poudre, le carter comprenant un noyau et une couche de matériau élastomère posée comme revêtement sur au moins une partie dudit noyau afin de définir une protection thermique dudit noyau, l'unité comprenant : un moule de formation prévu pour retenir ledit noyau et délimitant, dans un état fermé, une cavité annulaire divisée par ledit noyau en deux chambres annulaires des moyens de formation séparés dudit moule de formation destinés à faire sortir un fil dudit matériau élastomère une chambre de transfert séparée desdits moyens de formation et prévue pour recevoir une portion prédéterminée dudit matériau élastomère et comportant une 30 ouverture d'admission de ladite portion communiquant avec l'extérieur ; et des moyens d'injection destinés à transférer ledit matériau élastomère dans lesdites chambres annulaires.

De façon appropriée, dans l'unité décrite ci-dessus, lesdits moyens d'injection comprennent une pluralité de canaux d'alimentation qui communiquent tous avec ladite chambre de transfert afin de remplir simultanément lesdites chambres annulaires.

Selon une particularité, le moule de formation est fait d'un matériau métallique et peut comprendre : un demi-moule positif fixe de support ayant son propre axe ; des moyens de retenue dudit noyau, qui sont mobiles par rapport au demi- moule positif entre une position de retenue où ils sont fermés dans une position 10 partageant ledit axe et une position de relâchement où ils sont placés à une certaine distance l'un de l'autre et une cloche qui se déplace par rapport au demi-moule positif dans une direction parallèle audit axe entre une position avancée dans laquelle, avec ledit demi-moule positif, elle définit ladite cavité et une position rétractée dans laquelle 15 elle permet l'extraction du carter. Enfin, la présente invention concerne un carter pour un moteur à poudre. Selon la présente invention, on propose un carter pour un moteur à poudre, le carter comprenant un noyau et une couche de matériau élastomère posée comme revêtement sur au moins une partie dudit noyau afin de définir une protection 20 thermique dudit noyau, ledit carter étant caractérisé en ce que ladite couche est comoulée directement sur ledit noyau. L'invention va maintenant être décrite en référence aux figures annexées qui illustrent un exemple non limitatif d'un mode de réalisation et dans lesquelles : la figure 1 illustre de façon schématique un mode de réalisation préféré d'une 25 unité de production du carter selon la présente invention ; la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un détail de la figure 1 ; la figure 3 illustre en coupe et à une échelle agrandie un détail de la figure 1 ; la figure 4 illustre en coupe partielle un mode de réalisation préféré du carter fabriqué selon les instructions de la pi ésente invention ; et 30 la figure 5 est une vue selon la ligne V-V de la figure 4. Sur la figure 1, désignée dans son entier par le chiffre 1, se trouve une unité de production d'un carter isolé 2 (figures 4 et 5) d'un moteur à poudre (non illustré) pour un moteur-fusée.

En référence à la figure 4, le carter 2 a son propre axe de symétrie 3 et comprend une partie intermédiaire tubulaire cylindrique 4 coaxiale à l'axe 3, une partie à bouchon sphérique 5 destinée à fermer une extrémité longitudinale de la partie intermédiaire 4 et une partie allongée terminale cylindrique filetée à l'extérieur 6 opposée à la partie 5. Le carter 2 est délimité par une surface interne 8 et une surface externe 9 et est constitué par un noyau 10, qui se termine avec la partie allongée 6, et fait de façon appropriée d'un matériau métallique ou d'un autre matériau équivalent résistant aux contraintes mécaniques et thermiques du fonctionnement du carter 2, et par une couche 12 de matériau élastomère thermiquement isolant. La couche 12 recouvre le noyau 10 complètement à l'exception de la partie allongée terminale 6 munie du filetage externe, comme indiqué sur la figure 4, afin de définir une protection thermique d'isolation par rapport au noyau 10 lui-même. En référence de nouveau à la figure 1, l'unité 1 comprend une structure de support 15 qui elle-même comprend une base 16, à partir de laquelle deux montants 17 s'élèvent pour supporter une plaque ou plateforme intermédiaire 18, laquelle supporte un moule de formation 19 destiné à former le carter 2. En référence aux figures 2 et 3, le moule 19 comprend une partie de base cylindrique 20 qui a son propre axe de symétrie 21 orthogonal à la plaque intermédiaire 18, est connecté lui-même de façon stable à la plaque intermédiaire 18 et porte à son tour, connecté de façon stable, un corps mâle 23 qui s'étend vers le haut coaxialement à l'axe 21 et délimité extérieurement par une surface 24 complémentaire de la surface interne 8 du carter 2. En référence de nouveau à la figure 3, la partie de base cylindrique 20 comprend une surface d'assise 26 qui s'étend orthogonalement à l'axe 21, entoure une partie de base du corps mâle 23 et définit une assise pour une surface avant de la partie allongée filetée 6 du noyau 10. Le noyau est supporté dans une position qui partage l'axe 21 au moyen de deux inserts senti circulaires 27, qui entourent la partie allongée filetée 6 et comportent des parties de fixation ou d'ancrage in rérieures respectives 28 insérées dans une rainure circonférentielle commune 29 de la partie de base cylindrique 20. Les inserts 27 sont poussés l'un contre l'autre et contre le noyau 10 par une paire de demi-anneaux de serrage 30 qui sont installés sur les côtés diamétralement opposés de la partie de base cylindrique 20 et sont couplés à des glissières respectives 31 qui coulissent sur des guides radiaux correspondants 32. Les guides radiaux 32 sont raccordés de manière fixe à la plaque 18 et portent les glissières 31 qui leur sont couplées, lesquelles se déplacent sous la poussée d'actionneurs linéaires respectifs 33, entre une position avancée de fonctionnement dans laquelle, via les inserts 27, elles serrent le noyau 10 dans une position partageant l'axe 21, et une position de repos où elles sont à distance l'une de l'autre, permettant l'extraction du carter 2 qui a été formé. Lorsqu'il est serré dans une position qui partage l'axe 21, le noyau 10 délimite, conjointement au corps mâle 23, une chambre annulaire 35 présentant une forme et des dimensions pratiquement égales à la partie de la couche 12 qui s'étend dans le noyau 10 lui-même. De nouveau en référence aux figures 2 et 3, le moule 19 comprend en outre une cloche supérieure 37 qui s'étend dans une position coaxiale à l'axe 21 au-dessus de la partie circulaire 20 et du corps mâle 23 et est délimitée à l'intérieur par une surface 38 (figure 3) complémentaire à la surface externe 9 du carter 2. La cloche 37 est mobile sous la poussée de son propre actionneur linéaire 39 porté par une plaque supplémentaire 18a de la structure parallèle 15, levée par rapport à la plaque 18 entre une position abaissée de fonctionnement (figure 3) et une position relevée de repos. Lorsque la cloche 37 est dans sa position relevée de repos, elle permet l'insertion du noyau 10 et l'extraction du carter 2, tandis que lorsqu'elle est dans sa position abaissée, elle est couplée de manière étanche aux fluides aux demi- anneaux 30 et elle délimite, conjointement aux inserts 27 et au corps mâle 23, une cavité 40 qui à son tour est divisée par le noyau 10 pour former la chambre annulaire 35, comprise entre le noyau 10 lui-même et le corps mâle 23, et une chambre annulaire supplémentaire 41 comprise entre le noyau 10 et la cloche 37. Le positionnement relatif de la cloche 37 par rapport à la partie de base cylindrique 20 et la stabilité de la cloche 37 elle- même lorsqu'elle se trouve dans sa position abaissée sont assurés par une pluralité de broches de centrage et de retenue 43 qui s'étendent en porte-à-faux à partir d'une paroi latérale 44 de la cloche 37 en direction de la plaque intermédiaire 18 dans une direction parallèle à l'axe 21 et se terminent par des parties de centrage à l'extrémité conique 45 insérées dans des trous axiaux correspondants 46 de la plaque intermédiaire 18 elle-même (figure 2 De nouveau en référence à la figure 3, la cloche 37 et le corps mâle 23 sont traversés par des conduits respectifs, désignés respectivement par 47 et 48, dont les orifices d'admission donnent respectivement dans la chambre annulaire 41 et dans la chambre annulaire 35 et dont les orifices de sortie (non visibles sur les figures) sont connectés à une source d'aspiration afin de créer une pression négative souhaitée dans les chambres annulaires 41 et 35 elles-mêmes. De nouveau en référence à la figure 1 et en particulier à la figure 3, l'unité 1 comprend en outre un dispositif de transfert 50 qui transfère simultanément et en une seule opération une masse de matériau élastomère dans les chambres annulaires 35 et 41. Le dispositif 50 comprend un carter cylindrique 51 qui s'étend sous la plaque 18 en partageant l'axe 21 et loge de manière coulissante axialement un bouchon de compression 53 mobile dans des directions opposées sous la poussée d'un actionneur linéaire (non visible sur les figures).

Le bouchon de compression 53 délimite, conjointement au carter 51 et à corps de bouchon 54 destiné à fermer l'extrémité supérieure du carter 51 lui-même, une chambre de transfert 55. La chambre 55 communique en permanence avec la chambre 35 par l'intermédiaire d'une pluralité de passages calibrés ou gicleurs d'injection 56 réalisés sur le corps de bouchon 54 et avec la chambre 41 par l'intermédiaire d'une pluralité de passages calibrés ou gicleurs d'injection 57 réalisés sur le corps de bouchon 54 et la plaque 18 et qui font partie, avec les passages 56, du dispositif 50. La chambre 55 communique directement avec l'extérieur par l'intermédiaire d'une ouverture latérale 57 (figures 1 et 3) qui en utilisation est fermée de manière étanche aux fluides au moyen d'une trappe et dans laquelle est insérée manuellement une quantité préétablie de matériau élastomère. Le matériau élastomère est préparé et distribué dans une unité de formation qui fait partie de l'unité 1 et est désignée par le chiffre 58 sur la figure 1. L'unité de formation 58 comprend un ensemble 59 destiné à la préparation du matériau élastomère et un ensemble d'extrusion 60 qui reçoit le matériau élastomère en provenance de l'ensemble 59 par l'intermédiaire d'un conduit 61 et comprend une tête de formation 62 ou plateau matrice prévue pour former un fil continu 63 de matériau élastomère. Au niveau de la sortie de la tête 62, est découpé transversalement à la bonne dimension, de manière connue, pour former un bloc 64 de matériau élastomère dont les dimensions permettent son insertion dans la chambre de transfert 55 par l'ouverture 57. Le fonctionnement de l'unité 1 va maintenant être décrit en commençant par 5 les conditions dans lesquelles : le moule 19 est dans une position fermée et loge le noyau 10, dont la partie allongée 6 est serrée de façon stable entre les inserts 27 ; la trappe est ouverte, ce qui permet d'accéder à la chambre de transfert 55 ; et le bouchon de compression 53 du dispositif de transfert 50 est dans une 10 position rétractée, dans laquelle il permet l'insertion du corps de matériau élastomère 64 dans la chambre 55 elle-même. En commençant dans ces conditions, le matériau élastomère utilisé pour la formation de la couche 12 est préparé dans l'ensemble 59, et une fois que les conditions physico-chimiques souhaitées sont atteintes, il est alimenté dans le 15 conduit 61 vers la tête 62, qui forme progressivement le fil 63 et le fait avancer vers l'extérieur, comme on peut le voir sur la figure 1. Sur l'extérieur de la tête 62, le fil 63 est découpé transversalement aux bonnes dimensions pour former le bloc 64. Le bloc 64 est transféré manuellement vers le carter cylindrique 51 du dispositif 50 et inséré dans la chambre 55 par l'ouverture 57. Une fois que la trappe est fermée, le 20 bouchon de compression 53 est activé et déplace le bloc 64 dans une position relevée intermédiaire dans laquelle il reste pendant une période préétablie pour permettre l'homogénéisation des températures, après que le bouchon de compression lui-même a avancé progressivement vers le corps de bouchon 54. Pendant l'avancée du bouchon de compression 53, les chambres annulaires 35 et 41 sont mises en 25 communication avec la source d'aspiration et le matériau élastomère traverse progressivement les canaux ou gicleurs 56 et 57 pour remplir progressivement les chambres 35 et 41. Le bouchon de compression 53 continue son déplacement jusqu'à ce que les chambres 35 et 41 soient complètement remplies de matériau élastomère sous pression, lequel à ce moment est comprimé sur le noyau 10 et adhère au 30 noyau 10 lui-même. A ce point, le moule 19 est chauffé et le matériau élastomère est vulcanisé sur le noyau 10, où il reste bloqué sans changer de position sur toute la surface latérale du noyau 10 lui-même, ce qui termine ainsi le carter 2. Quand la vulcanisation est terminée, moule 19 est ouvert et le carter isolé 2 est extrait du moule 19 en suivant dans l'autre sens l'opération décrite précédemment. Ensuite, des trous A visibles sur les figures 4 et 5 sont faits sur le carter isolé 2. Au vu de ce qui précède, il apparaît évident que le mode de production décrit du carter 2 permet tout d'abord une production simultanée en une seule opération du revêtement thermique complet ou de l'isolation complète du noyau métallique 10. Le mode de réalisation décrit, précisément du fait qu'il permet la formation sur l'extérieur du moule d'une masse homogène de matériau élastomère et l'injection directe et simultanée de ladite masse dans les deux chambres annulaires 35 et 41 du moule 19, évite les débuts de soufflures et de porosités dans le matériau élastomère, qui est par conséquent réparti de façon homogène sur le noyau 10, éliminant ainsi toute possibilité de surchauffe localisée du noyau 10 lui-même. Le fait également de vulcaniser le matériau élastomère directement dans le moule de formation permet une adhérence uniforme du matériau élastomère sur le noyau 10, ce qui élimine définitivement le problème des zones qui ne sont pas correctement collées ensemble et résout ainsi tous les problèmes de fiabilité et d'efficacité fonctionnelle du carter. Comparée aux solutions connues, l'unité 1 décrite ici est extrêmement simple à produire à des coûts particulièrement avantageux. De plus, l'unité 1 décrite ici, précisément du fait qu'elle permet la séparation de l'étape de préparation du matériau élastomère de l'étape d'injection du matériau élastomère lui-même dans le moule, permet l'injection de tous les matériaux dont les caractéristiques physico-chimiques ne sont pas modifiables en elles-mêmes En d'autres termes, le fait de pouvoir extruder le matériau élastomère dans un environnement externe est particulièrement important et avantageux, de même que la possibilité de ne l'introduire dans le moule qu'après que la quantité exacte a été distribuée et après que les conditions thermiques optimales pour l'application spécifique ont été atteintes. Au vu de ce qui précède, il apparaît clairement que des modifications et des variations peuvent être apportées à l'unité 1 décrite ici, sans s'écarter de la sphère de protection définie par les revendications annexées. En particulier, le moule peut être fait d'une manière différente de celle indiquée à titre d'exemple, et par exemple de manière à permettre l'injection du matériau élastomère à différents moments dans les deux chambres.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de production d'un carter (2) pour un moteur à poudre, le carter (2) comprenant un noyau (10) et une couche (12) de matériau élastomère posée comme revêtement sur au moins une partie dudit noyau (10) afin de définir une protection thermique dudit noyau (10), le procédé comprenant les étapes d'insertion dudit noyau (10) dans un moule de formation (19) de façon à produire à l'intérieur dudit moule de formation (19) deux chambres annulaires (35) (41) séparées l'une de l'autre par ledit noyau (10), de formation d'un fil (63) dudit matériau élastomère, de découpe transversale dudit fil (63) en présence d'air, de formation d'une portion (64) du matériau élastomère, de transfert de ladite portion (64) de matériau élastomère dans une chambre de transfert (55) et d'injection de ladite portion (64) de matériau élastomère dans lesdites chambres annulaires (35) (41).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite injection est exécutée en injectant simultanément ladite portion (64) de matériau élastomère dans lesdites deux chambres annulaires (35) (41).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite injection est exécutée de manière à remplir simultanément lesdites deux chambres annulaires (35) (41).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la formation dudit fil (63) est réalisée par extrusion.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 25 qu'une pression négative est créée dans lesdites chambres annulaires (35) (41) avant l'injection ou pendant l'injection dudit matériau élastomère.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau élastomère établi dans lesdites chambres annulaires (35) (41) est 30 soumis à un traitement de vulcanisation avant l'extraction du complexe formé du noyau interne (10) et du matériau élastomère du moule de formation (19).20

7. Unité de production d'un carter (2) pour un moteur à poudre, le carter (2) comprenant un noyau (10) et une couche (12) de matériau élastomère posée comme revêtement sur au moins une partie dudit noyau (10) afin de définir une protection thermique dudit noyau (10), l'unité comprenant : un moule de formation (19) prévu pour retenir ledit noyau (10) et délimitant, dans un état fermé, une cavité annulaire divisée par ledit noyau (10) en deux chambres annulaires (35) (41) ; des moyens de formation séparés dudit moule de formation (19) destinés à faire sortir un fil (63) dudit matériau élastomère ; une chambre de transfert (55) séparée desdits moyens de formation et prévue pour recevoir une portion prédéterminée (64) dudit matériau élastomère et comportant une ouverture d'admission (57) de ladite portion (64) communiquant avec l'extérieur ; et des moyens d'injection destinés à transférer ledit matériau élastomère dans lesdites chambres annulaires (35) (41).

8. Unité selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens d'injection comprennent une pluralité de canaux d'alimentation (56) (57) qui communiquent tous avec ladite chambre de transfert (55) afin de remplir simultanément lesdites chambres annulaires (35) (41).

9. Unité selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite chambre de transfert (55) loge un bouchon de compression (53) destiné à pousser ladite masse de matériau élastomère dans lesdits canaux d'alimentation (56) (57).

10. Unité selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'aspiration afin de créer une pression négative dans lesdites chambres annulaires (35) (41) avant l'injection dudit matériau élastomère. 30

11. Unité selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que ledit moule de formation (19) est fait d'un matériau métallique et comprend : un demi-moule positif fixe de support (30) ayant son propre axe (21) ;25des moyens de retenue (31) dudit noyau (10), qui sont mobiles par rapport au demi-moule positif (30) entre une position de retenue où ils sont fermés dans une position partageant ledit axe (21) et une position de relâchement où ils sont placés à une certaine distance l'un de l'autre ; et une cloche (37) qui se déplace par rapport au demi-moule positif (30) dans une direction parallèle audit axe (21) entre une position avancée dans laquelle, avec ledit demi-moule positif (30), elle définit ladite cavité et une position rétractée dans laquelle elle permet l'extraction du carter (2).

12. Carter (2) pour un moteur à poudre, le carter (2) comprenant un noyau (10) et une couche (12) de matériau élastomère posée comme revêtement sur au moins une partie dudit noyau (10) pour définir une protection thermique pour ledit noyau (10), ledit carter (2) étant caractérisé en ce que ladite couche (12) est co-moulée directement sur ledit noyau (10).