FR2955910A1 - THERMAL PROTECTION DEVICE WITH INSULATING FIXING LEGS - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de protection thermique (20) est destiné à être monté sur une structure à protéger. Le dispositif comprend un panneau (21) apte à recevoir sur sa face externe (21e) un flux thermique. Le dispositif comprend en outre des raidisseurs (22a-22d) adjacents aux bords du panneau (21), ces raidisseurs s'étendant perpendiculairement à partir de la face interne (21f) dudit panneau. Chaque raidisseur est prolongé par une patte de fixation (23a-23d), chaque patte de fixation comprenant au moins un montant (231a-231d) fixé au raidisseur correspondant. Chaque montant est prolongé par une extension (132a-132d; 232a-232d) s'étendant vers l'intérieur du panneau (21). Chaque extension est prolongée par une base de fixation (233a-233d ) du panneau sur la structure à protéger.A thermal protection device (20) is intended to be mounted on a structure to be protected. The device comprises a panel (21) adapted to receive on its outer face (21e) a heat flow. The device further comprises stiffeners (22a-22d) adjacent the edges of the panel (21), these stiffeners extending perpendicularly from the inner face (21f) of said panel. Each stiffener is extended by a bracket (23a-23d), each bracket comprising at least one upright (231a-231d) attached to the corresponding stiffener. Each post is extended by an extension (132a-132d; 232a-232d) extending inwardly of the panel (21). Each extension is extended by a fixing base (233a-233d) of the panel on the structure to be protected.
Description
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de protections thermiques (TPS) tels que ceux présents sur les véhicules de rentrée atmosphérique. Ce type de système est généralement formé par un écran thermique en matériau composite thermostructural qui protège le véhicule des flux thermiques qu'il rencontre au cours de son vol. Ce type d'écran est composé d'une pluralité de dispositifs adjacents les uns aux autres et fixés sur la paroi du véhicule à protéger. La figure 1 illustre un dispositif de protection thermique 100 qui comprend un panneau 101 apte à recevoir sur sa face externe un flux thermique. Le panneau est en outre muni, du côté de sa face interne, d'une paroi de raidissement 102 qui est prolongée par des pattes de fixation 103 permettant la fixation du panneau sur la structure froide du véhicule à protéger. Tel qu'illustré sur la figure 2, le dispositif de protection thermique 100 est monté sur une structure froide 110 en fixant les pattes 103 sur des pontets de fixation 111 solidaires de la structure froide au moyen d'organes de fixation 106 du type vis/écrou par exemple. Afin de réaliser une barrière thermique entre la face externe du panneau 101 et la structure froide 110, le dispositif comprend en outre un joint 104 entourant l'espace présent entre le panneau 101 et la base des pattes de fixation 103 ainsi qu'au moins un bloc 105 en matériau isolant thermiquement disposé à l'intérieur des parois de raidissement 102 entre la face interne du panneau et la paroi de la structure à protéger. Le bloc d'isolation thermique 105 est réalisé à partir de matériaux légers comme, par exemple, de la laine isolante. La figure 3 représente une structure froide 110, par exemple une paroi d'un véhicule de rentrée atmosphérique, équipée d'un système de protection thermique 200 formé d'une pluralité de dispositifs de protection thermique 100 de la figure 2. Les panneaux 101 des dispositifs 100 sont montés adjacents les uns aux autres sur la structure froide 110 au moyen des pattes fixation 103 et via des pontets 111. BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the field of thermal protection systems (TPS) such as those present on atmospheric reentry vehicles. This type of system is generally formed by a thermostructural composite thermal screen which protects the vehicle from the thermal flows it encounters during its flight. This type of screen is composed of a plurality of devices adjacent to each other and fixed on the wall of the vehicle to be protected. Figure 1 illustrates a thermal protection device 100 which comprises a panel 101 adapted to receive on its outer face a heat flow. The panel is further provided, on the side of its inner face, with a stiffening wall 102 which is extended by fixing lugs 103 for fixing the panel to the cold structure of the vehicle to be protected. As illustrated in FIG. 2, the thermal protection device 100 is mounted on a cold structure 110 by fixing the tabs 103 on fastening bridges 111 integral with the cold structure by means of fixing members 106 of the screw type. nut for example. In order to achieve a thermal barrier between the outer face of the panel 101 and the cold structure 110, the device further comprises a seal 104 surrounding the space between the panel 101 and the base of the fastening tabs 103 and at least one block 105 of thermally insulating material disposed inside the stiffening walls 102 between the inner face of the panel and the wall of the structure to be protected. The thermal insulation block 105 is made from lightweight materials such as, for example, insulating wool. FIG. 3 represents a cold structure 110, for example a wall of an atmospheric reentry vehicle, equipped with a thermal protection system 200 formed of a plurality of thermal protection devices 100 of FIG. devices 100 are mounted adjacent to each other on the cold structure 110 by means of the fixing lugs 103 and via bridges 111.
Après montage des dispositifs 100, il subsiste des interstices I entre les panneaux 101 de deux dispositifs adjacents 100. Lors d'une rentrée dans l'atmosphère, un flux thermique FHT s'écoule le long de l'écran du système 200 formé par les panneaux 101. Une partie PFHT de ce flux peut alors s'infiltrer directement sous les panneaux par les interstices I et peut créer un flux chaud Fa, encore appelé "sneak-flow", qui circule en paroi de la structure froide 110. Ce flux chaud Fcf va apporter de la chaleur à la structure froide à protéger et compromettre ainsi la protection thermique destinée à être réalisée par les dispositifs 100. En outre, ce flux chaud ("sneak-flow") apporte également de la chaleur aux organes de fixation reliant les pattes des dispositifs de protection thermique à la structure froide via les pontets. Cet échauffement peut détériorer les organes de fixation, et en particulier la tête de vis située au niveau des pattes de fixation qui peut atteindre des températures supérieures à 1000°C. After the devices 100 have been mounted, gaps I remain between the panels 101 of two adjacent devices 100. Upon re-entry into the atmosphere, a thermal flux FHT flows along the screen of the system 200 formed by the panels 101. A PFHT part of this stream can then infiltrate directly under the panels by the interstices I and can create a hot flow Fa, also called "sneak-flow", which circulates in the wall of the cold structure 110. This flow hot Fcf will bring heat to the cold structure to protect and thus compromise the thermal protection to be performed by the devices 100. In addition, this hot flow ("sneak-flow") also provides heat to the fasteners connecting the legs of the thermal protection devices to the cold structure via the jumpers. This heating can deteriorate the fasteners, and in particular the screw head located at the fastening tabs which can reach temperatures above 1000 ° C.
Objet et résumé de l'invention La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un dispositif de protection thermique permettant de réduire les infiltrations de gaz chauds sous les dispositifs de protection thermique et de mieux protéger les organes de fixation de ces dispositifs sur la structure froide à protéger. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de protection thermique comprenant un panneau apte à recevoir sur sa face externe un flux thermique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des raidisseurs adjacents aux bords dudit panneau, lesdits raidisseurs s'étendant perpendiculairement à partir de la face interne dudit panneau et en ce qu'au moins un raidisseur est prolongé par une patte de fixation, chaque patte de fixation comprenant au moins un montant fixé au raidisseur correspondant, ledit montant étant prolongé par une extension s'étendant vers l'intérieur dudit panneau, ladite extension étant elle-même prolongée par une base de fixation du panneau sur la structure à protéger. Ainsi, la présence de raidisseurs adjacents aux bords du panneau et le prolongement de ceux-ci par des pattes de fixation permet de former un obstacle empêchant des flux thermiques de s'infiltrer directement sous le panneau de protection thermique. En outre, les pattes de fixation comportant une extension vers l'intérieur du panneau qui se termine par une base de fixation, les organes de fixation présents au niveau de la base sont mieux protégés car la patte selon l'invention forme un écran vis-à-vis des flux thermiques qui peuvent s'infiltrer sous le panneau. Par ailleurs, l'extension des pattes de fixation allonge le chemin de conduction thermique entre le panneau et la base de fixation, ce qui permet de protéger également les organes de fixation contre les températures transmises par conduction. Selon un aspect de l'invention, chaque raidisseur comporte une lumière en alignement avec un orifice de logement présent sur les bases de fixation des pattes et qui est destinée à recevoir un organe de fixation. Chaque lumière forme donc un passage permettant d'accéder aisément à l'organe de fixation avec un outil de serrage/desserrage, ce qui facilite grandement le montage/démontage des dispositifs de protection thermique de l'invention. OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and to provide a thermal protection device for reducing the infiltration of hot gases under the thermal protection devices and to better protect the fasteners of these devices on the cold structure to protect. These objects are achieved by means of a thermal protection device comprising a panel adapted to receive on its external face a heat flow, characterized in that it further comprises stiffeners adjacent to the edges of said panel, said stiffeners extending perpendicularly from of the inner face of said panel and in that at least one stiffener is extended by a fixing lug, each fixing lug comprising at least one amount fixed to the corresponding stiffener, said upright being extended by an extension extending towards the inside said panel, said extension being itself extended by a fixing base of the panel on the structure to be protected. Thus, the presence of stiffeners adjacent to the edges of the panel and the extension thereof by fixing tabs makes it possible to form an obstacle preventing thermal flows from infiltrating directly under the thermal protection panel. In addition, since the fastening tabs have an extension towards the inside of the panel which terminates in a fastening base, the fasteners present at the base are better protected because the tab according to the invention forms a visor visor. thermal flows that can seep under the panel. Furthermore, the extension of the fastening tabs lengthens the thermal conduction path between the panel and the fixing base, which also protects the fasteners against conduction-transmitted temperatures. According to one aspect of the invention, each stiffener comprises a light in alignment with a housing hole present on the fixing bases of the tabs and which is intended to receive a fastener. Each light thus forms a passage allowing easy access to the fixing member with a clamping / loosening tool, which greatly facilitates the assembly / disassembly of the thermal protection devices of the invention.
Selon un mode de réalisation, les pattes de fixation comprennent une extension qui s'étend sensiblement parallèlement à la face interne dudit panneau. Selon un autre mode de réalisation, l'extension comporte une marche sur laquelle un outil de serrage/desserrage peut prendre appui afin d'être guidé en direction de l'orifice de logement de la base de fixation. L'invention vise également un système de protection thermique destiné à protéger une structure, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de dispositif de protection thermique selon l'invention, lesdits dispositifs étant disposés adjacents les uns avec les autres. L'invention concerne encore un véhicule de rentrée atmosphérique comprenant au moins une structure à protéger contre un flux thermique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système de protection thermique selon l'invention, ledit système étant monté sur la structure à protéger. According to one embodiment, the fixing lugs comprise an extension which extends substantially parallel to the internal face of said panel. According to another embodiment, the extension comprises a step on which a clamping / loosening tool can bear in order to be guided in the direction of the housing hole of the fixing base. The invention also relates to a thermal protection system for protecting a structure, characterized in that it comprises a plurality of thermal protection device according to the invention, said devices being arranged adjacent to each other. The invention also relates to an atmospheric reentry vehicle comprising at least one structure to be protected against heat flow, characterized in that it further comprises a thermal protection system according to the invention, said system being mounted on the structure to be protected. .
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un panneau de dispositif de protection thermique selon l'art antérieur, la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif de protection thermique monté sur une structure froide selon l'art antérieur, la figure 3 est une vue en coupe schématique montrant le phénomène de flux chaud ("sneak flow") avec les dispositifs de protection thermique de l'art antérieur, les figures 4A à 4C sont des vues en perspective d'un panneau de dispositif de protection thermique conformément à un mode de réalisation de l'invention, les figures 5A et 5B sont des vues en perspective d'un panneau de dispositif de protection thermique conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 6 est une vue agrandie montrant le montage/démontage d'un dispositif de protection thermique représenté sur les figure 4A et 4B, la figure 7 est une vue agrandie montrant le montage/démontage d'un dispositif de protection thermique représenté sur les figure 5A et 5B, les figures 8A à 8C montrent un exemple de fabrication d'un dispositif de protection thermique représenté sur les figures 5A et 5B, la figure 9 est une vue en perspective d'un système de protection thermique formé d'une pluralité de dispositifs des figures 5A et 5B, la figure 10 est une vue en perspective du système de la figure 9 montrant l'effet produit par les dispositifs de protection thermique de l'invention lorsqu'un flux thermique pénètre sous les panneaux desdits dispositifs. Description détaillée de modes de réalisation La solution proposée par la présente invention consiste à réduire au maximum l'infiltration de flux thermiques sous les panneaux des dispositifs de protection thermique et à empêcher les éventuels flux thermiques infiltrés d'atteindre directement les organes de fixation des dispositifs. Les figures 4A et 4B montrent un dispositif de protection thermique 10 conformément à un mode de réalisation de l'invention. La fonction d'un tel dispositif est de protéger une structure, comme un véhicule de rentrée atmosphérique ou un réservoir cryogénique, contre les flux thermiques rencontrés dans l'environnement de fonctionnement. A cet effet, le dispositif de protection thermique 10 comprend tout d'abord un panneau 11 de forme parallélépipédique qui reçoit sur sa face externe 11e le flux thermique. Le panneau peut être plat ou présenter une courbure. Le panneau 11 remplit plusieurs fonctions : une fonction d'écran réflecteur, une fonction de tenue vis-à-vis des chargements mécaniques (différence entre pressions externe et interne, déformation structurelles, ...), une fonction de maîtrise de la forme extérieure (aérodynamique) et une fonction de protection de l'isolant contre l'environnement extérieur (abrasion, écoulements rapide, plasma, ...). Compte tenu des niveaux de températures auxquels est soumis le panneau (autour de 1600-1800 °C), il est important que ce dernier soit suffisamment éloigné de la structure froide à protéger. A cet effet, le panneau 11, est muni de raidisseurs 12a à 12d qui s'étendent perpendiculairement au panneau 11 sous sa face interne 11f et directement à partir des bords du panneau 11. Les raidisseurs 12a à 12d forment ainsi des tombées de bords du panneau 11. Dans le mode de réalisation décrit ici, quatre pattes de fixation 13a à 13d sont respectivement attachées à l'extrémité inférieure des raidisseurs 12a à 12d. Les pattes 13a à 13d sont chacune formées d'un montant 131a à 131d qui s'étend dans la même direction que les raidisseurs auxquels ils sont associés, d'une extension 132a à 132d qui s'étend vers l'intérieur du panneau 11 et d'une base de fixation 133a à 133d qui est orientée soit perpendiculairement par rapport aux montants 131a à 131d correspondant, soit selon un angle quelconque par rapport à ces montants comme représenté sur les figures 4A et 4B. Chaque base de fixation, respectivement 133a à 133d, comporte un orifice, respectivement 134a à 134d, permettant le passage d'un organe de fixation du type vis/écrou afin de fixer le dispositif de protection thermique sur une structure froide à protéger comme décrit ci-après en détail. Selon une caractéristique particulière de l'invention, des lumières 135a à 135d sont ménagées respectivement dans les raidisseurs 12a à 12d. Ces lumières sont disposées en alignement avec les orifices 134a à 134d afin de permettre le passage d'un outil de serrage/desserrage 150 pour le montage/démontage des dispositifs de protection thermique comme illustré sur la figure 6 pour le cas de la patte de fixation 13a. L'outil de serrage/desserrage 150 est introduit sous le panneau 11 à partir de la lumière 235a ménagée dans le raidisseur 22a et jusqu'à la tête 161a d'une vis 160 logée dans l'orifice 134a de la base de fixation 133a. La vis 161 appartient à un organe de fixation 160 du dispositif de protection thermique sur une structure froide à protéger (non représentée sur la figure 6). Le dispositif de protection thermique selon la présente invention peut en outre comprendre des éléments d'isolation thermique. Comme illustré sur la figure 4C, des segments 141, 142, 143 et 144 en matériau isolant thermiquement sont respectivement placés sous les pattes de fixation 13a, 13b, 13c et 13d. Les segments 141 à 144 peuvent être réalisés en un matériau léger isolant thermiquement, tel qu'une laine isolante ou être constitués chacun d'un matériau isolant élastiquement déformable, tel qu'une structure fibreuse ou mousse isolante, maintenu à l'intérieur d'une tresse réalisée avec des fibres résistant aux hautes températures telles que des fibres en céramique. Un bloc 145 en matériau léger isolant thermiquement, tel qu'une laine isolante, est également placé dans le volume intérieur délimité par les segments 141 à 144. Les segments 141 à 144 et le bloc 145 forment une barrière thermique destinée à isoler thermiquement la structure froide de la face externe du panneau 11 recevant le flux thermique. Les segments 141 à 144 permettent en outre de protéger les organes de fixation, et en particulier la tête de vis présente au niveau des bases de fixation des pattes, à la fois du flux thermique et du flux chaud ("sneak flow"). Les figures 5A et 5B montrent un autre mode de réalisation d'un dispositif de protection thermique 20 qui diffère de celui décrit précédemment en relation avec les figures 4A et 4B en ce que les pattes de fixation présentent une forme différente. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the invention will emerge from the following description of particular embodiments of the invention, given by way of non-limiting example, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of a thermal protection device panel according to the prior art, FIG. 2 is a sectional view of a thermal protection device mounted on a cold structure according to the prior art, FIG. a schematic sectional view showing the phenomenon of hot flow ("sneak flow") with the thermal protection devices of the prior art, FIGS. 4A to 4C are perspective views of a thermal protection device panel in accordance with FIG. 5A and 5B are perspective views of a thermal protection device panel in accordance with another embodiment of the inventi FIG. 6 is an enlarged view showing the assembly / disassembly of a thermal protection device shown in FIGS. 4A and 4B; FIG. 7 is an enlarged view showing the assembly / disassembly of a thermal protection device represented on FIGS. FIGS. 5A and 5B, FIGS. 8A to 8C show an example of manufacture of a thermal protection device represented in FIGS. 5A and 5B, FIG. 9 is a perspective view of a thermal protection system formed of a 5 is a perspective view of the system of FIG. 9 showing the effect produced by the thermal protection devices of the invention when a heat flux penetrates the panels of said devices. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS The solution proposed by the present invention consists in minimizing the infiltration of heat fluxes under the panels of the thermal protection devices and in preventing any infiltrated heat flux from reaching directly the fasteners of the devices. . Figures 4A and 4B show a thermal protection device 10 according to an embodiment of the invention. The function of such a device is to protect a structure, such as an atmospheric reentry vehicle or a cryogenic tank against the thermal flows encountered in the operating environment. For this purpose, the thermal protection device 10 comprises first of all a panel 11 of parallelepipedal shape which receives on its outer face 11e the heat flow. The panel may be flat or have a curvature. The panel 11 fulfills several functions: a function of reflective screen, a function of resistance with respect to the mechanical loadings (difference between external and internal pressures, structural deformation, ...), a function of control of the external form (aerodynamic) and a function of protection of the insulation against the external environment (abrasion, fast flows, plasma, ...). Given the temperature levels to which the panel is subjected (around 1600-1800 ° C), it is important that the latter be far enough away from the cold structure to be protected. For this purpose, the panel 11, is provided with stiffeners 12a to 12d which extend perpendicularly to the panel 11 under its inner face 11f and directly from the edges of the panel 11. The stiffeners 12a to 12d thus form edge drops of the panel 11. In the embodiment described here, four fasteners 13a to 13d are respectively attached to the lower end of the stiffeners 12a to 12d. The tabs 13a to 13d are each formed of an amount 131a to 131d which extends in the same direction as the stiffeners with which they are associated, from an extension 132a to 132d which extends inwardly of the panel 11 and a fixing base 133a to 133d which is oriented either perpendicular to the corresponding uprights 131a to 131d, or at any angle to these uprights as shown in Figures 4A and 4B. Each fixing base, respectively 133a to 133d, has an orifice, respectively 134a to 134d, allowing the passage of a fixing member of the screw / nut type in order to fix the thermal protection device on a cold structure to be protected as described herein. -after in detail. According to a particular characteristic of the invention, the lights 135a to 135d are formed respectively in the stiffeners 12a to 12d. These lights are arranged in alignment with the orifices 134a to 134d in order to allow the passage of a tightening / loosening tool 150 for mounting / dismounting of the thermal protection devices as shown in FIG. 6 for the case of the fixing lug. 13a. The tightening / loosening tool 150 is introduced under the panel 11 from the light 235a formed in the stiffener 22a and up to the head 161a of a screw 160 housed in the hole 134a of the fixing base 133a. The screw 161 belongs to a fastener 160 of the thermal protection device on a cold structure to be protected (not shown in Figure 6). The thermal protection device according to the present invention may further comprise thermal insulation elements. As illustrated in FIG. 4C, segments 141, 142, 143 and 144 of thermally insulating material are respectively placed under the fastening tabs 13a, 13b, 13c and 13d. The segments 141 to 144 may be made of a light thermally insulating material, such as an insulating wool or may each consist of an elastically deformable insulating material, such as a fibrous structure or insulating foam, kept inside a braid made with high temperature resistant fibers such as ceramic fibers. A block 145 of light thermally insulating material, such as an insulating wool, is also placed in the interior volume delimited by the segments 141 to 144. The segments 141 to 144 and the block 145 form a thermal barrier intended to thermally isolate the structure cold of the outer face of the panel 11 receiving the heat flow. The segments 141 to 144 also make it possible to protect the fasteners, and in particular the screw head present at the level of the fastening bases of the flaps, both of the heat flow and the hot flow ("sneak flow"). FIGS. 5A and 5B show another embodiment of a thermal protection device 20 which differs from that described above in relation with FIGS. 4A and 4B in that the fastening tabs have a different shape.
Le dispositif de protection thermique 20 comprend de façon identique un panneau 21 de forme parallélépipédique destiné à recevoir sur sa face externe 21e le flux thermique et qui comprend des raidisseurs 22a à 22d qui s'étendent perpendiculairement sous sa face interne 11f et directement à partir de ses bords, les raidisseurs 22a à 22d formant ainsi des tombées de bords du panneau 21. L'extrémité inférieure de chaque raidisseur 22a à 22d est prolongée par quatre pattes de fixation 23a à 23d. Les pattes 23a à 23d sont chacune formées d'un montant 231a à 231d qui s'étend dans la même direction que les raidisseurs auxquels ils sont associés, d'une extension 232a à 232d qui s'étend vers l'intérieur du panneau 21 et d'une base de fixation 233a à 233d qui est orientée soit perpendiculairement par rapport aux montants 231a à 231d correspondant, soit selon un angle quelconque par rapport à ces montants comme représenté sur les figures 5A et 5B. The thermal protection device 20 identically comprises a panel 21 of parallelepipedal shape intended to receive on its outer face 21e the heat flow and which comprises stiffeners 22a to 22d which extend perpendicularly under its inner face 11f and directly from its edges, the stiffeners 22a to 22d forming edge lands of the panel 21. The lower end of each stiffener 22a to 22d is extended by four brackets 23a to 23d. The tabs 23a to 23d are each formed of an upright 231a to 231d which extends in the same direction as the stiffeners with which they are associated, from an extension 232a to 232d which extends inwardly of the panel 21 and a fastening base 233a to 233d which is oriented either perpendicular to the corresponding uprights 231a to 231d, or at any angle to these uprights as shown in Figures 5A and 5B.
Chaque base de fixation, respectivement 233a à 233d, comporte un orifice, respectivement 234a à 234d, permettant le passage d'un organe de fixation du type vis/écrou afin de fixer le dispositif de protection thermique sur une structure froide à protéger comme décrit ci-après en détail. Des lumières 235a à 235d sont ménagées respectivement dans les raidisseurs 22a à 22d. Ces lumières sont disposées en alignement avec les orifices 234a à 234d afin de permettre le passage d'un outil de serrage pour le montage/démontage des dispositifs de protection thermique. Par ailleurs, dans le mode de réalisation décrit ici, les extensions 232a à 232d,comprennent chacune une première marche, respectivement 2320a à 2320d, et une deuxième marche, respectivement 2322a à 2322d, les première et deuxième marches étant reliées entre elles par une contremarche 2321a à 2321d. Comme illustrée sur la figure 7, la première marche, ici la première marche 2320a de l'extension ,232a de la patte de fixation 23a, forme un guide pour un outil de serrage/desserrage 250. En effet, lorsque l'outil de serrage/desserrage est introduit sous le panneau à partir de la lumière 235a ménagée dans le raidisseur 22a, celui va venir en appui sur le bord de la première marche 2320a. Dans cette configuration, l'outil 250 est automatiquement guidé vers la tête 261a d'une vis 260 logée dans l'orifice 234a de la base de fixation 233a, la vis 261 appartenant à un organe de fixation 260 du dispositif de protection thermique sur une structure froide à protéger 30. Le dispositif de protection thermique de l'invention peut être formé en un des matériaux composites à matrice céramique (CMC) suivants : composite C/SiC (renfort en fibres de carbone et matrice en carbure de silicium), composite C/C-SiC (renfort en fibres de carbone et matrice comprenant une phase carbone, généralement au plus près des fibres, et une phase carbure de silicium), composite SiC/SiC (fibres de renfort et matrice en carbure de silicium), et composite oxyde/oxyde. Dans le cadre de la présente invention, le dispositif est réalisé de préférence en matériau C/SiC. Le dispositif de protection thermique peut également être formé en métal réfractaire et, plus généralement, en tout type de matériau (par exemple thermoplastique) apte à résister aux températures d'utilisation prévues. Les figures 8A à 8C illustrent un exemple de fabrication d'une préforme d'un dispositif de protection thermique correspondant au dispositif 20 décrit ci-avant en relation avec les figures 5A et 5B. Pour fabriquer le dispositif de protection thermique en matériau CMC, on réalise une préforme fibreuse en fibres réfractaires (carbone ou céramique) ayant sensiblement la forme du dispositif à réaliser. La préforme fibreuse constituant le renfort d'un dispositif de protection thermique en CMC est réalisée à partir d'éléments constitutifs de la préforme en texture fibreuse, lesquels éléments sont assemblés entre eux et conformés sur un élément d'outillage pour constituer une préforme complète de dispositif de protection thermique. Comme illustré sur la figure 8A, on utilise tout d'abord une plaque 300 comportant une portion centrale 301 destinée à former le panneau 21 et deux rabats 302 et 303 destinés à former respectivement les raidisseurs 22a et 22c du dispositif 20 (figures 5A et 5B). Sur la figure 8B, on rapporte deux plaques supplémentaires 310 et 320 sur les deux côtés de la plaque 300 ne comportant pas les rabats 302 et 303 afin de former respectivement les raidisseurs 22b et 22d du dispositif 20. Plus précisément, chaque plaque 310, respectivement 320, comporte un rabat principal 311, respectivement 321, qui forme le raidisseur 22d, respectivement 22b, deux rabats secondaires 312 et 313, respectivement 322 et 323, qui sont attachés respectivement aux deux rabats 302 et 303 de la plaque 300, et une portion centrale 314, respectivement 324, qui est attachée à la partie centrale 301 de la plaque 300. Each fixing base, respectively 233a to 233d, comprises an orifice, respectively 234a to 234d, allowing the passage of a fastener of the screw / nut type in order to fix the thermal protection device on a cold structure to be protected as described herein. -after in detail. Lights 235a to 235d are provided respectively in the stiffeners 22a to 22d. These lights are arranged in alignment with the orifices 234a to 234d to allow the passage of a clamping tool for mounting / disassembly of the thermal protection devices. Furthermore, in the embodiment described here, the extensions 232a to 232d each comprise a first step, respectively 2320a to 2320d, and a second step, respectively 2322a to 2322d, the first and second steps being interconnected by a riser. 2321a to 2321d. As illustrated in FIG. 7, the first step, here the first step 2320a of the extension, 232a of the fixing lug 23a, forms a guide for a clamping / unclamping tool 250. Indeed, when the clamping tool / Loosening is introduced under the panel from the light 235a formed in the stiffener 22a, the one will bear on the edge of the first step 2320a. In this configuration, the tool 250 is automatically guided towards the head 261a of a screw 260 housed in the orifice 234a of the fixing base 233a, the screw 261 belonging to a fastener 260 of the thermal protection device on a cold structure to be protected 30. The thermal protection device of the invention may be formed of one of the following ceramic matrix composite (CMC) materials: composite C / SiC (carbon fiber reinforcement and silicon carbide matrix), composite C / C-SiC (carbon fiber reinforcement and matrix comprising a carbon phase, generally closer to the fibers, and a silicon carbide phase), SiC / SiC composite (reinforcing fibers and silicon carbide matrix), and oxide / oxide composite. In the context of the present invention, the device is preferably made of C / SiC material. The thermal protection device may also be formed of refractory metal and, more generally, any type of material (for example thermoplastic) capable of withstanding the intended use temperatures. FIGS. 8A to 8C illustrate an example of manufacturing a preform of a thermal protection device corresponding to the device 20 described above in connection with FIGS. 5A and 5B. In order to manufacture the thermal protection device made of CMC material, a fibrous preform is made of refractory fibers (carbon or ceramic) having substantially the shape of the device to be produced. The fiber preform constituting the reinforcement of a CMC thermal protection device is made from elements constituting the preform in fibrous texture, which elements are assembled together and shaped on a tooling element to form a complete preform of thermal protection device. As illustrated in FIG. 8A, a plate 300 comprising a central portion 301 intended to form the panel 21 and two flaps 302 and 303 intended to form respectively the stiffeners 22a and 22c of the device 20 (FIGS. 5A and 5B, respectively) are used. ). In FIG. 8B, two additional plates 310 and 320 are reported on the two sides of the plate 300 not comprising the flaps 302 and 303 so as to form respectively the stiffeners 22b and 22d of the device 20. More specifically, each plate 310, respectively 320, comprises a main flap 311, respectively 321, which forms the stiffener 22d, respectively 22b, two secondary flaps 312 and 313, respectively 322 and 323, which are respectively attached to the two flaps 302 and 303 of the plate 300, and a portion central 314, respectively 324, which is attached to the central portion 301 of the plate 300.
Sur la figure 8C, quatre pièces 330 à 360 correspondant aux pattes de fixation 23a à 23d sont alors attachées respectivement sur le rabat 302, le rabat principal 311, le rabat 303 et le rabat principal 321. Les éléments constitutifs de la préforme du dispositif de protection thermique 20, à savoir les plaques 300 à 320 ainsi que les pièces 330 à 362 sont obtenues à partir d'une texture fibreuse céramique réalisée à partir de fibres en céramique. La liaison entre les éléments constitutifs de la préforme peut être réalisée par couture, par implantation de fils, d'aiguilles ou d'épingles, ou encore par collage, la liaison étant complétée par co-densification des éléments constitutifs de la préforme fibreuse après leur assemblage. Les éléments constitutifs de la préforme du dispositif de protection thermique peuvent être consolidés par une matrice céramique avant leur assemblage afin de faciliter leur montage et d'éviter l'utilisation d'outil de conformation lors de la densification de la préforme. In FIG. 8C, four pieces 330 to 360 corresponding to the fastening tabs 23a to 23d are then attached respectively to the flap 302, the main flap 311, the flap 303 and the main flap 321. The constituent elements of the preform of Thermal protection 20, namely plates 300 to 320 and parts 330 to 362 are obtained from a ceramic fiber texture made from ceramic fibers. The connection between the constituent elements of the preform can be achieved by sewing, by implantation of threads, needles or pins, or by bonding, the bond being completed by co-densification of the constituent elements of the fibrous preform after their assembly. The constituent elements of the preform of the thermal protection device may be consolidated by a ceramic matrix before assembly to facilitate their assembly and to avoid the use of conformation tool during densification of the preform.
La préforme est ensuite densifiée, de façon bien connue, par voie liquide et/ou gazeuse. La densification par voie liquide consiste à imprégner la préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine, éventuellement dilué dans un solvant. La transformation du précurseur en céramique est réalisée par traitement thermique, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère. Plusieurs cycles d'imprégnation successifs peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS). Le procédé par voie gazeuse consiste dans l'infiltration chimique en phase vapeur. La préforme fibreuse correspondant à la structure à réaliser est placée dans un four dans lequel est admise une phase gazeuse réactionnelle. La pression et la température régnant dans le four et la composition de la phase gazeuse sont choisies de manière à permettre la diffusion de la phase gazeuse au sein de la porosité de la préforme pour y former la matrice par dépôt, au contact des fibres, d'un matériau solide résultant d'une décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou d'une réaction entre plusieurs constituants. A titre d'exemple, des précurseurs gazeux du carbone peuvent être des hydrocarbures tels que méthane et/ou propane donnant le carbone par craquage, et un précurseur gazeux de céramique, notamment de SiC, peut être du méthyltrichlorosilane (MTS) donnant du SiC par décomposition du MTS. Il existe également des procédés mixtes comprenant à la fois des voies liquides et des voies gazeuses. Avant densification, la préforme peut être consolidée par densification partielle par une matrice de consolidation afin de lui conférer une tenue de sa mise en forme. La figure 9 illustre un système de protection thermique 50 (TPS) formé d'une pluralité de dispositifs de protection thermique 20 décrits ci-avant dans les figures 5A et 5B. Les dispositifs 20 sont fixés sur une structure froide 30 à protéger, telle que la paroi d'un véhicule de rentrée atmosphérique, via des pontets 31 solidaires de la structure. Plus précisément, comme illustrée sur la figure 7, chaque base de fixation des pattes, ici la base de fixation 233a de la patte 23a, est fixée sur un pontet 31 solidaire de la structure froide 30 au moyen d'un organe de fixation 260 comprenant une vis 261 logée dans l'orifice 234a et un écrou 262, une rondelle 263 en matériau isolant thermiquement étant placée entre la base de fixation 233a et le pontet 31. Le montage ou le démontage du dispositif de protection thermique 20 est réalisé en faisant passer un outil de serrage/desserrage 250 au travers de la lumière 235a ménagée dans le raidisseur 22a jusqu'à la tête 261a de la vis 261, l'outil 250 étant guidé par la première marche de la patte de fixation, à savoir dans l'exemple représenté sur la figure 7, la première marche 2320a de l'extension 232a de la patte de fixation 23a. Tel qu'illustré sur la figure 10, une fois montée sur la structure froide 30 à protéger, les dispositifs de protection thermique 20 forment une paroi de protection quasiment continue à la surface du système de protection thermique 50, seuls de petits interstices 1 subsistent entre les panneaux 21 de deux dispositifs adjacents. La figure 10 montre l'effet produit par les raidisseurs 22a à 22d et les pattes 23a à 23d, lorsqu'un flux thermique FHT s'écoule le long de l'écran du système 50 formé par les panneaux 21. Comme expliqué précédemment, une partie PFHT de ce flux peut alors s'infiltrer sous les panneaux par les interstices 1 et créer un flux chaud ("sneak-flow"). Cependant, en raison de la présence des raidisseurs en tombée de bords des panneaux 21, le flux chaud ("sneak-flow") FHT issu des infiltrations du flux thermique entre deux dispositifs de protection thermique adjacents ne pénètre pas directement sous les panneaux 21 et peut être ainsi déjà diminué en température avant d'atteindre la face interne du panneau ou la structure froide. En outre, la forme des pattes de fixation et leur attachement directement sur les raidisseurs forme un obstacle important vis-à-vis du flux chaud Fa qui rend l'accès à la structure froide par ce dernier difficile. Par ailleurs, la tête des vis des organes de fixation est mieux protégée des phénomènes de convection des gaz chauds grâce aux pattes de fixation limitant l'infiltration directe de ces gaz. Enfin, en ce qui concerne l'échauffement par conduction depuis les panneaux vers les organes de fixation et vers la structure froide via les pontets, les pattes de fixation selon l'invention permettent de réduire significativement la chaleur transmise en augmentant le chemin de conduction thermique. Le dispositif de protection thermique s'intègre très facilement aux systèmes existants et ne modifie que très peu leur géométrie en particulier car il ne nécessite pas de modification des moyens de fixation habituellement utilisés (pontets de fixation sur structure froide à protéger). En outre, la nouvelle structure du dispositif de l'invention a un très faible impact sur la masse globale de celui-ci, ce qui est un critère important en particulier dans le domaine spatial. The preform is then densified, in a well-known manner, by liquid and / or gaseous means. Liquid densification comprises impregnating the preform with a liquid composition containing a precursor of the matrix material. The precursor is usually in the form of a polymer, such as a resin, optionally diluted in a solvent. The transformation of the ceramic precursor is carried out by heat treatment, after removal of the optional solvent and crosslinking of the polymer. Several successive impregnation cycles can be performed to achieve the desired degree of densification. By way of example, liquid carbon precursors may be relatively high coke level resins, such as phenolic resins, whereas liquid precursors of ceramics, in particular of SiC, may be polycarbosilane type resins (PCS). or polytitanocarbosilane (PTCS). The gaseous process consists of chemical vapor infiltration. The fiber preform corresponding to the structure to be produced is placed in an oven in which a gaseous reaction phase is admitted. The pressure and the temperature prevailing in the furnace and the composition of the gas phase are chosen so as to allow the diffusion of the gas phase within the porosity of the preform to form the matrix by deposition, in contact with the fibers, of a solid material resulting from a decomposition of a constituent of the gas phase or a reaction between several constituents. By way of example, gaseous carbon precursors may be hydrocarbons such as methane and / or propane giving the carbon by cracking, and a gaseous precursor of ceramics, in particular of SiC, may be methyltrichlorosilane (MTS) giving SiC by decomposition of the MTS. There are also mixed processes comprising both liquid and gaseous routes. Before densification, the preform can be consolidated by partial densification by a consolidation matrix to give it a holding of its formatting. Fig. 9 illustrates a thermal protection system 50 (TPS) formed of a plurality of thermal protection devices 20 described hereinbefore in Figs. 5A and 5B. The devices 20 are fixed on a cold structure 30 to be protected, such as the wall of an atmospheric reentry vehicle, via bridges 31 integral with the structure. More precisely, as illustrated in FIG. 7, each fixing base of the tabs, here the fixing base 233a of the tab 23a, is fixed on a bridge 31 integral with the cold structure 30 by means of a fixing member 260 comprising a screw 261 housed in the orifice 234a and a nut 262, a washer 263 of thermally insulating material being placed between the fixing base 233a and the bridge 31. The mounting or dismounting of the thermal protection device 20 is carried out by passing a clamping / loosening tool 250 through the light 235a formed in the stiffener 22a to the head 261a of the screw 261, the tool 250 being guided by the first step of the fastening tab, namely in the example shown in Figure 7, the first step 2320a of the extension 232a of the bracket 23a. As illustrated in FIG. 10, once mounted on the cold structure 30 to be protected, the thermal protection devices 20 form an almost continuous protective wall on the surface of the thermal protection system 50, only small gaps 1 remain between the panels 21 of two adjacent devices. FIG. 10 shows the effect produced by the stiffeners 22a to 22d and the tabs 23a to 23d, when a thermal flux FHT flows along the screen of the system 50 formed by the panels 21. As explained above, a PFHT part of this stream can then infiltrate under the panels by the interstices 1 and create a hot flow ("sneak-flow"). However, because of the presence of the stiffeners at the edges of the panels 21, the hot flow ("sneak-flow") FHT resulting from infiltrations of the heat flow between two adjacent thermal protection devices does not penetrate directly under the panels 21 and can thus be already decreased in temperature before reaching the inner face of the panel or the cold structure. In addition, the shape of the brackets and their attachment directly to the stiffeners form a significant obstacle to the hot flow Fa which makes access to the cold structure by the latter difficult. Moreover, the head of the fastener screws is better protected from hot gas convection phenomena by means of fastening tabs limiting the direct infiltration of these gases. Finally, with regard to the heating by conduction from the panels to the fasteners and to the cold structure via the bridges, the fixing lugs according to the invention make it possible to significantly reduce the heat transmitted by increasing the thermal conduction path. . The thermal protection device integrates very easily with existing systems and only slightly modifies their geometry in particular because it does not require modification of the fastening means usually used (cold structure fastening bridges to be protected). In addition, the new structure of the device of the invention has a very small impact on the overall mass thereof, which is an important criterion especially in the space field.
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