[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une composition propulsive
ou propergol double-base par la méthode de moulage, et une composition obtenue par
ce procédé.
[0002] Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de fabrication d'un propergol
double-base à faible coefficient de température et à faible émission de lueur de flamme.
[0003] Un propergol double-base comprend essentiellement deux constituants énergétiques,
à savoir un nitrate de cellulose, tel que, par exemple, la nitrocellulose, et une
huile nitrée, telle que, par exemple, la nitroglycérine.
[0004] Ces compositions peuvent être fabriquées par différents procédés, tels que le procédé
sans dissolvant avec extrusion de la composition, ou le procédé dit de moulage. Ce
dernier procédé consiste à réaliser une poudre à mouler contenant la nitrocellulose
à laquelle sont ajoutés des additifs balistiques, des plastifiants et éventuellement
une faible proportion d'huile nitrée, puis à gélatiniser cette poudre avec un solvent
de moulage, constitué par l'huile nitrée et un solvant inerte tel que la triacétine
ayant comme fonction de flegmatiser l'huile nitrée. Pour cette étape, la poudre à
mouler est disposée dans un moule, puis le solvant de moulage est alimenté dans celui-ci
jusqu'à ce que la poudre soit entièrement submergée. Le bloc de propergol moulé subit
ensuite un traitement thermique pour terminer la gélatinisation de la nitrocellulose.
[0005] Pour obtenir des propriétés balistiques élevées, il est souvent nécessaire d'ajouter
des catalyseurs de combustion qui accélèrent la vitesse de combustion du propergol.
Ces catalyseurs sont généralement des sels de plomb ou de cuivre, et du noir d'acétylène.
[0006] En outre, il est également souhaitable d'additionner des modificateurs balistiques
qui n'agissent pas sur la vitesse de combustion, mais sur les conditions de fonctionnement
du propulseur et notamment, la composition et la température des gaz de combustion.
Ainsi, ces additifs peuvent être notamment des agents anti-lueur atténuant les lueurs
de flamme.
[0007] En effet, les gaz de combustion peuvent contenir des composés non entièrement oxydés
et qui au contact de l'oxygène de l'air en sortie de la tuyère du propulseur, peuvent
s'enflammer. Ce phénomène est généralement appelé la postcombustion.
[0008] Ces lueurs de flamme sont gênantes car elles nuisent à la discrétion de l'engin
propulsé et peuvent perturber fortement le guidage de l'engin, notamment quand celui-ci
est assuré par radar ou rayonnement infra-rouge.
[0009] Pour atténuer et même supprimer ces lueurs, on ajoute des sels qui empêchent la réinflammation
de ceux-ci. Ces sels sont généralement incorporés dans le propergol et entraînés
dans les gaz lors de sa combustion.
[0010] On s'est aperçu que l'addition de ces sels avait une influence néfaste sur la vitesse
de combustion du propergol.
[0011] Il a alors été proposé, notamment dans le brevet américain n° 3.960.621, de fabriquer
un propergol par la méthode de moulage en utilisant comme poudre à mouler, un mélange
de poudres dont l'une, la première, contient comme additifs balistiques uniquement
les agents anti-lueur, et l'autre, la seconde, contient les autres additifs balistiques
et notamment les catalyseurs de combustion. La teneur en agent anti-lueur dans la
première poudre est élevée, comprise entre 20 et 70 % en poids, et la proportion entre
la première et la seconde poudre dans la poudre à mouler est de l'ordre de 5/95.
[0012] Les propergols ainsi obtenus présentent des propriétés balistiques satisfaisantes.
[0013] Toutefois, ce procédé ne permet pas d'obtenir des propergols à coefficient de température
faible, et l'effet d'atténuation des lueurs de flamme ne se produit pas quand le propergol
est utilisé dans des conditions sévères de fonctionnement, notamment lorsque la tuyère
du propulseur n'est pas adaptée ou que des obstacles se trouvent dans le divergent
de celle-ci.
[0014] Par coefficient de température d'un propergol on entend le taux de variation de la
vitesse de combustion pour une élévation de température de 1°C. Cette valeur est
une des caractéristiques d'une composition propulsive. Ainsi, un propergol à faible
coefficient de température pourra être utilisé dans n'importe quelle condition de
température, sa vitesse de combustion restant sensiblement constante.
[0015] Par ailleurs, une tuyère est dite adaptée si sa forme et ses dimensions permettent
d'obtenir une pression des gaz de combustion en sortie de tuyère sensiblement égale
à la pression ambiante.
[0016] La présente invention a notamment pour but de proposer un procédé de fabrication
d'un propergol double-base ayant un coefficient de température faible et même négatif,
tout en ne présentant pas de lueur de flamme et en conservant un niveau de propriétés
balistiques semblable à celui des propergols équivalents ne contenant pas d'agents
anti-lueur.
[0017] A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication, par la méthode dite de
moulage, d'une composition propulsive double-base contenant des additifs balistiques
et consistant à mouler une poudre à mouler à base de nitrocellulose avec un solvent
de moulage à base d'une huile nitrée, dans lequel la poudre à mouler est constituée
par un mélange d'au moins deux poudres dont l'une, la première, contient des agents
anti-lueur, caractérisé en ce que ladite première poudre contient au plus 25 % en
poids d'agents anti-lueur, le rapport pondéral entre ladite première et ladite seconde
poudre dans la poudre à mouler étant compris entre 15/85 et 50/50.
[0018] De préférence, la première poudre comprend au minimum 5 % en poids d'agents anti-lueur,
avantageusement entre 5 et 20 % en poids.
[0019] Selon une autre caractéristique de l'invention, la première et ladite seconde poudre
contiennent également, comme additifs balistiques des catalyseurs de combustion.
[0020] Toutefois, les catalyseurs de combustion peuvent être contenues uniquement dans la
seconde poudre.
[0021] En outre, la seconde poudre précitée a un coefficient de température faible et de
préférence négatif.
[0022] Ainsi, l'utilisation d'une poudre non chargée en agents anti-lueur, appelée seconde
poudre, et d'une poudre chargée à un taux faible en agents anti-lueur appelée première
poudre, permet d'obtenir une composition propulsive ayant un coefficient de température
sensiblement voisin de celui de la seconde poudre.
[0023] En outre, le niveau de vitesse de combustion de la composition propulsive conforme
à l'invention est sensiblement égal à celui d'une composition équivalente ne contenant
pas d'agents anti-lueur.
[0024] De plus, l'effet anti-lueur est renforcé, car on n'observe plus de phénomène de postcombustion
lors de la combustion du propergol, même dans des conditions sévères de fonctionnement,
et notamment lors de la combustion avec une tuyère non adaptée, ou présentant des
obstacles dans son divergent.
[0025] Aussi bien la première que la seconde poudre, peuvent contenir d'autres additifs
balistiques, tels que des agents anti-instabilité, des agents énergétiques comme
des nitramines.
[0026] Par le terme additifs balistiques, on entend généralement tous les composés ajoutés
dans un propergol et influençant soit la combustion de celui-ci, ces additifs sont
appelés catalyseurs de combustion, soit la flamme ou les propriétés des gaz comme
les agents anti-instabilité, les agents énergétiques, les agents anti-lueurs, ces
additifs sont dits agents ne catalysant pas la combustion.
[0027] Les catalyseurs de combustion utilisés usuellement dans les propergols double-base
et déjà connus de l'homme du métier sont convenables pour l'invention. On peut citer,
à titre d'exemple, comme accélérateur de combustion, le noir d'acétylène, les sels
de plomb, les sels de cuivre tels que les oxydes de plomb, les oxydes de cuivre, les
salicylates, octoates, stéarates et résorcylates de plomb ou de cuivre.
[0028] On peut également utiliser des ralentisseurs de combustion tels que par exemple l'acétoisobutyrate
de saccharose (SAIB) ou l'octoacétate de saccharose (OAS).
[0029] Comme agents anti-lueur convenables pour l'invention, on peut citer, à titre d'exemple,
le sulfate de potassium, le nitrate de potassium, l'hydrogénotartrate de potassium
ou le fluorure d'aluminium et de potassium appelé également cryolithe. Cette liste
n'est pas limitative et est donnée uniquement à titre indicatif.
[0030] Par ailleurs, comme il est connu de l'homme du métier, la poudre à mouler, en d'autres
termes les première et/ou seconde poudres la constituant, contient également une huile
nitrée, la nitroglycérine étant l'huile la plus utilisée. Elle peut également contenir
un plastifiant tel que le dioctyle phtalate, par exemple.
[0031] Selon l'invention, la teneur pondérale en agent anti-lueur est, de préférence, inférieure
ou égale à 20 % dans la première poudre.
[0032] D'autres détails et caractéristiques seront mieux compris et illustrés au vu des
exemples non limitatifs donnés ci-dessous à titre indicatif uniquement.
[0033] On prépare plusieurs poudres A à L, selon un procédé classique, consistant à dissoudre
de la nitrocellulose déshydratée dans un solvant éther-alcool ou acétone-alcool. Puis
pendant la phase de malaxage, on ajoute un plastifiant, des additifs balistiques et
éventuellement une huile nitrée et un stabilisant. La pâte ainsi obtenue est alors
étirée, extrudée en forme de grains permettant un bon remplissage du moule, puis essorée
et éventuellement trempée, sèchée, et mélangeé.
[0034] Les compositions des différentes poudres préparées sont répertoriées dans le tableau
I ci-dessous.
- Nc : nitrocellulose contenant 12,6 % d'azote
- Ng : nitroglycérine
- DOP : dioctyle phtalate
- SAIB : acétoisobutyrate de saccharose
- 2-NDPA : 2 N-diphénylamine
- N.A. : noir d'acétylène
- Cent. : centralite
_ Cryo. : cryolithe de potassium à 1 % de DOP
- HK : Hydrogénotartrate de potassium
- Coef. : coefficient de température
[0035] On prépare plusieurs poudres à mouler par mélange de deux ou plusieurs des poudres
A à J ci-dessus, par exemple dans un drageoir pendant 15 minutes.
[0036] Chaque poudre à mouler ainsi obtenue est ensuite disposée dans un moule puis gélatinisée
avec un solvent de moulage de composition suivante :
le taux de remplissage, pour chaque composition préparée est de 60 %. Par taux de
remplissage on entend le rapport de la masse de poudre alimentée dans le moule à la
masse du propergol terminé.
[0037] La composition obtenue est ensuite soumise à un traitement thermique usuel.
[0038] Les compositions sont testées en tir au banc avec des tuyères désadaptées et contenant
un intercepteur de jet situé dans le plan de sortie. Dans le banc utilisé, l'intercepteur
de jet obture 30 % environ de l'aire de sortie du divergent de la tuyère.
[0039] Les compositions testées ont un potential de 3553 joules/g environ et brûlent à une
vitesse de combustion de 9 mm/s environ à une pression d'environ 8 MPa.
[0040] Les résultats obtenus pour chaque composition sont rassemblés dans le tableau II
ci-dessous. Les proportions de chaque poudre A à L dans la poudre à mouler sont données
en pourcentage pondéral. Les compositions des essais 1 à 4 sont obtenus avec le solvent
de moulage A, tandis que celles des essais 5 à 12, ont été obtenues avec le solvent
B.
[0041] Les essais 1,2,3 sont des essais comparatifs et correspondent au procédé décrit dans
le brevet américain n° 3960621. Les résultats montrent que le phénomène de postcombustion
n'est pas supprimé, même dans l'essai 3 dont la poudre à mouler a été obtenue avec
une proportion élevée de poudre (C) chargée avec un agent anti-lueur.
[0042] Dans tous les autres essais conformes à l'invention, le phénomène de postcombustion
ne se produit pas et on peut obtenir des compositions à coefficient de température
faible et même négatif (essais 8 à 12).
[0043] L'invention n'est pas limitée aux exemples. Ainsi, les teneurs en nitrocellulose,
nitroglycérine, plastifiant ou catalyseurs de combustion dans la poudre à mouler
ne sont pas critiques, il en est de même pour le taux de remplissage et la composition
du solvant de moulage.
1. Procédé de fabrication par la méthode de moulage, d'une composition propulsive
double-base contenant des additifs balistiques et consistant à mouler une poudre à
mouler à base de nitrocellulose avec un solvant de moulage à base d'une huile nitrée,
dans lequel la poudre à mouler est constituée par un mélange d'au moins deux poudres
dont l'une, la première, contient des agents anti-lueur, caractérisé en ce que ladite
première poudre contient au plus 25 % en poids d'agents anti-lueur, le rapport pondéral
entre ladite première poudre et ladite seconde poudre dans la poudre à mouler étant
compris entre 15/85 et 50/50.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration en agents
anti-lueur dans la première poudre précitée est au plus égale à 20 % en poids de ladite
première poudre.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration minimale
en agent anti-lueur dans ladite première poudre est de 5 % en poids.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première
et la seconde poudre précitées contiennent, comme additifs balistiques, des catalyseurs
de combustion.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde
poudre précitée contient comme additif balistique des catalyseurs de combustion.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les agents
anti-lueur sont choisis dans le groupe comprenant le sulfate de potassium, le nitrate
de potassium, le fluorure d'aluminium et de potassium ou l'hydrogénotartrate de potassium.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première
et la seconde poudre précitées contiennent une huile nitrée.
8. Composition propulsive double-base caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le
procédé selon l'une des revendications précédentes.