FR2518172A1 - Solid fuel ramjet - has propergol charge containing metal particles to produce reducing gas mixture - Google Patents

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Abstract

The solid fuel jet has a combustion chamber (1) fed with air and a gas generator (3) having a solid propergol (4) containing a reducing substance, an oxidiser and a metallic substance in the form of alloy particles. The particles form, by autopyrolysis, a gaseous reducing mixture containing the metallic particles. An injector (5) delivers the gaseous mixture containing solid particles to the combustion chamber. The injector is actuated to direct its discharge onto the solid mineral particles.

Description

Perfectionnements apportés aux statoréacteurs à générateur de gaz à propergol solide
L'invention est relative aux statoréacteurs à
générateur de gaz à propergol solide.Improvements to ramjet engines with solid propellant gas
The invention relates to ramjet engines
solid propellant gas generator.

On connait des statoréacteurs de ce type comportant, - une chambre de combustion alimentée en air, - un générateur de gaz abritant un propergol solide
contenant une substance réductrice, une substance
oxydante et un additif métallique combustible sous
forme de particules d'au moins un composé métallique,
ce propergol solide étant agencé, notamment en ce
qui concerne la proportion de ses constituants, de
manière à engendrer, par autopyrolyse, un mélange ga
zeux réducteur contenant des particules solides
minérales du susdit additif métalliqueg - et un dispositif injecteur pour délivrer le mélange
gazeux réducteur contenant les particules métalliques
d'additif dans la chambre de combustion.There are known ramjet engines of this type comprising, - a combustion chamber supplied with air, - a gas generator housing a solid propellant
containing a reducing substance, a substance
oxidant and a combustible metal additive under
form of particles of at least one metallic compound,
this solid propellant being arranged, in particular in that
which concerns the proportion of its constituents,
so as to generate, by autopyrolysis, a ga mixture
reducing particles containing solid particles
mineral from the above metallic additive g - and an injector device for delivering the mixture
reducing gas containing metallic particles
additive in the combustion chamber.

Dans un tel statoréacteur la présence d'additif métallique combustible dans le propergol solide permet d'améliorer l'impulsion spécifique volumique en raison des qualités énergetiques de l'additif métallique et de sa masse volumique élevée. In such a ramjet, the presence of combustible metallic additive in the solid propellant makes it possible to improve the specific volume impulse because of the energetic qualities of the metallic additive and its high density.

En particulier, on peut faire appel à un additif métallique sous forme de particules de bore dont les qualités énergétiques et la masse volumique élevée permettent une amélioration substantielle de l'impulsion spécifique volumique du statoréacteur. In particular, a metallic additive may be used in the form of boron particles, the energy qualities and the high density of which allow a substantial improvement in the specific volume pulse of the ramjet.

Cependant, on a constaté, au cours des différents essais, qu'un problème particulier se posait pour obtenir une combustion complète des particules solides minérales d'additif dans la chambre de combustion du statoréacteur. However, it has been observed, during the various tests, that a particular problem arises in obtaining complete combustion of the solid mineral particles of additive in the combustion chamber of the ramjet.

En effet, lors de l'autopyrolyse du propergol solide, les particules solides se recouvrent d'une fine couche d'oxyde liquide qui subsiste, en raison de la température relativement basse. Cette couche d'oxyde gêne la combustion des particules métalliques dans la chambre de combustion du statoréacteur et, panconsé- quent, limite le rendement de combustion dans cette chambre. Indeed, during the autopyrolysis of the solid propellant, the solid particles are covered with a thin layer of liquid oxide which remains, due to the relatively low temperature. This oxide layer interferes with the combustion of metallic particles in the combustion chamber of the ramjet and, consequently, limits the combustion efficiency in this chamber.

Pour remédier à cet inconvénient et, conformément à l'invention, le dispositif injecteur est agencé, notamment en ce qui concerne la direction du ou des jets qu'il émet, pour provoquer des chocs mécaniques sur les particules solides minérales d'additif.  To overcome this drawback and, in accordance with the invention, the injector device is arranged, in particular as regards the direction of the jet or jets that it emits, to cause mechanical shocks on the solid mineral particles of additive.

Grâce à ces chocs, on élimine la pellicule d'oxyde liquide qui s'était développé sur les susdites particules solides d'additif, ce qui permet d'initier plus rapidement leur combustion. Thanks to these shocks, the film of liquid oxide which had developed on the above-mentioned solid additive particles is eliminated, which makes it possible to initiate their combustion more quickly.

Par ailleurs, les chocs produits et l'effet bénéfique de recirculation aérodynamique engendré dans la chambre de combustion du statoréacteur permettent de raccourcir la partie stoechiométrique de combustion des particules.solides d'additif, ce qui influe favorablement sur les performances finales du statoréacteur. Furthermore, the shocks produced and the beneficial effect of aerodynamic recirculation generated in the combustion chamber of the ramjet make it possible to shorten the stoichiometric combustion part of the solid particles of additive, which has a favorable influence on the final performance of the ramjet.

Selon un mode de réalisation avantageux de l1in- vention, le dispositif injecteur comporte au moins une paire d'injecteurs, les injecteurs de chaque paire étant opposés l'un à l'autre, de sorte que les jets qu'ils délivrent soient coaxiaux et de vitesses opposées. According to an advantageous embodiment of the invention, the injector device comprises at least one pair of injectors, the injectors of each pair being opposite one another, so that the jets which they deliver are coaxial and of opposite speeds.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif injecteur comporte au moins un injecteur situé devant une surface d'impact, de sorte que le jet qu'il délivre vienne frapper la susdite surface d'impact
L'invention consiste, mises à part les dispositions dont il vient d'être question, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. According to another embodiment of the invention, the injector device comprises at least one injector located in front of an impact surface, so that the jet which it delivers comes to strike the above-mentioned impact surface
The invention consists, apart from the arrangements which have just been mentioned, in certain other arrangements which are preferably used at the same time and which will be more explicitly discussed below.

L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des modes de réalisation préférés de l'invention et ne comportent, bien entendu, aucun caractere limitatif. The invention may, in any case, be well understood with the aid of the additional description which follows as well as of the appended drawings, which supplement and drawings relate to preferred embodiments of the invention and do not include, of course, no limiting character.

La fig. 1, de ces dessins, est une coupe schématique partielle d'un statoréacteur établi conformément à l'invention. Fig. 1, of these drawings, is a partial schematic section of a ramjet engine established in accordance with the invention.

La fig. 2 est une coupe partielle, à plus grande échelle, montrant un premier mode de réalisation de ce statoréacteur. Fig. 2 is a partial section, on a larger scale, showing a first embodiment of this ramjet.

La fig. 3 est une coupe partielle, à plus grande échelle, montrant un autre mode de réalisation de l'invention. Fig. 3 is a partial section, on a larger scale, showing another embodiment of the invention.

Comme représenté sur les fig. 1 à 3, le statoréacteur comporte, - une chambre de combustion 1 alimentée en air par des
conduits 2, - un générateur de gaz 3 abritant un propergol solide 4
contenant une substance réductrice., une substance
oxydante et un additif métallique combustible sous
forme de particules d'au moins un composé métallique,
ce propergol solide 4 étant agencé, notamment en ce
qui concerne la proportion de ses constituants, de
manière à engendrer, par autopyrolyse, un mélange
gazeux-réducteur contenant des particules solides
minérales du susdit additif métallIque, - et un dispositif injecteur 5 pour délivrer le mélange
gazeux réducteur contenant les particules solides
minérales d'additif dans la chambre de combustion 1.As shown in fig. 1 to 3, the ramjet comprises, - a combustion chamber 1 supplied with air by
conduits 2, - a gas generator 3 housing a solid propellant 4
containing a reducing substance., a substance
oxidant and a combustible metal additive under
form of particles of at least one metallic compound,
this solid propellant 4 being arranged, in particular in that
which concerns the proportion of its constituents,
so as to generate, by autopyrolysis, a mixture
gaseous-reducing containing solid particles
mineral of the above metal additive, - and an injector device 5 for delivering the mixture
reducing gas containing solid particles
mineral additive in the combustion chamber 1.

Ce dispositif injecteur 5 est agencé, notamment en ce qui concerne la direction du ou des jets qu'il émet, pour provoquer des chocs mécaniques sur les particules métalliques additif.  This injector device 5 is arranged, in particular as regards the direction of the jet or jets that it emits, to cause mechanical shocks on the additive metal particles.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, illustré sur les fig. ï et 2, le dispositif injecteur 5 comporte deux paires d'injecteurs, injecteurs 6 et 7 pour la première paire, les injecteurs de l'autre paire, dont un seul est visible sur les fig. 1 et 2, étant désignés par les mêmes chiffres de référence mais affectés de l'indice "a' ; les injecteurs de chaque paire sont opposés l'un à l'autre, de sorte que les jets qu'ils délivrent sont coaxiaux et de vitesses opposées. According to a first embodiment of the invention, illustrated in FIGS. ï and 2, the injector device 5 comprises two pairs of injectors, injectors 6 and 7 for the first pair, the injectors of the other pair, only one of which is visible in FIGS. 1 and 2, being designated by the same reference numerals but assigned the index "a '; the injectors of each pair are opposite one another, so that the jets which they deliver are coaxial and of opposite speeds.

Chaque injecteur comporte avantageusement un canal 8 dont la longueur est suffisante pour procurer un effet de guidage du mélange gazeux réducteur contenant les particules métalliques d'additif (fig. 2). Each injector advantageously comprises a channel 8 the length of which is sufficient to provide a guiding effect on the reducing gas mixture containing the metallic particles of additive (FIG. 2).

Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur la fig. 3, le dispositif injecteur 5 comporte plusieurs injecteurs 9 régulièrement répartis et situés chacun devant une surface d'impact 10, de sorte que les jets délivrés viennent frapper les susdites surfaces d'impact. According to the embodiment of the invention illustrated in FIG. 3, the injector device 5 comprises several injectors 9 regularly distributed and each located in front of an impact surface 10, so that the jets delivered strike the above-mentioned impact surfaces.

Cette surface d'impact 10 peut être constituée par les écopes équipant les entrées d'air de la chambre de combustion 1 du statoréacteur. This impact surface 10 can be constituted by the scoops equipping the air inlets of the combustion chamber 1 of the ramjet.

Comme illustre sur les fig, 2 et 3, un dispositif d'allumage 11 peut entre prévu pour déclencher la pyrolysedu propergol solide 4. As illustrated in FIGS. 2 and 3, an ignition device 11 can between provided for triggering the pyrolysis of the solid propellant 4.

A titre d'exemple, on peut donner une composition du propergol solide 4 qui a été essayé avec succès avec un dispositif injecteur 5 établi conformément au mode de réalisation illustré sur les fig. 1 et 2. By way of example, a composition of the solid propellant 4 can be given which has been successfully tested with an injector device 5 established in accordance with the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2.

Cette composition est la suivante, les pourcentages étant des pourcentages en-masse - substance réductrice constituée par
du Polybutadiène... 20,24 % - substance oxydante constituée par
du Perchlorate d'ammonium, 30,33 % - additif métallique constitué par
- du Bore sous une granulométrie moyenne de 2 microns ...................... 35,07 %
- de l'Aluminium sous une granulométrie
moyenne de 5 microns ............. 4,60 %
- du Butyl-ferrocènE................ 5 %
- du Fluorure de lithAum,.,.,.,,..,,,,,.,, 4,76 %
Dans une telle composition de propergol solide, il convient de remarquer que l'aluminium forme des points chauds qui favorisent la combustion du bore.This composition is as follows, the percentages being percentages by mass - reducing substance consisting of
Polybutadiene ... 20.24% - oxidizing substance consisting of
ammonium perchlorate, 30.33% - metallic additive consisting of
- Boron with an average particle size of 2 microns ...................... 35.07%
- Aluminum under a particle size
average of 5 microns ............. 4.60%
- Butyl-ferrocene ................ 5%
- LithAum fluoride,.,.,. ,, .. ,,,,,. ,, 4.76%
In such a solid propellant composition, it should be noted that the aluminum forms hot spots which promote the combustion of boron.

Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont éte plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les va riantes.  As it goes without saying, and as already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more particularly envisaged; on the contrary, it embraces all of them.

Claims (4)

REVENDICATIONS minérales d'additif dans la chambre de combustion (1), caractérise par le fait que le dispositif injecteur (5) estagencé, notamment en ce qui concerne la direction du ou des jets qu'il émet, pour provoquer des chocs mécaniques sur les particules solides minérales d'additif,  mineral additive in the combustion chamber (1), characterized by the fact that the injector device (5) is arranged, in particular with regard to the direction of the jet or jets that it emits, to cause mechanical impacts on the particles mineral additive solids, lange gazeux réducteur contenant les particules solides reducing gas mixture containing the solid particles rales du susdit additif métallique, - et un dispositif injecteur (5) pour délivrer le mé rales of the above metal additive, - and an injector device (5) for delivering the mete zeux réducteur contenant des particules solides miné reducing zeux containing mined solid particles manière à engendrer, par autopyrolyse, un mélange ga so as to generate, by autopyrolysis, a ga mixture qui concerne la proportion de ses constituants, de which concerns the proportion of its constituents, ce propergol solide (4) étant agence, notamment en ce this solid propellant (4) being an agency, in particular in forme de particules d'au moins un composé métallique, form of particles of at least one metallic compound, oxydante et un additif métallique combustible sous oxidant and a combustible metal additive under (4) contenant une substance réductrice, une substance (4) containing a reducing substance, a substance 1 Statoréacteur à générateur de gaz à propergol solide comportant, - une chambre de combustion (1) alimentée en air, - un générateur de gaz (3) abritant un propergol solide 1 Statoreactor with solid propellant gas generator comprising, - a combustion chamber (1) supplied with air, - a gas generator (3) housing a solid propellant 2.- Statoréacteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif injecteur (5) comporte au moins une paire d'injecteurs (6,7), les injecteurs de chaque paire étant opposés l'un à l'autre, de sorte que les jets qu'ils délivrent soient coaxiaux et de vitesses opposées. 2. Statoreactor according to claim 1, characterized in that the injector device (5) comprises at least one pair of injectors (6,7), the injectors of each pair being opposite to each other, so that the jets they deliver are coaxial and of opposite speeds. 3.- Statoréacteur selon la revendication 1,carac térisé par le fait que le dispositif injecteur (5) comporte au moins un injecteur (9), situé en face d'une surface d'impact (10), de sorte que le jet qu'il délivre vienne frapper la susdite surface d'impact (10). 3. Statoreactor according to claim 1, charac terized in that the injector device (5) comprises at least one injector (9), located opposite an impact surface (10), so that the jet qu 'it delivers strikes the above impact surface (10). 4.- Statoréacteur selon la revendication 2,caractérisé par le fait que chaque injecteur (6 ou 7) comporte un canal (8) dont la longueur est suffisante pour procurer un effet de guidage du mélange gazeux réducteur contenant les particules métalliques.  4. Statoreactor according to claim 2, characterized in that each injector (6 or 7) has a channel (8) whose length is sufficient to provide a guiding effect of the reducing gas mixture containing the metal particles.
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