Dimensionnement des pièces de tuyères
Matériaux composites phénoliques ablatifs

Le dimensionnement des pièces de tuyère en composite phénolique doit permettre de prévoir leur comportement lors de l’utilisation, c’est-à-dire de la mise à feu jusqu’à l’extinction du propulseur, voire au delà, de façon à définir leur architecture (épaisseur des matériaux ablatifs et isolants, collages, dimensions des pièces métalliques, jeux, etc.).

C’est donc à partir de l’analyse approfondie des phénomènes intervenant lors de l’utilisation que le modèle de dimensionnement doit être conçu.

Considérons le matériau lors de son utilisation dans la tuyère en cours de tir.

À partir d’une certaine température dépendant de la matrice et de la vitesse de chauffe (en général entre 300 ˚C et 400 ˚C), le rigidimère se décompose avec production d’espèces gazeuses et formation d’un résidu poreux. Ce résidu est constitué des produits de pyrolyse de la matrice, principalement du carbone vitreux.

Pour un matériau subissant un échauffement en paroi, l’état actuel des connaissances permet de proposer une structuration du matériau en six zones décrites en se rapprochant de la surface échauffée :

• le matériau sain dit humide car contenant de l’eau de polycondensation non évacuée lors de la fabrication, à basse température ;

• la zone de désorption/évaporation de l’eau et autres produits ;

• le matériau sain asséché ;

• le matériau en cours de décomposition thermique, ou zone de pyrolyse de la matrice ;

• le matériau complètement dégradé ou cokéfié ;

• la zone d’oxydation c’est-à-dire la zone où le matériau cokéfié est en contact avec le flux et subit donc l’ablation thermochimique et l’érosion mécanique.

La figure 5 illustre cette structuration en précisant les phénomènes se produisant dans chaque zone.

Cette schématisation ne préjuge pas des épaisseurs relatives des différentes zones. En outre, les zones d’évaporation et de pyrolyse, ainsi que la zone cokéfiée progressent au cours du temps dans l’épaisseur du matériau.

De façon idéale, ces phénomènes doivent être pris en compte dans un bon modèle...