FR2995678A1 - Piece e.g. nozzle, for rocket engine, has fusible material layers placed on internal wall and forming temperature detection device, where melting temperature of fusible materials is less than and greater than specific temperature - Google Patents
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Abstract
Description
DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de détection de température, notamment, mais pas uniquement, dans le cadre d'essai de moteur de fusée.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method for temperature sensing, including, but not limited to, rocket motor testing.
L'invention concerne également des pièces, notamment, mais pas uniquement, des pièces de test, en particulier de pièces de test de moteur de fusée pour utilisation sur un banc d'essai, comportant un dispositif de détection de la température à laquelle ladite pièce a été soumise.The invention also relates to parts, including, but not limited to, test pieces, in particular rocket engine test pieces for use on a test bench, having a temperature sensing device to which said part has been submitted.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les procédés de détection/mesure de température classiques présentent l'inconvénient de devoir implanter physiquement au moins un capteur de manière intrusive. En effet, le montage d'un capteur sur une pièce nécessite généralement un usinage spécifique qui peut être compliqué, couteux et fragiliser ladite pièce. Pour éviter de placer un capteur, un autre procédé de mesure de température met en oeuvre des peintures thermosensibles déposées sur la paroi d'une pièce. A partir des changements d'états constatés de la peinture, on peut déterminer la température à laquelle a été soumise la paroi de la pièce. Néanmoins, un tel procédé présente l'inconvénient d'un post-traitement complexe nécessitant des logiciels d'analyses. Par ailleurs, l'analyse a posteriori peut être rendu délicate à cause de pollutions locales perturbant la mesure, voire à cause de la destruction de la peinture elle-même.STATE OF THE PRIOR ART Conventional temperature detection / measurement methods have the drawback of having to physically implant at least one sensor intrusively. Indeed, the mounting of a sensor on a part usually requires a specific machining that can be complicated, expensive and weaken said part. To avoid placing a sensor, another temperature measurement method uses heat-sensitive paints deposited on the wall of a room. From the observed changes of state of the painting, it is possible to determine the temperature to which the wall of the piece has been subjected. Nevertheless, such a method has the disadvantage of a complex post-processing requiring analysis software. In addition, the ex post analysis can be made difficult because of local pollution disturbing the measurement, or even because of the destruction of the painting itself.
Encore un autre procédé de mesure de la température consiste à utiliser des capteurs sans contact avec la pièce permettant de déterminer l'émissivité du matériau formant la paroi de la pièce, et par voie de conséquence de déterminer la température à laquelle est soumise ladite paroi. Ce procédé présente l'inconvénient que la paroi de la pièce doit être visible pendant qu'elle est soumise à un flux de chaleur, et impose de parfaitement connaitre l'énnissivité du matériau en fonction de la température. PRESENTATION DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de remédier au moins substantiellement aux inconvénients mentionnés ci-avant, et de proposer un procédé de détection de température simple et fiable, ainsi qu'une pièce comportant un dispositif de détection de température simple et fiable. Ce but est atteint grâce à un procédé de détection de température selon l'invention dans lequel on fournit une pièce comprenant une paroi, au moins une couche de matériau fusible étant disposée sur ladite paroi, ladite au moins une couche de matériau fusible formant un dispositif de détection de température, on soumet la paroi et la au moins une couche de matériau fusible à un flux de chaleur, et on vérifie si la au moins une couche de matériau fusible a fondu.Yet another method of measuring the temperature is to use sensors without contact with the room for determining the emissivity of the material forming the wall of the room, and consequently to determine the temperature at which said wall is subjected. This method has the disadvantage that the wall of the room must be visible while it is subjected to a heat flow, and requires to know the ennissivity of the material as a function of temperature. PRESENTATION OF THE INVENTION The object of the present invention is to remedy at least substantially the disadvantages mentioned above, and to propose a simple and reliable temperature detection method, as well as a part comprising a simple temperature detection device. and reliable. This object is achieved by means of a temperature detection method according to the invention in which a part comprising a wall is provided, at least one layer of fusible material being disposed on said wall, said at least one layer of fusible material forming a device. temperature detection, subjecting the wall and the at least one layer of fusible material to a heat flow, and checking whether the at least one layer of fusible material has melted.
On comprend donc que la première étape du procédé de détection de température est de fournir une pièce comprenant, sur une de ses parois dont on désire connaitre la température à laquelle elle est soumise dans certaines conditions d'utilisations, une couche de matériau fusible. Par le terme « couche » on entend un dépôt de forme et de dimension quelconque sur la paroi, en particulier, mais pas seulement, un dépôt ponctuel, ou sur une zone de surface très réduite (par exemple de l'ordre de quelques millimètres carrés - mm2). Lorsqu'il y a plusieurs couches, ces couches sont distinctes et sont disposées les unes à côtés des autres sur la paroi de la pièce, et pas en empilement les unes sur les autres. On comprend donc que toutes les couches sont en contact direct avec la paroi, et qu'elles ne se recouvrent pas. Bien entendu, le matériau de chacune des couches de matériaux fusibles est différent (ou distinct) du matériau de la paroi de la pièce, et le matériau de chacune des couches est différent (distinct) du matériau des autres couches.It is thus clear that the first step of the temperature detection method is to provide a part comprising, on one of its walls, the temperature to which it is subjected under certain conditions of use, a layer of fusible material. By the term "layer" is meant a deposition of any shape and dimension on the wall, in particular, but not only, a point deposit, or on a very small surface area (for example of the order of a few square millimeters - mm2). When there are several layers, these layers are distinct and are arranged next to each other on the wall of the room, and not stacked on top of each other. It is therefore understood that all the layers are in direct contact with the wall, and they do not overlap. Of course, the material of each of the fusible material layers is different (or distinct) from the material of the wall of the part, and the material of each of the layers is different (distinct) from the material of the other layers.
Par ailleurs, on comprend que le terme « fusible » pour caractériser le matériau de la couche de matériau déposée sur la paroi est employé relativement à la température de fusion de la paroi elle-même. En effet, au sens de l'invention une « couche de matériau fusible » est une couche de matériau dont la température de fusion est inférieure à la température de fusion de la paroi elle-même. Ainsi, lorsque la paroi de la pièce est soumise à un flux de chaleur seule la couche de matériau fusible est supposée pouvoir fondre. Dans la deuxième étape du procédé on expose la paroi de la pièce, et donc la ou les couches de matériaux fusibles, à un flux de 35 chaleur. Avantageusement, la température de fusion du matériau fusible est égale (à plus ou moins 10%) à une température seuil que le flux de chaleur est susceptible d'atteindre sur la paroi. Le flux de chaleur est par exemple un flux de chaleur auquel est soumise la pièce en utilisation normale, ou un flux de chaleur de test pour tester le comportement de la pièce dans des conditions de températures prédéterminées.Furthermore, it is understood that the term "fuse" to characterize the material of the layer of material deposited on the wall is used relative to the melting temperature of the wall itself. Indeed, within the meaning of the invention a "layer of fusible material" is a layer of material whose melting temperature is lower than the melting temperature of the wall itself. Thus, when the wall of the part is subjected to a heat flow only the layer of fusible material is supposed to melt. In the second step of the process, the wall of the room, and thus the layer or layers of fusible materials, is exposed to a heat flow. Advantageously, the melting temperature of the fusible material is equal (plus or minus 10%) to a threshold temperature that the heat flow is likely to reach on the wall. The heat flow is for example a heat flow which is subjected to the room in normal use, or a test heat flow to test the behavior of the room under predetermined temperature conditions.
Dans la troisième étape du procédé, on vérifie si la couche de matériau fusible a fondu. Si la couche de matériau fusible a fondu, on détermine que la température que la paroi a subie est supérieure ou égale à la température de fusion dudit matériau fusible. Dans le cas contraire, on détermine que la température que la paroi a subie est inférieure à la température de fusion dudit matériau fusible. Bien entendu, dans le cadre du procédé selon l'invention, la température de fusion est une caractéristique physique connue pour chaque matériau fusible utilisé. On peut ainsi déterminer de manière fiable un seuil de température maximum subie par la paroi par simple contrôle visuel. En particulier, lorsque la paroi de la pièce est difficilement accessible et n'est pas directement visible, l'utilisation d'un endoscope permet voir facilement la couche de matériau fusible, et de déterminer la température subie par la paroi à cet endroit. Avantageusement, la pièce comporte au moins deux couches distinctes de matériaux fusibles différents, la température de fusion de chaque matériau fusible étant différente. Chaque couche est formée d'un unique matériau fusible. On comprend donc que chaque couche de matériau fusible est constituée d'un matériau fusible différent du matériau fusible des autres couches de matériaux fusibles. On comprend également que le matériau fusible d'une couche présente une température de fusion différente de la température de fusion du matériau fusible de chacune des autres couches. Ainsi, puisque les températures de fusions sont différentes, on peut déterminer plus précisément un intervalle de température maximum subie par la paroi. Par exemple, dans le cas où la paroi comporte une première et une seconde couche de matériau fusible (la température de fusion du premier matériau fusible étant inférieure à la température de fusion du second matériau fusible), si la première couche de matériau fusible a fondu, et pas la seconde, on détermine que la température maximum subie par la paroi est comprise entre la température de fusion 2 9956 78 4 du matériau de la première couche et la température de fusion du matériau de la seconde couche. Avantageusement, on vérifie en outre si la au moins une couche de matériau fusible a été vaporisée après avoir soumis la paroi et 5 ladite au moins une couche de matériau fusible au flux de chaleur. Grâce à cette quatrième étape, qui consiste à vérifie si une couche de matériau fusible a été vaporisée (la température de vaporisation étant bien entendu supérieure à la température de fusion), on améliorer la précision du procédé de détection de température. Par 10 exemple, si la paroi comprend une seule couche de matériau fusible, on détermine que la température subie par la paroi est comprise entre la température de fusion et la température de vaporisation si ladite couche a uniquement fondue tandis qu'on détermine que la température subie par la paroi est supérieure à la température de vaporisation, si ladite couche a 15 été vaporisée. Avantageusement, le matériau fusible présente une température de vaporisation relativement proche de la température de fusion (i.e. la température de vaporisation est inférieure ou égal à deux fois la température de fusion). Par exemple, le zinc dont la température de fusion de 419°C (degrés Celsius) et la température de vaporisation de 20 906°C, forme un tel matériau fusible et présente l'avantage d'être courant, facile à usiner, et peu onéreux. Bien entendu, dans le cadre du procédé selon l'invention, la température de vaporisation est une caractéristique physique connue pour chaque matériau fusible utilisé. Avantageusement, l'oxyde du matériau fusible d'au moins une 25 couche de matériau fusible change de couleur en fonction de la température, et on vérifie en outre si ladite couche de matériau fusible a changé de couleur après avoir soumis la paroi et ladite au moins une couche de matériau fusible au flux de chaleur. On comprend donc que la paroi de la pièce comprend au moins 30 une couche de matériau fusible dont l'oxyde change de couleur en fonction de la température. Le fer est un exemple de matériau fusible dont la couleur de l'oxyde varie en fonction de la température. En utilisant un tel matériau fusible, et lorsqu'un phénomène d'oxydation a lieu lors de l'exposition de la paroi au flux de chaleur, l'étape 35 de vérification de la couleur de l'oxyde (cinquième étape), permet d'améliorer la précision du procédé de détection de température. Ainsi, si ladite couche de matériau fusible n'a pas fondu et qu'elle s'est oxydée, on détermine que la température subie par la paroi est supérieure à la température associée à la couleur de l'oxyde, et inférieure la température minimum parmi la température de fusion dudit matériaux fusible, la température de la couleur de l'oxyde associée à une température plus élevée, ou encore la température d'un autre matériau fusible qui n'aurait pas fondu (ladite température de fusion étant supérieure à la température associée à ladite couleur d'oxydation constatée). Bien entendu, dans le cadre du procédé selon l'invention, les variations de couleur de l'oxyde d'un matériau sont des caractéristiques physiques connues pour chaque matériau fusible utilisé à cette fin. Préférentiellement, la ou les couche(s) de matériau fusible dont l'oxyde change de couleur en fonction de la température est/sont également la(les) couche(s) de matériau fusible présentant la ou les plus haute(s) température(s) de fusion. Ceci permet de pouvoir exploiter au maximum la combinaison des indications de température données par la fonte des couches de matériaux fusibles et les indications données par la couleur de l'oxyde. Bien entendu l'ordre des troisième, quatrième et cinquième étapes est permutable. En d'autres termes on peut réaliser la quatrième étape ou la cinquième étape avant la troisième étape, on peut réaliser la cinquième étape avant la quatrième étape, et la troisième étape après la quatrième étape ou après la cinquième étape. L'invention concerne également une pièce comprenant une paroi sur laquelle au moins une couche de matériau fusible est disposée, ladite au moins une couche de matériau fusible formant un dispositif de détection de température. Conformément au procédé selon l'invention décrit ci-avant, en soumettant la paroi à un flux de chaleur, et en vérifiant si une ou plusieurs couche de matériau fusible a/ont fondu, on détermine la température seuil maximum à laquelle la paroi a été soumise. La au moins une couche de matériau fusible disposée sur la paroi forme ainsi un dispositif de détection de température. Le dispositif de détection de température indique donc la température subie par la pièce en fonction de la forme de la ladite couche. En effet, si la couche a fondu, sa forme a changé en tout ou partie, par exemple à cause de la gravité. Ainsi, la pièce selon l'invention permet de mettre en oeuvre le procédé de détection de température selon l'invention.In the third step of the method, it is checked whether the layer of fusible material has melted. If the layer of fusible material has melted, it is determined that the temperature that the wall has undergone is greater than or equal to the melting temperature of said fusible material. In the opposite case, it is determined that the temperature that the wall has undergone is less than the melting temperature of said fusible material. Of course, in the context of the process according to the invention, the melting temperature is a known physical characteristic for each fuse material used. It is thus possible to reliably determine a maximum temperature threshold experienced by the wall by simple visual control. In particular, when the wall of the room is difficult to access and is not directly visible, the use of an endoscope makes it easy to see the layer of fusible material, and to determine the temperature experienced by the wall at this location. Advantageously, the part comprises at least two distinct layers of different fusible materials, the melting temperature of each fuse material being different. Each layer is formed of a single fusible material. It is therefore understood that each layer of fusible material is made of a fusible material different from the fusible material of the other layers of fusible materials. It is also understood that the fusible material of a layer has a melting temperature different from the melting temperature of the fusible material of each of the other layers. Thus, since the melting temperatures are different, one can more accurately determine a maximum temperature range experienced by the wall. For example, in the case where the wall comprises a first and a second layer of fusible material (the melting temperature of the first fusible material being less than the melting temperature of the second fusible material), if the first layer of fusible material has melted and not the second, it is determined that the maximum temperature experienced by the wall is between the melting temperature of the material of the first layer and the melting temperature of the material of the second layer. Advantageously, it is furthermore checked whether the at least one layer of fusible material has been vaporized after having subjected the wall and said at least one layer of fusible material to the heat flow. With this fourth step, which consists in verifying whether a layer of fusible material has been vaporized (the vaporization temperature being of course greater than the melting temperature), the accuracy of the temperature detection method is improved. For example, if the wall comprises a single layer of fusible material, it is determined that the temperature experienced by the wall is between the melting temperature and the vaporization temperature if said layer has only melted while the temperature is determined the wall is greater than the vaporization temperature, if said layer has been vaporized. Advantageously, the fusible material has a vaporization temperature relatively close to the melting temperature (i.e. the vaporization temperature is less than or equal to twice the melting temperature). For example, zinc whose melting temperature of 419 ° C (degrees Celsius) and the vaporization temperature of 906 ° C, forms such a fuse material and has the advantage of being common, easy to machine, and little expensive. Of course, in the context of the process according to the invention, the vaporization temperature is a known physical characteristic for each fuse material used. Advantageously, the oxide of the fusible material of at least one layer of fusible material changes color as a function of temperature, and it is furthermore verified whether said layer of fusible material has changed color after having subjected the wall and said least one layer of material fusible to the heat flow. It will therefore be understood that the wall of the part comprises at least one layer of fusible material whose oxide changes color as a function of temperature. Iron is an example of a fuse material whose color varies with temperature. By using such a fuse material, and when an oxidation event occurs upon exposure of the wall to the heat flux, the step of checking the color of the oxide (fifth step), allows to improve the accuracy of the temperature detection process. Thus, if said layer of fusible material has not melted and has been oxidized, it is determined that the temperature experienced by the wall is greater than the temperature associated with the oxide color, and below the minimum temperature. among the melting temperature of said fusible material, the temperature of the color of the oxide associated with a higher temperature, or the temperature of another fusible material which has not melted (said melting temperature being higher than the temperature associated with said oxidation color found). Of course, in the context of the process according to the invention, the color variations of the oxide of a material are known physical characteristics for each fuse material used for this purpose. Preferably, the layer (s) of fusible material whose oxide changes color as a function of temperature is also the layer (s) of fusible material having the highest temperature (s) ( s) of merger. This makes it possible to make the most of the combination of the temperature indications given by the melting of the layers of fusible materials and the indications given by the color of the oxide. Of course the order of the third, fourth and fifth steps is switchable. In other words, it is possible to carry out the fourth step or the fifth step before the third step, the fifth step can be carried out before the fourth step, and the third step after the fourth step or after the fifth step. The invention also relates to a part comprising a wall on which at least one layer of fusible material is disposed, said at least one layer of fusible material forming a temperature detection device. According to the process according to the invention described above, by subjecting the wall to a heat flux, and by checking whether one or more layers of fusible material have melted, the maximum threshold temperature at which the wall has been submitted. The at least one layer of fusible material disposed on the wall thus forms a temperature detection device. The temperature detection device therefore indicates the temperature experienced by the part as a function of the shape of said layer. Indeed, if the layer has melted, its shape has changed in all or part, for example because of gravity. Thus, the part according to the invention makes it possible to implement the temperature detection method according to the invention.
Cette pièce peut être une pièce de test ou une pièce destinée à l'exploitation, ce qui permet de déterminer la température subie par la paroi soit dans le cadre d'essais soit dans le cadre d'une utilisation normale de la pièce.This part can be a test piece or a part intended for the exploitation, which makes it possible to determine the temperature undergone by the wall either within the framework of tests or within the framework of a normal use of the part.
Avantageusement, chaque couche de matériau fusible présente une épaisseur comprise entre 0.05 mm (millimètre) et 0.020 mm et s'étend sur une surface comprise entre 1.00 mm2 (millimètre carré) et 3.00 mm2. Une couche de matériau fusible présentant de telles dimensions présente l'avantage de ne pas perturber la diffusion du flux de chaleur sur la paroi tout en présentant une inertie thermique adéquate pour être sensible aux variations rapides de température. Par exemple, la température varie sur des temps de l'ordre de 0.1 s (seconde) à 1.0 s. L'inertie thermique des couches de matériaux fusibles est donc préférentiellement configurée pour détecter des transitoires de température inférieurs à 1.0 s, mais supérieur à 0.1 s. Pour adapter la couche de matériau fusible à ces transitoires, la masse de matériau fusible (pour une surface de couche donnée, on déduit l'épaisseur de la couche de matériau fusible à partir de la masse calculée), ou la surface de la couche (pour une masse donnée et donc une épaisseur de couche donnée), est par exemple calculée à partir de la relation suivante : Mmf x Cpmf x dTmf/dt = h x Smf x (Tà mesurer Tfusion) F (1) où Mmf représente la masse du matériau fusible (en Kg), Cpmf représente la capacité calorifique du matériau fusible (en W/Mol/K), dT/dt représente la variation de température que l'on souhaite détecter dans la couche de matériau fusible sur une durée de transitoire donnée, i.e. différence entre la température de fusion Tfusion et la température T à un instant t, soit Tfusion-T divisé par la durée donnée (en K/s), h représente le coefficient d'échange convectif du matériau fusible (W/m2/K), Smf représente la surface de la couche de matériau fusible (en m2), Tà mesurer représente la température ambiante que l'on veut détecter et Tfusion représente la température de fusion du matériau fusible (en K), et F représente l'énergie rayonnée par la source de chaleur (en W) à laquelle est soumise la couche de matériau fusible.Advantageously, each layer of fusible material has a thickness of between 0.05 mm (mm) and 0.020 mm and extends over an area of between 1.00 mm 2 (square millimeter) and 3.00 mm 2. A fuse material layer having such dimensions has the advantage of not disturbing the diffusion of the heat flux on the wall while having a thermal inertia adequate to be sensitive to rapid temperature changes. For example, the temperature varies over times of the order of 0.1 s (seconds) to 1.0 s. The thermal inertia of the fusible material layers is therefore preferably configured to detect temperature transients less than 1.0 s, but greater than 0.1 s. To adapt the layer of fusible material to these transients, the mass of fusible material (for a given layer surface, the thickness of the layer of fusible material is deduced from the calculated mass), or the surface of the layer ( for a given mass and thus a given layer thickness), is for example calculated from the following relation: Mmf x Cpmf x dTmf / dt = hx Smf x (Tm measure Tfusion) F (1) where Mmf represents the mass of fuse material (in Kg), Cpmf represents the heat capacity of the fuse material (in W / Mol / K), dT / dt represents the temperature variation that it is desired to detect in the fuse material layer over a given transient period , ie the difference between the melting temperature Tfusion and the temperature T at a time t, that is T-fusion divided by the given duration (in K / s), h represents the convective heat exchange coefficient of the fusible material (W / m2 / K), Smf represents the surface of the fuse material (in m2), T to measure represents the ambient temperature that we want to detect and Tfusion represents the melting temperature of the fuse material (in K), and F represents the energy radiated by the heat source (in W) to which the layer of fusible material is subjected.
Cette équation (1) met en relation la capacité d'une masse de matériau à absorber de la chaleur en fonction de la surface de ce matériau exposée à la chaleur ambiante. Avantageusement, la pièce comprend au moins deux couches distinctes de matériaux fusibles différents, la température de fusion de chaque matériau fusible étant différente. Avantageusement, au moins un matériau fusible présente une température de fusion inférieure à 1000°C et voisine de 1000°C, tandis qu'au moins un autre matériau fusible présente une température de fusion 10 supérieure à 1000°C et voisine de 1000°C. Par « température voisine » on entend une température comprise dans un intervalle de plus ou moins 10% autour de la température de référence, ici 1000°C. Par exemple, l'argent (température de fusion 960°C) et l'or (température de fusion 1063°C) forment de tels 15 matériaux. On détermine ainsi aisément si la température subie par la paroi est restée bien inférieure à 1000°C (aucune des deux couches fondue), voisine de 1000°C (une seule couche fondue) ou supérieure à 1000°C (deux couches fondues). Une température de 1000°C représente un seuil stratégique 20 pour les pièces fabriquée en tout ou partie à base de nickel (les caractéristiques mécaniques d'une pièce à base de nickel changent à partir d'une telle température). Ce type de pièce est fréquemment rencontré parmi les pièces chaudes de moteur de fusée. Il est donc intéressant de détecter si ce type de pièce est soumis à des températures critiques 25 supérieures à 1000°C ou pas. Avantageusement, au moins un matériau présente une température de fusion comprise entre 400°C et 500°C. Le zinc (température de fusion 419°) est un exemple d'un tel matériau. De la même manière que le seuil de 1000°C représente un seuil 30 critique pour les pièces fabriquée en tout ou partie à base de nickel, une température comprise entre 400°C et 500°C représente un seuil critique pour des pièces fabriquées en tout ou partie à base de cuivre (les caractéristiques mécaniques d'une pièce en cuivre changent à partir d'une telle température). Ce type de pièce en cuivre est également fréquent 35 parmi les pièces chaudes de moteur de fusée. Il est donc intéressant de détecter un tel seuil de température. On comprend donc que la pièce peut comporter uniquement une couche de matériau fusible dont la température de fusion est comprise entre 400°C et 500°C, ou une couche de matériau fusible dont la température de fusion est comprise entre 400°C et 500°C et une ou plusieurs autres couches distinctes de matériaux fusibles, par exemple une couche de matériau fusible dont la température de fusion est inférieure à et voisine de 1000°C, et/ou une couche de matériau fusible dont la température de fusion est supérieure à et voisine de 1000°C. Avantageusement, le ou les matériaux fusibles présentent une 10 température de fusion comprise entre 150°C et 3500°C. Cet intervalle de température est suffisamment large pour que le dispositif de détection de température formé par la au moins une couche de matériau fusible puisse détecter une large gamme de température. Cet intervalle de température est particulièrement bien 15 adapté pour détecter la majorité des températures critiques rencontrées dans un moteur de fusée, notamment dans l'environnement des pièces chaudes de moteur de fusée, où la température dans la zone de combustion avoisine les 3300°C et décroît au fur et à mesure qu'on s'en éloigne. 20 Avantageusement, la pièce comprend plus de deux couches distinctes de matériaux fusibles différents, les couches étant disposées les unes à côtés des autres, l'ensemble des couches étant disposé en formant une forme géométrique prédéterminée, les couches étant ordonnées relativement les unes aux autres au sein de la forme géométrique par 25 ordre croissant ou décroissant de leur température de fusion. On comprend que les différentes couches sont disposées les unes à côtés des autres de manière à ce que l'ensemble forme une forme géométrique, par exemple une ligne, un triangle, un cercle, ou autre. En outre, les couches étant disposées au sein de la forme géométrique par 30 ordre croissant ou décroissant de leur température de fusion, la détermination de la température maximum subie par la paroi est facilitée. En effet, les couches de matériaux fusibles étant ordonnées en fonction de leur température de fusion, on sait immédiatement, en fonction des couches qui ont fondu, quelle est la température maximum subie par la 35 paroi. Par exemple, si il y a quatre couches de matériaux fusibles ordonnées en ligne, et que seules les deux premières couches ont fondu, à la vue de l'ensemble des couches, on sait immédiatement que la température subie par la paroi est comprise entre la température de fusion de la deuxième couche et la température de fusion de la troisième couche.This equation (1) relates the ability of a mass of material to absorb heat as a function of the surface of the material exposed to ambient heat. Advantageously, the part comprises at least two distinct layers of different fusible materials, the melting temperature of each fuse material being different. Advantageously, at least one fusible material has a melting point of less than 1000 ° C. and close to 1000 ° C., while at least one other fusible material has a melting temperature greater than 1000 ° C. and close to 1000 ° C. . By "neighboring temperature" is meant a temperature within a range of plus or minus 10% around the reference temperature, in this case 1000 ° C. For example, silver (melt temperature 960 ° C) and gold (melt temperature 1063 ° C) form such materials. It is thus easily determined whether the temperature undergone by the wall remained well below 1000 ° C. (none of the two melted layers), close to 1000 ° C. (a single melted layer) or greater than 1000 ° C. (two melted layers). A temperature of 1000 ° C represents a strategic threshold 20 for parts made entirely or partly nickel-based (the mechanical characteristics of a nickel-based part change from such a temperature). This type of part is frequently encountered among hot rocket engine parts. It is therefore interesting to detect whether this type of part is subjected to critical temperatures greater than 1000 ° C. or not. Advantageously, at least one material has a melting temperature of between 400 ° C. and 500 ° C. Zinc (melting temperature 419 °) is an example of such a material. In the same way that the threshold of 1000 ° C represents a critical threshold for parts made wholly or partly of nickel, a temperature between 400 ° C and 500 ° C represents a critical threshold for parts manufactured in any or copper-based part (the mechanical characteristics of a copper part change from such a temperature). This type of copper piece is also common among hot rocket engine parts. It is therefore interesting to detect such a temperature threshold. It is thus clear that the part may comprise only a layer of fusible material whose melting temperature is between 400 ° C. and 500 ° C., or a layer of fusible material whose melting point is between 400 ° C. and 500 ° C. C and one or more other distinct layers of fusible materials, for example a layer of fusible material whose melting point is less than and close to 1000 ° C., and / or a layer of fusible material whose melting point is greater than and close to 1000 ° C. Advantageously, the fusible material or materials have a melting point of between 150 ° C. and 3500 ° C. This temperature range is large enough that the temperature sensing device formed by the at least one layer of fusible material can detect a wide temperature range. This temperature range is particularly well adapted to detect the majority of the critical temperatures encountered in a rocket engine, especially in the environment of hot rocket engine parts, where the temperature in the combustion zone is around 3300 ° C and decreases as one moves away from it. Advantageously, the part comprises more than two distinct layers of different fusible materials, the layers being arranged next to one another, the set of layers being arranged forming a predetermined geometrical shape, the layers being arranged relative to each other within the geometric form in ascending or descending order of their melting temperature. It is understood that the different layers are arranged next to each other so that the assembly forms a geometric shape, for example a line, a triangle, a circle, or other. In addition, since the layers are arranged within the geometrical shape in ascending or descending order of their melting temperature, the determination of the maximum temperature experienced by the wall is facilitated. Indeed, since the layers of fusible materials are ordered according to their melting temperature, it is immediately known, as a function of the layers that have melted, what is the maximum temperature experienced by the wall. For example, if there are four layers of fusible materials ordered in line, and only the first two layers have melted, at the sight of all layers, it is immediately known that the temperature experienced by the wall is between melting temperature of the second layer and the melting temperature of the third layer.
Avantageusement, une des couches de matériaux fusibles présente une forme particulière au sein de la forme géométrique de manière à former un détrompeur. Préférentiellement, la couche de matériau fusible présentant la température de fusion la plus élevée est de forme particulière.Advantageously, one of the fusible material layers has a particular shape within the geometrical shape so as to form a polarizer. Preferably, the layer of fusible material having the highest melting temperature is of particular shape.
On comprend qu'une couche formant un détrompeur facilite encore la lecture et la détermination de la température au sein de la forme géométrique. On détermine ainsi plus facilement où est la couche de matériau dont la température de fusion est la plus haute ou la plus basse au sein de la forme géométrique. De préférence, la forme de chaque couche de matériau fusible est similaire, par exemple en forme de disque, tandis que la forme de la couche dont la température de fusion est la plus élevée présente une forme différente, par exemple une forme de rectangle. Avantageusement, l'oxyde du matériau fusible d'au moins une 20 couche de matériau fusible change de couleur en fonction de la température. Le fer est un exemple d'un tel matériau. Dans le cas de mesure de température dans un milieu oxydant, ladite couche de matériau fusible va naturellement s'oxyder. En effet, il se crée une couche d'oxydation (par 25 exemple de l'oxyde de fer sur du fer et plus particulièrement sur des aciers faiblement ou fortement alliés,) plus ou moins épaisse en fonction de la température atteinte mais également en fonction du temps d'exposition. La diffraction de la lumière sur cette couche d'oxyde donne un rendu de couleur qui évolue et que l'on peut associer à une échelle de 30 température atteinte en fonction de l'exposition. On rappelle que les réactions d'oxydation dépendent principalement de la nature de milieu et du temps d'exposition, les autres paramètres ayant une influence moindre. Préférentiellement, au moins un matériau fusible est un métal. Avantageusement, tous les matériaux fusibles sont des métaux. 35 On comprend donc qu'au moins une couche de matériau fusible est en métal. Une couche de matériau fusible métallique est particulièrement adaptée aux pièces chaudes de moteur de fusée. Par ailleurs, lorsque la paroi de la pièce est en métal, une couche de métallique présente des liaisons de cohésions fortes et sont faciles à réaliser. On s'assure donc que le dispositif de détection de température est robuste (i.e. difficile à retirer, résistant aux chocs et éraflures). Avantageusement, au moins un métal formant une couche de matériau fusible est choisi parmi les métaux suivants : étain, plomb, zinc, magnésium, argent, or, cuivre, fer, platine, tantale, tungstène. Les températures de fusion de ces matériaux sont rappelées dans le tableau 1 ci-dessous. Matériau Température de fusion (en °C) Etain 232 Plomb 327 Zinc 419 Magnésium 657 Argent 960 Or 1063 Cuivre 1083 Fer 1560 Platine 1769 Tantale 3000 Tungstène 3410 Tableau 1 Au comprend que la au moins une couche de matériau fusible métallique est en métal choisi parmi cette liste de métaux. Avantageusement, lorsque tous les matériaux fusibles sont métalliques, ils sont choisis dans cette liste de métaux et/ou dans des alliages de ces métaux. Ces métaux présentent des températures de fusion qui s'étendent sur une large gamme de température, et permettent ainsi de procéder à des mesures sur une large gamme de température. Par ailleurs, ces métaux sont courants et faciles à mettre en oeuvre. En outre, ces matériaux peuvent être déposés par électrolyse sur une paroi métallique, les liaisons entre les couches de matériaux fusibles et la paroi, de type électronique, étant ainsi forte et garantissant une bonne cohésion entre chaque couche et la paroi. 2 9956 78 11 Avantageusement, la pièce forme une pièce chaude d'un moteur fusée telle qu'un injecteur, une lèvre d'injecteur, une chambre de combustion ou une tuyère. La température maximum subie par les pièces chaudes d'un 5 moteur de fusée est un paramètre à prendre en considération lors de la conception (par exemple dans le cadre d'essais sur une pièce de test) ou lors de l'utilisation normale (par exemple dans le cadre de maintenance). Bien entendu, toutes les variantes de la pièce selon l'invention peuvent être utilisées pour la mise en oeuvre du procédé de détection de 10 température selon l'invention, et toutes les variantes mentionnées dans le cadre du procédé selon l'invention sont transposables à la pièce selon l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture 15 de la description détaillée faite ci-après d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. Cette description fait référence aux figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente une pièce chaude selon l'invention, - la figure 2 représente la pièce chaude de la figure 1 dont la 20 paroi interne est soumise à un flux de chaleur, et - la figure 3 représente la pièce chaude de la figure 2 après avoir été soumise au flux de chaleur. DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION La figure 1 représente une pièce chaude de moteur de fusée, et plus particulièrement une tuyère 10 de moteur de fusée. La paroi interne 10A de la tuyère 10 comprend huit couches distinctes de matériaux fusibles différents 20A à 20G formant un dispositif de détection de température 12. Les couches de matériaux fusibles sont disposées les unes à côté des autres, l'ensemble des couches formant un cercle O. Dans cet exemple le cercle à un diamètre D d'environ 5 mm. Les sept premières couches 20A à 20G ont une forme similaire de disque tandis que la dernière couche 20H présente une forme de rectangle. La couche 20H forme ainsi un détrompeur.It is understood that a polarizing layer further facilitates the reading and the determination of the temperature within the geometric shape. It is thus easier to determine where is the layer of material whose melting temperature is the highest or the lowest within the geometrical shape. Preferably, the shape of each layer of fusible material is similar, for example disk-shaped, while the shape of the layer whose melting temperature is the highest has a different shape, for example a rectangle shape. Advantageously, the oxide of the fusible material of at least one layer of fusible material changes color as a function of temperature. Iron is an example of such a material. In the case of temperature measurement in an oxidizing medium, said layer of fusible material will naturally oxidize. Indeed, an oxidation layer is created (for example iron oxide on iron and more particularly on weakly or strongly alloyed steels), more or less thick depending on the temperature reached but also depending exposure time. Diffraction of the light on this oxide layer gives a color rendering that evolves and that can be associated with a temperature scale reached depending on the exposure. It is recalled that the oxidation reactions mainly depend on the nature of the medium and the exposure time, the other parameters having a lesser influence. Preferably, at least one fusible material is a metal. Advantageously, all the fusible materials are metals. It will therefore be understood that at least one layer of fusible material is made of metal. A layer of metal fuse material is particularly suitable for hot rocket engine parts. On the other hand, when the wall of the piece is made of metal, a metal layer has strong cohesion bonds and are easy to make. This ensures that the temperature sensing device is robust (i.e. difficult to remove, resistant to shocks and scratches). Advantageously, at least one metal forming a layer of fusible material is selected from the following metals: tin, lead, zinc, magnesium, silver, gold, copper, iron, platinum, tantalum, tungsten. The melting temperatures of these materials are recalled in Table 1 below. Material Melting temperature (in ° C) Tin 232 Lead 327 Zinc 419 Magnesium 657 Silver 960 Gold 1063 Copper 1083 Iron 1560 Platinum 1769 Tantalum 3000 Tungsten 3410 Table 1 To understands that the at least one layer of metal fusible material is metal selected from this list of metals. Advantageously, when all the fusible materials are metallic, they are chosen from this list of metals and / or alloys of these metals. These metals have melting temperatures that extend over a wide temperature range, and thus make it possible to measure over a wide temperature range. Moreover, these metals are common and easy to implement. In addition, these materials can be deposited by electrolysis on a metal wall, the bonds between the fuse material layers and the wall, electronic type, thus being strong and ensuring good cohesion between each layer and the wall. Advantageously, the part forms a hot part of a rocket motor such as an injector, an injector lip, a combustion chamber or a nozzle. The maximum temperature experienced by the hot parts of a rocket motor is a parameter to be taken into account during the design (for example in the context of tests on a test piece) or during normal use (by example in the maintenance frame). Of course, all the variants of the part according to the invention can be used for the implementation of the temperature detection method according to the invention, and all the variants mentioned in the context of the method according to the invention can be transposed to the part according to the invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description given below of an embodiment of the invention given by way of non-limiting example. This description refers to the appended figures, in which: FIG. 1 represents a hot part according to the invention; FIG. 2 represents the hot part of FIG. 1, the internal wall of which is subjected to a heat flux, and - Figure 3 shows the hot part of Figure 2 after being subjected to the heat flow. DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS FIG. 1 shows a hot rocket engine part, and more particularly a rocket engine nozzle 10. The internal wall 10A of the nozzle 10 comprises eight distinct layers of different fusible materials 20A to 20G forming a temperature sensing device 12. The layers of fusible materials are arranged next to one another, all the layers forming a circle O. In this example the circle has a diameter D of about 5 mm. The first seven layers 20A to 20G have a similar disk shape while the last layer 20H has a rectangle shape. The layer 20H thus forms a key.
Par ailleurs, les couches 20A à 20G sont ordonnées au sein du cercle par ordre croissant de température de fusion (TF). En effet, la première couche 20A est en étain (TF=232°C), la deuxième couche 20B est en plomb (TF=327°C), la troisième couche 20C est en zinc (TF=419°C), la quatrième couche 20D est en magnésium (TF=657°C), la cinquième couche 20E est en argent (TF=960°C), la sixième couche 20F est en or (TF=1063°C), la septième couche 20G est en cuivre (TF=1083°C), et la huitième couche 20H est en fer (TF=1560°C). Par ailleurs, la huitième couche 20H en fer qui présente la plus haute température de fusion est la couche qui forme le détrompeur ainsi que la couche de matériau fusible dont l'oxyde change de couleur en fonction de la température. Par exemple les différentes couleurs de l'oxyde d'un matériau en base fer (acier) correspondent aux températures suivantes : Couleur Température (en °C) Jaune pâle 215 Jaune paille 230 Jaune orange 255 Jaune rouge 265 Pourpre 280 Bleu foncé 290 Gris bleu 315 Tableau 2 La figure 1 représente une pièce telle que fournie dans la première étape du procédé selon l'invention. Dans la figure 2 les lignes discontinue ondulées C représentent un flux de chaleur. La figure 2 représente la deuxième étape du procédé selon l'invention au cours de laquelle on soumet la paroi de la pièce, ici la paroi interne 10A du la tuyère 10, et les couches de matériaux fusibles 20A à 20H à un flux de chaleur C. La figure 3 représente la tuyère 10 après que sa paroi interne 10A et les couches de matériaux fusibles 20A à 20H aient été soumises au flux de chaleur C représenté sur la figure 2.Moreover, the layers 20A to 20G are ordered within the circle in increasing order of melting temperature (TF). Indeed, the first layer 20A is tin (TF = 232 ° C), the second layer 20B is lead (TF = 327 ° C), the third layer 20C is zinc (TF = 419 ° C), the fourth layer 20D is magnesium (TF = 657 ° C), the fifth layer 20E is silver (TF = 960 ° C), the sixth layer 20F is gold (TF = 1063 ° C), the seventh layer 20G is copper (TF = 1083 ° C), and the eighth layer 20H is iron (TF = 1560 ° C). Furthermore, the eighth iron layer 20H which has the highest melting temperature is the layer which forms the polarizer and the layer of fusible material whose oxide changes color depending on the temperature. For example, the different colors of the oxide of an iron base material (steel) correspond to the following temperatures: Color Temperature (in ° C) Pale yellow 215 Straw yellow 230 Yellow orange 255 Yellow red 265 Purple 280 Dark blue 290 Blue gray Table 2 Figure 1 shows a part as provided in the first step of the process according to the invention. In Figure 2 the wavy broken lines C represent a heat flow. FIG. 2 represents the second step of the method according to the invention during which the wall of the part, here the inner wall 10A of the nozzle 10, and the layers of fusible materials 20A to 20H are subjected to a heat flow C Fig. 3 shows the nozzle 10 after its inner wall 10A and the fusible material layers 20A-20H have been subjected to the heat flow C shown in Fig. 2.
Les lignes en traits discontinus des couches 20A, 20B et 20D symbolisent que le matériau de ces couches a fondu. Le hachurage de la couche 20C symbolise que le matériau de cette couche a été vaporisé. Les lignes en traits continus de la couche 20H symbolisent qu'une couche d'oxyde s'est formée et que cet oxyde a pris une couleur spécifique. La couche 20H forme un détrompeur présentant la plus haute température de fusion. On sait donc que la couche 20A est la couche qui présente la plus petite température de fusion et que la température de fusion d'une couche à la suivante augmente parmi les couches 20A à 20H de la figure 3, prise dans le sens horaire à partir de la couche 20A. Ainsi, à la vue des couches fondues 20A, 20B, et 20D, on détermine que la température à laquelle a été soumise la paroi 10A est comprise entre la température de fusion de la couche 20D et la température de fusion de la couche 20E, soit une température comprise entre 657°C et 960°C. Cette vérification correspond à la troisième étape du procédé selon l'invention. Ensuite en voyant que la couche 20C en zinc a été vaporisée, on sait que la température subie par la paroi 10A est supérieure à la 15 température de vaporisation du zinc, soit 906°C. Cette étape correspond à une quatrième étape du procédé selon l'invention. En combinant les résultats de la troisième et de la quatrième étape, on détermine que la température à laquelle a été soumise la paroi 10A est comprise entre 906°C et 960°C.The dashed lines of layers 20A, 20B and 20D symbolize that the material of these layers has melted. The hatching of the layer 20C symbolizes that the material of this layer has been vaporized. The dashed lines of the 20H layer symbolize that an oxide layer has formed and that this oxide has taken on a specific color. The layer 20H forms a polarizer having the highest melting temperature. It is therefore known that the layer 20A is the layer that has the lowest melting temperature and that the melting temperature from one layer to the next increases among the layers 20A to 20H of FIG. 3, taken clockwise from of the layer 20A. Thus, in view of the melted layers 20A, 20B, and 20D, it is determined that the temperature at which the wall 10A has been subjected is between the melting temperature of the layer 20D and the melting temperature of the layer 20E. a temperature of between 657 ° C and 960 ° C. This verification corresponds to the third step of the method according to the invention. Then, seeing that the zinc layer 20C has been vaporized, it is known that the temperature experienced by the wall 10A is greater than the vaporization temperature of the zinc, ie 906 ° C. This step corresponds to a fourth step of the process according to the invention. By combining the results of the third and fourth steps, it is determined that the temperature at which the wall 10A was subjected is between 906 ° C and 960 ° C.
20 Enfin, en voyant la couleur gris bleu de la couche d'oxyde formée sur la couche 20H en fer, on sait que la température subie par la paroi est supérieure à 315°C. Dans ce cas de figure cette information complémentaire ne permet pas de réduire l'intervalle d'estimation de la température subie par la paroi 10A. Cette étape de vérification de couleur 25 correspond à la cinquième étape du procédé selon l'invention. Selon un autre exemple (non représenté), seule la première couche 20A a fondu. On déduit donc que la température à laquelle a été soumise la paroi 10 est comprise entre 232°C (température de fusion de la couche 20A) et 327°C (température de fusion de la couche 20B).Finally, by seeing the blue-gray color of the oxide layer formed on the iron 20H layer, it is known that the temperature experienced by the wall is greater than 315 ° C. In this case, this additional information does not make it possible to reduce the temperature estimation interval experienced by the wall 10A. This color verification step corresponds to the fifth step of the process according to the invention. According to another example (not shown), only the first layer 20A has melted. It is therefore deduced that the temperature at which the wall 10 has been subjected is between 232 ° C. (melting temperature of the layer 20A) and 327 ° C. (melting point of the layer 20B).
30 Par ailleurs, dans cet un autre exemple, à la vue de la couleur pourpre de la couche 20H en fer, on déduit que la température à laquelle a été soumise la paroi 10A est supérieure à 280°C (température associée à la couleur pourpre). On conclue donc que la température subie par la paroi 10A est comprise entre 280°C et 327°C. Dans ce cas de figure, la 35 couleur de l'oxyde de la couche 20H a permis de réduire l'intervalle d'estimation de la température subie par la paroi 10A.On the other hand, in this another example, in view of the purple color of the iron 20H layer, it is deduced that the temperature at which the wall 10A was subjected is greater than 280 ° C. (temperature associated with the purple color ). It is therefore concluded that the temperature experienced by the wall 10A is between 280 ° C and 327 ° C. In this case, the color of the oxide of the layer 20H has reduced the temperature estimation interval experienced by the wall 10A.
2 9956 78 14 Il faut rappeler que l'analyse de l'oxydation du fer dépend fortement des conditions ambiantes (notamment la concentration en oxygène du milieu dans lequel se fait la mesure, s'il s'agit d'air, d'oxygène pure ou d'un mélange) et que l'utilisation des témoins en étain (point de 5 fusion à 232°C) et plomb (point de fusion à 327°C) seront les moyens de borner cette analyse complémentaire par la couleur de l'oxyde. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces 10 exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation et variantes illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.2 9956 78 14 It should be remembered that the analysis of the oxidation of iron strongly depends on the ambient conditions (in particular the concentration of oxygen in the medium in which the measurement is made, if it is air, oxygen pure or a mixture) and that the use of tin (melting at 232 ° C.) and lead (melting at 327 ° C.) controls will be the means of limiting this complementary analysis by the color of the mixture. 'oxide. Although the present invention has been described with reference to specific exemplary embodiments, it is evident that modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. . In particular, individual features of the various embodiments and variants illustrated / mentioned can be combined in additional embodiments. Therefore, the description and drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US10550273B2 (en) | 2016-10-25 | 2020-02-04 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Method for determining the temperature in a flow channel of a gas turbine and measuring device |
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