​Caractéristiques techniques du Diamant A

​  par Gérard Périnelle

                               (SEREB)

 

 

 

Le lanceur "Diamant A" de hauteur totale de 18,942 m, d’une masse au décollage de 18,5 tonnes était composé de 3 étages propulsifs

 

Premier étage "Emeraude"

Identique à celui utilisé pour les "VE231 SAPHIR".

Description générale du 1er étage

Le premier étage était équipé du moteur "VEXIN", Son diamètre était de 1 400 mm.
Sa longueur était de 10 m depuis la section de sortie de tuyère jusqu’à la jupe avant au niveau de la séparation 1er - 2e étage.

Ce propulseur utilisait comme propergols l’acide nitrique blanc associé à l’essence de térébenthine. La mise en pression des ergols était assurée par un générateur à gaz de poudre refroidi à l’eau.

 L’étage propulsif comprenait un ensemble propulsion groupant lui-même :

- Le réservoir renfermant à l’avant l’acide nitrique et à l’arrière l’essence de térébenthine

- Le moteur VEXIN constitué par l’éjecteur et son cardan de fixation, le générateur de gaz (fixé à l’avant du réservoir) et des organes divers (clapets de remplissage, vannes principales, clapets de trop-plein)
- des éléments structuraux :

- Une Jupe arrière avec 4 empennages de stabilisation : 2 d’entre eux étant en outre munis de gouvernes aérodynamiques pour le pilotage en roulis de l’engin

- Une jupe avant tronconique venant se raccorder à la jupe arrière du 2e étage. Le demi-angle de cette jupe avant était de 6°.
 - des équipements :

- Équipements de pilotage : mélangeur d’ordres et bloc gyromètrique dans la jupe avant, bloc de puissance de l’éjecteur et organes de pilotage en roulis sur la partie arrière de l’engin,

- Équipements de mesure, principalement dans la jupe arrière,

- Équipements de génération électrique : essentiellement un alternateur triphasé à la partie arrière de l’engin,
- Équipements de destruction : cordeau détonant fixé dans une gouttière,
- Equipements de séparation 1er - 2e étage dans la jupe avant,

- Des liaisons électriques (prise ombilicale, boîte de jonction, etc.) et des câblages, les câblages entre l’avant et l’arrière de l’étage passant par des gouttières placées à 90° le long de génératrices du réservoir.

 

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Propulsion

Moteur Vexin - Description et principe de fonctionnement

Le moteur VEXIN était un propulseur à alimentation par pression de gaz, le niveau moyen de la poussée étant fixé par préréglage de la pression de chasse et des pertes de charge d’alimentation.
Les différents éléments du moteur VEXIN étaient fixés sur le réservoir qui constituait la structure principale de l’ensemble propulsion.

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Réservoir

Ce réservoir, en acier 15 CDV 6 d’épaisseur e = 2,5 mm, était séparé en deux compartiments par un fond intermédiaire renforcé, en acier inoxydable.
Les volumes intérieurs totaux étaient :

- Va = 6 820 + ou -35 dm3 pour le réservoir avant d’acide nitrique soit 9 700 kg après remplissage.

- Vb = 5 525 + ou -18 dm3 pour le réservoir arrière d’essence de térébenthine, soit 3 700 kg après remplissage.

- Le réservoir acide était relié à l’ensemble propulsif par une canalisation de diamètre de 150 mm, coaxiale avec le corps de l’étage, et comprise entre le fond intermédiaire et le fond arrière.

Le réservoir essence débouchait directement sur le compartiment propulsion par deux canalisations de diamètre de 60 mm, situées de part et d’autre de la sortie d’acide nitrique.
L’ensemble de stockage des ergols comportait encore les aménagements particuliers suivants :

- Les canalisations d’adduction des gaz de chasse, comprises entre le générateur et les réservoirs acide et essence,

- Des déflecteurs dans chacun de ces réservoirs, destinés à améliorer la répartition de ces gaz et à éviter une agitation de la surface libre des ergols,

- Le réservoir d’acide était protégé intérieurement contre la corrosion par un revêtement de Kel-F qui avait pour effet secondaire un rôle protecteur contre les échanges thermiques avec les gaz de pressurisation.

Un dispositif d’anti-ballottement à flotteur était disposé dans le réservoir acide.

Pressurisation des réservoirs

Les gaz de chasse étaient fournis par un générateur situé dans le réservoir acide et bridé sur le fond avant.
Les ergols contenus dans ce générateur étaient : une charge de poudre Epictète E-8 de 116 kg à la partie arrière et une réserve d’eau d’environ 120 l dans la capacité avant.
La pressurisation des réservoirs acide et essence était assurée par un mélange de gaz de poudre et de vapeur d’eau, injecté à une température inférieure à 300 °C.
Le réservoir d’eau était pressurisé par les gaz de poudre.

A cet ensemble était adjoint un dispositif de régulation du débit de gaz fonctionnant par comparaison entre la pression de chasse dans les réservoirs de l’étage, et la pression pilote fournie par un détendeur à partir de la haute pression de combustion de la poudre.
Le système de pressurisation comportait en outre :
2 membranes à rupture, dans chaque canalisation desservant les réservoirs acide et essence,
- 1 allumeur de sécurité à commande électrique par étoupille.

La mise à feu du générateur était obtenue par les gaz de l’allumeur situé dans la jupe AV de l’étage. Ces gaz étaient acheminés jusqu’à la surface du bloc "Epictète" où ils enflammaient un sachet de poudre noire situé à l’aplomb du tube adducteur.

Ejecteur mobile

 L’éjecteur proprement dit se composait d’un ensemble chambre de combustion - tuyère d’éjection et d’un système d’injection des ergols
 Le couvercle était muni d’un cardan permettant un débattement de l’éjecteur en tangage et lacet de 6°.
 Du fait de ce débattement il était nécessaire de rendre déformable les conduits d’alimentation en ergols.
 Cela était réalisé par des "tibias", segments de tubes comportant une rotule à chaque extrémité, coulissant dans un manchon cylindrique.

Pendant le vol

- 54 kg de ces Gaz étaient évacués par la vanne d’échappement du système de tarage de pression dans les réservoirs,

-16 kg servaient à l’alimentation des moteurs pneumatiques des vérins de pilotage

L’ensemble chambre de combustion - tuyère était réalisé en acier. Le col était en graphite et une protection à base de zirconium recouvrait l’intérieur de la tuyère.
Les parois de l’éjecteur étaient refroidies par projection d’un film de combustible qui constituait une couche limite froide et réductrice.

Organes de démarrage

Les organes de démarrage se composaient de vannes placées en série entre les réservoirs et l’éjecteur.
Bien que permis par la conception initiale de ces organes, l’arrêt de la combustion par la fermeture de ces vannes ne fut pas utilisé en vol.
La fin de fonctionnement du moteur s’effectuait par épuisement de l’un des deux ergols.
L’ouverture des vannes comprenait deux phases, correspondant à deux périodes successives de démarrage du moteur.
Les ordres d’opération de ce démarrage étaient donnés au cours de la montée en pression de chasse des réservoirs de l’étage, au passage par des valeurs déterminées de cette pression.
La première phase était dite "phase préliminaire". A 5 bars, les soupapes des vannes étaient libérées par le cisaillement de membranes d’étanchéité qui les rendaient solidaires du corps de vanne, et la première partie de la course des soupapes était limitée par un piston sur lequel, elles venaient en butée. Le débit d’ergols était ainsi limité par la phase d’allumage du propergol dans la chambre de combustion où la pression n’atteignait qu’environ 7 bars.
A une pression de 19,6 bars, mesurée dans les réservoirs, les ensembles soupape piston se déplaçaient en bloc pour assurer la pleine ouverture.
A partir de cet instant, l’évolution des paramètres de fonctionnement du moteur jusqu’à leur valeur nominale début de la phase principale ne dépendait plus que de la génération des gaz de chasse.
L’évolution du démarrage relevée sur la moyenne des essais pouvait s’inscrire dans les limites:

0,3 s < (5 bars) < 0,8 s
1,7 s < (19,6 bars) < 5 s

II était admis que le laps de temps compris entre le top de mise à feu et la grande ouverture des vannes devait être inférieur ou égal à 5 secondes.

Nota:

L’allumage proprement dit était assuré par une réaction hypergolique de l’acide nitrique avec 113 kg de "FANTOL"(alcool furfurylique) contenu dans le fond du réservoir de térébenthine, la densité du "Fantol" étant plus élevée que celle de l’essence.

Ensemble de remplissage et vidange des ergols

 Cet ensemble comprenait deux clapets de remplissage deux clapets de trop-plein, un robinet acide et un système de vidange complémentaire pour l’essence.

La répartition des clapets sur l’étage était la suivante :

Partie arrière :

- 1 clapet remplissage acide,

- 1 robinet vidange complémentaire acide,

- 1 clapet remplissage essence,

- 1 trop-plein essence.

Partie avant :

-1 clapets trop-plein acide.

Les paramètres principaux assurant des performances correctes du moteur étaient :

- la pression de chambre,
- le rapport de -mélange,
- le coefficient de débit m = débit essence/débit acide ~ 0,3,

et par voie de conséquence, une valeur d’impulsion spécifique au niveau prévu (en moyenne : 230 secs)

Pression de chambre

L’ensemble des essais préliminaires avait permis de fixer la pression de chambre à 17,6 bars absolus, pour une pression absolue correspondante dans les réservoirs d’ergols de 25,6 bars.

Rapport de mélange.

 Le rapport de mélange subissait également des variations en raison des accélérations en vol.
 En conséquence, le réglage de vol du propulseur différait du réglage pour les essais au sol, mais l’un et l’autre étaient tels que les intégrales des débits pour la durée de fonctionnement laissaient un résidu imbrûlé nominal de 45 kg d’essence de térébenthine.
 Ce réglage s’effectuait avant tir au moyen d’un diaphragme côté circuit acide.
Coefficient de débit
 Ce coefficient caractérisait la combustion.

Structure

Réservoirs

Les éléments résistants à la pression (Virole, fond AV et AR) étaient obtenus à partir de tôles d’acier 15 CDV 6:

- pour la virole par le procédé de tôles roulées soudées et d’épaisseur 2,5 mm ;
- pour les fonds par emboutissage de secteurs soudés entre eux et d’épaisseur 2,5 mm.

Le fond Intermédiaire était en acier 18.8, raidi pour résister au flambage dans l’éventualité d’une surpression dans le réservoir d’essence ou d’une dépression dans celui d’acide.
Les tuyauteries de circulation des fluides et de pressurisation étaient en acier 18.8 ainsi que les déflecteurs.
Le générateur de gaz était fixé sur le fond AV et soutenu au droit de son fond AR par un tripode en acier 18.8 fixé sur un octopode.
Le réservoir d’acide nitrique situé à la partie supérieure était protégé contre la corrosion par application de KEL-F.
A l’arrière du réservoir d’essence un cadre, fixé d’une part sur la jupe AR et d’autre part sur le fond AR du réservoir, supportait l’accrochage des bras d’un octopode sur lequel se trouve fixé le cardan de tuyère.

Jupe Avant

Elle était de construction classique en tôle AU 4 G raidie par cadres et lisses AU 4 G.
Son épaisseur était de 1,2 mm. Sa fixation sur l’amorce de jupe du réservoir était réalisée par des cavaliers fixés par des vis.
 La jonction largable avec la jupe AR du 2e étage était assurée par une sangle déverrouillée et éjectée lors du fonctionnement des 12 vérins pyrotechniques commandé par l’ordre de séparation 1er-2e étages permettant la mise en vitesse relative des 2 étages.

Jupe Arrière

Elle était de construction classique en tôle AU 4 G raidie par des cadres et lisses en tôle AU 4 G d’épaisseur de 1,2 mm.
Sa fixation sur l’amorce de jupe du réservoir était réalisée également par des cavaliers. Deux cadres de sections plus importants reprenaient les charges d’empennages.

Empennages

Les empennages étaient constitués par 4 plans fixes de structure bi longerons en AU4G, le bord d’attaque était un profilé en acier inox.

Principaux industriels et coopérants

NORD AVIATION : Structures

LRBA : monomoteur "Vexin", électronique de pilotage et baie de contrôle associée.

MATRA : vérins électriques de commande orientation tuyère et braquage gouvernes antiroulis

Case à Equipements

Sud Aviation Groupe Technique de Cannes

Corps de rentrée (ogive)

SUD AVIATION Courbevoie

Principaux équipementiers:

SAGEM :

Centrale inertielle E23 utilisée en référence d’attitude, la première centrale construite par SAGEM. Les Centrales suivantes E24, E25, E27, etc. dériveront de cette centrale.

Bloc gyromètrique 1er étage

SAFT (SOGEA) :

Batteries nécessaires à l’énergie électrique de bord pour les fonctions pilotage, Séquentiel, Télémesures, Trajectographie.

Nota :

Le turboalternateur 208 V 400 Hz "Bronzavia" était entraîné par une turbine à générateur à gaz de poudre développée par SNECMA.

Ce principe fut réutilisé sur le 2e étage du SSBS-S2 pour l’entraînement de la pompe hydraulique du Bloc de puissance d’activation des tuyères.

DEUTSCH :

Connecteurs des câblages et des équipements.

SAT, SFIM, ONERA :

Equipements de mesures et de télémesures

STAREC :

Antennes Télémesures, Télécommande, Trajectographie

MOTOROLA :

Répondeur radar pour la trajectographie

 

Deuxième étage (VE 111 L "Topaze")

identique à celui utilisé pour les "VE 231 SAPHIR".

Le 2e étage était le propulseur du VE 111 L. Il n’en différait que par la présence des dispositifs d’arrêt de poussée et par suppression de 2 des 4 gouttières.

La poussée moyenne dans le vide durant le palier de combustion était de 150 KN.

Le temps de propulsion était de :

- 43, 5 secondes si la combustion était complète

- 37 secondes si la propulsion était arrêtée à 15 bars par la commande d’ouverture des 4 arrêts de poussée placés à l’avant du propulseur.

 

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L’étage propulsif comprenait divers équipements pour :

- Le pilotage (GAP)

- Les capteurs de mesures en vol,

- Les cordeaux de destruction éventuelle de l’étage.

Les liaisons électriques de l’avant à l’arrière de l’étage se faisaient par 2 gouttières situées dans le prolongement des empennages du 1er étage non équipés de gouvernes aérodynamiques.

La longueur totale de l’étage était de 4,1 m et sa masse de 2 750 kg environ.

Comme sur "Emeraude" la liaison 1er - 2e étage se faisait par sangle et la séparation des 2 étages en vol était réalisée par le largage de la sangle de liaison et l’action de 12 vérins pyrotechniques.

 

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Un système complémentaire de pilotage

 A base de microtuyères fonctionnant par éjection de fréon 14, il fut installé dans la jupe arrière spécifique de "Diamant", pour assurer le basculement en tangage de l’ensemble 2e-3e étages satellite après la phase d’extinction de la propulsion du 2e étage, les 4 tuyères principales étant maintenues à zéro, de façon à réaliser l’orbite définie, donc les caractéristiques de la satellisation, en lui donnant une direction parallèle à l’horizontale de l’apogée de la trajectoire balistique intermédiaire avant la mise en rotation, la séparation et l’allumage du 3e étage.

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Il se composait d’une chambre de distribution torique fixée à l’intérieur de la jupe tronconique, sur son plus grand diamètre et supportant 8 électrovannes-microtuyères, ainsi placées à la périphérie de la jupe et éjectant du fréon sous une pression régulée à 21 bars + ou – 1 bar, par de brèves impulsions en fonction des ordres logiques élaborés par l’électronique de basculement située dans la case équipements et couplée au bloc de commande (écarts d’attitude) assurant ainsi le contrôle d’attitude sur les 3 axes : 2 ensembles pour l’axe Tangage, 2 pour l’axe Lacet, 4 commandés 2 à 2 pour l’axe Roulis.

Le fréon 14 était stocké sous une pression de 250 bars dans 2 sphères fixées à l’intérieur de la jupe AR et distribué dans le tore en basse pression par 2 détendeurs-régulateurs et 2 électro-robinets obturateurs.

Le remplissage en fréon HP faisait partie de la phase d’armement. Les contrôles de bon fonctionnement de cet ensemble s’effectuaient avec de l’Azote "U" fournie par une source extérieure.

Ce système fut réalisé par Matra.

Ce fut le 1er tir "Diamant" qui qualifia ce système en vol après les essais "Sol" réalisés en caisson blindé pour des raisons de sécurité du personnel.

Troisième étage

Etage "ROVING" identique à ceux qualifiés lors des tirs "VE 210 Rubis".

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Présenté ci-dessous,  avant pose sur le 2e étage, il repose sur la fausse jupe pour effectuer les opérations de raccordement électrique et de contrôles qui est retirée lors du montage de la jupe conique assurant la liaison et la séparation.

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Case équipements

La case équipements était spécifique et fabriquée par Matra.

Le support d’équipements se composait d’une structure en alliage de magnésium ZT1, coulée et usinée déterminant 4 compartiments et 1 puits rectangulaire au centre, solidarisés en haut et en bas par 2 plateaux horizontaux.

Des bossages prévus permettaient la fixation des câblages, des équipements : séquentiels, pilotage, télémesures et trajectographie, alimentations électriques.
Ce support s’insérait par la face avant de la structure externe cylindrique ( diamètre 800 mm en" Dural AU4G" de 1,5 mm d’épaisseur) supportant la prise ombilicale, 2 antennes de télémesures et 4 de télécommande, les 4 rétrofusées, les 2 fusées de mise en rotation, et était solidarisé sur les plateaux par vis.

Des portes de visite permettaient l’accès à certains équipements pour le montage et les raccordements électriques : antennes, fusées, prise ombilicale, bouchons pyrotechniques, allumeur 2e étage.

Par contre pour remplacer un équipement tel que le bloc de commande, par exemple, il fallait sortir le support de sa structure, cela ne facilitait pas les opérations de mise en œuvre et les interventions de dépannage, et évidemment à chaque fois, il fallait reprendre l’ensemble des opérations de contrôle.

La jupe tronconique de liaison avec le 3e étage, assurant la séparation avec celui-ci, était celle qui avait été validée en vol sur le "VE 210 RUBIS" était mise en place après les opérations de contrôle séquentiels "Type III", lanceur assemblé.

Nota :

La prise ombilicale de la Case équipements du "Diamant A" fut la première prise ombilicale dite à "face morte"développée en France, à la fois pour le missile "MSBS" et pour Diamant. Elle fut commandée par la SEREB à la société "SOURIAU". Elle s’inspirait de la prise ombilicale du missile US "Polaris" dont la SEREB avait pu avoir un exemplaire par l’intermédiaire de SOURIAU qui, représentait en Europe à l’époque, la société CANNON US et fabriquait ses connecteurs sous licence.

Equipements

Centrale inertielle "SAGEM E27" et Electronique associée

Spécifiquement développées pour "Diamant" (dérivées de la centrale E24 des VE 231 P et R) et utilisée en référence d’attitude.

Les accéléromètres lacet et roulis étaient utilisés pour maintenir l’alignement de la centrale pendant le déroulement de la séquence de tir avant l’éjection de la "Prise ombilicale Case" à H-2 secondes.

Bloc gyromètrique "SAGEM" 10721

Bloc de Commande pilotage 2e étage"SFENA"

Spécifique également de Diamant, une sortie des écarts d’attitude vers l’électronique de basculement avait été ajoutée, la tension d’alimentation 400 Hz était de 27 Volts + ou – 3 Volts.

Electronique de basculement Matra

Elle constituait la logique de pilotage élaborant les ordres de commande des microtuyères de basculement en fonction des attitudes programmées et des écarts d’attitude et de vitesses angulaires détectés par la centrale d’attitude et le bloc gyromètrique.

Programmeur d’attitude "Le Prototype Mécanique"

Le programme d’attitude était réalisé à l’aide d’une "came" usinée selon le profil de la mission, entraînée par un système d’horlogerie initialisé à H-2 secondes (éjection de la "Prise ombilicale Case") positionnant un synchro détecteur qui donnait l’écart d’attitude en tangage pour commander le braquage des tuyères pendant les phases propulsées et les servo valves de basculement pendant la phase balistique intermédiaire avant la mise en rotation de l’ensemble 2e-3e étage.

Pour les voies "Lacet et Roulis", les synchros détecteurs étaient positionnés en fonction de l’Azimut de Tir (73° pour le Diamant N° 1).

Programmeur de Séquences "LCT"(Laboratoire Central des Télécommunications)

Cet équipement électronique logique fut réalisé à partir de circuits intégrés dont les progrès dans le domaine de la fiabilité permirent l’utilisation massive pour cet équipement embarqué et soumis en vol à des conditions de fonctionnement sévères : Accélérations, vibrations.

Il délivrait séquentiellement les tops de commandes des événements du déroulement du vol.

Il était initialisé à H-2 sondes et recalé en vol à la séparation 1er 2e étage et en fin de propulsion du 2e étage…

Par prudence, la redondance de cet équipement était assurée par une logique à base de relais électromagnétiques.

Convertisseur 400 Hz "Auxilec".

Ce matériel fut également développé spécifiquement pour Diamant. La tension de sortie étant de 27 Volts + ou – 3 Volts au lieu de 20,8 Volts pour les VE 231.

 

Equipements de Télécommande

2 récepteurs SA/Suresnes TC 601 (F = 434 MHz) associés aux circuits et boîtiers adéquats, étaient prévus pour initialiser la chaîne de destruction du lanceur en cas d’anomalie de trajectoire.

Nota : Ces chaînes ne furent jamais activées à Hammaguir.

Ils permettaient aussi, éventuellement, d’avancer l’ordre d’allumage du 3e étage pour rattraper des dispersions de temps sur la phase balistique intermédiaire.

Alimentations électriques (27 Volts continus)

Batteries SOGEA (Ag-Zn) pour les équipements de pilotage, télémesures, télécommande

Alimentation du bloc de puissance 2e étage : Pile SOGEA SB8DM Ag-Zn imprégnable manuellement, durée de vie : 8 jours. Cette pile de forme parallélépipédique, était placée dans le compartiment situé à l’avant du support d’équipement de la case et nécessitait un préchauffage qui était mis en service pendant le compte à rebours à H-6 heures.

Equipements de Télémesures "CASE"

La définition de la chaîne de télémesures AJAX FM-FM reprenait pour les 1er et 2e étages, les mesures principales des VE 231 concernant la propulsion et le pilotage.
Les autres mesures étaient spécifiques à "Diamant" : Séquentiel, Basculement.

La chaîne de télémesures comprenait un émetteur SA TME 104 (F = 245 MGHz) et les capteurs et modules "SAT (Société Anonyme des Télécommunications)" selon le  type de mesure à effectuer.

La coiffe

De dimensions identiques à celle du VE 210 RUBIS, elle était allégée par la suppression des 2 vérins d'appoint d'aide au largage.
Elle assurait la continuité des formes aérodynamiques et la protection de la charge utile pendant la traversée des couches denses de l'atmosphère et était larguée en 2 parties après la fin de combustion du 2e étage.
Elle était mise en place à la fin des opérations de contrôle de l'ensemble du lanceur et la veille du tir.