Avec l'augmentation de la capacité d'emport des fusées cryogéniques, les exigences en matière de débit de remplissage de propergol s'accroissent. La canalisation de transport de fluide cryogénique est un équipement indispensable dans le domaine aérospatial, utilisé dans le système de remplissage de propergol cryogénique. Dans cette canalisation, le tuyau sous vide basse température, grâce à son étanchéité, sa résistance à la pression et sa flexibilité, compense et absorbe les variations de déplacement dues à la dilatation thermique ou à la contraction thermique, corrige les défauts d'installation et réduit les vibrations et le bruit. Il devient ainsi un élément essentiel du système de remplissage à basse température. Afin de s'adapter aux variations de position induites par les mouvements d'amarrage et de largage du connecteur de remplissage de propergol dans l'espace restreint de la tour de protection, la canalisation doit présenter une certaine flexibilité transversale et longitudinale.

Le nouveau tuyau à vide cryogénique augmente le diamètre de conception, améliore la capacité de transfert de fluide cryogénique et offre une adaptabilité flexible dans les directions latérale et longitudinale.

Conception structurelle globale du tuyau à vide cryogénique

Compte tenu des exigences d'utilisation et de l'environnement salin, l'acier 06Cr19Ni10 a été choisi comme matériau principal pour la canalisation. L'assemblage comprend deux couches de tubes : une couche interne et une couche externe, reliées par un coude à 90°. Une feuille d'aluminium et un tissu non alcalin sont enroulés alternativement sur la surface externe de la couche interne pour former la couche isolante. Plusieurs anneaux de support en PTFE sont placés à l'extérieur de cette couche afin d'éviter le contact direct entre les tubes interne et externe et d'améliorer l'isolation. Aux deux extrémités du joint, la conception du joint adiabatique de grand diamètre est adaptée aux exigences de raccordement. Un caisson d'adsorption rempli de tamis moléculaire 5A est inséré entre les deux couches de tubes pour garantir un bon niveau de vide et une longue durée de vie sous vide à des températures cryogéniques. Un bouchon d'étanchéité assure l'étanchéité de l'interface de mise sous vide.

Matériau de la couche isolante

La couche isolante est composée de plusieurs couches d'écran réfléchissant et de couche d'espacement, enroulées alternativement sur la paroi adiabatique. L'écran réfléchissant a pour fonction principale d'isoler le rayonnement thermique extérieur. La couche d'espacement empêche le contact direct avec l'écran réfléchissant et assure les fonctions de retardateur de flamme et d'isolant thermique. Les matériaux utilisés pour l'écran réfléchissant comprennent notamment le papier d'aluminium et le film polyester aluminisé, tandis que ceux utilisés pour la couche d'espacement incluent le papier de fibres de verre non alcalines, le tissu de fibres de verre non alcalines, le nylon et le papier adiabatique.

Dans le schéma de conception, une feuille d'aluminium est choisie comme couche isolante et écran réfléchissant, et un tissu de fibre de verre non alcalin comme couche d'espacement.

Adsorbant et boîte d'adsorption

Un adsorbant est une substance à structure microporeuse, dont la surface d'adsorption par unité de masse est importante. Il attire les molécules de gaz à sa surface par forces moléculaires. Dans la structure sandwich d'une conduite cryogénique, l'adsorbant joue un rôle crucial dans l'obtention et le maintien du vide à basse température. Les adsorbants couramment utilisés sont le tamis moléculaire 5A et le charbon actif. Sous vide et à basse température, le tamis moléculaire 5A et le charbon actif présentent des capacités d'adsorption similaires pour N₂, O₂, Ar₂, H₂ et d'autres gaz courants. Le charbon actif désorbe facilement l'eau lors de la mise sous vide de la structure sandwich, mais brûle facilement en présence d'O₂. Il n'est donc pas utilisé comme adsorbant dans les conduites transportant de l'oxygène liquide.

Le tamis moléculaire 5A a été sélectionné comme adsorbant sandwich dans le schéma de conception.