Avec le développement de la capacité d'emport des fusées cryogéniques, les exigences en matière de débit de remplissage de propergol augmentent. Les conduites de transport de fluides cryogéniques sont un équipement indispensable dans le secteur aérospatial, utilisé dans les systèmes de remplissage de propergols cryogéniques. Dans les conduites de transport de fluides à basse température, le tuyau à vide basse température, grâce à ses excellentes caractéristiques d'étanchéité, de résistance à la pression et de flexion, peut compenser et absorber les variations de déplacement dues à la dilatation thermique ou à la contraction due au froid, compenser les écarts d'installation et réduire les vibrations et le bruit. Il devient ainsi un élément essentiel du système de remplissage. Afin de s'adapter aux changements de position dus aux mouvements d'amarrage et de délestage du connecteur de remplissage de propergol dans l'espace réduit de la tour de protection, la conduite 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 présente une adaptabilité flexible dans les directions latérale et longitudinale.

Conception de la structure globale du tuyau à vide cryogénique

Conformément aux exigences d'utilisation et à l'environnement de brouillard salin, le matériau métallique 06Cr19Ni10 a été choisi comme matériau principal pour la canalisation. L'assemblage de tubes se compose de deux couches de tubes, une couche interne et une couche externe, reliées par un coude à 90° au milieu. Une feuille d'aluminium et un tissu non alcalin sont enroulés en alternance sur la surface externe de la couche interne pour former la couche isolante. Des bagues de support de flexible en PTFE sont placées à l'extérieur de la couche isolante afin d'éviter tout contact direct entre les tubes internes et externes et d'améliorer les performances d'isolation. Les deux extrémités du joint, conformément aux exigences de connexion, ont été conçues pour une structure adaptée au joint adiabatique de grand diamètre. Une boîte d'adsorption remplie de tamis moléculaire 5A est disposée dans le sandwich formé entre les deux couches de tubes afin de garantir un bon degré de vide et une bonne durée de vie du tuyau en conditions cryogéniques. Un bouchon d'étanchéité est utilisé pour l'interface du processus de mise sous vide du sandwich.

Matériau de la couche isolante

La couche isolante est composée de plusieurs couches d'écran réfléchissant et d'espaceur enroulées en alternance sur la paroi adiabatique. La fonction principale de l'écran réflecteur est d'isoler le transfert thermique par rayonnement externe. L'espaceur empêche tout contact direct avec l'écran réfléchissant et agit comme retardateur de flamme et isolant thermique. Les matériaux de l'écran réfléchissant comprennent une feuille d'aluminium, un film polyester aluminisé, etc., et les matériaux de la couche d'espaceur comprennent du papier de fibre de verre non alcalin, du tissu de fibre de verre non alcalin, du tissu en nylon, du papier adiabatique, etc.

Dans le schéma de conception, une feuille d'aluminium est sélectionnée comme couche isolante en tant qu'écran réfléchissant et un tissu en fibre de verre non alcaline comme couche d'espacement.

Adsorbant et boîte d'adsorption

Un adsorbant est une substance à structure microporeuse dont la surface d'adsorption massique unitaire est importante. La force moléculaire attire les molécules de gaz à sa surface. L'adsorbant dans le sandwich d'une conduite cryogénique joue un rôle important dans l'obtention et le maintien du vide du sandwich en conditions cryogéniques. Les adsorbants couramment utilisés sont le tamis moléculaire 5A et le charbon actif. Sous vide et en conditions cryogéniques, le tamis moléculaire 5A et le charbon actif ont une capacité d'adsorption similaire pour le N₂, l'O₂, l'Ar₂, l'H₂ et d'autres gaz courants. Le charbon actif désorbe facilement l'eau lorsqu'il est mis sous vide dans le sandwich, mais brûle facilement dans l'O₂. Le charbon actif n'est pas choisi comme adsorbant pour les conduites d'oxygène liquide.

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