Brevet FR2091915A1 — publié le 19710121

La présente invention concerne un dispositif allumeur, son application notamment à des fusées ou propulseurs à propurgols solides ainsi que son procédé de fabrication. H est connu dans la technique des fusées de faire appel à des 5 dispositifs allumeurs qui sont placés à l'avant ou à'l'arrière du bloc' de propergol et qui sont constitués le plus souvent par un tube annulaire (tore ou couronne), contenant de la poudre noire ou des pastilles d'allumage, pour allumer des blocs de proper-gols dans le cas où l'on ne peut utiliser la partie centrale de 10 ces blocs. De tels dispositifs allumeurs donnent généralement des résultats peu satisfaisants. En effet, lorsqu'un- tel allumeur est collé sur la partie métallique de la fusée ou du propulseur, il est éloigné ou rapproché du bloc de propergol lors des variations de 15 température (du fait de coefficients de dilatation différents) ou au cours des opérations de chargement dans l'enveloppe. Lorsque le dispositif allumeur est collé sur le bloc de propergol, il est soumis à des contraintes lors des variations de température, ce qui pose des problèmes quant au mode de réalisation de l'initia-20 tion pyrotechnique et nuît à la sûreté de fonctionnement (risque de décollement entre les différentes parties). Les performances de ces allumeurs, dans lesquels la charge d'allumage est le plus souvent en vrac, sont en outre peu reproductibles. Le dispositif allumeur selon l'invention vise à remédier à ces 25 inconvénients en permettant notamment un contrôle du phénomène d'allumage. Suivant l'invention, le dispositif allumeur est caractérisé en ce qu'il comporte une couronne contenant la charge primaire sur laquelle sont disposés des doigts creux orientés de façon sensi-30 blement parallèle à l'axe de la couronne et contenant chacun une charge principale en relation avec la charge primaire. Les charges principales peuvent ainsi être mises à feu par la charge primaire et produire un ensemble de jets de flammes sensiblement parallèles. 35 La matière de la couronne enrobe avantageusement un cordon contenant la charge primaire et qui communique avec les doigts * par des orifices. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les doigts comportent un empilage de pastilles d'allumage formant la 40 charge principale,- cet empilage étant bordé par un tube de flamme 70 15003 2091915 qui communique avec la couronne contenant la charge primaire. Selon une réalisation préférée de l'invention, le dispositif allumeur est réalisé en une matière plastique souple dont les propriétés physiques varie&t peu dans un intervalle de températu-5 re allant de -60°C à +70°C qui possède une dureté Shore voisine de 60 et une bonne résistance au déchirement telle qu'un caoutchouc silicone ou un caoutchouc de polyuréthane. Ces particularités confèrent au dispositif allumeur des propriétés mécaniques intéressantes pour la reproductibilité des résultats. 10 L'invention vise également l'application du dispositif allumeur du genre ainsi défini à une fusée ou à un propulseur à propergol solide, cette application étant caractérisée en ce que le bloc de propergol comporte une série de branches en étoile séparées par des évidements et en ce que le dispositif allumeur est 15 monté par rapport au bloc de manière que ses doigts pénètrent dans les évidements ménagés entre les branches du bloc. Suivant une réalisation préférée de l'application précitée, les doigts du dispositif allumeur sont montés à coulisse dans les évidements ménagés entre les branches du bloc de propergol. 20 Du fait de la disposition respective du bloc de propergol et de son dispositif allumeur autorisant leur coulissement relatif tout en maintenant la charge primaire à proximité immédiate du bloc de propergol, on élimine les risques d'écartement provenant par exemple de la dilatation due aux variations de températures. 25 Ceci favorise la reproductibilité et la régularité de l'allumage. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, le nombre de doigts est inférieur à celui des évidements. De préférence, on fait en sorte que certaines branches de l'étoile du bloc de propergol soient sensiblement au Gontact d'une 30 paroi (telle que celle d'une tuyère axiale) pour créer un étranglement des gaz au niveau de cette dernière, ce qui limite l'auto-serrage lors de la mise à feu. Suivant l'invention également, le procédé de fabrication du bloc allumeur est caractérisé en ce qu'on réalise un noyau fusi-3.5 ble à basse température (de l'ordre de 80®C) dans un moule métallique, en ce qu'on moule la matière plastique constitutive du dispositif allumeur autour de ce noyau, eh ce qu'on assure la polymérisation de cette matière plastique, après quoi on fond en ' ëtuve le noyau précité. 40 D'autres caractéristiques de l'invention résulteront encore 70 15003 2091915 de la description ci-après. kax dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, . - La Fig. 1 représente une vue en coupe longitudinale du dispositif allumeur de l'invention suivant I-I de la Fig. 2. 5 - La Fig. 2 représente le dispositif allumeur de la Fig. 1 vu de dessus. - La Fig. 3 représente une vue en coupe transversale suivant III-III de la Fig. 1. - La Fig. 4 est une vue en élévation d'un élément de fusée por-10 tant le dispositif allumeur de l'invention, la partie supérieure étant vue en coupe longitudinale suivant 17-17 de la Fig. 5. - La Fig. 5 est une vue en coupe transversale suivant V-V de la Fig. 4. - La Fig. 6 est une vue de détail partielle en coupe axiale, 15 à beaucoup plus grande échelle, montrant le montage du dispositif allumeur. En se reportant à la Fig. 1 des dessins annexés on voit que l'allumeur comprend une couronne 1 supportant un ensemble de doigts creux 5, disposés parallèlement à l'axe A.-A de cette couronne. 20 La couronne et les doigts 5 sont réalisés de préférence en une matière plastique souple moulée, dont les propriétés physiques varient peu dans un intervalle de température allant de -60 °C 4 ♦70®C de façon à présenter sensiblement les mêmes propriétés mécaniques dans cet intervalle de température, à cette fin, on utili-25 se avantageusement un caoutchouc silicone ou un élastomère à base de polyuréthane. Dans la couronne 1 est logée une charge primaire 2 également (en couronne) qui est enrobée par la matière constitutive de la couronne 1. La charge 2 est constituée par un mélange pulvérulent 30 tel que de la poudre noire ou toute autre composition analogue. La charge 2 est contenue dans un tube souple 3. Le cordon ainsi réalisé, est introduit dans un canal annulaire ménagé à cet effet dans la couronne 1. Cette dernière présente d'autre part un logement 4 destiné à recevoir le dispositif de mise à feu de la char-35 ge primaire 2 ou à permettre cette mise à fèu. Ce dispositif peut être constitué par un boîtier-relais, initié par un inflammateur électrique classique. On peut encore utiliser un initiateur à fil explosé indépendant de l'allumeur ou tout autre système pyrotechnique ou électrique usuel. Un exemple d'une telle réalisation 40 est montré Fig. 6.- 70 15003 4 2091915 Les doigts 5 du dispositif allumeur, en nombre quelconque en fonction de l'application prévue pour l'allumeur, (quatre dans l'exemple décrit) font corps avec la couronne 1 et présentent des évidements longitudinaux constituant des tubes de flamme 6. Far 5 l'intermédiaire d'un orifice 7 pratiqué dans la couronne 1 et débouchant sur la charge prinaire 2, chaque tube de flamme 6 met en relation ladite charge primaire 2 avec la charge principale 8 qui est formée par un empilage de pastilles d'allumage. Les pastilles d'allumage sont logées dans une chambre longitudinale 11 10 parallèle au tube 6 et percées de perforations échelonnées 9 qui mettent en communication la chambre 11 d'une part avec le tube de flamme 6 et d'autre part avec l'extérieur. De préférence, le corps en matière plastique du dispositif allumeur est réalisé au moyen du procédé de fabrication suivant : 15 On réalise un noyau en un produit fusible à basse température, tel qu'un alliage, fondant à 80°G environ, ce noyau reproduisant toutes les parties creuses du dispositif allumeur. On moule alors autour de ce noyau la matière plastique constitutive du dispositif allumeur et on provoque sa polymérisation'. Le dispositif est 20 ensuite porté dans une étuve à une température supérieure à 80°C de sorte que la matière du noyau fond et s'évacue d'elle-même. Ce procédé est simple et économique. Dans la pratique, le dispositif allumeur du genre décrit aux Fig. 1 et 2 est destiné à être utilisé en combinaison avec des 25 blocs de propergols solides présentant des évidements dans lesquels sont enfilés les doigts 5. Un exemple d'une telle application sera décrit plus loin. Le fonctionnement du dispositif allumeur est le suivant : la charge primaire 2 étant enflammée par les moyens prévus, les flam-30 mes produites passent dans les tubes de flamme 6 par l'intermédiaire des orifices 7 puis pénètrent par les perforations radiales 9, dans les chambres 11 contenant la charge principale 8. Cette dernière se trouve ainsi enflammée, et les flammes résultantes entrent en contact, par l'intermédiaire des perforations 9 débou-35 chant à l'extérieur des doigts 5» avec la masse de propergol qui est enflammée à son tour. On va maintenant décrire, en référence aux Fig. 4 à 6, une application préférée du dispositif allumeur ci-dessus visé à l'équipement d'une fusée 21, partiellement représentée qui comporte 40 line tuyère axiale 22 ou tuyère de croisière et un bloc de proper- 70 15-003 5 2091915 gol annulaire 23 disposé autour de la tuyère 22. Le bloc 23 est logé dans une enveloppe 24 pourvue de tuyères 25 réparties en couronne et qui constituent les tuyères de démarrage ou d'accélération de là fusée 21. 5 Les pièces 22 et 24 sont réalisées en un matériau résistant aux très hautes températures. Conformément à l'application prévue par l'invention, le bloc de propergol 23 comporte une série de branches radiales, les unes courtes 26 et les autres longues 27 (Fig. 5)» réparties en étoile 10 et dirigées vers l'axe B-B de la tuyère 22. Entre les parties terminales des branches 26 et 27 sont ainsi réservés des évidements longitudinaux 28 dans certains desquels, sont enfilés les doigts 5 d'un dispositif allumeur du genre précité dont la couronne 1 prend appui sur la tranche 29 du .bloc 23. Le dispositif 15 allumeur est ainsi monté par coulissement dans le bloc 23 et de préférence il est fixé de manière telle que sa possibilité de coulissement puisse être conservée durant le fonctionnement de la fusée. Ainsi, dans la réalisation de la Fig. 6, la couronne 1 est fixée sur une plaque annulaire 31 située à l'intérieur d'une cou-20 pelle 32 et montée à coulisse sur des tétohs 33 portés par une semelle 34 fixée au bloc 23. Des ressorts 35 disposés autour des tétons 33 sollicitent la plaque 31 vers une position de butée * tout en permettant son coulissement transversal, parallèlement à l'axe B-B, sous l'effet des accélérations et/ou des contraintes 25 thermiques. Conformément à l'une des particularités de l'invention, le nombre de doigts 5 du dispositif allumeur est inférieur à celui des évidements 28, de sorte que certains de ceux-ci sont inoccupés. De plus, il est fait en sorte que les branches longues 27 de l'é-30 toile formée par le bloc 23 viennent sensiblement en contact avec la paroi externe de la tuyère de croisière 22. Par M sensiblement en contact M, on entend soit un contact franc, soit qu'un léger est ménagé entre les surfaces en regard, comme montré Fig. 5, de manière à causer en tous cas un étranglement s'opposant au passa-35 ge.des gaz de combustion, dont la transmission depuis les évidements 28 contenant les doigts 5 jusqu'aux évidements 28 inoccupés * " est ainsi différée. Dans la réalisation de la Fig. 6, on voit d'autre part que la mise à feu de l'allumeur est assurée par un boîtier-relais 36, à 40 électrodes d'amorçage 37» qui est logé dans un conduit 38 du fond 70 15003 6 2091915 39 de la fusée 21. Le conduit 38 communique par un ajutage 41 avec le logement 4, laissé libre pour permettre la propagation des flammes. Les effets techniques et avantages de l'application ainsi pré-5 vue sont les suivants : Le mouvement relatif permis entre les doigts 5 et les branches 26, 27 du bloc 23, tout en maintenant ces éléments sensiblement en contact, a pour conséquence que ce mouvement relatif n'ait qu'une influence négligeable sur la phase de montée en pression, 10 ce qui assure une bonne reproductibilité de celle-ci et accroît ainsi la fiabilité de l'engin. La structure des doigts 5 permet d'autre part un allumage simultané de parties bien déterminées du bloc 23. On peut ainsi contrôler le phénomène d'allumage proprement dit, ce qui, pour 15 des blocs présentant un auto-serrage important, permet d'éliminer une grande partie de la pointe de pression due à la combustion érosive de ce bloc, tout en garantissant la sûreté de fonctionnement. Comme de plus, on peut allumer le bloc propergol 23 seulement en quelques points, l'encombrement interne empêche la trans-20 mission instantanée de l'inflammation, ce qui contribue également à produire une montée en pression plus progressive. Par conséquent, en agissant sur le nombre et la disposition des charges principales (allumeurs élémentaires enflammés simultanément), on peut, pour un bloc de section donnée, modifier dans certaines limites 25 la loi de montée en pression dans le sens désiré. L'importance de la combustion érosive conduit, dans le cas d'un allumeur classique, à réaliser un chambrage à l'arrière du bloc de propergol, ce qui altère les performances balistiques du fait même de la masse de poudre enlevée lors de l'usinage. Le disposi-30 tif allumeur selon l'invention permet d'éviter cette opération. On notera enfin que l'utilisation d'une matière souple moulée permet d'une part d'adapter très aisément le dispositif allumeur aux diverses formes de blocs de propergol envisageables. D'autre part la tenue de ces matières aux sollicitations mécaniques et 35 thermiques permet de répondre aux conditions actuellement posées ' par l'allumage des blocs de propergol. De plus, dans le cas toujours possible d'une destruction, l'allumeur ne risque pas d'endommager la tuyère. La reproductibilité de l'allumage obtenu grâce à l'invention a 40 été notamment mise en évidence par les essais suivants qui corres- 70 15003 2091915 pondent à 5 tirs exécutés à l'intérieur d'une bombe fermée, la pression étant prise à l'intérieur de la bombe. On désigne respectivement par : d1 : le délai d'allumage du bloc de propergol 5 D : le temps s'écoulant depuis la mise à feu jusqu'à l'obtention de la pression maximale P D' : le temps séparant le passage de la pression P/j+ à la pression 3P/4 P : la valeur de la pression maximale. 10 Les temps sont mesurés en millisecondes et les pressions en bars relatifs. n° de l'allumeur dl D D' P 1 7,5 100,5 ' 34,5 14,05 2 6,2 99,5 33,4 12,7 3 7,0 123,5 38 10,9 4 7,2 99 35 11,1 5 6,0 123 34 10,3 On constate que les écarts entre les valeurs obtenues sont faibles. Dans une autre sérié d'essais, on a effectué 3 tirs avec des blocs de propergol d'un même type mais pourvus de systèmes d'al-25 lumage différents : - X * allumeur classique en couronne. - XI =a allumeur selon l'invention avec inflammation de la tota lité de la surface du propergol. -III * allumeur selon l'invention avec inflammation des 2/3 de la 30 surface du propergol. Les résultats de tir sont résumés dans le tableau ci-dessous : (voir tableau page 8). L'alxumeur II comporte six doigts régulièrement répartis dans les évidements ménagés entre les branches du bloc de propergol. 35 II y a allumage simultané en six points régulièrement distribués dans le bloc de propergol. Du fait de la disposition relative du bloc et de l'allumeur il y a reproductibilité de l'allumage (coulissement sans contrainte de l'allumeur dans la cavité du bloc). La réduction de la pointe de pression due au phénomène de combus-40 tion érosive est obtenue grâce à un léger chambrage effectué à 70 15003 8 2091915 nature de l'allumeur 0 tuyères en mm I&sse de poudre Pression maximale à l'allumage (bars relatifs) I 2 x 70,4 kg 100,350 151,2 II 2 x 70,4 97,870 107 III 2 x 71,5 102,820 99,9 l'arrière du bloc de propergol. La pression maximum à l'allumage 10 est de 107 bars relatifs. L'allumeur III comporte quatre doigts répartis dans quatre évidements sur six (inflammation des 2/3 de la surface du propergol). Il se produit un phénomène d'allumage différé dans le bloc de propergol. La présence même de l'encombrement interne (tuyère) 15 empêche la transmission instantanée de l'inflammation dans la mas se de propergol (laminage des gaz contre la paroi externe de la tuyère qui occupe la partie axiale du bloc). En plus de la reproductibilité le dispositif présente l'avantage de la progressivité d'allumage. H permet de réduire la surpression initiale aux en-20 virons de 99 bars relatifs (99,9 dans le cas présent) sans que l'on ait recours à une opération de chambrage qui altère les performances balistiques par la masse de propergol enlevée. L'allumeur selon l'invention offre ainsi les autres avantages suivants - gain sur la masse de propergol : 102,820 kg au lieu de 25 97,870 kg (II) et 100,350 kg (I). - diminution des résiduels ou imbrûlés, ce qui entraîne la légèreté de structure et l'efficacité du système propulsif obtenu. De plus les sollicitations mécaniques et thermiques auxquelles le bloc de propergol est soumis sont >0 corrélativement réduites. Quant à 1'allumeur classique en couronne I, sa masse de propergol est de 100,350 kg, mais la pression maximum à l'allumage est élevée : 151,2 bars relatifs, ce qui constitue line pointe de pression interne fort gênante du fait de l'alxumage simultané, 35 étant donné la grande surface interne et le faible volume libre, qui se trouve réduit en raison de l'encombrement interne. Il est bien évident que le dispositif allumeur suivant l'inven tion peut recevoir des variantes d'exécution relativement aux réa lisations décrites, qui ne sortent pas du domaine de l'invention. 40 Ainsi, on peut modifier la forme et le volume des doigts 5, notam ment en corrélation avec la forme des évidements du bloc de propergol. 70 15003 9 2091915 EE7ENDICATIONS 1 - Dispositif allumeur, caractérisé en ce qu'il comporte une -couronne contenant la charge primaire sur laquelle sont disposés des doigts creux orientés de façon sensiblement parallèle à l'axe 5 de la couronne et contenant chacun une charge principale en relation avec la charge primaire. 2 - Dispositif allumeur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de la couronne enrobe un cordon contenant la charge primaire et qui communique avec les doigts par 10 des orifices. 3 - Dispositif allumeur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les doigts contiennent un empilage de pastilles d'allumage formant la charge principale, ledit empilage étant bordé' par un tube de fia cane qui communique- avec la couronne conte- 15 nant la charge primaire. 4 - Dispositif allumeur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une matière plastique souple dont les propriétés physiques varient peu dans ion intervalle de températures allant de -60°C à +70°C, ledit dispositif allumeur 20 présentant de très bonnes propriétés mécaniques. 5 - Dispositif allumeur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ladite matière plastique souple présente une dureté Shore voisine de 60 et une bonne résistance au déchirement. 6 - Dispositif allumeur conforme à la revendication 4, carac- 25 térisé en ce que ladite matière plastique souple est un élastomè- re choisi parmi les caoutchoucs silicones et les caoutchoucs de polyuréthanes. 7 - Application d'un dispositif allumeur conforme à l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6 sur une fusée ou propulseur à 30 propergol solide,, caractérisée en ce que le bloc de propergol comporte une série de branches en étoile séparées par des évidements et en ce que le dispositif allumeur est monté par rapport au bloc de manière que ses doigts pénètrent dans les évidements ménagés entre les branches du bloc. 35 8 - Application d'un dispositif allumeur conforme à la revendication 7, caractérisée en ce que les doigts dudit dispositif allumeur sont montés à coulisse dans les évidements ménagés entre les branches du bloc de propergol. 9 - Application d'un dispositif allumeur conforme à l'une des 40 revendications 7 ou 8, caractérisée en ee que le nombre de doigts 10 70 15003 2091915 est inférieur à celui des évidements. 10 - Application d'un dispositif allumeur conforme à la revendication 9» caractérisée en ce que certaines branches de l'étoile du bloc dé propergol sont sensiblement au contact d'une paroi. 5 11 - Application d'un dispositif allumeur conforme à la revendication 10, caractérisée en ce que les branches de l'étoile sont dirigées vers l'axe du dispositif allumeur et sont sensiblement en contact avec la paroi externe d'une tuyère qui occupe la partie axiale du bloc de propergol. 10 12 - Application d'un dispositif allumeur conforme à l'une des revendications 7, 8, 9# 10 ou 11 et caractérisée en ce que ce dispositif allumeur est fixé sur une partie de la fusée indépendante du bloc de propergol. 13 - Procédé de fabrication du dispositif allumeur conforme à 15 la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise un noyau fusible à basse température (de l'ordre de 80 °C) dans un moule métallique, en ce qu'on moule la matière plastique constitutive de ce dispositif autour de ce noyau, en ce qu'on assure la polymérisation de cette matière plastique, après quoi on fond en étuve 20 le noyau précité.