Brevet FR2256357A1 — publié le 19750725

La présente invention a pour objet une soupape a commande pyrotechnique. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des pieces mécaniques de robinetterie. Les soupapes, vannes ou robinets comportent un clapet mobile destiné a l'ouverture ou a la fermeture- d1un passage de fluide. Dans la majorité des cas, les mouvements du clapet sont commandés manuellement par 1 1intermé- du aire d'un volant et d'une tige filetée. Il existe également des vannes ou soupapes motorisées dans lesquelles les mouvements du clapet sont commandés par un moteur électrique, un électro-aimant ou une membrane mûe par l'air comprimé ou par un fluide sous pression.Il existe enfin des soupapes de sécurité dans lesquelles ltouverture du clapet est commandée par la pression du fluide lui-meme agissant a l'rencontre d'un ressort dès que la pression dépasse une limite déterminée. Dans certaines applications, il est nécessaire de disposer d'une soupape dont l'ouverture est quasi instantanée et qui présente un passage de grande ouverture de sorte que la pression du fluide se transmet de façon pratiquement instantanée et sans perte de charge. C'est le cas, par exemple, des soupapes qui équipent les réservoirs d'air comprimé servant au lancement d'une torpille, cette application étant donnée à titre d'illustration sans aucun caractère limitatif. Dans d'autres applications, on désire disposer d'une soupape pouvant être commandée sans nécessiter un apport d'énergie important. C'est le cas, par exemple,des soupapes équipant certains engins qui doivent être télécommandées. On connaît déjà des soupapes à commande pyrotechnique qui sont utilisées sur certaines armes pour des commandes a distance. Par exemple, on connaît des réservoirs d'air comprimé fermés par une membrane et équipés d'un percuteur en forme de poinçon qui est projeté contre la membrane par les gaz résultant d'une réaction pyrotechnique et qui perce celle-ci. On connaît également des distributeurs a tiroir dont le tiroir est déplacé par la poussée des gaz résultant d'une réaction pyrotechnique. Ces soupapes a commande pyrotechnique connues présentent un passage d'écoulement du fluide de faible section d'où une perte de charge élevée. D'autre part, toute l'énergie de déplacement de l'organe mobile, percuteur ou tiroir coulissant ,est fournie par la charge pyrotechnique ce qui nécessite une charge d'un certain volume. Un des objectifs de la présente invention est de procurer une soupape a commande pyrotechnique destinée à etre placée sur une capacité remplie dsun fluide sous pression, laquelle soupape présente une section de passage de fluide importante malgré son faible volume de telle sorte que l'on puisse commander ou télécommander l'ouverture de la vanne a un instant déterminé en commandant la mise à feu de la charge pyrotechnique et que le fluide sous pression s'écoule a travers la soupape sans perte de charge importante. Un autre objectif de l'invention est de procurer une soupape dans laquelle l'énergie nécessaire pour déplacer le clapet est fournie par le fluide sous pression de telle sorte que la charge pyrotechnique nécessaire au fonctionnement soit très réduite et que la combustion de celle-ci ne risque pas de détériorer la soupape ni le réservoir. Ces objectifs sont atteints au moyen d'une soupape a commande pyrotechnique du type comportant un clapet, en forme de tiroir coulissant, lequel clapet est soumis a la pression du fluide qui tend a le déplacer dans le sens d'ouverture et est solidaire d'une tige de retenue qui le maintient en place en position de fermeture à l'encontre de la pression dudit fluide, laquelle tige comporte une charge pyrotechnique et la mise à feu de ladite charge provoque la rupture de ladite tige et libère le clapet. Dans un mode de réalisation préférentiel, une soupape selon l'invention est composée d'un corps de soupape cylindrique, ouvert aux deux extrémités, dont l'une communique avec la capacité sur laquelle est montée ladite soupape, et d'un piston cylindrique creux, faisant fonction de clapet, coulissant dans ledit corps cylindrique, ouvert à celle des extrémités qui est placé du côté de ladite capacité et portant des lumières périphériques au voisinage de l'autre extrémité qui est fermée. Un chapeau fileté est vissé sur l'extrémité dudit corps de soupape placé du côté de la capacité, lequel chapeau comporte un moyeu central, relié à la périphérie par des bras, lequel moyeu est rendu solidaire dudit clapet en forme de piston creux par ladite tige de retenue disposée axialement. Le clapet en forme de piston creux comporte, à l'extrémité opposée à ladite capacité, un alésage central dans lequel est vissé un boulon comportant une charge de rupture pyrotechnique, sur lequel est vissée ladite tige de retenue. De préférence, le clapet comporte une collerette périphérique qui se déplace dans un espace annulaire rempli d'huile compris entre le clapetet le corps cylindrique de la soupape, et cette collerette est traversée de part en part par des canaux de faible diamètre, cet ensedble faisant fonction de ralentisseur du mouvement d'ouverture du clapet et de régulateur. Le résultat de l'invention est un nouveau produit constitué par une soupape à commande pyrotechnique dont le clapet est maintenu en place, à l'encontre de la pression du fluide, par une tige comportant une chargé de rupture pyrotechnique. Les avantages de cette soupape sont les suivants. - Malgré un encombrement très faible, cette soupape présente une grande section de passage du fluide, égale sensiblement à la section inté rieuredu piston creux servant de clapet. - La charge pyrotechnique nécessaire à la rupture du boulon pyrotech- nique est très réduite et l'explosion ne risque pas d'endommager les installations environnantes. Ces boulons pyrotechniques sont diailleurs bien connus dans la construction d'ensembles dont la séparation doit être télécommandée, par exemple, dans les missiles ou les fusées è plusieurs étages. - La présence d'un frein hydraulique permet de régulariser la vitesse d'ouverture de la soupape et de la ralentir. Il suffit d'une très faible énergie pour commander la mise à feu de la charge pyrotechnique, par exemple, d'un courant de quelques centaines de milliampères sous 1,5 volts. Une petite pile suffit à fournir cette énergie de telle sorte que l'ensemble du dispositif peut etre entièrement autonome et se comporter comme un relais qui libère une énergie beaucoup plus importante cons tituée par un fluide eonressle-s-toé :dans un réservoir. La mise à feu peut être facilement télécommandée à très grande distance par des signaux électromagnétiques ou acoustiques. Parmi les applications d'une soupape selon l'invention,nous citerons l'équipement des conteneurs de torpilles servant en même temps de tube de lancement et comportant un réservoir d'air comprimé incorporé muni d'une soupape selon l'invention. Une autre application est le gonflage d'embarcations de secours ou de structures gonflables de sustentation sur l'eau d'un aéronef tombé en mer. Il suffit d'équiper ces embarcations ou ces structures d'un réservoir d'air comprimé de volume suffisant et de munir celui-ci d'une soupape selon l'invention dont l'ouverture régulée peut etre commandée automatiquement par le contact avec l'eau, par exemple au moyen d'une pile à eau de mer qui se mettra a débiter un courant de mise a feu dès son; contact avec l'eau de mer. Une autre application est la télécommande du gonflage de caissons de renflouage immergés ou de bouées de renflouage gonflables au moyen d'un réservoir d'air comprimé équipé d'une soupape selon l'invention dont l'ouverture pourra etre commandée depuis la surface. Bien entendu, cette liste d'applications ntest pas limitative et n'est donnée qu'a titre d'exemples. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation de soupapes selon l'invention présentant des caractéristiques communes. La figure I est une coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation. La figure 2 est une coupe longitudinale d'un deuxième mode de réalisation. La figure 1 représente en coupe longitudinale, une soupape I composée d'un corps cylindrique 2, d'axe x x', ouvert aux deux extrémités. Ce corps comporte une bride 3 permettant de fixer la soupape sur une capacité, par exemple sur un réservoir d'air comprimé non représenté. A l'intérieur du corps cylindrique 2 est disposé un clapet 4, constitué par un piston creux également d'axe x x', pouvant coulisser dans ledit cylindre. L'extrémité ~5 du piston 4, qui est placée du côté du réservoir d'air comprimé, est ouverte. L'autre extrémité 6 du piston est fermée de sorte que la pression de l'air s'exerce à l'intérieur du piston et tend - repousser celui-ci. Un chapeau 7 est vissé à l'extrémité du corps cylindrique placé du côté du réservoir d'air. Ce chapeau comporte un moyeu central 8 réuni à la périphérie par des bras 9 entre lesquels l'air peut passer librement. Une tige centrale 10 est fixée au moyeu 8 par tout moyen connu. Par exemple, cette tige comporte d'un côté du moyeu- un épaulement 11 et, de l'autre côte du moyeu, une extrémité filetée sur laquelle se visse un écrou 12. Le fond 6 du cylindre comporte un alésage central dans lequel est fixé un boulon explosif 13 contenant une charge de rupture pyrotechnique. Un cordeau détonnant 14 permet de commander-à distance la mise à feu de cette charge. La tige centrale 10 est vissée sur le bout fileté 15 solidaire du boulon 13 de telle sorte que la tige 10 maintient le clapet 4 en place à l'encontre de la pression qui s' exerce à l'interieur du piston creux. Lorsque la charge pyrotechnique est mise à feu, la tige 10 est rompue et le clapet est libéré. Des joints toriques 16, 17 assurent l'étanchéité entre le clapet et le corps de soupape et un joint torique 18 assure l'étanchéité entre le clapet et le chapeau 7. Le clapet comporte1 au voisinage de l'extrémité fermée, des lumie- res périphériques 19. Lorsque le clapet est libéré, il vient occuper la position représentée en traits interrompus. Les lumières 19 se trouvent alors placées hors du corps cylindrique et ces lumières servent d'ouvertures de sortie du gaz comprimé contenu dans le réservoir. La section totale de ces ouvertures est sensiblement égale à la section transversale de la cavité intérieure du clapet 4. Le clapet porte, à la périphérie, une collerette 20 percée de part en part de canaux 21 de petit diamètre. Cette collerette est disposée dans un espace annulaire 22 délimité par la paroi externe du clapet et la paroi interne du corps de soupape. Cet espace est rempli d'huile à travers le canal 23 fermé par le bouchon 24. Cet ensemble joue le rôle d'un frein ou "dash pot" qui ralentit le mouvement du clapet lorsqu'vil est libéré afin d'éviter que le clapet ne prenne une grande accélératin revienne frapper brutalement contre le corps de soupape en risquant de le détériorer. La figure 2 représente, en coupe longitudinale un autre'mode de réalisation. Lés repères 1 a 24 représentent des parties homologues à celles de la figure I. A titre d'illustration, on a représenté sur la figure 2 une application particulière d'une soupape selon l'invention ,comme soupape de lancement d'une torpille dont le repère -25 représente la partie arrière. Sur cette torpille est fixée une pièce 26 pouvant piwter autour de l'axe x x', qui est utilisée habituellement pour suspendre la torpille à un parachûte lorsqu'elle est larguee d'avion. Cette pièce est terminée par un cylindre creux 27 portant, à la périphérie interne, une rainure 28. La soupape 1, utilisée comme soupape de lancement, est montée sur un réservoir d'air comprimé place à la partie arrière du tube lance-torpille, qui est par exemple, un tube servant en meme temps de conteneur. Le corps de soupape comporte un prolongement cylindrique creux 29 portant des ouvertures périphériques 30. Lorsque le clapet 4 est libéré, les fenetres périphériques 19 viennent se placer en face des ouvertures 30 a travers lesquelles s'écoule l'air du réservoir. Sur ce prolongement cylindrique est fixée, au moyen d'un écrou fileté 31, une pièce cylindrique 32 servant -à maintenir la torpille fixée à la soupape jusqu'au moment du lancement Cette pièce 32, dite griffe élastique, est constituée par un cylindre fendu suivant des génératrices ce qui lui permet de se déformer. Ce cylindre porte, à son extrémité, un bourrelet 33 faisant saillie extérieu rement et intérieurement. La saillie extérieure vient se loger dans la rainure 28 de la tige 26. Le clapet 4 porte également un prolongement cylindrique rigide 34 portant à son extrémité une nervure 35 en saillie vers l'extérieur. Lorsque le clapet est en position fermée, la rainure 35 se trouve placée au contact du bourrelet 33 qui est ainsi maintenu bloqué dans la rainure 28. La pince élastique 32 ne peut pas se déformer. Lorsque la charge pyrotechnique est mise à feu et que le clapet se déplace en position d'ouverture, la nervure 35 se déplace vers la torpille. La pince 32 peut alors se déformer librement et la torpille se libérer. On a ainsi réalisé le synchronisme entre ltouverture de la soupape de lancement et le déverrouillage du dispositif d'arrêt de la torpille. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourront etre apportées par l'homme de l'art aux deux soupapes qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1 - Produit nouveau constitué par une soupape à commande pyrotechnique ,du type comportant un clapet en forme de tiroir coulissant,placée sur une capacité remplie d'un fluide sous pression, caractériséeen ce que ledit clapet est soumis à la pression du fluide qui tend à le déplacer dans le sens d'ou verture et est solidaire d'une tige de retenue qui le maintient en place, en position de fermeture,à l'encontre de la pression du fluide, laquelle tige comporte une charge pyrotechnique et la mise à feu de ladite charge provoque la rupture de ladite tige et libère le clapet. 2 - Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est composée d'un corps de soupape cylindrique, ouvert aux deux extrémités, dont l'une communique avec ladite capacité, et d'un piston cylindrique creux, faisant fonction de clapet,coulissant dans ledit corps cylindrique, ouvert à celle des extrémités qui est placée du côté de ladite capacité, et portant des lumières périphériques au voisinage de l'autre extrémité qui est fermee. 3 - Soupape selon la revendication 2, caracteisee en ce qu'un chapeau fileté est vissé sur l'extrémité dudit corps de soupape placé du côté de ladite capacité, lequel chapeau comporte un moyeu central relié à la périphérie par des bras, lequel moyeu est rendu solidaire dudit clapet en forme de piston creux par ladite tige de retenue disposée axialement. 4 - Soupape selon la revendication 3, caractérisée en- ce que ledit piston creux comporte, à l'extrémité opposée à ladite capacité, un alésage central dans lequel est vissé un boulon comportant une charge de rupture pyrotechnique, sur lequel est vissée ladite tige de retenue. 5 - Soupape selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que ledit clapet comporte-une collerette périphériquequi se déplace dans un espace annulaire, rempli d'huile, compris entre ledit clapet et ledit corps cylindrique de la soupape, laquelle collerette est traversée de part en part par des canaux de faible diamètre, cet ensemble faisant fonction de ralentisseur du mouvement d'ouverture du clapet. 6 - Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit corps cylindrique de la soupape se prolonge au delà de l'extrémité fermée du clapet et porte des ouvertures périphériques de sortie du fluide. 7 - Soupape selon la-revendicaton 6 destinée à un réservoir d'air comprimé de tube de lancement de torpille, caractérisée en ce que, à l'extrémité opposée audit réservoir, le corps de soupape porte des griffes élastiques disposées suivant un cylindre et le clapet porte un verrou cylindrique, tous deux coaxiaux/qui s'engagent dans un logement creusé à l'extrémité d'une tige montée pivotante sur la torpille à l'arrière de celle-ci.