Brevet FR2307247A1 — publié le 19761105

La présente invention se rapporte aux dispositifs d'allumage qui sont utilisés pour la mise à feu des ensembles pyrotechniques, et plus particulièrement pour les chargements propulsifs présentant un canal interne, notamment les blocs de propergol solide. La mise à feu d'un chargement propulsif est une opération délicate qui doit etre effectuée dans un temps très réduit et qui doit répondre à un certain nombre de conditions particulières qu'il est nécessaire d'adapter dans chacune des réalisations industrielles et notamment : la valeur et l'intensité du flux thermique et du flux gazeux, la température produite et la répartition de ces flux sur la surface initiale à enflammer, cette surface présentant éventuellement des cannelures peu propices à une bonne répartition de ces flux. De nombreux dispositifs d'allumage ont été brevetés et les avantages obtenus portent principalement sur les délais de mise å feu et sur la valeur et l'intensité des flux thermiques et du flux gazeux, cependant, la répartition de ces flux est un parametre important notamment lorsque le chargement propulsif présente une grande longueur ou lorsque le dispostif d'allumage ne peut êteplacé dans le canal interne du bloc de propergol ou à proximité immédiate de l'une des extrémités de ce bloc. Le dispositif d'allumage suivant l'invention est plus particulièrement conçu pour réaliser une bonne répartition des flux thermiques et gazeux et pour permettre de ce fait une utilisation performante : soit sur les engins autopropulsés de grande longueur, l'allumage étant effectué quasi instantanément sur toute la surface du canal interne, soit en étant placé durant les essais au sol d'un propulseur, à l'extérieur de ce propulseur, dans l'axe de la tuyère. En effet la mise au point des fusées à propergol solide nécessite toujours un très grand nombre d'essais au sol tels que des essais simulant certaines situations de vol et notamment la rotation du propulseur autour de son axe. Au cours de ces essais les liaisons électriques par contact tournant qui alimentent le système de mise à feu fixé sur le propulseur sont encombrantes, coûteuses et de plus peu fiables, le propulseur pouvant être mis en rotation bien avant sa mise à feu. Le dispositif d'allumage suivant l'invention permet d'éliminer tous ces problèmes puisqu'il peut être entièrement indépendant du propulseur et être monté non rotatif en face de l'ouverture de la tuyère équipant le propulseur. Le dispositif d'allumage selon la présente invention comporte notamment un système d initiation, une charge relais et une charge principale d'allumage et, entre le système d'initiation placé à la bise du dispositif d'.lllílnlage et la charge principale d'allumage placée à l'extrémité du lit dispositif, est in tercalé au moins une charge propulsive en liaison avec l'inflammateur et avec la charge relais, de plus, l'ensemble des charges est positioré à l'i,térieur d'un tube directeur permettant le guidage des charges éjectées au moment de la mise à feu de la charge propulsive, les dites charges éjectables coulissant sans résistance excessive à l'intérieur du dit tube directeur. Plus particulièrement selon l'invention, une seule charge d'allumage est utilisée et elle peut être constituée par toutes les compositions employées couramment pour l'allumage des propergols, et notamment par des pastilles alu minothermiques, et éventuellement par des granulés de poudre du type poudre noire, intercalés entre les dites pastilles. Le système d'initiation est avan tageusement constitué par un inflammateur électrique renforcé par une poudre à très haute vitesse de combustion et le système d'initiation est solidaire du tube directeur par l'intermédiaire d'une embase. Selon une caractéristique de l'invention, d'une part la charge propul sive est une poudre gazeuse du type poudre froide, c'est à dire à bas potentiel, très rapide et non déflagrante, préférentiellement choisie dans le groupe cons titué par : les poudres noires de faible granulométrie et les poudres du type téflon-magnésium, et, d'autre part, l'ensemble des charges pyrotechniques présente un contour extérieur cylindrique et ces charges sont contenues dans une enveloppe de faible résistance et de faible épaisseur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la charge relais est constituée par de la poudre, des granulés et/ou des pastilles d'une composition pyrotechnique très rapide et non déflagrante et préférentiellement par une colonne de pastilles aluminothermiques de faible épaisseur, la dite charge relais étant contenue dans un support tubulaire de faible résistance réalisé préférentiellement à partir d'une grille métallique fusible de faible épaisseur, le dit support étant solidaire d'un piston en matériau semi rigide, préféren tiellement combustible tel que le nitrofilm armé ou le carton, le dit piston séparant totalement la charge propulsive et la charge d'allumage situées de part et d'autre du piston, la dite charge relais étant disposée coaxialement à l'allumeur. Selon une première application préférentielle, le dispositif d'allumage conforme à l'invention est utilisé à la réalisation d'un montage d'essais au sol de propulseurs et pour ce faire, il est positionné, au niveau et dans l'axe de la tuyère du propulseur sans en être solidaire, par un ensemble mécanique mobile maintenu en position opératoire tant qu'un effort limite n'est pas appli qué sur le dit dispositif d'allumage. Plus particulièrement, l'ensemble mécani que est constitué par un levier sensiblement perpendiculaire à l'axe du propulseur, le dit levier supportant à une extrémité le dispositif d'allumage et étant articulé à son autre extrémité sur un socle, le dit ensemble mécanique étant maintenu en condition opératoire par une pièce cisaillable immobilisant temporairement le levier par rapport au dit socle. Selon une seconde application préférentielle, le dispostif d'allumage conforme à l'invention est utilisé à la réalisation d'un allumeur pour engins autopropulsés et le dit dispositif est solidaire de la structure du propulseur et se trouve placé l'une des extrémités du canal interne du bloc de propergol logé dans le propulseur. Les caractéristiques et particularités de l'invention seront développées dans la description suivante pour laquelle la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation du dispositif d'allumage. En se reportant à cette figure, le dispositif d'allumage selon la présente invention comporte une base qui est constituée par une embase (2) rigide et résistante dans laquelle se loge un système d'initiation (10) qui peut etre soit un inflamisateur électrique, soit un système pyrotechnique tel qu'un fil explosé. Un tube directeur (1) est fixé sur l'embase et détermine un volume cylindrique à section circulaire dans lequel est placé l'ensemble des charges pyrotechniques. Le tube directeur est préférentiellement réalisé en un matériau non combustible lorsque le dispositif d'allumage est utilisé dans un montage d'essais de propulseur et peut-Stre réalisé par exemple à partir d'un métal ou d'un matériau composite à base de fibres synthétiques diverses, de manière à etre réutilisé et rechargé.Dans le cas où le dispositif d'allumage forme l'allumeur d'un engin autopropulsé, le tube directeur est préférentiellement réalisé à partir d'un matériau destructible tel que le nitrofilm armé. L'ensemble des charges pyrotechniques placées dans le tube directeur sont avantageusement enserrées dans une enveloppe cylindrique (3) de faible résistance et de faible épaisseur réalisée par exemple à partir d'une feuille plastique ou d'une feuille métallique. A l'intérieur de cette enveloppe se trouve disposée notamment la charge propulsive principale (8) qui est en contact avec l'embase (2) du dispositif, et la charge d'allumage principale (4) qui est placée à l'autre extrémité, ces deux charges étant reliées par une charge relais (5) axiale maintenue dans un support tubulaire (6). La partie moyenne de cette enveloppe peut se trouver réduite à un simple piston semi rigide (7) séparant la charge propulsive principale de la charge d'allumage principale mais peut comporter éventuellement un ensemble auxiliaire de charges constituées à partir du piston (7) : d'une charge d'allumage auxiliaire et d'une,charge propulsive auxiliaire séparées éventuellement par- un second piston auxiliaire, la dite charge propulsive auxiliaire étant terminée éventuellement par un piston supplémentaire prenant appui sur la charge d'allumage principale (4). Un exemple complet de réalisation est décrit ci-après en se référant à la figure 1. Selon cet exemple le tube directeur (1) en duralumin d'une longueur de 80 mm et d'un diamètre intérieur de 25 mm comporte un filetage à l'une de ses extrémités dans laquelle est vissée l'embase en duralumin (2), cette embase d'une épaisseur de 10 mm est pourvue d'un trou central dans lequel se visse le système d'initiation (10) qui se compose d'un embout métallique (11) dans lequel est logé un inflammateur électrique (9) type P 53 fabriqué par la société GEVELOT, cet inflammateur étant.d'une part renforcé par un faible volume de poudre noire (12) contenue dans une coupelle en nitrocellulose (13) et d'autre part maintenu dans l'embout métallique par une gaine de résine (14) coulée après mise en place de l'inflammateur.L'ensemble des charges pyrotechniques sont contenues dans une enveloppe (3), souple et peu résistante en polyéthylène de 26/100e de millimètre d'épaisseur qui présente une forme cylindrique de 25 mm de diamètre et de 55 mm de longueur. La charge propulsive (8) est constituée de 5g de poudre noire d'une granulométrie moyenne de 3,5 mm et se trouve placée en contact avec l'embase (2) du dispositif; cette charge est séparée de la charge d'allumage (4) par l'intermédiaire d'un piston (7) en carton dur d'une épaisseur de 1,5 mm qui est solidaire d'un support cylindrique axial (6) réalisé à partir d'une grille en laiton d'une épaisseur de 1/10e de mm et d'une longueur de 45 mm. A l'intérieur de ce support la charge relais (5) est composée de 1,8g de pastilles aluminothermiques, de diamètre 4 mm et d'épair seur l mm, empilées les unes sur les autres.La charge d'allumage (4) située à l'extrémité du dispositif est composée d'une part de 26g de pastilles aluminothermiques, de diamètre 4 mm et d'épaisseur 2,5 mm entassées en vrac et d'autre part de 3g de poudre noire d'une granulométrie moyenne de 3,5 mm répartis entre les pastilles aluminothermiques. En fonctionnement, le dispositif d'allumage décrit ci-dessus peut être utilisé, dans le cadre d'un montage d'essais pour la mise à feu d'un bloc de propergol d'une masse de 40 kilogrammes et de longueur 1 mètre présentant un volume libre de 10 litres, et peut etre tiré dans un propulseur équipé d'une tuyère dont le diamètre est supérieur ou égal à 30 millimètres de diamètre. Le signal électrique parvenant à l'inflammateur (9) déclenche la mise à feu de charge de renfort (12) qui enflamme la poudre noire de la charge propulsive (8).La combustion de cette poudre noire provoque simultanément d'une part, par l'action des gaz, l'éjection de l'ensemble constitué par le support cylindrique (6) le piston (7) et l'enveloppe (3) ainsi que les charges correspondantes, et d'autre part, par l'énergie calorifique développée, l'inflammation de la -charge relais (5) qui assure la mise à feu de la charge d'allumage (4). L'ensemble éjectable se trouve guidé au début de la mise en mouvement par le prolongement (15) du tube directeur (1) dans lequel il peut coulisser sans résistance excessive et cet ensemble se trouve projeté à l'intérieur du canal interne du bloc de propergol lorsque la charge relais (5) enflamme les pastilles aluminothermiqueset la poudre noire qui constituent la charge d'allumage (4). Ce dispositif d'allumage utilisé lors d'essais au sol d'un propulseur, et notamment d'essais en rotation peut être intégré à un montage qui comprend principalement un banc supportant et entrainant en rotation le propulseur et un ensemble mécanique qui supporte et positionne le dispositif d'allumage qui est placé au niveau et dans l'axe de la tuyère sans en être solidaire. Cet ensemble mécanique est constitué d'une tête de fixation dans laquelle est placé le dispositif d'allumage, la dite tête étant située à l'extrémité d'un levier dont l'autre extrémité est articulé sur un socle solidaire du banc du propulseur. Le levier qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe du propulseur est bloqué en position opératoire par une goupille cisaillable qui permet de maintenir temporairement le dispositif d'allumage dans l'axe de la tuyère du propulseur.La combustion de la charge propulsive du dispositif d'allumage n'entrain qu'un effort limité sur la goupille cisaillablederetenuemaislocsque l'ensemble des charges éjectables du dispostif pénètre dans le canaldubloe de propergol et le met à feu sur toute sa surface, le souffle gazeux est tel que dès le début de l'inflammation du canal interne, la goupille de retenue se cisaille et l'ensemble mécanique mobile constitué par le dispositif d'allumage, la tète de fixation et le levier s'efface pour dégager la tuyère du propulseur. Ce montage d'essais en rotation réalisé avec un dispositif d'allumage extérieur au propulseur permet d'éviter l'utilisation de contacts électriques tournants qui seraient nécessaires pour alimenter un allumeur solidaire du propulseur. Le dispositif d'allumage selon 1 invention peut également être utilisé pour réaliser un allumeur intégré à un propulseur et notamment dans le cas des propulseurs de grandeongueur. Cette utilisation permet d'éviter de répartir plusieurs allumeurs le long du canal interne du bloc de propergol et de supprimer les dispositifs mécaniques de maintien de ces allumeurs, ces dispositifs étant toujours d'un emploi délicat. Dans une telle application, le dispositif d'allumage est solidaire de la structure du propulseur et se trouve placé à l'une des extrémités du canal interne du bloc de propergol, soit au niveau de la tuyère, soit au niveau de la partie avant du propulseur.Dans le cas où l'allumeur est placé au niveau de la tuyère et est solidaire de l'opercule obturant provisoirement la tuyère pour favoriser la mise en pression initiale, la base (2) du dispositif et le tube directeur (1) sont réalisés en des maté riaux. semi rigides éventuellement combustibles, tels que les matières plastiques charges, ou même en nitrofilm armé pour le tube directeur.Selon cette appli cation du dispositif d'allumage conforme à la présente invention, la répartition du flux thermique et du flux gazeux sur la surface du canal interne est obtenue, d'une part par la projection de l'ensemble des charges éjectables, et d'autre part par leur dissémination dans le canal qui est provoquée soit par l'utilisation de charges propulsives et de charges d'allumage annexes, soit par l'incorporation de poudre noire dans le volume libre situé entre les pastilles aluminothermiques. Quelques résultats balistiques sont donnés à titre d'exemple ci-après. Ces résultats ont été obtenus avec des dispositifs d'allumage réalisés selon l'exemple qui a été décrit ci-dessus et ils mettent en évidence les possibilités et les caractéristiques du dispositif d'allumage selon l'invention. Ces exemples se rapportent à la mise à feu de blocs de propergol composite réalisés à partir d'environ 18% de polyuréthane, 14% d'aluminium et 68% de perchlorate d'ammonium. Les résultats obtenus avec d'autres types de propergol sont sensiblement équivalents et l'on constate d'une manière générale que pour un bloc de propergol donné, le délai d'allumage correspond au délai habituellement constaté lors de l'utilisation d'un allumeur classique, augmenté de la durée d'éjection de la charge principale d'allumage, cette durée n'excédant pas quelques millisecondes puisque l'allumage effectif du bloc se produit dès l'inflammation de cette charge principale. N des Exemples 1 2 3 4 5 6 7 - Charge d'allumage pastille alumino thermiques (g) 26 26 26 16 26 18 18 poudre noire (g) 3 - 3 3 3 - 3 Charge propulsive poudre noire (g) 7 6 5 5 5 4 4 - charge relais pastilles alumino thermiques (g) 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 Diamètre de l'en semble éjectable (s ) 30 30 30 25 30 25 25 Diamètre de la tuyère (mm) 40,8 40,8 33 27,7 41,8 29,5 29,5 longueur du bloc (mm) 1000 1000 500 500 1000 500 500 - Délai d'allumage (ms) 38 41 60 40 45 66 55 Délai de mise en pression entre P P4 et 3 P/4 (ms) 13 13 18 12 19 13 13 4 - Pression absolue (b) 79,4 81,1 62,9 82,3 80 90 87 Les dispositifs d'allumage à charge éjectable peuvent notamment etre utilisés pour la réalisation de montages d'essais au sol des propulseurs entrainés en rotation, et > pour la réalisation d'allumeurs intégrés aux propulseurs, préférentiellement lorsque ceux-ci présentent une longueur importante. REVENDICATIONS I.- Dispositif d'allumage, utile notamment pour la mise à feu des chargements propulsifs présentant un canal interne, comportant un système d'initiation, une charge relais et une charge principale d'allumage, caractérisé - d'une part, en ce que, entre le système d'initiation placé à la base du dispositif d'allumage, et la charge principale d'allumage placée l'extrémité dudit dispositif d'allumage, est intercalé au moins une charge propulsive en liaison avec l'inflammateur et avec la charge relais, - et d'autre part en ce que , l'ensemble des charges est positionné à l'intérieur d'un tube directeur permettant le guidage des charges éjectées au moment de la mise à feu de la charge propulsive, lesdites charges éjectables coulissant sans résistance excessive à l'intérieur dudit tube directeur. 2.- Dispositif d'allumage selon la revendication I caractérisé en ce qu'une seule charge d'allumage est utilisée, ladite charge étant constituée par des pastilles aluminothermiques disposées en vrac et éventuellement par des granulés de poudre, du type poudre noire, qui sont intercalés entre lesdites pastilles. 3.- Dispositif d'allumage selon l'une des revendications I ou 2 caractérisé en ce que le système d'initiation est constitué par un inflammateur électrique renforcé par une poudre à très haute vitesse de combustion, ledit système d'initiation étant solidaire du tube directeur par l'intermédiaire d'une embase. 4.- Dispositif d'allumage selon l'une des revendications I à 3 caractérisé en ce que la charge propulsive est une poudre gazeuse du type poudre froide très rapide et non déflagrante, préférentiellement choisie dans le groupe constitué par les poudres noires de faible granulométrie et les poudres du type téflon-magnésium. 5.- Dispositif d'allumage selon l'une des revendications I à 4 caractérisé en ce que l'ensemble des charges pyrotechniques présente un contour extérieur cylindrique, lesdites charges étant contenues dans une enveloppe de faible résistance et de faible épaisseur. 6.- Dispositif d'allumage selon l'une des revendications I à 5 caractérisé en ce que la charge relais est contenue dans un support tubulaire de faible résistance solidaire d'un piston semi-rigide séparant totalement la charge propulsive et la charge d'allumage situées de part et d'autre dudit piston, ladite charge relais étant disposée coaxialement à l'allumeur. 7.- Dispositif d'allumage selon la revendication 6 caractérisé en ce que la charge relais est constituée de granulés et/ou de pastilles d'une composition pyrotechnique très rapide et non déflagrante, qui sont contenus dans un support réalisé à partir d'une grille métallique fusible de faible épaisseur, ladite grille étant solidaire d'un piston combustible. 8.- Dispositif d'allumage selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que la charge relais est réalisée essentiellement par une colonne de pastilles aluminothermiques de faible épaisseur. 9.- Application du dispositif d'allumage conforme à l'une quelconque des revendications I à 8, à la réalisation d'un montage d'essais de propulseurs, notamment lorsque le propulseur est entrainé en rotation autour de son axe. IO.- Montage d'essais selon la revendication 9 caractérisé en ce que le dispositif d'allumage, non solidaire de la tuyère, est positionné au niveau et dans L'axe de cette tuyère par un ensemble mécanique mobile maintenu en position opératoire tant qu'un effort limite n'est pas appliqué sur ledit dispositif d'allumage. II.- Montage d'essais selon la revendication IO caractérisé en ce que l'ensemble mécanique est constitué par un levier sensiblement perpendiculaire à l'axe du propulseur, ledit levier supportant à une extrémité le dispositif d'allumage et étant articulé à son autre extrémité sur un socle, ledit ensemble mécanique étant maintenu en condition opératoire par une pièce cisaillable immobilisant temporairement le levier par rapport audit socle. I2. - Application du dispositif d'allumage, conforme à l'une quelconque des revendications I à 8, à la réalisation d'un allumeur pour engins autopropulsés, notamment lorsque l'engin est équipé d'un bloc de propergol à canal central de grande longueur. I3.- Allumeur selon la revendication 12 caractérisé en ce que le dispositif d'allumage es-t solidaire de la structure du propulseur et est disposé à l'une des extrémités du canal interne du bloc de propergol.