Brevet FR2299520A1 — publié le 19760827

La présente invention a pour objet un dispositif de découpe d'éléments structuraux d'un propulseur et, plus particulièrement, pour découper à même la structure des orifices circulaires dans le fond avant du propulseur lorsqu'on souhaite réaliser une contre-poussée à celle produite par la tuyère propulsive. En effet, presque simultanément à la séparation d'une charge utile telle qu'un satellite ou une charge militaire du propulseur de lancement, on libère des orifices préalablement obturés et ménagés dans le fond avant du propulseur, c'est-à-dire sur la paroi opposée à celle munie de la tuyère, en vue de créer des tuyères secondaires par lesquelles s'échappent les gaz de combustion La poussée résultante desdites tuyères secondaires constitue une contre-poussée qui permet de freiner le propulseur et l'éloignement de la charge utile. L'obturation de ces orifices calibrés est effectuée actuellement par une soupape immobilisée par les portées des pales d'une butée étoilée solidaire par lesdites portées de la structure du propulseur, lesquelles pales sont elles-mémes maintenues en rotation par deux arr8toirs en nylon. Dans le corps de la butée est disposé un initiateur pyrotechnique qui constitue l'organe moteur au moment où est donné l'ordre d'ouverture des orifices de contre-poussée. Lorsqu'un ordre électrique de mise à feu parvient à 1'initiateur pyrotechnique au moyen d'un connecteur électrique, ltexplosif dudit initiateur pyrotechnique est amorcé et provoque une pression et une onde de choc qui s'appliquent sur le fond de la cuve de détonation solidaire de la soupape en s'opposant aux effets de la pression régnant à l'intérieur du propulseur. De ce fait, la soupape est repoussée à l'inté- rieur du propulseur et ne se trouve plus alors en appui sur l'extrémité des pales de la butée étoilée qui se déforme à la manière d'un parapluie que l'on commence à fermer. I1 s'ensuit que les orifices sont libérés ce qui permet aux gaz de combustion de contre-poussée de s'échapper par lesdits orifices. On conçoit alors les difficultés technologiques à surmonter pour la mise en place de telles soupapes puisque, comptetenu de leur fabrication très soignée, il est impératif de ménager dans le fond avant des orifices parfaitement calibrés et de prévoir un système d'étanchéité très efficace pour empe- cher une fuite des gaz de combustion avant le moment où l'on désire leur échappement. Par ailleurs, pour être certain de l'ouverture des orifices au moment approprié et simultanément, on utilise. un initiateur pyrotechnique muni d'un relais et alimenté par deux cordeaux détonants de transmission, car la fiabilité des ouvertures conduit à prévoir une redondance complète. C'est ainsi que pour l'ouverture de six orifices de contre-poussée, on prévoit deux initiateurs et douze cordeaux détonants radiaux dirigés deux par deux vers chaque soupape. Les cordeaux détonants de transmission ou de découpe sont constitués par une enveloppe fermée métallique, en plomb par exemple, qui renferme une Sme d'explosif. Le profil de l'enveloppe métallique, dans le cas d'un cordeau détonant utilisé pour la découpe, est défini pour obtenir un effet de charge creuse bien connu. L'utilisation des cordeaux détonants de transmission ou de découpe nécessite de les disposer à l'intérieur de gouttières, généralement métalliques, qui servent à la fois à la protection et au positionnement desdits cordeaux. Toutefois, ces gouttières sont lourdes, onéreuses et difficiles à fixer et à mettre au point pour résister notamment aux vibrations du propulseur. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités et de proposer un dispositif de découpage apte à découper in situ les éléments structuraux d'un propulseur au moment opportun. A cet effet, il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un cordeau de découpe disposé dans une enveloppe souple fixée sur l'élément à découper. Ceci permet non seulement de découper un élément de la structure mais également d'alléguer le propulseur et de réaliser une liaison et un accrochage très faciles Selon une autre caractéristique, l'enveloppe et son cordeau de découpe constituent une couronne fixée sur l'élément à découper, l'orifice ainsi créé étant adapté au diamètre de découpe de la couronne1 ce qui conduit à de grandes tolérances dans la fabrication et le montage des tuyères secondaires de contre-poussée lorsque lesdits orifices sont destinés à freiner le propulseur. Selon une autre caractéristique, sur chaque face de l'élément à découper, est fixée une enveloppe souple munie chacune de son cordeau de découpe, lesdites enveloppes étant disposées sur un même axe de façon que les effets de découpe soient sur un même rayon. Cette disposition particulière, bien que redondante, délimite un orifice parfaitement calibré puisque les dards de découpe se produisent sur une même ligne de découpe. De plus, leur pénétration réciproque et opposée atténue les effets parasites qui se détruisent mutuellement, ce qui évite une détérioration possible des éléments de structure voisins. Selon une autre caractéristique, chaque couronne est associée à au moins trois relais susceptibles chacun d'eux d'initier le cordeau de découpe de ladite couronne, un desdits relais étant relié à une couronne centrale de transmission générale, tandis que chacun des deux autres relais est relié à un autre relais associé à une couronne adjacente destinée à découper un autre élément de structure. Ainsi, si une liaison était -ibterrompue pour quelque raison que ce soit, on est certain qu'un des relais initiera le cordeau détonant et par suite de découper l'élément tel que souhaité. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de modes de réalisation donnés ci-dessous à titre indicatif mais non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe du dispositif selon un mode de réalisation, - la figure 2 est une vueen coupe du dispositif selon un autre mode de réalisation, - la figure 3 est une représentation schématique d'une organisation de découpe simultanée de plusieurs orifices, - la figure 4 est une vue en coupe éclatée d'une couronne de découpe. Le dispositif selon l'invention représenté aux figures I à 3, est décrit, par exemple, pour découper des éléments de structure afin de réaliser des orifices de contre-poussée. A cet effet, sur le fond avant (1) du propulseur est fixée une articulation (2) de raccordement à une tuyère secondaire d'éjection (3). A l'intérieur de l'articulation est disposée une couronne de découpe (4) constituée par une enveloppe (5) dans laquelle est logé un cordeau détonant (6) à charge creuse dont la charge explosive est susceptible d'être enflammée par un relais (7), noyé dans la masse de l'enveloppe lors de la fabrication de cette dernière. De plus, il faut noter que l'incorporation du cordeau détonant (6) dans l'enveloppe souple (5) assure une bonne protection contre les agressions accidentelles, même celles d-'une déflagration éventuelle de l'explosif qui peut être de l'hexogène, de l'hexanitrostylbène ou tout autre explosif secondaire particulièrement stable aux températures élevées. A l'intérieur du propulseur, c 'est-à-dire sur la face interne (8) du fond avant (1), est fixé entre le fond avant (1) et le garnissage intérieur (9), par tout moyen approprié tel que collage, un anneau de protection (10) renforcé par des inserts (11) et qui constitue d'une part une enclume pour amortir le dard de découpe après initiation du cordeau détonant (6) et éviter que ledit dard ne progresse trop loin en direc tion du propergol et, d'autre part, le col de la tuyère secondaire après découpe de l'élément à découper (12). I1 convient de noter que le diamètre intérieur de l'anneau de protection (10) est inférieur au diamètre externe de la couronne de découpe (4) afin que ce ne soit pas la section découpée délimitée par les pointillés (13) qui assure le calibrage de l'orifice. Bien évidemment, l'anneau de protection (10) est en matériau adapté au calibrage d'un col de tuyère tel qu'un matériau réfractaire ou ablatif ayant des propriétés de tenue au flux des gaz chauds. Dans l'articulation (2) et en regard du relais (7) est disposé un initiateur fonctionnant par onde de choc (14) capable d'initier une charge explosive située de l'autre cOté d'une paroi sans trouer cette dernière. L'initiateur fonctionnant par onde de chou est lui-même excité par un cordeau de transmission (15) relié à un organe de mise à feu. Afin d'initier de façon store le cordeau détonant (6), il est particulièrement recommandé de prévoir un relais (7) assez large ou de tolérance angulaire assez élevée, de manière à permettre à l'onde de choc produite par l'initiateur fonctionnant par onde de choc (14), d'atteindre réellement ledit relais (7). Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, la couronne de découpe est montée à l'intérieur du propulseur et est centrée sur l'axe de la tuyère secondaire de contrepoussée. De préférence, la couronne de découpe est intégrée dans le garnissage de protection thermique (9) du fond avant et est munie d'un relais (7a) relié à un cordeau de transmission (15) noyé dans la masse dudit garnissage de protection thermique (9). Il va de soi qu'on peut disposer de chaque coté de l'élément à découper (12) une couronne de découpe identique à celles représentées aux figures 1 et 2, ce qui permet d'éviter la mise en place de l'anneau de protection (10). En effet, en prenant soin de monter des couronnes de même diamètre ou tout au moins telles que les charges creuses soient en regard de part et -d'autre de l'élément à découper, on réalise une double protection car les dards des charges creuses se propagent dans l'élément à découper dans des sens opposés et, par suite, ne peuvent atteindre les parties de structure voisines et/ou le propergol solide stocké dans le propulseur. De plus, l'effet arrière des dards est absorbé par le matériau de la couronne. La pénétration du dard produit par une charge creuse dépend essentiellement de la distance séparant l'explosif de la pièce à découper. De ce fait, la construction des cordeaux détonants impose une utilisation qui peut être incompatible avec le but recherché. C'est ainsi que dans le cas des cordeaux détonants de découpe, les effets ne sont assurés que si le rayon de courbure donné auxdits cordeaux n'est pas inférieur à environ 40 fois leur hauteur, car un faible rayon de courbure modifie la géométrie du cordeau détonant.Or, dans une utilisation de découpe d'orifices de contre-poussée, il est nécessaire de cintrer le cordeau détonant de telle façon qu'il puisse se loger à la sortie du col d'une tuyère secondaire d'éjection et -d'ajuster la pénétration du dard On peut parvenir au résultat recherché en réalisant une matrice où apparaît en relief une nervure affectant la courbure de couronne que doit présenter ultérieurement le cordeau. Celui-ci est ensuite mis en forme sur ladite matrice au moyen d'une molette qui se déplace le long de ladite nervure. Comme, par ailleurs, il est nécessaire que la surface du cordeau à placer sur la surface à découper soit strictement superposable à cette dernière, on place la couronne de cordeau entre une matrice et un poinçon, de façon à obtenir finalement une surface gauche On peut également utiliser un autre mode de fabrication du cordeau détonant tel que celui qui consiste à réaliser une couronne en forme de H et de rayon adéquat, à charger in situ l'explosif, puis à resserrer les bords supérieurs de façon à comprimer l'explosif. L'enveloppe dans laquelle est disposé le cordeau détonant peut être en une partie ou en deux parties comme représenté à la figure 4, ladite enveloppe comportant une couronne supérieure (16) en caoutchouc dans laquelle est ménagé un évidement (17) pour le logement du cordeau détonant (18) et une couronne inférieure (19), les zones d'assemblage (20) et (21) étant enduites de colle pour réaliser leur solidarisation. Il va de soi que d'autres moyens de mise en place du cordeau détonant dans l'enveloppe peuvent être utlisés. C'est ainsi que ledit cordeau détonant peut être mis en place au cours de l'élaboration du caoutchouc cru et rester en place pendant la polymérisation dudit caoutchouc. De la même manière, on peut renforcer ladite enveloppe pendant sa fabrication, par des inserts analogues à ceux de l'anneau de protection et/ou les prévoir à l'extérieur de ladite enveloppe, de manière à mieux atténuer la pénétration du dard et à être utilisés pour sa fixation, par des moyens mécaniques, sur l'articulation de la tuyère secondaire d'éjection et/ou le fond avant. On va maintenant décrire à l'appui de la figure 3, comment découper simultanément les orifices nécessaires pour produire la cnntre-poussée susceptible de s'opposer à la poussée principale, afin de freiner le propulseur. Généralement, on prévoit que l'ouverture de six orifices d'une section appropriée, conduit au résultat recherché. De ce fait, on a représenté schématiquement une organisation de découpe du fond avant dont les éléments à découper pour la création des orifices susmentionnés sont référencés de (22) à (27). Sur chaque élément (22) à (27) est fixée une couronne de découpe (28) selon l'invention, chaque couronne de découpe étant munie de trois relais (29) à (31), les relais latéraux (29) et (30) étant reliés par des cordeaux de transmission (32) de préférence intégrés dans une enveloppe souple aux relais latéraux des éléments adjacents comme cela est visible sur la figure 3, tandis que le relais médian (31) est relié par un cordeau de transmission analogue au cordeau (32) à une couronne de faible diamètre de cordeau de transmission (33), disposée au voisinage de l'axe du propulseur. La couronne de transmission (33) est initiée indifféremment par un des initiateurs (34) et (35) prévus en double pour des raisons de fiabilité. De cette manière, on évite le doublement des circuits d'initiation pour chaque élément comme cela est réalisé dans la technique antérieure, tout en garantissant une meilleure sécurité d'initiation. En effet, si on suppose, pour l'élément (27), que le cordeau de transmission (32) est sectionné ou présente une discontinuité quelconque, on constate-qu'il reste deux possibilités d'initier le cordeau détonant (28) qui lui est associé, par l'un des circuits fléchés F1 et/ou F2. I1 y a lieu également de noter que si les cordeaux de transmission reliant les relais latéraux ne fonctionnent pas, l'initiation sera effectuée par le relais médian. Il va de soi qu'un tel système de découpe impose que la majeure partie des relais utilisés soient des relais reversibles. Bien entendu, la présente invention-n'est pas limitée ni aux modes de réalisation, ni aux applications décrites, mais en couvre toutes les variantes. C'est ainsi que le dispositif de découpe selon l'invention peut être appliqué dans la destruction de propulseurs à propergol solide ou dans la séparation des étages. Dans le premier cas, le dispositif de découpe sera disposé suivant une ou plusieurs génératrices ou suivant une ligne quelconque puisqu'on peut maintenant déformer- le cordeau détonant, initier ce dernier et obtenir la découpe et, par suite, la séparation souhaitée, ladite découpe pouvant être effectuée notamment sur l'un des fonds avant ou arrière ainsi que sur la virole du propulseur, les risques de mise à feu accidentelle du propergol solide étant évités comme cela ressort de la description donnée. Dans le second cas, plus facile à réaliser car le dispositif de découpe ne doit pas présenter de spécifications particulières, comme cela est le cas d'ouvertures d'orifices de contre-poussée, on découpe la liaison mecanique des deux ensembles pour réaliser une fonction identique à celle qui pourrait être réalisée avec des sangles éjectables. REVENDICATIONS 1) Dispositif de découpe d'éléments structuraux d'un propulseur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un cordeau de découpe disposé dans une enveloppe souple fixée sur l'élément à découper. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe et son cordeau de découple constituent une couronne fixée sur l'élément à découper. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que sur chaque face de l'élément à découper, est fixée une enveloppe souple munie chacune de son cordeau de découpe, lesdites enveloppes étant disposées sur un même axe de façon que les effets de découpe soient dans une même ligne. 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le cordeau de-découpe est à charge creuse. 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans l'enveloppe est également incorporé au moins un relais associé à un cordeau de transmission et susceptible d'initier l'explosif du cordeau de découpe. 6) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe est constituée par deux parties distinctes dont au moins une comporte un évidement pour le logement du cordeau de découpe. 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enveloppe comporte, noyés dans la masse, des inserts de renfort et de fixation. 8) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que sur la face de l'élément à découper opposée à celle recevant la couronne de découpe, est fixé un anneau de protection dont la section de passage délimite la section du col d'une tuyère secondaire. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la section de passage de l'anneau de protection est inférieure à celle de la couronne de découpe. 10) Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'anneau de protection est en caoutchouc résistant thermiquement. 11) Dispositif selon les revendications 1 à 10 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que chaque couronne est associée à au moins trois relais susceptibles chacun d'eux d'initier le cordeau de découpe de ladite couronne, un desdits relais étant relié à une couronne centrale de transmission générale, tandis que chacun des deux autres relais est relié à un autre relais associé à une couronne adjacente destinée à découper un autre élément de structure. 12) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couronne centrale de transmission est associée à deux relais initiateurs alimentés par une source électrique prévue dans le propulseur.