Brevet FR2559453A1 — publié le 19850816

L'invention concerne un dispositif pyrotechnique de verrouillage, dtassemblage et d'isolement irréversible destiné à l'assembla&e de structures métalliques, ledit dispositif comportant un tube pyrotechnique à expansion. Les dispositifs utilisant des tubes pyrotechniques à expansion sont généralement développés pour répondre aux besoins de l'industrie aérospatiale dans des fonctions de séparation. On citera par exemple la séparation des étages de lanceurs, la séparation de charges utiles, le dégerbage de générateurs solaires de satellites, léjection de verrières ou de panneaux d'évacuation sur les avions, etc. Les tubes pyrotechniques à expansion sont généralement utilisés pour cisailler un élément de structure au niveau d'une section de rupture située dans le plan de séparation. Le dispositif se présente sous forme d'un ensemble intermédiaire comportant un logement, recevant le tube pyrotechnique, et une rainure usinée dans la paroi extérieure du logement définissant une section de rupture de moindre résistance. Un exemple d'un tel dispositif est montré dans le brevets des EoU.A. 3 698 281. le tube à expansion est enserré dans un logement défini entre les deux faces en regard d'une bride fixée entre les deux ensembles à séparer, Les faces extérieures comportent, approximativement dans la partie médiane correspondant au logement, des rainures qui forment dans les parois du logement des lignes de moindre résistance selon lesquelles se concentreront les forces engendrées par l'expansion du tube pyro- technique provoquant la rupture des parois du logement et la séparation des éléments situés de part et d'autre des rainures. L'utilisation de dispositifs pyro- techniques pour des fonctions de verrouillage est limitée à l'actionnement de vérins pour intervention rapide dans des dispositifs de sécurité. La nécessité de développer des dispositifs de verrouillage rapide et irréversible pour des fonctions d'assemblage est apparue avec les problèmes de fixation dans les conditions de vide spatial. la solution Jusqu'à présent envisagée consistait à transporter dans un milieu hostile les moyens mécaniques manuels ou motorisés d'assemblage étanche ou non déjà connus. L'invention a pour but de fournir un dispositif permettant l'assemblage irréversible étanche ou non, d'éléments dont la liaison mécanique doit être assurée de manière automatique et rapide avec ou sans intervention humaine, dans des conditions d'environnement sévères. Le dispositif d'assemblage comporte un tube pyrotechnique à expansion agissant sur des moyens d'assemblage appartenant à deux éléments ou structures à solidariser. les explications et figures, données ci-après à titre d'exemples, permettront de comprendre comment l'invention peut 9tre réalisée. La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un tube pyrotechnique à expansion-et de son système d'allumage. Les figures 2 et 3 montrent un premier exemple de réalisation d'un dispositif de verrouillage selon l'invention. les figures 4 et 6 représentent une coupe transversale d'un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif de verrouillage avant verrouillage. les figures 5 et 7 représentent le dispositif de verrouillage selon les figures 4 et 6 en position verrouillée. les figures 8 et 10 représentent un troisième exemple d'un dispositif de verrouillage avant verrouillage. Les figures 9 et 11 représentent le dispositif de verrouillage selon les figures 8 et 10 en position verrouilléeo Les figures 12 et 13 représentent un dispositif de verrouillage, pour des éléments tubulaires, d'un type semblable à celui des figures 8 et 9. Les figures 14 et 15 représentent un dispositif de verrouillage, pour des éléments tubulaires, d'un type semblable à celui des figures 4 et 5. Le dispositif de verrouillage pyro- technique irréversible entre deux éléments à assembler comporte une partie d'assemblage prévue sur chacun des éléments et un tube pyrotechnique à expansion. Le tube pyrotechnique est logé dans une des parties d'assemblage et assure directement ou indirectement, après expansion, la solidarisation des parties coopérantes des deux éléments à assembler. Un tube pyrotechnique à expansion 1 (figure 1) est constitué, comme connu, d'un tube métallique 2, de section annulaire aplatie> susceptible de reprendre après expansion sa section circulaire d'origine, Un tube de section circulaire reçoit selon son axe un cordon détonant 3. L'espace séparant le cordon détonant du tube est rempli d'un matériau amortisseur etdt'umatériau assurant le transfert de l'énergie 4o Les extrémités du tube sont scellés puis le tube est aplati0 Le tube est muni à au moins une de ses extrémités d'un bloc d'allumage 5 dans lequel vient se fixer le détonateur 6o Afin d'tévLter les ratés, dus généralement à une lacune dans le remplissage du cordon détonant, on prévoie un dispositif d'allumage à chaque extrémités Dans des éléments à assembler de grandes dinmensions, il sera souhaitable de prévoir des dispositifs d'allumage en plusieurs points du tube pyrotechnique. Selon un premier exemple de réalisation (figures 2,3), les éléments à assembler portent des parties d'assemblage 8,9 susceptibles de coopérer. Une des parties d'assemblage 8 comporte une rainure 10 dans laquelle se loge le tube pyrotechnique 1. La rainure 10 s'étend sur toute la longueur de la face d'extrémité 11 coopérant au moins pendant la phase de positionnement de l'assemblage avec la face 12 de la partie d'assemblage 9 de l'autre élément. La partie d'assemblage prévue sur l'élément 8 est constituée d'une partie m9le métallique présentant une section en T. la rainure 10 dans laquelle est logé le tube pyrotechnique est formée à l'extrémité de l'élément m9le dans le plan bissecteur de la branche transversale du T. La largeur de la rainure est égale à l'épaisseur du tube pyrotechnique. La partie femelle d'assemblage présente une forme approximativement conjuguée de la partie miles la distance séparant les rebords 13 et 14 de la partie femelle permettant le passage avec jeu de la branche transversale de la partie mâle. la partie femelle constitue une rainure de guidage pour la partie mâle et pour l'élément à assembler. Lorsque l'assemblage définitif est décidé, le tube pyrotechnique est allumé et, sous l'action des gaz d'explosion, il prend sa section circulaire d'origine (figure 3), en écartant les deux ailes formées de part et d'autre de la rainure séparant la branche transversale de la partie mgle- Ces deux ailes viennent se bloquer entre le fond 12 et les rebords 13,14 de la partie femelle. Selon une forme de réalisation non représentée mais semblable à celle précédemment décrite, les parties mnle et femelle correspondantes ont une section trapézoïdale, la grande base du trapèze formant l'extrémité de la partie m.le, dans laquelle est prévue la rainure pour loger le tube pyrotechniqueo La partie femelle, prévue dans la partie d'assemblage de l'autre élément, a une forme conjuguée de la partie m9le et son ouverture permet le passage avec jeu de l'extrémité de la partie mtle. La mise à feu du tube pyrotechnique produit l'écartement de l'extrémité et le bloquage contre les bords de la partie femelle. Selon une disposition particulière les formes trapézoïdales de la partie m9le et femelle ne sont pas conjuguées mais la pente des faces de la partie mâle est supérieure à celle des faces de la partie femelle de manière que lors de l'expansion du tube pyrotechnique, les faces viennent en contact sur une surface importante. Selon la forme de réalisation représentée sur les figures 4 à 7, plus particulièrement destinée à verrouiller deux éléments pour empocher un mouvement relatif transversal, l'extrémité d'un des éléments 15 porte une rainure 16 pour loger le tube pyrotechnique 1 selon sa plus grande largeur. Des éléments de verrouillage 17 sont maintenus par des goupilles de cisaillement 18 devant le tube pyrotechnique et affleurant la face d'extrémité. Les espaces compris entre les éléments de verrouillage 17 sont fermés par des pièces d'obturation 19 soudées ou collées dans la rainure et laissant par rapport au fond de la gorge un espace dont la profondeur correspond au diamètre du tube pyrotechnique expansé, La partie d'assemblage 20 de l'autre élément à assembler présente, face aux éléments de verrouillage, des logements 21 dans lesoues ils peuvent s'encastrer partiellement. Lors de l'expansion du tube pyrotechni- que (figures 5,7) les éléments de verrouillage sont repoussés ce qui détermine la rupture des goupilles de cisaillement et l'encastrement desdits éléments dans les logements prévus dans l'autre élément, La forme de réalisation représentée figures 8 à 11 est utilisée pour empêcher les mouvements transversaux entre deux éléments d'assemblage coopérant par une feuillure. Les extrémités des éléments à assembler ou à verrouiller 22,23 coopèrent par une feuillure 24. Un des éléments 22 porte une rainure dans laquelle est logé le tube pyrotechnique 1. La profondeur de la rainure correspond approximativement à l'épaisseur du tube pyrotechnique aplati. On a prévu un certain nombre d'organes mobiles de butée 26 qui coulissent dans des étriers (non représentés) perpendiculairement à la rainure 25 et au-dessus de celle-ci. la face des organes mobiles de butée contigUe à la face de la partie portant la rainure présente un évidement 27 dont l'ouverture est approximativement de la largeur de la rainure 25'. De préférence la partie arrière 28 de l'évidement est partiellement cylindrique et est raccordée à une partie avant 29 approximativement plane, inclinée. Pour procéder au verrouillage, on pousse les organes mobiles de butée 26 devant la partie à maintenir de l'élément 23, (figures 9,11) les évidements 27 sont alors devant la rainure 25 et le tube pyrotechnique 1. Après mise à feu du tube pyro- technique, le tube expansé vient buter contre le fond de la rainure 25 et le fond des évidements 27 empochant tout mouvement de translation des organes mobiles 26 et verrouillant l'élément 23 contre l'télément 22. Selon les formes de réalisation représentées figures 12 à 15 les parties d'éléments à assembler sont concentriques.1'une des parties est tubulaire et reçoit l'autre partie tubulaire ou pleine. Une face d'une partie d'élément à assembler porte au moins une rainure susceptible d'être mise en regard d'au moins une rainure prévue dans la face contigUe de l'autre partie. Dans la réalisation conforme aux figures 12,13, la partie tubulaire extérieure 29 porte une rainure intérieure 30 dans laquelle est logé le tube pyrotechnique 1. La partie intérieure 31 porte sur sa surface extérieurc une rainure 32 qui est amenée devant la rainure correspondante 30 et le cordon 1. Après expansion du tube (figure 13) les deux parties 30 et 32 sont bloquées en translation. Cette réalisation s'apparente à celle des figures 8 et 9 pour des éléments plans. La partie 31 peut constituer une partie mobile d'un organe de ferme- ture à verrouillage irréversible. Dans la réalisation conforme aux figures 14,15, la partie tubulaire extérieure 33 porte sur sa surface inéerieure une rainure 34 dans laquelle se loge le tube pyrotechnique 1. Des éléments de verrouillage 35 formés par des segments annulaires sont maintenus dans un logement prévu devant la rainure portant le tube par des goupilles de cisaillement 36. Eventuelle- ment les espaces séparant les segments annulaires sont fermés par des pièces d'obturation, La partie deélément intérieur 37 porte sur sa surface extérieure une rainure 38 de largeur correspondante à la hauteur des éléments de verrouillage 35 et de profondeur inférieure à l'épaisseur desdi*s éléments 35 Après expansion du tube 1 (figure 15) les éléments de verrouillage pénètrent partiellement dans la rainure 38 de la partie d'élément 37 Cette réalisation est semblable à celle des figures 4 à 7 mais pour des éléments cylindri- ques. Dans le type de réalisation conforme 3-5 aux figures 12,13 il peut être intéressant lorsque le tube pyrotechnique expansé doit supporter des efforts de cisaillement importants, de prévoir plusieurs ensembles de tubes et rainures le long des parties d'éléments à assembler. Les efforts sont alors divisés par le nombre des ensembles tubes-rainures. De tels ensembles peuvent avantageuse- ment remplacer le type de réalisation montré dans les figures 14,15 lorsque les dimensions des éléments assembler ne permettent pas le -logement d'éléments de verrouillage. Les rainures recevant les tubes pyrotechniques peuvent ttre réalisées sous la forme d'une rainure hélicoïdale à un ou plusieurs tours lorsque l'on a à assurer l'assemblage ou le verrouillage d'élé- ments s'emboltant. Les tubes pyrotechniques forment une fois expansé dans des rainures correspondantes un joint d'étancheité permettant l'isolement rapide des ambiances situées de part et d'autre, par exemple, d'une porte, d'un tampon, ou de tout autre moyen séparant deux locaux. Le dispositif selon l'invention assure un verrouillage irréversible, de mise en oeuvre rapide, ne présentant pas de danger de manipulation. Il permet d'obtenir un verrouillage linéaire au niveau d'assem- blages droits ou curvilignes sans pollution mécanique eu chimique. Il ne nécessite qu'une énergie d'activation de faible niveau pour la mise à feu du tube pyrotechnique et peut supporter des conditions d'environnement mécaniques ou/et climatiques très sévères. les domaines d'utilisation de ces dispositifs sont nombreux, quelques exemples sont cités ci-après: - dans les syrstèmes spatiaux: assemblage de grandes structures dans l'espace; - liaison vaisseau-station orbitale (connectique, arrimage etc); - verrouillage de divergents d6ployables sur des tuyères de propulseurs; - dans les systèmes de sécurité: verrouillage de systèmes de sécurité dans les industries nucléaire et pétrolière; - protection d'enceintes à hauts risques par isolement de zones de travail; - aéronautique; - dans les systèmes de connection et d'étanchéité nécessitant une mise en oeuvre rapide en de multiples points. L'invention n'est pas limitée aux exemples d'application ci-dessus décrit mais s'étend également aux réalisations faisant appel à des équivalents techniques. REVENDICATIONS 1 Dispositif pyrotechnique de verrouillage d'assemblage et d'isolement entre deux éléments à assembler, les deux éléments comportant une partie d'assemblage prévue sur chacun des éléments, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un tube pyrotechnique à expansion (1) et au moins une rainure (10,16,25,30,34) pour loger ledit tube, ladite rainure s'étendant sur toute la longueur d'au moins une des faces de la partie d'assemblage d'un des éléments. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties d'assemblage sont formées par une partie mâle et une partie femelle, la partie m9le (11) entrant avec jeu dans la partie femelle (12) et portant à son extrémité la rainure (10) pour loger le tube pyrotechnique à expansion (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie mAle est plus large à son extrémité et en ce que la partie femelle à une forme conjuguée de la partie mâle. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parties mâle et femelle correspondantes ont une forme en T, la rainure (10) pour loger le tube à expansion étant prévue au milieu de la branche transverale (11) du T. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parties mâle et femelle correspondantes ont une section trapézoïdale, la grande base du trapèze formant l'extrémité de la partie mâle et étant-susceptible de coopérer avec la partie femelle de forme approximativement conjuguée, la grande base portant la rainure pour loger le tube d'expansion. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie (22) d'assemblage d'un des éléments porte la rainure (25) pour le tube d'expansion (1), ledit tube et des organes mobiles de butée (26) susceptibles de coopérer avec la partie (23) d'assemblage de l'autre élément, lesdits organes comportant un évidement (27) faisant face à la rainure (25) du tube pyrouechnlique lorsque les organes de butée sont poussé. devant la partie (23) dîas.semblage de l'autre élément, le tube pyrotechnique après expansion assurant le verrouillage par pénétration partielle dans la rainure des organes mobiles de butée. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une face d'une partie d'assem- blage d'un élément (15,29,33) porte au moins une rainure (16,30,34) correspondant à au moins une rainure (21,32,38) prévue dans une face contigUe d'une partie d'assemblage d'un autre élément (20,31,37) à assembler, une des rainures:ortant le tube pyrotechnique à expansion (1). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins un élément de verrouillage (17,u5) est prévu dans la rainure (16934) portant le tub.e pyrotechnique prévu dans un élément- d'assemblage (15s,3) ledit élément de verrouillage étant maintenu dans l'ouverture de la rainure par des goupilles de cisaillement (18,36) en face d'un logement (21v38) prévu dans la partie dVassemblage de leautre élément (20,7), l'expans.on du tube pyrotechnique provoquant la rupture des goupilles et la pénétration partie'.e de l'élément de verrouillage dans l'évidement prévu dans l'autre élément. 9, Dispositif selon la revendication 8S caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éléments de verrouillage,:'es éléments d'obturation (19) étant fixés entre les éléments de verrouillage.