Brevet FR2593904A1 — publié le 19870807

Le secteur technique de la présente invention est celui des dispositifs pyrotechniques permettant de générer au niveau d'une charge explosive donnée, une pression de choc supérieure à la pression intrinsèque en régime établi On sait que la pression de choc développée dans une charge explosive dépend essentiellement de - de la pression d'entrée ou d'amorçage, - de la section, de la longueur et du confinement de la charge explosive, - de la densité et de la nature de la charge explosive. Dans un barreau de composition explosive, en fonction des paramètres précités, la progression de la pression de choc peut s'effectuer en régime - amorti : c'est le cas lorsque la pression d'entrée est supé rieure à la pression de décomposition intrinsèque de l'explosif, - croissant : après un amorçage à basse pression, certains explosifs ont la faculté d'accroître eux-mêmes cet te pression de choc jusqu'au régime permanent qui leur est propre, - permanent : après avoir amorti une surpression ou amplifié une pression d'amorçage trop faible, ces explosifs entretiennent, en régime établi, une pression cons tante, - décroissant : on citera le cas de certains explosifs compo sites qui n'entretiennent pas la pression de choc à la suite d'un amorçage trop faible par exemple. En conséquence, dans une channe pyrotechnique, quel que soit le régime de décomposition, la pression de choc maximale que l'on peut relever est limitée à la valeur intrinsèque en régime établi que fournit l'explosif le plus énergétique. On ne connaît actuellement aucun dispositif pyrotechnique permettant d'augmenter la pression de choc à l'amorçage d'une substance explosive. Toutefois, on citera le brevet US-A-3 292 536 qui décrit une charge creuse particulière comprenant un bloc tronconique percé au niveau de sa petite base d'une cavité conique dans laquelle est placé un revêtement métallique et au niveau de sa grande base d'une cavité sensiblement conique qui peut être laissée libre ou remplie d'une substance apte à guider l'onde de détonation. il est indiqué que l'intérêt du dispositif réside dans le fait qu'on génère une onde de détonation aplanie et on conserve une section constante d'explosif d'où une énergie constante en tous plans de la charge.L'onde atteint le revêtement selon une direction normale à sa surface permettant ainsi d'éliminer les irrégularités qui se produisent lorsque cette onde se déplace axialement. I1 n'est donc pas question dans ce brevet d'augmenter la pression de choc à l'amorçage d'un explosif. Le but de la présente invention est donc de fournir un dispositif pyrotechnique indépendant, utilisable pour amorcer une charge explosive générant une pression de choc amplifiée, de façon à augmenter les performances de la charge. L'invention a donc pour objet un amplificateur de pression de choc destiné à l'initiation d'une substance explosive, caractérisé en ce qu'il est constitué par un explosif présentant dans une section deux branches convergentes, disposées symétriquement par rapport à un axe, dit axe de symétrie, et amorcées simultanément au niveau de leurs extrémités les plus éloignées par rapport audit axe. L'épaisseur de chaque branche dans la section peut être constante. Les surfaces d'entrée et de sortie de l'amplificateur peuvent être situées dans deux plans perpendiculaires à l'axe de symétrie. L'explosif peut être délimité par deux plans parallèles au plan de la section. L'explosif peut être constitué par un solide de révolution dont l'axe de révolution est confondu avec l'axe de symétrie. La section de sortie peut être constituée soit par un quadrilatère unique, soit par deux quadrilatères. Le quadrilatère peut être un carré ou un rectangle. La section de sortie de l'explosif peut être constituée par un cercle ou une couronne circulaire. L'explosif peut être confiné entre un élément métallique interne et un élément métallique externe présentant une surface interne épousant la forme externe de l'explosif et une surface externe sensiblement cylindrique. L'angle délimité par les deux branches peut être compris entre 5 et 600. Un avantage de la présente invention réside dans le fait que l'amplificateur permet, dans un plan, la convergence simultanée de deux ou "n" ondes de détonation parfaitement canalisées dans des sections de forme, d'aire et d'angle de convergence définies en fonction de la forme d'onde recherchée. Un autre avantage réside dans le fait que pour un angle donné des branches de l'amplificateur, le plan de convergence, générateur de la haute pression, peut être choisi entre autres, en fonction : de la forme d'onde recherchée, . de l'étendue du plan, de la pression maximale que l'on recherche, . de la répartition de la pression sur le plan. L'invention sera mieux comprise à la lumière du complément de description qui va suivre en relation avec un dessin sur lequel La figure 1A représente une coupe axiale d'un exemple de réalisation de l'amplificateur selon l'invention, la figure 1B une coupe suivant AA de la figure lA, et la figure 1C une vue en perspective du bloc explosif de l'amplificateur. La figure 2A représente une coupe axiale d'un autre exemple de réalisation de l'amplificateur selon l'invention, la figure 2B une coupe suivant DD de la figure 2A, et la figure 2C une vue en perspective du bloc explosif de l'amplificateur. La figure 3 représente, en coupe axiale, un exemple d'application de l'amplificateur selon l'invention. La figure 4 représente une courbe de variation de la pression maximale de sortie en fonction de l'angle au sommet de l'amplificateur. La figure 5 représente l'amortissement de la pression de choc dans un barreau d'explosif initié en surdétonation par un amplificateur. La figure 6 représente la variation de la pression de sortie en fonction du rayon de sortie, la mesure étant effectuée en différents points du rayon de sortie. La figure 7 représente la variation de la pression de sortie en fonction de l'angle au sommet de l'amplificateur, la mesure étant faite en différents points du rayon de sortie. Sur la figure 1A, on a représenté l'amplificateur 1 de pression de choc selon l'invention comprenant un explosif 2 de forme générale tronconique annulaire, délimité par une surface tronconique interne 3 et une surface tronconique externe 4. Les surfaces tronconiques 3 et 4 sont parallèles entre elles et ont le même angle au sommet. Sur la figure, on voit en section les branches 2a et b délimitées par l'explosif 2. L'explosif 2 peut être constitué par un explosif secondaire comprimé et usiné, aggloméré par un liant. A titre d'exemple, on citera une composition d'octogène à 4% de liant thermoplastique. Cet explosif est muni d'un élément interne tronconique 5 adapté à la surface interne 3 et est placé à l'intérieur d'un élément 6 sensiblement cylindrique dont la surface interne épouse la surface externe 4 de l'explosif 2. La mise en oeuvre, l'angle de convergence, ainsi que les autres paramètres de forme et de volume de l'amplificateur dépendent de l'effet recherché. La section de l'explosif uniforme ou variable devra, dans sa plus faible dimension, être légèrement supérieure au diamètre critique de 11 explosif de chargement. L'élément extérieur 6 sert de support à l'explosif 2 et permet l'assemblage avec le bloc d'amorçage 9 et le receveur de haute pression, c'est à dire la charge explosive. L'élément intérieur 5, par sa conception et sa nature, a pour rôle de - permettre l'initiation de la charge converaente sur un axe préalablement choisi, - interdire les amorçages parasites à travers le matériau, en particulier aux extrémités de la charge convergente. Ces deux éléments peuvent être réalisés à partir de métaux par exemple un alliage d'aluminium tel que AU4G. Sur la figure 1 on a encore représenté un bloc d'amorçage 7 comprenant - un initiateur adéquat 8, de type connu, - un comprimé d'amorçage 9 de faible épaisseur, de section adaptée (prismatique, cylindrique, conique, etc...). L'explosif 2, de masse volumique homogène, transmet simultanément l'onde de détonation à chacun des points d'initiation de l'amplificateur 1. L'ensemble est monté dans un support 10. Ce dernier permet le centrage parfait du comprimé d'amorçage 9 sur l'amplificateur par exemple par l'intermédiaire d'un épaulement 11. Pour parfaire la symétrie de l'onde de détonation dans le comprimé d'amorçage, ce dernier peut faire l'objet d'un amorçage ponctuel du type sablier. Sur la figure lB, on a représenté une coupe du dispositif précédemment décrit montrant deux niveaux de coupe. Sur la partie droite du dessin, on voit 17élément 10 et l'explosif d'amorçage 9. Sur la partie gauche, on voit l'élément externe 6, l'explosif 2 et l'élément interne 5. Sur la figure lC, on a représenté une vue en perspective de l'explosif 2 constitué par un solide de révolution, d'axe de symétrie XX, où sa forme générale tronconique est plus explicitement schématisée. La partie hachurée, située dans le plan de coupe P, a été décrite en relation avec la figure 1A. La grande base 12, ou section d'entrée, est parallèle à la petite base 13, ou section de sortie, et celles-ci sont, dans cet exemple, constituées par des couronnes annulaires. Bien entendu, la petite base 13 peut être constituée par un cercle. Un autre exemple de réalisation de l'amplificateur est représenté sur la figure 2A. L'amplificateur 1 est cons titué en section de deux branches 14 et 15 convergentes, disposées symétriquement par rapport à l'axe XX'. L'épaisseur de chacune de ces branches doit être au moins supérieure au diamètre critique de l'explosif utilisé. Sur la figure, les deux branches 14 et 15 sont concourantes et la section de sortie est alors un quadrilatère. Suivant l'effet recherché, comme expliqué précédemment, les deux branches convergentes peuvent être séparées au niveau de leur sortie de façon à constituer chacune un quadrilatère. Bien entendu, l'amplificateur est équipé des supports 5 et 6, et du bloc d'amorçage 7. La forme des deux supports 5 et 6 est adaptée à celle des branches 14 et 15. Le support interne 5 peut être par exemple constitué par un solide métallique à section triangulaire dont deux faces concourantes coopèrent avec les surfaces internes respectives des deux branches 14 et 15, la troisième face étant adjacente au comprimé d'amorçage 9. Quant au sup port externe 6, il présente une surface interne adaptée à la surface externe des deux branches 14 et 15. Sur la figure 2B, qui est une coupe selon DD de la figure 2A, on voit les deux branches 14 et 15 présentant en section transversale une forme sensiblement rectangulaire, interposée entre le support interne 5 et le support externe 6. Sur la figure 2C, on a représenté une vue en perspective de l'explosif 2 constitué par un solide à deux branches 16 et 17 concourantes. Ces deux branches sont symétriques par rapport à un plan de symétrie passant par l'axe XX'. Elles sont délimitées par deux plans parallèles entre eux contenant respectivement les faces a et a' d'une part et les faces b et b' d'autre part, et de plus parallèles au plan Q. Ce plan Q de coupe délimite la partie hachurée décrite en relation avec la figure 2A. Sur cette figure, on voit encore que la section de sortie est un quadrilatère par exemple un carré ou un rectangle. Bien entendu, la section de sortie peut être constituée par deux quadrilatères si les deux branches 16 et 17, dans une variante de réalisation, ne sont pas concourantes. Le dispositif représenté sur la figure 3 comporte l'amplificateur 1 comprenant l'explosif de révolution décrit en relation avec les figures 1A, 1B et 1C et l'allumeur 7, combinés à une charge creuse. La structure de l'amplificateur et de l'allumeur 7 a été décrite précédemment. La charge creuse comprend un chargement explosif 19 et un revêtement métallique 20. L'ensemble est placé dans une enveloppe 21 cylindrique montée dans une échancrure 22 pratiquée dans l'élément 6 de l'amplificateur. Sur la figure, on voit que l'allumeur, l'amplificateur et la charge creuse sont de révolution autour de l'axe XX'. Les diamètres d et D représentent les diamètres de sortie et l'angle 0( (égal à 200) l'angle au sommet de l'amplificateur. Différents essais ont été effectués pour établir les performances de l'amplificateur selon l'invention. On opère à l'aide de différents amplificateurs, du type de celui de la figure 1A, ayant tous une distance entre la section d'entrée 12 et la section de sortie 13 égale à 30 mm, et une épaisseur de branche constante et égale à 4mm. Sur la figure 4, la courbe 1 représente la variation de la pression de sortie Ps au niveau de la petite base de l'amplificateur en fonction de l'angle . On voit que pour un diamètre de sortie D = 5 mm et un angle i compris entre 20 et 60 , la pression de sortie varie de 460 à 940.108 Pa. La pression de sortie est donc sensiblement directement proportionnelle à l'angle de convergence de l'amplificateur. Par contre, la pression de sortie délivrée par le même explosif en barreau cylindrique de diamètre D = 5 mm n'est que de 375ego8 Pa. Sur la figure 5, la courbe 2 représente l'amortissement de la pression de sortie Ps au sein d'une charge 19, de calibre 10 mm, la dite charge étant placée à la sortie de l'amplificateur, l'angle de convergence étant fixé à 300. On voit que la pression de sortie Ps diminue au fur et à mesure qiie l'onde de choc pénètre dans la charge 19. Malgré un amortissement très rapide de 160.108 Pa entre 5 et 15 mm, on conserve un effet terminal supérieur celui d'un barreau de 10 mm, de pression de sortie toujours égale à 535.108 Pa comme le montre la courbe 3. Sur la figure 6, on a représenté la variation de la pression de sortie Ps en fonction du rayon de sortie, le long de ce rayon de sortie. L'angle au sommet de l'amplificateur est égal à 300. La courbe 4 montre cette variation pour un diamètre de sortie fixé à 5 mm, la courbe 5 la variation pour un diamètre de sortie de 6,6 mm et la courbe 6 cette variation pour un diamètre de sortie de 8,2 mm. On remarque une croissance normale de la pression de sortie en fonction du diamètre de sortie. Pour les petits diamètres de sortie, la pression maximale dans l'axe de l'ampli- ficateur décroît- rapidement lorsqu'on écarte du centre. Quand le diamètre de sortie croît, courbe 6, la pression de sortie conserve sa valeur optimale sur une plus grande surface le long du diamètre. Sur la figure 7, on a représenté la variation de la pression de sortie Ps en fonction de l'angle du sommet, le long du rayon de sortie d'un amplificateur de diamètre de sortie D constant de 5 mm. La courbe 7 montre cette variation sur un barreau cylindrique de référence de diamètre 5 mm, la courbe 8 la variation pour un angle de 200, la courbe 9 pour un angle de 300, la courbe 10 pour un angle de 60". La courbe 9 est identique à la courbe 4 précédente. On voit que lorsque l'angle de convergence croît, la différence de pression entre le centre et la périphérie de la surface de sortie croît. Une comparaison entre le dispositif de la figure 3, dans lequel la charge 19 est de calibre 60 mm, le revêtement 20 est à base de cuivre et l'angle est égal à 200, est établie soit par rapport à une charge creuse classique, c'est-à-dire la charge munie d'un allumeur sans dispositif amplificateur (amorçage ponctuel), soit par rapport à une charge creuse classique dans laquelle on a interposé entre l'allumeur et la charge explosive un barreau d'explosif cylindrique annulaire de même hauteur que l'amplificateur selon l'invention et de diamètres identiques aux diamètres de sortie d et D de l'amplificateur (charge creuse à écran cylindrique). Cette comparaison a mis en évidence un gain de performance en perforation par charge creuse de l'ordre de 22%, par rapport à un amorçage à écran et de l'ordre de 34% par rapport à un amorçage ponctuel. Enfin, ce dispositif peut être appliqué à : - l'amorçage des explosifs de sécurité et des explo sifs composites, - la fabrication d'amorçages énergétiques à partir d'explosifs communs, - les amorçages à travers écrans, - la réalisation du micro-amorçages, - l'amorçage par projection d'éclat, - l'augmentation de l'effet Hopkinson, - l'association de générateurs haute pression. REVENDICATIONS 1 - Amplificateur de pression de choc destiné à l'initiation d'une substance explosive, caractérisé en ce qu'il est constitué par un explosif (2) présentant dans une section deux branches convergentes (2a, 2b) disposées symétriquement par rapport à un axe XX', dit axe de symétrie et amorcées simultanément au niveau de leurs extrémités les plus éloignées par rapport audit axe. 2 - Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses sections d'entrée (12) et de sortie (13) sont situées dans deux plans perpendiculaires à l'axe de symétrie. 3 - Amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque branche dans la section est constante. 4 - Amplificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'explosif (2) est constitué par un solide de révolution dont l'axe de révolution est confondu avec l'axe de symétrie. 5 - Amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section de sortie (13) de l'explosif est constituée par un cercle ou une couronne circulaire. 6 - Amplificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'explosif (2) est délimité par deux plans parallèles au plan de la section. 7 - Amplificateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section de sortie est constituée soit par un quadrilatère unique, soit par deux quadrilatères. 8 - Amplificateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le quadrilatère est un carré ou un rectangle. 9 - Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'explosif (2) est confiné entre un élément métallique interne (5) et un élément métallique externe (6) présentant une surface interne épousant la forme externe de l'explosif (2) et une surface externe sensiblement cylindrique. 10 - Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'angle délimité par les deux branches est compris entre 5 et 600.