Brevet FR2616880A1 — publié le 19881223

La présente invention est relative à une vanne pyrotechnique normalement ouverte destinée aux systèmes propulsifs des engins spatiaux , et en particulier sur le lanceur Ariane. Des recherches dans ce secteur de pointe ont confirmé l'existence d'un besoin important de deux types de vannes pyrotechniques destinées à des systèmes propulsifs, monoergol ou biergols. Il s'agit de la vanne dite normalement fermée (NF) et de la vanne dite normalement ouverte (NO), dont la première est destinée à isoler en position d'attente, un circuit fluide amont sous pression d'un circuit aval et à autoriser le passage de ce fluide d'amont en aval après l'activation de la vanne pyrotechnique ; tandis que la deuxième vanne est destinée à autoriser avant son activation, le passage d'un fluide sous pression à travers un tube et destinée à condamner définitivement le circuit d'alimentation en ledit fluide.Il s'agit donc de deux dispositifs qui doivent présenter une grande sûreté d'utilisation, de façon à assurer une étanchéité aussi parfaite que possible entre les produits de combustion d'une charge pyrotechnique (canalisée dans un puits de chaleur' ménagé dans la vanne pyrotechnique) et un circuit fluide (comprenant un gaz ou des ergols), pendant et après le fonctionnement pyrotechnique. Ces dispositifs remplacent les systèmes d'étanchéité classiques par joint torique, qui ne présentent pas un niveau de sûreté suffisant dans le domaine d'application concerné. De façon plus précise, les vannes pyrotechniques NF et NO sont des vannes réalisées en alliage de titane dans lesquelles on peut distinguer deux circuits principaux, à savoir : - un circuit pyrotechnique, et - un circuit fluide. Ces vannes comprennent les éléments communs suivants - un tube d'entrée et un tube de sortie1 dont les extrémi- tés adjacentes sont juxtaposées, - un corps supérieur et un corps inférieur, disposés autour de la zone de juxtaposition des tubes d'entrée et de sor tie, - une membrane métallique souple, en titane, qui assure une parfaite herméticité entre le circuit pyrotechnique et le circuit fluide et qui est logée dans une chambre ménagée à l'interface entre le corps inférieur et ie corps supérieur de la vanne, un "puits de chaleur" étant prévu dans cette membrane, - des étoupilles, vissées et scellées dans le corps supé rieur de la vanne destinées à amener - par l'intermédiaire du circuit pyrotechnique - une charge pyrotechnique per pendiculairement dans le "puits de chaleur" précité. En ce qui concerne la vanne pyrotechnique NF, il y a lieu de noter que les extrémités juxtaposées des deux tubes d'entrée et sortie sont obturées par deux plaquettes transversales, qui sont soudées suivant le pourtour des extrémités des deux tubes et sur lesquelles repose un poinson destiné à recevoir la percussion de la membrane d'étanchéité précitée et à cisailler les deux tubes dans la zone de juxtaposition de leurs extrémités obturées, lorsque la charge pyrotechnique est activée par un ordre électrique arrivant à l'une des deux étoupilles. Après le cisaillement, le poinçon se loge définitivement dans le corps inférieur de la vanne NF. En ce qui concerne la vanne NO, celle-ci, en plus des éléments communs précités, comporte un corps de liaison entre ledit corps inférieur et ledit corps supérieur, ce corps de liaison étant destiné à loger un obturateur, qui est maintenu en position d'attente par l'intermédiaire d'une goupille soudée au corps de liaison, et à subir la percussion de ladite membrane (lorsque la charge pyrotechnique est activée par-un ordre électrique arrivant à l'une des deux étoupilles), de façon a cisailler la goupille de maintien dudit obturateur ainsi que la zone de juxtaposition des extremités des deux tubes d'entrée et de sortie qui, avant l'activation de la vanne, sont en communication entre elles (au lieu d'être obturées, comme dans le cas de la vanne NF). Il est donc clair que ces vannes pyrotechniques NF et NO sont destinées à être utilisées une seule fois, (on les appelle aussi vannes "monostables"). Toutefois, elles sont préférées aux vannes dites "bistables" en raison du meilleur niveau d'étanchéité assuré par elles. Cependant, les vannes pyrotechniques NF et Nô de l'Art antérieur décrites plus haut présentent un inconvénient majeur, consistant en ce que leur fonctionnement se base sur le cisaillement de la zone de juxtaposition des extrémités obturées ou communiquant entre elles) du tube d'entrée et du tube de sortie d'un circuit fluide : en ce qui concerne en particulier les vannes NO, l'interruption définitive de l'écoulement du fluide est obtenue par matage de l'obturateur précité par rapport aux sections cisaillées de la zone de juxtaposition des tubes d'entrée et sortie véhiculant ce fluide. Or, notamment en ce qui concerne toujours les vannes pyrotechniques NO, la séparation entre le circuit contenant la charge (ou composition) pyrotechnique et le circuit fluide n'est pas toujours aussi parfaite qu'on le prétend, car des fuites sont toujours possibles et, en outre, il y a le risque que l'obturateur destiné a condamner définitivement le circuit d'alimentation en ledit fluide, reste au moins. partielle- ment coincé (ou bloqué) dans ledit corps de liaison, sans assurer l'obturation totale désirée. Il est vrai qu'il existe un autre type de vanne pyrotechnique NO, qui utilise un piston destiné à créer un impact sur un tube du circuit fluide d'un système propulsif du type précité, de façon a interrompre l'écoulement de ce fluide, en portant en contact les parois internes du tube d'écoulement. Toutefois, ce deuxième type de vanne pyrotechnique présente une structure relativement compliquée, en sorte que l'énergie de la charge pyrotechnique se perd en grande partie dans les éléments qui la composent, limitant ainsi l'utilisation de ce deuxième type de vanne pyrotechnique. De plus, il existe le problème d'assurer l'étanchéité entre les produits de la combustion de la charge pyrotechnique par rapport au piston mobile (sous l'effet de la réaction pyrotechnique de cette charge),. ce qui entraine une complication additionnelle de la structure de la vanne, qui est donc d'une conception lourde et volumineuse. Le besoin se fait sentir, notamment en ce qui concerne les vannes NO, de disposer.de vannes qui, tout en utilisant les avantages des vannes pyrotechniques, assurent une étanchéité absolument parfaite en éliminant tous risques de fuites ou de défauts possibles de fonctionnement La présente invention a pour objet une vanne pyrotechnique normalement ouverte (NO) , destinée à autoriser, avant son activation, le passage d'un fluide sous pression le long d'un tube d'écoulement et appartenant à un circuit d'alimentation (en ce fluide) d'un système propulsif pour ergin spatial, et à condamner, totalement.et définitivement, ledit circuit d'alimentation, lorsqu' une charge pyrotechnique, amenée à la vanne par un circuit pyrotechnique, est activée, laquelle vanne est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux chambres tubulaires étanches et à section aplatie, qui sont disposées de part et d'autre par rapport à l'axe dudit tube et qui contiennent ladite charge pyrotechnique, lesdites chambres étant déformables, sous l'effet de la réaction pyrotechnique de cette charge, et étant disposées chacune dans un logement qui est ménagé dans une structure rigide (indéformable)entourant ledit tube dans une zone de celui-ci et qui est délimité par un fond et une paroi latérale, de manière que chaque chambre est comprise entre le fond de ce logement et une portion de la paroi externe dudit tube, cette dernière Cotant déformée lors de l'activation de la charge pyrotechnique portant ainsi en contact les. parois internes du tube et assurant la condamnation totale et définitive dudit circuit d'alimentation. Selon une disposition avantageuse, les deux chambres pyrotechniques sont disposées avec leurs axes alignés selon un axe perpendiculaire a l'axe du tube. Selon une autre disposition avantageuse, les deux chambres pyrotechniques sont disposées avec leurs axes décalés suivant l'axe dudit tube, et ce d'une distance appropriée. Selon une variante préférée du premier mode de réalisation de la vanne conforme à l'invention, les deux chambres pyrotechniques sont réunies en une chambre unique toroïdale disposée dans un logement torordal, qui est ménagé dans ladite structure rigide et qui entoure la totalité de la surface externe correspondante dudit tube. Selon un autre mode de réalisation préféré de la vanne conforme a i'invention, celle-ci comporte une pluralité de chambres pyrotechniques tubulaires étanches et à section aplatie, qui sont destinées à coopérer deux à deux, les chambres de chaque paire étant disposées de part et d'autre par rapport à l'axe dudit tube et contenant chacune une charge pyratechnique. Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, les chambres pyrotechniques de chaque paire sont disposées avec leurs axes alignés selon un axe perpendiculaire à l'axe dudit tube. Selon une autre disposition avantageuse de ce mode de réalisation, les chambres pyrotechniques de chaque paire sont disposées avec leurs axes décalés suivant l'axe dudit tube, et ce d'une distance appropriée. Selon une premiere variante préférée de ce deuxième mode de réalisation de la vanne conforme à l'invention, les deux chambres pyrotechniques de chaque paire sont réunies en une chambre unique toroldale disposée dans un logement toroi- dal, qui est ménagé dans ladite structure rigide et qui entoure la totalité de la surface externe correspondante dudit tube. Selon une deuxième variante préférée de ce deuxième mode de réalisation de la vanne conforme a l'invention, les chambres pyrotechniques de toutes les paires sont réunies en une chambre unique enroulée en hélice autour d'une zone appropriée dudit tube, les spires de cette chambre hélicoldale étant disposées dans des espaces creux correspondant a un logement hélicoldal ménagé dans la paroi de ladite structure rigide, l'axe de chaque spire de ladite chambre pyrotechnique étant perpendiculaire ou incliné par rapport a l'axe dudit tube, de façon que la portion supérieure de chaque spire pyrotechnique est alignée ou décalée par rapport à sa portion inférieure. Selon une disposition avantageuse de l'un quelconque des modes de réalisation précités, la chambre unique ou les chambres pyrotechnique(s) séparées présentent une paroi distincte de la paroi dudit tube. Selon une variante avantageuse de cette disposition, la chambre unique ou les chambres pyrotechniques séparées sont délimitées en partie par la surface externe dudit tube, la paroi de ladite chambre unique ou desdites chambres séparées, qui est distincte de la paroi de ce tube, étant fixée de façon étanche, notamment par soudage, à la paroi dudit tube. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés, dans lesquels Les Figures l (a, b) et 2 (a, b) montrent, de façon schématique, le principe de fonctionnement de la vanne pyrotechnique NO selon l'invention. La Figure 3 (a, b) montre, de façon également schématique, la déformation d'une chambre contenant une charge (ou composition) pyrotechnique apres activation de cette der nière. La Figure 4 (a, b) montre, de façon aussi schématique, un premier mode de réalisation de la vanne pyrotechnique NO selon l'invention. La Figure 5 (a, b) montre, encore de façon schématique, un autre mode de réalisation de la vanne pyrotechnique NO conforme à l'invention. La Figure 6 (a, b) -montre une variante de réalisation par rapport au mode de réalisation illustré à la Figure 4 (a, b). Il doit être bien entendu, toutefois, què ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune maniere une limitation. Le fonctionnement de la vanne pyrotechnique NO selon l'invention est illustré à la Figure l, qui montre de quelle manière est obtenue la condamnation, totale et défini tive, d'un tube l appartenant au circuit d'alimentation d'un système propulsif (monoergol ou biergols) d'un engin spatial:on utilise essentiellement, et ce de façon originale, l'énergie développée par la'réaction d'une charge pyrotechnique (laquelle énergie, dans Art antérieur, est utilisée soit pour obtenir le cisaillement de la zone de juxtaposition des ex trémités - notamment communiquant entre elles pour une vanne NO - du tube d'entrée et dé sortie dudit circuit d'alimentation, soit pour actionner un piston destiné à écraser ledit tube du circuit d'alimentation). Aux figures l et 2, la flèche F représente la force développée par la réaction pyrotechnique. L'originalité de l'utilisation de l'énergie développée par une réaction pyrotechnique dans le cadre de la présente invention est illustrée par la Figure 3, où on a représenté une chambre tubulaire étanche 10, à section sensiblement rectangulaire (ou aplatie), qui est destinée à se dé fond mer, comme illustré à la Figure 3b par la référence lOa, suite à l'activation de la charge pyrotechnique 2 qui y est contenue. Les Figures 4 et 5 illustrent deux modes de réalisation différents d'une chambre pyrotechnique tubulaire illustrée schématiquement à la Figure 3, destinés à fonctionner selon le principe illustré aux Figures 1 et 2. De façon plus précise, la Figure 4a montre un tron çon du tube 1 précité entouré par une structure rigide (donc indéformable) 4. Dans cette structure 4 sont ménagés deux logements 5 délimités par un fond 6 et une paroi latérale 7. Dans chaque logement 5 est disposée une chambre tubulaire étanche et indépendante 10a, qui contient une charge pyrotechnique 2 et qui est en contact avec une portion de la paroi externe 8 du tube 1, en sorte que chaque chambre 10a est comprise entre le fond 6 de son logement 5 et ladite paroi externe 8 du tube 1. La Figure 4b montre la déformation qui a lieu lorsque la charge pyrotechnique 2 est activée dans chacune des chambres 10a, dont la configuration - qu'elles présentent après la réaction pyrotechnique - est indiquée par la référence lO*a : on voit que les parois internes du tube 1 viennent en contact l'une contre l'autre sous l'effet de cette réaction pyrotechnique, assurant ainsi la condamnation totale et définitive du circuit d'alimentation, duquel le tube 1 fait partie. La Figure 5 montre un autre mode de réalisation de la vanne pyrotechnique NO conforme a l'invention qui présente, par rapport au mode de réalisation représenté à la Figure 4, une fiabilité de fonctionnement améliorée. A la Figure 5, on peut voir une pluralité de logements 5, 5' qui sont ménagés en quinconce (décalés) de part et d'autre par rapport à l'axe du tube l et qui contiennent chacun une chambre tubulaire étanche et indépendante 10a, lOb : la situation est donc identique a celle illustrée à la Figure 4, sauf en ce qui concerne le décalage axial des chambres (ayant la même référence numérique et-disposées de part et d'autre par rapport à l'axe du tube 1) et la multiplicité de leur disposition. La Figure 5b montre essentiellement comme se déforment les chambres 10a et lOb pour occuper les configurations 10a et lO*b, suite à l'activation de la charge pyrotechnique 2 contenue dans chaque chambre. On voit donc que la déformation du tube l est telle qu'aucune fuite ne peut avoir lieu apres l'écrasement localisé du tube l et la mise en contact de ses parois internes dans une multiplicité de zones contiguës. Toujours conformément à l'invention, on peut concevoir de n'utiliser qu'une seule chambre pyrotechnique notamment constituée par une chambre toroïdale entourant la totalité de la surface externe 8 du tube l. Ce mode de représentation peut etre bien illustré également par la Figure 4, dans laquelle les références 10a et 10 a se réfèrent alors aux portions supérieure et inférieure de cette chambre toroidale représentée ainsi en section. De même, on peut imaginer de donner à la plu ralité de chambres pyrotechniques distinctes représentées à la Figure 5 une configuration unitaire constituée notamment par une chambre unique entourant en hélice le tube 1, chaque spire 10a ayant l'axe incliné par rapport à l'axe de ce tube. Bien entendu, la Figure 5 peut bien illustrer aussi la chambre hélicoidale précitée, qui y serait représentée avec ses "spires" sectionnées. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, llinven- tion ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. Par exemple, au lieu d'une chambre hélicoidale on peut utiliser une pluralité de chambres toroidales adjacentes, avec leurs axes perpendiculaires ou inclinés par rapport à l'axe du tube du circuit d'alimentation. En outre, ladite chambre unique ou lesdites chambres séparées peuvent etre délimitées par une paroi distincte de la paroi 8 du tube 1 (comme illustré dans les figures 4 et 5) ou en partie par la paroi 8 de ce dernier (comme illustré à la Figure 6) ou les références numériques 9 représentent les soudures entre les deux parois. REVENDICATIONS 1. Vanne pyrotechnique normalement ouverte (NO), destinée à autoriser, avant son activation, le passage d'un fluide sous pression le long d'un tube d'écoulement (1) et appartenant a un circuit d'alimentation (en ce fluide) d'un système propulsif pour engin spatial, et à condamner,totalement et définitivement, ledit circuit d'alimentation, lorsqu'une charge pyrotechnique (2), amenée à la vanne par un circuit pyrotechnique, est activée, laquelle vanne est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux chambres tubulaires (10a), étanches et à section aplatie, qui sont disposées de part et d'autre par rapport a l'axe dudit tube et qui contiennent ladite charge pyrotechnique (2), lesdites chambres étant déformables, sous l'effet de la réaction pyrotechnique de cette charge, et étant disposées chacune dans un logement (5), qui est ménagé dans uns structure rigide (4) (indéformable) entourant ledit tube (1) dans une zone de celui-ci et qui est délimité pàr un fond (6) et une paroi latérale, de manière que chaque chambre est comprise entre le fond (6) de ce logement et une portion de la paroi externe (8) dudit tube (1), cette dernière étant déformée lors de l'activation de la charge pyrotechnique (2)portant ainsi en contact les parois internes du tube (1) et assurant la condamnation totale et définitive dudit circuit d'alimentation. 2 Vanne pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux chambres pyrotechniques (l0a) sont disposées avec leurs axes alignés selon un axe perpendiculaire à l'axe dudit tube (1) 3. Vanne pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux chambres pyrotechniques sont disposées avec leurs axes décalés suivant l'axe dudit tube, et ce d'une distance appropriée. 4. Vanne pyrotechnique modifiée en ce que les deux chambres pyrotechniques sont réunies en une chambre unique toroldale disposée dans un logement toroldal, qui est ménagé dans ladite structure rigide et qui entoure la totalité de la surface externe correspondante dudit tube. 5. Vanne pyrotechnique selon la revendication l, caractérisée en ce que celle-ci comporte une pluralité de chambres pyrotechniques tubulaires étanches et a section aplatie (10a ; lOb), qui sont destinées à coopérer deux à deux, les chambres de chaque paire étant disposées de part et d'autre par rapport à l'axe dudit tube (1) et contenant chacune une charge pyrotechnique (2),. 6. Vanne pyrotechnique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les chambres pyrotechniques de chaque paire sont disposées avec leurs axes alignés selon un axe perpendiculaire à l'axe dudit tube. 7. Vanne pyrotechnique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les chambres pyrotechniques de chaque paire sont disposées avec leurs, axes décalés suivant l'axe dudit tube, et ce d'une distance appropriée. 8. Vanne pyrotechnique modifiée en ce que les deux chambres pyrotechniques de chaque paire sont réunies en une chambre unique toroidale disposée dans un logement toroïdal, qui est ménagé dans ladite structure rigide et qui entoure la totalité de la surface externe correspondante dudit tube. 9. Vanne pyrotechnique modifiée en ce que les chambres pyrotechniques de toutes les paires sont réunies en une chambre unique enroulée en hélice autour d'une zone appropriée dudit tube, les spires de cette chambre hélicoidale étant disposées dans des espaces creux correspondant à un logement hélicoïdal ménagé dans la paroi de ladite structure rigide, l'axe de chaque spire de ladite chambre pyrotechnique étant perpendiculaire ou incliné par rapport à l'axe dudit tube, de façon que la portion supérieure de chaque spire pyrotechnique est alignée ou décalée par rapport à sa portion inférieure. 10. Vanne pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la chambre unique ou les chambres pyrotechnique(s) séparées présentent une paroi distincte de la paroi dudit tube. 1-1. Vanne pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la chambre unique ou les chambres pyrotechniques séparées sont délimitées en partie par la surface externe (8) dudit tube, la paroi de ladite chambre unique ou desdites chambres séparées, qui est distincte de la paroi de ce tube, étant fixée de façon étanche, notamment par soudage, à la paroi (8) dudit tube (1).