Brevet FR2647857A1 — publié le 19901207

Le domaine de la présente invention est celui des actionneurs pyrotechniques, c'est à dire des dispositifs susceptibles de commander la translation d'un élément mécanique consécutivement à l'initiation d'une substance pyrotechnique. Les actionneurs pyrotechniques permettent, sous un faible encombrement et à partir d'une source d'énergie réduite, d'obtenir un déplacement rapide d'un élément mécanique. Ils sont principalement utilisés dans le domaine spatial GU celui de l'armement, et comprennent généralement une composition génératrice de gaz qui est initiée par une amorce électrique ou mécanique. Les gaz produits s'exercent sur un piston qui vient alors agir sur l'élément mécanique a commander. On peut ainsi citer les brevets FR2616eCS et FF2616857 qui décri'dont des dispositifs de ce type. Le point commun des actionneurs connus est d'utiliser un piston mobile plissant dans un alésage cylindrique, le piston portant un ou plusieurs joints ou rondelles d'étanchéité aux gaz. Une perte des caractéristiques d'élasticité des joints est à craindre, surtout dans le cas de stockages de longues durées ou de contraintes d'environnement sévères, il en résultera un défaut d'étanchéité venant modifier les caractéristiques de vitesse ou de course du piston. Le brevet FR2616856 prévoit ainsi d'interposer entre le piston recevant les gaz et un piston actionneur un ressort, qui est maintenu en compression par un verrou, lui-meme libéré par les gaz. Une telle disposition en ajoutant un verrou supplémentaire augmente les risques de disfonctionnement. Pour pallier de tels inconvénients, l'invention propose un actionneur pyrotechnique dont l'étanchéité n'est pas réalisée au moyen de joints. Cet actionneur permet en outre d'obtenir des déplacements importants pouvant même etre supérieurs à sa propre longueur. Un mode particulier de réalisation de l'invention permet également de réaliser un actionneur dans lequel il ne subsiste après fonctionnement aucun gaz sous pression. Ainsi l'invention a pour objet un actionneur pyrotechnique du type comprenant une composition pyrotechnique initiée par un dispositif d'allumage, et caractérisé en ce qutil comprend un boîtier, délimitant un volume interne fermé et relié à la composition par un moyen de liaison étanche, boîtier comportant au moins une enveloppe constituée par une feuille mince pliée de façon à présenter au moins un bourrelet annulaire, enveloppe telle que l'effort nécessaire pour la déformer suivant une direction principale est inférieur à celui nécessaire pour la déformer suivant toutes les autres directions. De façon préferentielle, le bourrelet annulaire est constitué par une augmentation du diamètre de l'enveloppe le long de la direction principale de cette dernière. Selon d'autres caractéristiques, le moyen de liaison étanche comprend un bouchon renfermant la composition pyrotechnique et soudé au boîtier, et le bouchon pourra être disposé au nivean d'une des extrémités du boîtier. Selon un premier mode de réalisation, le boîtier comporte deux enveloppes ayant sensiblement la même direction principale et le bouchon est disposé sensiblement au niveau de la partie médiane du boîtier entre les deux enveloppes et porte des ouvertures latérales faisant communiquer la composition pyrotechnique avec le volume interne. Selon une deuxième mode de réalisation, le boîtier comporte deus enveloppes, dont les directions principales sont sensiblement parallèles, enveloppes solidaires d'une partie arrière rigide qui porte le bouchon. Selon un troisième mode de réalisation, le bottier comprend au moins une gaine cylindrique à l'intérieur de laquelle est disposée l'enveloppe, le volume délimité par l'enveloppe n'étant pas relié au volume interne du boîtier. La composition pourra être du type composition génératrice de gaz, ou bien du type composition oxydo- réductrice, dite sans gaz. Dans ce dernier cas, on choisira de préférence une composition oxydoréductrice constituée par un mélange de 60% en masse de Zirconium axec 40% en masse de perchlorate de potassium. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: La Figure 1 est une rue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation de l'invention. Les Figures 2, 3, 4 et 5 représentent des variantes. En se reportant à la Figure 1, un actionneur 1, selon un premier mode de réalisation de l'invention, est rendu solidaire d'uns premier élément ; au niveau d'une de ses extrémités 10 et il est destiné à eir agir par sa deuxième c::trém.ité 1 sur un deuxième élément 8 de façon à l'éloigner du précédent. L'lcv nneul comprend un boîtier constitué ici par une enveloppe mince 4 qui est fermée par un bouchon 13. L' eneloppe 4 est sensiblement cylindrique et son axe 6, appelé par la suite direction principale, matérialise la direction de la force que l'actionneur doit exercer sur les éléments à éloigner. L'enveloppe 4 est métallique (par exemple en acier inoxydable) et elle comporte un certain nombre de bourrelets annulaires 9 qui correspondent à des variations locales et périodiques du diamètre de l'enveloppe le long de la direction principale 6'de cette dernière. Ici les bourrelets 9 ont un profil arrondi, mais toute autre variation du diamètre de l'enveloppe pourrait être envisageable, par exemple un profil en dent de scie. Un tel profil arrondi pourra être obtenu par hydroformage d'une enveloppe cylindrique, un profil en dents de scie sera réalisé par soudage de plusieurs bourellets identiques. Le bouchon 13, disposé au niveau de l'extremité 10 de l'actionneur, est soudé à l'enveloppe de façon étanche, il comporte un logement 19 à l'intérieur duquel est disposé une alvéole 14 contenant une composition pyrotechnilue 2. L'alvéole est rendue solidaire du bouchon par un sertissage annulaire 15, ainsi 1.d composition pyrotechnique 2 est en contact avec lo volume interne 5 du boîtier. Cette composition pourra être du type composition génératrice de gaz (telle une poudre BS42 > , ou encore une composition dite sans gaz telle qu'une composition Zirconium perchlorate de potassium, dont le mode d'action et l'intérêt particulier seront explicités ci-après. La composition 2 est initiée par Ü dispositif d'allumage électrique lS de type connu et non représenté en trou de passage cylindrique Le est obturé de façon étanche par un remplissage 17 en résine, à l'intérieur duquel passent les fils 18 assurant la connexion du dispositif d'allumage à un générateur électrique de type ccnnu et non représenté ici. Un tel boîtier comportant une enveloppe portant.des bourrelets annulaires est tel que l'effort nécessaire pour déformer l'enveloppe suivant la direction principale 6 est notablement inférieur à celui nécessaire pour la déformer suivant une direction radiale quelconque. .Ainsi toute augmentation de la pression à l'intérieur du volume 5 du boîtier (au delà évidemment de celle produisant l'effort minimal de déformation suivant la direction principale) provoquera un allongement de l'actionneur sans provoquer le moindre gonflement radial. Chaque bourrelet étant, lors du fonctionnement, principalement sollicité en flexion, la maîtrise des caractéristiques courses/efforts de l'actionneur est aisée à assurer lors de la conception. La tenue au vieillissement est également excellente en raison de l'absence de sollicitation de l'enveloppe au cisaillement, et de sa bonne étanchéité. Il sera possible en outre de jouer sur le nombre de bourrelets pour modifie la course de déplacement, sans augmenter pour autant l'effort de déformation donc l'énergie à apporter par la composition pyrotechnique. La composition pyrotechnique pourra être du type composition génératrice de gaz, on choisira la masse de composition en fonction du plume final du boîtier et de la rigidité mécanique de l'enveloppe le long de la direction principale. Cependant après déformation, le boîtier contiendra le gaz sous pression ce qui peut être gênant dans certaines circonstances (par exemple lorsqu'il y a un risque de choc ou de percement du boîtier pouvant entraîner une pollution de l'atmosphère dans laquelle celui-ci est.disposé). La composition pyrotechnique pourra avantageusement etre une uompositioll oxyduréductrice dite "sans gaz", telle que du Zr/KClO4, lors de l'initiation de cette dernière il se produira un plasma de particules extrêmement chaudes animées d'une énergie cinétique importante. L'action de ce plasma vis à vis de l'enveloppe va être analogue à celle d'une montée en pression extrêmement brutale qui sera suffisante pour provoquer la déformation de l'enveloppe suivant la direction principale. Cependant le phénomène ne dure que quelques microsecondes et la pression à l'intérieur du boîtier retombe. sensiblement à sa valeur initiale (ou à une valeur légèrement supérieure) consécutivement au refroidissement des particules et à leur condensation sur la surface intérieure du volume interne du boîtier. L'utilisation d'une telle composition permet en outre de simplifier le dispositif d'allumage et de réduire son encombrement, en effet ces compositions sont facilement initiées par une élévation de température localisée telle qu'il est possible de l'obtenir au moyen d'un fil chaud (fil métallique de faible diamètre couramment utilisé dans les amorces électriques). Pour initier une composition génératrice de gaz il sera nécessaire de prévoir une composition d'allumage intermédiaire disposée entre le fil chaud et la composition génératrice de gaz, ce qui est pénalisant du point de vue volume. A titre d'exemple un actionneur tel que celui de la Figure 1 comportant 20 bourrelets et portant 30 milligrammes de Zr/EClOX (60% en masse de Zr, 40X de ClO4) voit sa longueur s'accroître de 250X lorsqu'il est initié sans avoir aucun élément à déplacer, et il est capable d'exercer un effcrt de quelques dizaines de Newton sur une distance de quelques dizaines de mm. D'autres variantes de 1 '."nventj on sont envisageables, ainsi la Figure 2 représnte un actionnez dont ltenveloppe 4 ne comporte qu'un seul bourrelet 9. La Figure 3 montre un actionneur dans lequel le boîtier est rendu solidaire du premier élément 7 au niveau de sa parte rédiane 2, ce boîtier comprend deux enveloppes s coax.zles qui sont soudées à un bouchon 13 présentant une orientation perpendiculaire à la direction principale 6 des enveloppes. La composition pyrotechnique 2 est disposée à l'intérieur du bouchon 13. Le bouchon présente alors des ouvertures latérales 21 permettant d'orienter le plasma ou bien les gaz résultant de la combustion de la composition 2 dans la direction principale 6 et de part et'd'autre de la partie médiane 12. Cet actionneur agira ainsi sur deus éléments différents et le long de la même direction avec des sens d'efforts opposés. La Figure 4 montre un actionneur dans lequel le boîtier comporte deus enveloppes 4 rendues solidaires de façon étanche d'une partie arrière rigide 22, qui porte le bouchon 13 renfermant la composition pyrotechnique. Les deux enveloppes étant parallèles entre elles, ainsi que leurs directions principales, l'actionneur peut agir sur deux éléments distincts avec des efforts de même orientation. Il sera possible dans le cadre de cette dernière variante de définir des enveloppes n'ayant pas le même nombre de bourrelets ni la même raideur mécanique cela en fonction du résultat recherché. Il serait également possible de définir un actionneur dont le boîtier comporte plusieurs enveloppes, parallèles ou faisant entre elles un angle quelconque. La masse et la disposition de la composition pyrotechnique sera alors ajustée en fonction de la géométrie et des caractéristiques des enveloppes choisies. La Figure 5 montre un actionneur dans lequel le boîtier comporte une gaine cylindrique 23, sur laquelle est soudé un bouchon 13 portant la composition pyrotechnique 2, et sur laquelle est également sodée une enveloppe 4. Cette dernière est coaxiale à la gaine 23 et disposee à l'intérieur de cette-dernière de telle façon que le volume 27 délimité par l'enveloppe ne soit pas relié au volume interne D du boîtier, le volume interne 5 du boîtier est alors en partie limité par la surface externe de ltenveloppe 4. Un poussoir 24, qui est une tige cylindrique 25 portant une tête 26, est soudé ou collé à l'intérieur de l'enveloppe 4 au niveau de son extrémité mobile. Avec une telle disposition la déformation de l'enveloppe est une compression. Il sera aisé de solidariser l'extrémité libre de la tige 25 et l'élément a déplacer, par exemple au moyen d'un filetage porté par la tige. REVENDICATIONS 1-Actionneur pyrotechnique du type comprenant une composition pyrotechnique (6) initiée pal un dispositif d'allumage, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier, délimitant un volume interne (5) fermé et relié à la composition par un moyen de liaison étanche, boîtier comportant au moins une enveloppe (4) constituée par une feuille mince pliée de façon à présenter au moins un bourrelet annulaire (9M, enveloppe telle que l'effort nécessaire pour la déformer suivant une direction principale (G) est inférieur à celui nécessaire pour la détcrmer suivant toutes les autres directions. 4-Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bourrelet annulaire !9) est constitue par une augmentation du diamètre de l'enveloppe j4 > le long de la direction principale (6) de cette dernière. 3actionneur selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de liaison étanche comprend un bouchon (13) renfermant la composition pyrotechnique (2) et soudé au boîtier 4-Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bouchon (13) est disposé au niveau d'une des extrémités du boîtier. 5-Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le boîtier comporte deux enveloppes (4) ayant sensiblement la même direction principale et en ce que le bouchon (13) est disposé sensiblement au niveau de la partie médiane t12) du boîtier entre les deux enveloppes et porte des ouvertures latérales (21) faisant communiquer la composition pyrotechnique (2) avec le volume interne (51. 6-.Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le boîtier comporte deux enveloppes tut1, dont les directions principales (6) sont sensiblement parallèles, enveloppes solidaires d'une partie arrière rigide (22) qui porte le bouchon (13). 7.Actionneur selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier comprend au moins une gaine cylindrique (23) à l'intérieur de laquelle est disposée l'enveloppe (4), le volume (27) délimité par l'enveloppe (4) n'étant pas relié au volume interne (5) du boîtier. 8-Actionneur selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que 13 composition est du type composition génératrice de gaz. 9-Actionneur selon une des revendications 1 å 7, caractérisé en ce que la composition est du type composition oxydo-réductrce dite sans gaz. 1O-Actionneur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composition oxydoréductrice est constituée par un mélange de #0% en masse de Zirconium avec 40% en masse de perchlDrate du potassium.