Brevet FR2640739A1 — publié le 19900622

Composant wrotechnioue transnetteur de détonation à travers une Daroi séparable étanche La présente invention se rapporte au domaine des composants pyrotechniques permettant de transmettre un signal détonant dans une chalne pyrotechnique. Pius précisément l'invention concerne un composant transmetteur de détonation à travers une paroi séparable étanche, le dit composant permettant lorsqu'il est interposé dans une chaîne pyrotechnique reliant deux pièces séparables, d'assurer siaultanénent la transmission d'un ordre pyrotechnique a'une pièce vers l'autre ainsi que la rupture mécanique de la dite chaîne en vue de permettre la séparation des deux pièces. Il est connu de transmettre un ordre pyrotechnique grâce à des cordeaux détonants ou déflagrants. De tels cordeaux sont par exemple décrits dans le brevet français 2 464 932 au nom de la demanderesse. De tels cordeaux permettent bien de transmettre un ordre pyrotechnique mais présentent cependant un double inconvénient : d'une part ils sont réversibles dans leur fonctionnement et peuvent permettre la transmission d'un ordre indésirable de la pièce normalement réceptrice vers la pièce normalement émettrice et d'autre part, après fonctionnement, ils laissent ouverte l'intégralité de la chaine. En vue de remédier à ces inconvénients on a alors conçu des composants transmetteurs de détonation à travers une barrière étanche. Dans ce type de composants, le cordeau transmetteur est interrompu par une barrière métallique étanche et comporte, du coté de la pièce émettrice, un élément renforçant la détonation. Dans cette configuration la détonation peut être transmise de la pièce émettrice vers la pièce réceptrice mais ne peut en aucun cas être transmise de la pièce réceptrice vers la pièce émettrice. Par ailleurs, après fonctionnement la barrière métallique assure une étanchéité dans la chaine pyrotechnique. De tels composants à barrière étanche sont par exemple décrits dans les brevet français 1 470 813 et 2 569 265. Les différents systèmes de transmission dont il vient d'être question conviennent bien dans des dispositifs dont les éléments constitutifs restent solidaires après transmission de l'ordre pyrotechnique mais sont d'un emploi peu aisé dans les dispositifs dont les éléments constitutifs sont appelés à se désolidariser après transmission de l'ordre pyrotechnique, comme c'est par exemple le cas entre les étages d'une fusée. Certes on connait des boulons cisailla bles par ordre pyrotechnique, comme par exemple ceux décrits dans le brevet US 3 277 766, mais de tels boulons ne permettent pas la transmission d'un ordre pyrotechnique.A l'heure actuelle lorsque l'on veut créer une chaîne pyrotechnique transmetteuse d'ordre entre deux pièces destinées à se séparer on est obligé d'utiliser la technique décrite dans le brevet français 2 470 757 qui consiste à utiliser deux relais distincts à barrière étanche, chaque relai étant porté par l'une des pièces séparables et étant mis en contact avec l'autre relai. Cette solution présente cependant l'inconvénient d'une part de ne pas assurer toujours un contact parfait entre les deux reiais et par voie de conséquence de ne pas assurer toujours une bonne transmission de l'ordre pyrotechnique et d'autre part de nécessiter l'utilisation d'un dispositif de positionnement destiné à assurer un contact parfait entre les deux pièces ainsi que celle d'un dispositif de désolidarisation de ces pièces. L'objet de l'invention consiste précisément à proposer un dispositif pyrotechnique unique qui permet d assurer simultanément la transmission d'un ordre pyrotechnique ainsi que sa rupture en deux éléments distincts, l'un des deux éléments au moins restant étanche. L'invention concerne donc un composant transmetteur de détonation à travers une paroi séparable étanche comprenant un corps de révolution, une chaine pyrotechnique détonante émettrice et un chargeent pyrotechnique récepteur séparé de la dite chaine émettrice par une barrière étanche, caractérisé en ce que le dit corps de révolution est constitué par une pièce unique comportant a) une partie amont portant une face amont, b une partie médiane, c) une partie aval portant une face aval telles que dans le plan de contact entre la partie amont et la partie édiane le diamètre de la partie amont soit supérieur au diamètre de la partie médiane et que dans ie plan de contact entre la partie médiane et la partie aval le diamètre de la partie médiane soit différent du diamètre de la partie aval, et en ce que la partie amont comporte un alésage amont axial borgne de révolution ouvert sur la face amont et possédant un fond situé en amont du plan de contact entre la partie amont et la partie médiane de manière à ce que la distance R entre le bord périphérique circulaire du dit fond et le cercle de contact entre la partie amont et la partie médiane soit inférieure à l'épaisseur minimale H de matière entre le dit bord périphérique et la surface extérieure de la dite partie amont, le dit alésage contenant la dite chaîne pyrotechnique émettrice, un alésage aval axial borgne de révolution étant par ailleurs ménagé dans la partie aval et éventuellement dans la partie médiane, le dit alésage étant ouvert sur la face aval et possédant un fond situé à une distance e du fond de l'alésage amont, la distance e étant inférieure ou au plus égale à la distance R,le dit chargement récepteur étant disposé à l'intérieur du dit alésage aval. Selon une première variante préférée de réalisation de l'invention, le dit alésage amont est cylindrique et la dite chaîne émettrice est constituée par des moyens d'initiation en détonation et par une charge explosive détonante en forme de disque dont la hauteur L est inférieure au diamètre D du dit alésage, la dite charge étant disposée contre le fond de l'alésage. Selon une seconde variante préférée de réalisation de l'invention, la partie amont, la partie médiane et la partie aval du dit corps sont cylindriques. Les composants selon l'invention sont particulièrement utiles pour constituer des impulseurs pyrotechniques largables ou des boulons explosifs transmetteurs de détonation. L'invention et ses possibilités de mise en oeuvre sont maintenant décrites en détail en se référant aux figures 1 à 9. - La figure 1 représente, vu en perspective, un premier type de com posant selon l'invention. - La figure 2 représente, vu en perspective, un second type de com posant selon l'invention. - La figure 3 représente, vu en coupe axiale, le composant de la fi gure 1 avant fonctionnement. - La figure 4 représente, vu en coupe axiale, le composant de la fi gure I après fonctionnement. - La figure 5 représente, vu en coupe axiale, le composant de la fi gure 2 avant fonctionnement. - La figure 6 représente, vu en coupe axiale, le composant de la fi gure 2 après fonctionnement. - La figure 7 représente, en coupe axiale un aerandissement de la partie médiane du composant de la figure 1 avant fonctionnement. - La figure 8 représente en coupe axiale un exemple d'utiiisa- tion d'un composant selon l'invention comme boulon cisaillabie transmetteur d'ordre, avant fonctionnement. - La figure 9 représente, en coupe axiale, le boulon de la figure 8 après fonctionnement. On se reporte plus particulièrement pour commencer aux figures 1. 3 et 7. Un composant 1 selon l'invention comprend un corps 2 de révolution. De manière caractéristique, le dit corps 2 est constitué par une pièce unique comportant une partie amont 3 portant une face amont 4, une partie médiane 5 et une partie aval 6 portant une face aval 5. Ces parties sont de révolution et ont des dimensions telles que dans le plan de contact entre la partie amont et la partie médiane le diamètre de la partie amont est supérieur au diamètre de la partie médiane et dans le plan de contact entre ia partie médiane et la partie aval le diamètre de la partie médiane soit différent du diamètre de la partie aval. Bien que les dites parties puissent être coniques, elles seront en général cylindriques comme représenté aux figures 1 et 2. On a représenté à la figure 1 un composant dans lequel le diamètre de la partie aval 6, filetée en surface, est inférieur au diamètre de la partie médiane 5; Il s'agit là de la configuration préférée dans le cadre de l'invention. Si l'on considère maintenant les figures 2 et 5, on observe un composant 101 comportant un corps 102 comprenant une partie amont cylindrique 103 avec une face amont 104, une partie médiane cylindrique 105 de diamètre inférieur à la partie amont 103 et une partie aval 106 avec une face aval 107. Dans cette réalisation le diamètre de la partie aval 106 est supérieur au diamètre de la partie médiane 105 qui constitue une gorge. Le plus souvent, dans ce cas, le diamètre de la partie aval 106 sera égal au diamètre de la partie amont 103. Le corps 2 est constitué en métal, de préférence en acier. Il a été observé par la demanderesse que les aciers au nickel-chrome-molybdè- ne tels que par exemple les aciers 35 NCD 16 selon la norme AFNOR NF A 35-551 conviennent particulièrement bien aux fins de la présente invention. En revenant plus particulièrement aux figures 1, 3 et r on observe que la partie amont 3 comporte un alésage amont axial 8 borgne de révolution ouvert sur la face amont 4 et possédant un fond plan 9 situé en amont du plan de contact entre la partie amont 3 et la partie médiane 5. Afin d'assurer la double fonction du composant selon l'invention il a été observé par la demanderesse que la distance R entre le bord périphérique circulaire 10 du dit fond et le cercle de contact Il entre la partie amont et la partie médiane doit être inférieure à l'épaisseur minimale H de matière comprise entre le dit bord périphérique circulaire 10 et la surface extérieure 12 de la dite partie amont 3.Il s'agit là d'une première condition im- pérative de constitution d'un composant selon l'invention, qu'il s'agisse d'un composant dont le diamètre de la partie aval est inférieur au diamètre de la partie médiane comme représenté aux figures 1, 3 et r ou qu'il s'agisse d'un composant dont le diamètre de la partie aval 106 est supérieur au diamètre de la partie médiane 105 qui forme une gorge comme représenté aux figures 2 et 5. Le dit alésage 8 contient une chaîne pyrotechnique émettrice 13. Préférentiellement le dit alésage 8 est cylindrique et la chaîne émettrice 13 est constituée par des moyens 14 d'initiation en détonation et par une charge explosive détonante 15. On a représenté aux figures 3 et z comme moyen d'initiation 14 un détonateur électrique comprenant des conducteurs 16 maintenus amans un corps isolant 17 et débouchant sur une perle d'allumage 18 au contact d'un explosif primaire isba. Cet ensemble est placé au contact de la charge détonante 15, l'alésage 8 étant obturé du coté de la face i de la partie amont par un opercule 19 portant des connecteurs électriques 20. Toutefois d'autres moyens d'initiation en détonation peuvent être utilisés.On a ainsi représenté aux figures 2 et 5 des moyens d'initiation constitués par un cordeau détonant 116 nainte- nu en position dans l'alésage 108 par un bouchon 117 et venant au contact d'une charge détonante 115. En tout cas, comme représenté sur les diverses figures, il importe dans le cadre de la présente invention que l'alésage 8 ou 108 ne soit pas plein immédiatement en amont de la charge détonante 15 ou 115 mais qu'il soit ménagé un espace libre en amont de cette dernière. La charge détonante 15 est disposée contre le fond 9 de l'alésage 8 et a préférentieilement la forme d'un disque dont la hauteur L est inférieure au diamètre D du dit alésage 8. La demanderesse a constaté que les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la hauteur L de la dite charge 15 est comprise entre 0,3 D et 0,7 D.Il s'agit là d'une constation surprenan- te qui va à l'encontre de l'enseignement des documents antérieurs relatifs aux dispositifs de transmission de détonation à travers une barrière étanche qui préconisent une hauteur supérieure au diamètre et pour laquelle la demanderesse n'a pas d'exication théorique à fournir. Avantageusement la dite charge détonante émettrice est constituée par de l'hexogène fin dont la granulométrie est inférieure à 100 microns (100 icronètres} En regard de l'alésage amont 8, un alésage aval axial 21 borgne de révolution est par ailleurs ménagé dans la partie aval 6 et éven tellement dans la partie médiane 5. Cet alésage aval 21 est ouvert sur la face aval 7 et possède un fond 22 situé à une distance e du fond 9 de l'alésage amont 8, la distance e étant inférieure ou au plus égale à la dite distance R. Il s'agit là d'une seconde condition ipératite de constitution d'un composant selon l'invention, quelle que soit sa configuration.Un chargement pyrotechnique récepteur 23 terminé le cas échéant par une charge réceptrice 23a constituée par exemple par de l'hexogène de granulométrie inférieure à 100 micromètres (microns), est disposé à l'intérieur de i'aié- sage asal 21, séparé de ia chaine émettrice 13 par la barrière étanche 24 constituée par la matière solide d'épaisseur e séparant les deux fonds 9 et 22. Le chargement pyrotechnique récepteur 23 est essentiellement fonction de la suite de la chaîne pyrotechnique, il s'agira souvent, comme représenté aux figures 1, 3 et 7 d'un cordeau de transmission. On a représenté aux figures 2 et 5, un alésage aval 121 comportant un fond 122 et contenant un cordeau 123 comme chargement récepteur. Le dit cordeau 123 est terminé par une charge réceptrice 123 a par exemple en hexogène fin et est séparé par une barrière 124 de la charge détonante 115. On explique maintenant le fonctionnement d'un composant selon l'in vention en se reportant d'abord aux figures 3, 4 et 7. La mise en fonctionnement du détonateur 14 provoque la détonation de la charge 15 qui crée une onde de détonation qui va sé développer à partir du fond 9 et des parois latérales de l'alésage 8 pour venir d'abord, compte-tenu des dimensions géométriques du composant, initier le cordeau 23 avant d'atteindre le cercle 11 de contact entre la partie amont 3 et la partie médiane 3. A ce moment là il va se créer une onde inverse dite "onde de détente" qui va se propager vers l'intérieur du composant et provoquer sa rupture le long du cône reliant le dit cercle ll au bord extérieur circulaire 10 du fond 9 de l'alésage 8, comme représenté à la figure 4. Le composant selon l'invention a ainsi assuré à la fois la transmission de l'ordre pyrotechnique et la séparation de ses parties amont 3 et aval 6, en assurant une étanchéité parfaite de la partie aval 6 après rupture du fait que la barrière 24 reste solidaire de la dite partie aval 6. Dans le cas de la configuration représentée aux figures 3. 4 et ou le diamètre de la partie aval 6 est inférieur au diamètre de la partie médiane 5. la demanderesse préconise le respect dune condition géométrique supplémentaire pour assurer une découpe parfaite. La demanderesse a en effet constaté que les meilleures découpe sont obtenues lorsque le cercle de contact 11 entre la partie amont 3 et la partie médiane 5 et le cercle de contact 25 entre la par tie médiane 5 et la partie aval 6 sont équidistants du point d'ini- tiation de la détonation Si on se reporte maintenant aux figures 5 et 6, la mise à feu du cordeau 116 va provoquer la détonation de la charge 115 qui va avec lopper une onde de choc qui, compte-tenu toujours des conditions géométriques imposées, va d'abord initier en détonation la charge réceptrice 123a qui va initier à son tour le cordeau recepteur 123 avant d-attelndre le cercle 111 de contact entre la partie amont 103 et la partie mêdiane 103. A ce moment là il va se créer une onde de détente inverse qui, conjuguée à l'onde de choc va provoquer la rupture du composant le long du cône reliant le dit cercle 111 au bord circulaire externe 110 du fond de l'alésage 108 comme représenté à la figure 6.Le composant a ainsi pareillement assuré à ia fois la transmission de l'ordre pyrotechnique et la séparation de ses parties amont 103 et aval 106 en assurant une étanchéité parfaite de la partie aval 106 après rupture du fait que la barrière 124 reste solidaire de Ia partie aval 106. Les composants transmetteurs de détonation à travers une paroi séparable étanche selon l'invention trouvent leur application dans toutes les chaînes pyrotechniques reliant deux éléments séparables et devant donc elles-mêmes être rompues après transmission de l'ordre pyrotechnique. Par ailleurs les composants selon l'invention offrent l'avantage de garantir une étanchéité en aval de la chaîne m- me après fonctionnement. Les composants selon l'invention trouvent ainsi une appiication conme impulseurs pyrotechniques largables ou comme boulons cisailiables transmetteurs ordre pyrotechnique lorsque les surfaces externes de leurs parties amont et aval sont filetées. Cette dernière application, particulièrement intéressante, est iilustrée aux figures 8 et 9. On reconnait sur ces figures un composant 30 selon l innention comportant une partie amont 31 cylindrique, une partie médiane 32 cyclindrique et une partie aval 33 cylindrique dont le diamètre est inférieur au diamètre de la partie médiane 32. Les surfaces exté- rieures des parties amont 31 et aval 33 sont filetées. Ce composant 30 constitue ainsi un boulon servant à solidariser deux éléments 34 et 35 vissés respectivement sur la partie amont 31 et sur la partie aval 33 et portant des surfaces de contact 36 et 37, comme par exemple deux étages d'une fusée. La partie amont 31 du boulon 3G contient une chaîne émettrice constituée par une charge détonante 38 et par deux cordeaux détonants 39 et 40 séparés par une barrière étanche 41. La partie aval 33 du boulon 30 contient un cordeau récepteur 42 séparé de la chaîne émettrice par une barrière étanche 43. Le déclanchement de la chaîne émettrice assure à la fois la transmission de l'ordre pyrotechnique au cordeau récepteur 42 et la rupture du boulon 30 dont la partie amont 31 reste solidaire de l'élé- ment 34 et dont la partie aval reste solidaire de l'élément 35, les deux éléments 34 et 35 n'étant plus solidaires l'un de l'autre. Dans ce cas de figure l'élement 35 est bien sûr étanche au milieu extérieur grâce à la barrière 43 portée par la partie 33 mais, de surcrolt, l'élément 34 est lui aussi étanche au milieu extérieur gracie à ia barrière 41 qui axait été prévue à i'intérieur de la chaîne émettrice. Exemple On a fabriqué un composant transmetteur de détonation à travers une paroi séparable étanche conforme à celui représenté aux figures 1, 3 et 7. Ce composant présentait les dimensions suivantes - partie amont 3 longueur : 20,5 mm diamètre : 16,0 mm longueur : 19,0 mm alésage 8 diamètre D : 7,0 mm - partie médiane 5: . longueur : 1,0 mm . diamètre : 14,0 mm - partie aval 6 . longueur : 19,5 mm diamètre : 10,0 mm longueur : 19,0 mm alésage 21 diamètre : 1,5 mm. Dans ces conditions l'épaisseur e de la barrière étanche 24 est de 3,0 mm, la distance E entre le fond de l'alésage 8 et le plan de contact entre la partie amont et la partie médiane est de 1,5 mn et la distance F entre le fond de l'alésage 8 et le plan de contact entre la partie médiane et la partie aval est de 2,5 mm. Le corps du composant est un acier au nickel-chrome-molybdène de no menclature 3sSCD16 selon la norme AFNOR NF A 35-551, présentant une résistance à la rupture de 105 kg/mm2 soit 1,03 x 103 MPa. La chaîne émettrice est constituée par une charge 15 en forme de disque placée au fond de l'alésage 8 et par un détonateur électri- que muni d'une perle d'allumage de 120 mg d'azoture de sodium. La charge 15 a un diamètre de 7,0 em et une hauteur L de 3,5 mm. Elle est constituée par 222 mg d'hexogène fin comprimé à une masse voiu- mique de 1,65 g/cm3. Le chargement récepteur 23 est constitué par un cordeau détonant de diamètre 1,5 mm et de longueur totale 63 mm. Dans ces conditions le déclanchement du détonateur assure la transmission de l'ordre pyrotechnique au chargement récepteur et une rupture franche du composant. Revendications 1. Composant (1) transmetteur de détonation à travers une paroi séparable étanche comprenant un corps (2) de révolution, une chaîne pyrotechnique détonante (13) émettrice et un chargement pyrotechnique récepteur (23) séparé de la dite chaîne émettrice par une barrière étanche (24), caractérisé en ce que le dit corps (2) de révolution est constitué par une pièce unique comportant a) une partie amont (3) portant une face amont { b) une partie médiane (5), c) une partie aval (6) portant une face aval (7), telles que dans le plan de contact entre la partie amont et la partie médiane le diamètre de la partie amont soit supérieur au diamètre de la partie médiane et que dans le plan de contact entre la partie médiane et la partie aval le diamètre de la partie médiane soit différent du diamètre de la partie aval, et ce en que la partie amont (3) comporte un alésage amont axial (8) borgne de révolution ouvert sur la face amont (4) et possédant un fond (9) situé en amont du plan de contact entre la partie amont et la partie médiane de manière à ce que la distance R entre le bord périphérique circulaire (10) du dit fond et le cercle de contact (11) entre la partie amont et la partie médiane soit inférieure à l'épaisseur mini male H de matière entre le dit bord périphérique (10) et la surface extérieure (12) de la dite partie amont, le dit alésage (8) contenant la dite chaine pyrotechnique (13) émettrice, un alésage aval axial (21) borgne de révolution étant par ailleurs ménagé dans la partie aval et éventuellement dans la partie médiane, le dit alésage (21) étant ouvert sur la face aval (7) et possédant un fond (22) situé à une distance e du fond (9) de l'alésage (8), la distance e étant inférieure ou au plus égale à la distance R, le dit chargemment récepteur (23) étant disposé à l'intérieur du dit alésage aval (21). 2. Composant seion la revendication I caractérisé en ce que le dit alésage amont ( & est cylindrique et en ce que la dite chaîne émet- trice (13) est constituée par des moyens (14 > d'initiation en détonation et par une charge explosive détonante (15) en forme de disque dont la hauteur L est inférieure au diamètre D du dit alésage, la dite charge (15) étant dispobee contre le fond de l'alésage (8i. 3. Composant selon la revendication 2 caractérisé en ce que la hauteur L de la dite charge (15) a une valeur comprise entre 0,3 D et 0,7 { D. 4. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la partie amont (3), la partie médiane (5) et la partie aval (6) sont cylindriques. 5. Composant selon la revendication 4 carctérisé en ce que le diamètre de la partie aval (106) est supérieur au diamètre de la partie médiane (105) qui constitue une gorge. 6. Composant selon la revendication 4 caractérisé en ce que ie dia- mètre de la partie aval (6) est inférieur au diamètre de la partie médiane (5). 7. Composant selon la revendication 6 caractérisé en ce que le cercle de contact (11) entre la partie amont et la partie médiane et le cercle de contact (25) entre la partie médiane et la partie aval sont équidistants du point d'initiation de la détonation de la charge explosive (15). 8. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le dit corps (2) est constitué par un acier au nic kel-chrome-molybdène. 9. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la dite charge détonante émettrice (15) est consti tuée par de l'hexogène de granulométrie inférieure à 10G micromè- tres.