Brevet FR2669411A1 — publié le 19920522

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE VANNE D'INJECTION D'UN FLUIDE La présente invention concerne un dispositif de commande d'une vanne d'injection de fluide, et plus par- ticulièrement d'un fluide de refroidissement d'un milieu notamment dans un système de lancement vertical de missi- les. Dans un système de lancement vertical de missiles il est prévu des moyens pour refroidir telle ou telle partie du système, en fonction des opérations qui se pro- duisent, qu'elles aient été commandées ou produites for- tuitement. Dans un système de lancement vertical, la mise à feu d'un missile débute par un allumage du propulseur d'accélération du missile pour exécuter la phase de sor- tie Les gaz de propulsion ne sont pas récupérés et sont évacués vers le haut par un ou plusieurs conduits d'éva- cuation des gaz, après passage ou non dans une chambre de tranquillisation située au-dessous des conteneurs de missiles. En raison des températures qui se développent dans un système de lancement vertical, il est nécessaire d'injecter un fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, de manière à refroidir le missile et les gaz de propulsion dans le conduit d'évacuation des gaz ou plus exactement dans la cuve ou chambre de tranquillisation, lors d'un incident tel qu'un allumage intempestif, ou en période de stockage, ou lors d'un tir retenu, ou en phase de tir, ou encore en cas d'incendie interne à une muni- tion Une injection de fluide directement dans la cuve ou conduit d'évacuation des gaz peut être également souhai- table lorsqu'il est à craindre une réinflammation des gaz résiduels après un tir normal. Les systèmes de lancement vertical de missiles comportent généralement des capteurs de pression capables de mesurer localement ou de façon générale la pression dans une enceinte, par exemple dans la chambre de tran- quillisation Les mesures ainsi effectuées sont analysées et traitées afin de déterminer s'il est nécessaire ou non d'injecter un fluide de refroidissement constitué le plus souvent par de l'eau Lorsque l'eau de refroidissement doit être injectée, alors est enclenchée une commande d'une vanne d'injection, du type pyrotechnique, au moyen d'une impulsion électrique par exemple. Toutefois, l'utilisation de capteurs de pression présente plusieurs inconvénients Parmi ces inconvénients, il faut citer le coût d'un tel ensemble de cap- teurs et de traitement des mesures si l'on veut être cer- tain d'obtenir une injection d'eau fiable et rapide Un autre inconvénient réside dans le fait qu'une vanne pyro- technique, qui est choisie pour sa rapidité d'action, peut être sensible à d'autres facteurs du milieu ambiant et notamment aux ondes radio-électriques. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer un dispositif de commande d'une vanne d'injection qui ne soit pas de type pyrotechnique, l'actionnement de ladite vanne étant pro- duit par la brutale surpression qui est produite lors d'un allumage d'un propulseur. Un objet de la présente invention est un disposi- tif de commande de vanne comprenant au moins un élément déformable et sensible à la pression régnant dans le milieu à refroidir, un tel dispositif permettant une injec- tion d'un fluide de refroidissement qui soit rapide et sure. Un avantage de la présente invention réside dans le fait de permettre une injection de fluide de refroi- dissement très rapide et sûre. D'autres avantages et caractéristiques apparat- tront à la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un système d'évacuation des gaz d'un lance missile vertical. La figure 2 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation selon l'invention. La figure 3 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation selon l'invention. La figure 4 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation selon l'invention. La figure 5 est une représentation schématique d'un quatrième mode de réalisation selon l'invention. Un système d'évacuation des gaz d'un lance missi- le vertical équipant un navire de guerre comprend généra- lement (figure 1) une cuve de récupération 1 des gaz de propulsion produits par un missile 2 embarqué dans un conteneur 3, lesdits gaz de propulsion étant admis dans la cuve 1 à travers des orifices 3 ' au-dessus desquels sont montés les missiles 2 Une cheminée d'évacuation 4 communique avec la cuve 1 et permet l'échappement à l'atmosphère des gaz contenus dans la cuve 1 La cheminée d'évacuation peut être du type unique et rectangulaire comme celle représentée sur la figure 1 ou du type multi- cylindres Un dispositif d'injection de fluide de refroi- dissement 5, en l'occurrence de l'eau, est également prévu et il est relié au circuit d'incendie du bâtiment par une canalisation 6. Selon la présente invention, le dispositif com- prend une vanne de fermeture-ouverture 7 qui est montée sur la canalisation 6, un injecteur 8 débouchant dans la cuve 1 qui est représentée partiellement sur la figure 2, et des moyens de commande 9 de la vanne 7 Les moyens de commande 9 sont constitués par une membrane métallique déformable 10 disposée sur une protection thermique 11 qui, éventuellement, peut recouvrir tout ou partie des parois de la cuve 1 La membrane 10 et la protection thermique 11 sont recouvertes par un corps 12, à la par- tie supérieure duquel est ménagé un orifice 13 pour le passage d'une tige mobile 14 pourvue d'une tête 15 Le corps 12, la membrane 10 et la protection thermique Il sont fixés au-dessus d'un orifice 16 ' ménagé dans la paroi supérieure 16 de la cuve par tout moyen approprié tel que des boulons 17 Le matériau du corps 12 peut, par exemple, être de même nature que la cuve 1, en résine si- licone notamment. Lors de la mise à feu d'un missile, les gaz de propulsion du missile doivent, pour pouvoir être évacués hors du système d'évacuation, au préalable éjecter la masse d'air immobile qui se trouve dans la cuve 1 Il s'ensuit que, pendant une durée très courte, de l'ordre de 40 à 60 millisecondes, juste après la mise à feu, une surpression importante est créee dans la cuve Une telle surpression est utilisée selon l'invention comme force motrice pour déformer la membrane 10 en direction de la tête élargie 15 La déformation de la membrane 10 entrai- ne, par contact sur la tête 15, un déplacement de la tige 14 solidaire de la tête 15, laquelle tige 14 actionnant un tiroir d'ouverture-fermeture prévu dans la vanne 7 de façon que l'eau soit pulvérisée à travers l'injecteur 8 à l'intérieur de la cuve 1 La pulvérisation de l'eau dans la cuve 1 provoque le refroidissement des gaz contenus dans la cuve 1. Lorsque la surpression dans la cuve 1 cesse, la membrane 10 revient à son état initial. Bien entendu, il peut être nécessaire d'injecter plus ou moins longtemps l'eau de refroidissement Dans ce cas, on peut prévoir de freiner le retour de la tige 14 vers la position neutre qu'elle occupait avant la défor- mation de la membrane 10 Le retard à la fermeture de la vanne 7 est prévu fixe dans cette dernière et il est inu- tile de décrire comment il est réalisé car cela est bien connu des spécialistes en hydraulique ou des vannes. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la même manière lorsqu'il se produit un allumage intempestif de missile puisque dans ce cas une surpression est égale- ment provoquée dans la cuve 1 et la vanne 7 est ouverte, après déformation de la membrane 10 Un autre avantage est que le dispositif selon l'invention permet d'alléger les protections thermiques de la cuve 1 puisqu'à chaque phénomène de surpression la vanne 7 s'ouvre et que de l'eau est injectée dans la cuve 1. En outre, il est à noter que l'injection d'eau systématique après chaque tir, qu'il soit réel ou intempestif, permet de réduire ou même d'éliminer les éven- tuelles réinflammations des mélanges gazeux qui se pro- duisent après un tir et dûs à l'apport d'oxygène par de l'air aux gaz résiduels. Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, le dispositif d'injection d'eau comprend outre la canalisation 6, l'injecteur d'eau à l'intérieur de la cuve 1 mais non représenté, des moyens de commande 18 de la vanne 7 munie de son propre retard, par exemple de l'ordre de 5 secondes. Les moyens de commande 18 comprennent une membra- ne métallique déformable 10, une protection thermique 11, un corps de maintien 12 qui est solidaire desdites mem- brane et protection thermique par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 19 Dans cette forme de réalisation, la tête de la tige est constituée par un piston 20 sur le- quel prend appui l'extrémité d'un ressort 21 dont l'autre extrémité est en appui sur le corps 12 La vanne 7 a alors la possibilité de revenir à sa position initiale par le ressort 21 et une lumière 22 dans laquelle se dé- place un téton 23 de la tige 14. Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4, le dispositif a une structure analogue à celle du dispositif représenté sur la figure 3 et, en plus, possède un propre étage de retard fixe, ce qui per- met d'utiliser une vanne hydraulique simple ne possédant pas elle-même de fermeture retardée. L'étage de retard est constitué par une chambre 24 remplie d'un fluide et délimitée par le corps supé- rieur 12, une plaque de fond 25 et des pièces latérales 26, la tige 14 traversant la plaque de fond 25 et le corps 12 de façon étanche grâce à des joints d'étanchéité 27 Un piston 28 est monté sur la tige 14 et se déplace avec cette dernière dans la chambre 24 qui est remplie d'huile, de façon étanche Des orifices 29 munis chacun d'un clapet 30 sont ménagés dans le piston 28. Selon une autre variante représentée et le retard à la fermeture de la vanne 7 sont augmentés lorsque la surpression dans la cuve 1 se maintient, ce qui est le cas lors d'un allumage intempestif d'un missile 2 Les organes qui sont identiques aux réalisations des figures 2 à 4 portent les mêmes références. L'extrémité supérieure 31 de la tige 14 se dépla- ce dans un évidement borgne 32 ménagé dans une partie terminale 33 d'un plateau flottant 34 qui est disposé dans la chambre 24, au-dessus du deuxième piston 28 Un deuxième ressort 35 est disposé entre le corps 12 et le plateau flottant 31 et un troisième ressort 36 est dispo- sé entre le plateau flottant 34 et le deuxième piston 28. Le plateau flottant 34 est muni d'orifices 37 équipés chacun d'un clapet 38. Le plateau flottant 34 est, au repos, dans une position basse. Dans le cas d'un tir normal d'un missile, la dé- formation de la membrane 10 entraîne le déplacement de l'ensemble piston 20 tige 14 piston 28 partie ter- minale 33 jusqu'à ce qu'un point de liaison 39 entre la partie terminale et un organe 40 relié à la vanne 7 occupe la position I Dans cette position, seulement un petit débit d'eau dans la cuve 1 est assuré par la vanne 7 Dès que la surpression dans la cuve 1 cesse, la mem- brane reprend sa position initiale et le piston 20 revient également à sa position initiale avec un retard, par exemple d'une seconde, induit par l'étage de retard 28 Dès que le piston 20 reprend sa position initiale de repos, l'action exercée par le ressort de rappel 36 sur le plateau tournant 34 cesse et ce dernier revient vers la position basse de repos avec un certain retard, par exemple au bout de 5 secondes. Dans le cas d'un tir intempestif d'un missile 2, la surpression, dans la cuve 1, est maintenue plus long- temps ce qui entraîne la membrane 10 à rester dans la position déformée haute pendant plusieurs secondes, la durée de la déformation est fonction de la durée de com- bustion de l'accélérateur du missile Dans ces condi- tions, le piston 20 occupe une position haute et le res- sort 36 pousse le plateau flottant 34 et par suite la pièce terminale 33 qui amène le point de liaison 39 à la position II correspondant à une pleine ouverture de la vanne 7 et donc à un grand débit d'eau dans la cuve 1. Lorsque l'accélérateur du missile s'arrête, le piston 20 revient à sa position initiale, par exemple en 1 ou 2 secondes, mais le plateau flottant qui s'est déplacé à une position plus haute ne revient en position basse de repos qu'au bout d'un temps plus long qui dépend notam- ment du diamètre des orifices 37. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande d'une vanne d'injection ( 7) de fluide de refroidissement d'un milieu ( 1) pour notamment un système de lancement vertical de missiles ( 2), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un orga- ne de commande ( 14,15 ; 14,20 ;) de vanne qui coopère avec au moins un élément ( 19) déformable et sensible à une pression déterminée par le milieu à refroidir ( 1). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'organe de commande ( 9) est constitué par un bouton poussoir ( 15) dont une extrémité est suscep- tible d'être déplacée par l'élément déformable ( 10) et dont l'autre extrémité commande l'ouverture de la vanne d'injection de fluide ( 7). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément déformable ( 10) est constitué par une membrane souple. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que la membrane souple ( 10) est métallique. 6 Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la membrane souple ( 10) est revêtue sur la face interne située du côté dudit espace d'une protection thermique ( 11), lesdites membrane 10) et protection thermique ( 11) étant disposées entre un premier corps de protection et de fixation ( 12) et ladite portion de paroi ( 16). 7 Dispositif selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la vanne ( 7) est pour- vue de moyens de retard qui referment la vanne après un temps prédéterminé. 8 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le bouton poussoir est consti- tué par un piston ( 20) en appui sur une face externe de la membrane souple ( 10), la tige ( 14) dudit piston ( 20) commandant ladite vanne ( 7) à l'ouverture, et en ce que des moyens de rappel ( 21) sont interposés entre ledit piston ( 20) et le corps de protection et de fixation ( 12). 9 Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que la tige de piston ( 14) est munie d'un téton ( 23) susceptible de se déplacer dans une lumière ( 22) ménagée dans un fourreau de protection de ladite tige ( 14). 10 Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que sur la tige de piston ( 14) sont montés des moyens de retard ( 28, 29, 30) de fermeture de la vanne ( 7), lesdits moyens de retard étant constitués par un deuxième piston ( 28) disposé à l'intérieur d'une chambre ( 24) remplie d'huile et solidaire du corps de protection et de fixation ( 12), ledit deuxième piston ( 28) étant pourvu d'au moins un orifice ( 29) muni d'un clapet d'obturation ( 30). 11 Dispositif selon la revendication 10, caracté- risé en ce qu'il comprend, en outre, un plateau ( 34) monté flottant sur la tige de piston ( 14), des deuxiè- mes moyens élastiques ( 36) préalablement tarés qui sont interposés entre le plateau ( 34) et le deuxième piston ( 28), et des troisièmes moyens élastiques ( 35) préala- blement tarés qui sont interposés entre le plateau ( 34) et le corps ( 12), le plateau ( 34) comportant au moins un orifice de passage ( 37) muni d'un clapet ( 38). 12 Dispositif selon la revendication 11, caracté- risé en ce que l'extrémité ( 31) de la tige de piston ( 14) opposée au piston ( 20) est mobile dans un trou borgne ( 32) ménagé dans une pièce intermédiaire ( 33) qui est solidaire du plateau ( 34) et dont une extrémi- té commande ladite vanne ( 7). 13 Dispositif selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la pression de commande de déformation de l'élément déformable ( 10) est la sur- pression induite par des gaz produits à l'allumage d'un missile. 14 Dispositif selon la revendication 13, caracté- risé en ce que la pression de commande est celle ré- gnant dans une chambre de tranquillisation ( 1) communi- quant avec un conduit d'évacuation ( 4) des gaz d'un système de lancement vertical de missiles. 15 Dispositif selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le fluide de refroidis- sement est de l'eau. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément déformable ( 10) est monté au-dessus d'un orifice ( 16 ') ménagé dans une portion de paroi ( 16) délimitant un espace dans lequel règne la pression de commande de l'élément déformable ( 10).