Brevet FR2684439A1 — publié le 19930604

DISPOSITIF DE VERROUILLAGE D'UNE ENVELOPPE CONTENANT DES MATIERES PYROTECHNIQUES La présente invention concerne un dispositif de verrouillage d'une enveloppe contenant des matières pyrotechniques Elle s'applique par exemple à la réduction de la vulnérabilité de propulseurs aux environnements accidentels Deux types d'agression mettent en cause la sécurité de stockage et d'emploi de produits contenant des charges pyrotechniques, en particulier des propulseurs, d'une part les agressions dues à des échauffements, d'autre part les agressions de type mécanique. Dans les agressions dues à des échauffements, lents ou rapides, deux phases peuvent être distinguées La première est constituée par la montée en température d'un propulseur par exemple, jusqu'à la température d'auto-inflammation des matières pyrotechniques, du propergol généralement Le délai entre le début de l'agression thermique et l'évènement pyrotechnique dépend donc de la température d'auto- inflammation du propergol mais aussi des éléments de structure entourant le chargement tels que des viroles, des protections thermiques ou des inhibiteurs par exemple Généralement les spécifications d'invulnérabilité imposent un délai minimum, par exemple 3 à 5 minutes pour cette auto-inflammation. La seconde phase correspond à l'évènement pyrotechnique lui- même La détonation, ainsi que la déflagration n'étant pas admises, à défaut de savoir éviter la combustion, l'évènement pyrotechnique de plus faible gravité est recherché; cet évènement est la combustion sans propulsion ni projection Cependant, la montée en pression des gaz générés par l'auto-inflammation du combustible, par exemple du propergol, conduit à l'explosion pneumatique de l'enveloppe du propulseur, donc à une déflagration Dans un propulseur, cette montée en pression est en effet très difficile à éviter car l'enveloppe de celui-ci est conçue pour résister à une pression élevée Cette pression étant généralement la pression maximum de fonctionnement majorée d'un coefficient de sécurité, elle peut atteindre plusieurs centaines de bars. Dans le cas d'agressions de type mécanique, impacts de balles ou de fragments par exemple, il n'est pas possible de compter sur la déformation locale, une ouverture par exemple, provoquée par l'agression mécanique pour empêcher une montée en pression de l'enveloppe si un événement pyrotechnique se produit Il faut donc choisir un propergol et des produits pyrotechniques dont l'impact ne provoque pas d'emblée la détonation et faire en sorte que tout événement pyrotechnique initialisé par l'impact n'entraîne ni déflagration ni propulsion. Pour éviter les événements évoqués ci-dessus, des procédés de protection dits actifs sont connus de l'homme de l'art Ces procédés consistent à ouvrir complètement l'enveloppe dès la constatation d'un environnement accidentel Ils ont l'inconvénient de nécessiter des éléments complémentaires tels que des capteurs, des sources d'énergie ou des actionneurs par exemple, qui accroissent de façon importante la complexité du système De plus, leur fonctionnement doit être assuré dans l'ensemble des environnements accidentels. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités en prévoyant notamment un double système de verrouillage fonction de la pression interne de l'enveloppe. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de verrouillage d'une enveloppe contenant des matières pyrotechniques, des moyens d'inflammation étant susceptibles d'être activés pour enflammer les matières pyrotechniques, l'enveloppe ayant une ouverture fermée par un élément de fermeture caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de verrouillage assurant la solidarisation de l'enveloppe par rapport à l'élément de fermeture jusqu'à un seuil donné de pression (P 0) interne à l'enveloppe et des seconds moyens de verrouillage assurant la solidarisation de l'enveloppe par rapport à l'élément de fermeture lorsque les moyens d'inflammation sont activés et pour des pressions internes de l'enveloppe supérieures au seuil donné (P 0). L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet de distinguer un allumage normal d'un allumage accidentel, qu'elle permet de n'effectuer le confinement de l'enveloppe du propulseur que lors de l'activation de l'allumage normal, permettant ainsi une protection efficace contre les déflagrations, notamment durant des phases telles que le stockage, la manutention ou le transport par exemple, qu'elle est simple à mettre en oeuvre et qu'elle est peu coûteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent: la figure 1, une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention, les figures 2 a, 2 b, 3 a et 3 b, des modes de réalisation possibles de dispositifs selon l'invention. La figure 1 présente une vue en coupe d'une enveloppe 1 contenant des matières pyrotechniques 2 dont l'ouverture est fermée par un élément de fermeture 3 Les matières pyrotechniques 2 peuvent être celles d'un propulseur, constituées par exemple par un bloc de propergol, et l'élément de fermeture, une extrémité d'une roquette par exemple. Des moyens d'inflammation 4 solidaires par exemple de l'élément de fermeture 3 sont en position pour enflammer les matières pyrotechniques 2 Cette inflammation est provoquée par l'activation des moyens d'inflammation 4, cette activation peut être par exemple commandée par un signal électrique Ceux-ci enflamment les matières pyrotechniques 2 en dégageant un gaz chaud, à une température généralement d'environ 2 000 OC. Sur la figure 1, selon l'invention, l'enveloppe 1 est maintenue solidaire de l'élément de fermeture 3 par au moins des premiers moyens de verrouillage 5, 6 Ces moyens 5, 6, peuvent être par exemple des vis. En cas de pression interne de l'enveloppe supérieure à une pression PO donnée, les moyens de verrouillage 5, 6 n'assurent plus le maintien de l'enveloppe 1 sur l'élément de fermeture 3, en se cassant par exemple, ce qui permet d'ouvrir l'enveloppe en cas de surpression accidentelle à l'intérieur de celle-ci. Le dispositif de verrouillage comporte des seconds moyens de verrouillage 7, 8 selon l'invention Quand ceux-ci sont actifs, l'enveloppe 1 est principalement maintenue solidaire de l'élément de fermeture 3 par ces seconds moyens de verrouillage 7, 8 Selon l'invention, ils maintiennent l'enveloppe 1 solidaire de l'élément de fermeture 3 uniquement si les moyens d'inflammation 4 ont été activés, ces seconds moyens de verrouillage 7, 8 permettant à l'enveloppe 1 de rester solidaire de l'élément de fermeture 3 avec des pressions internes à celle- ci supérieures à la pression P donnée, de manière à supporter les surpressions générées par la combustion des matières pyrotechniques 2. Ces seconds moyens de verrouillage 7, 8 peuvent être par exemple constitués de pistons solidaires de l'élément de fermeture 3 s'introduisant dans des encoches de l'enveloppe 1 au moment de l'activation des moyens d'inflammation 4 Ces seconds moyens de verrouillage doivent avoir des dimensions permettant de tenir les pressions internes de l'enveloppe 1, celles-ci peuvent atteindre par exemple plusieurs centaines de bars Selon l'invention, les premiers moyens de verrouillages 5, 6 peuvent rester actifs quand les seconds moyens 7, 8 sont actifs; néanmoins, leur rôle de maintien est négligeable vis-à-vis des seconds moyens de verrouillage 7, 8. La figure 2 a détaille une réalisation possible d'un dispositif selon l'invention Ce dispositif sert à fermer l'ouverture de l'enveloppe 1 sur l'élément de fermeture 3 et à verrouiller cette fermeture L'élément de fermeture 3 peut être par exemple une extrémité de roquette ou fusée, l'enveloppe 1 renfermant des matières pyrotechniques 2, par exemple un bloc de propergol dont la combustion permet la propulsion de la roquette ou de la fusée Les premiers moyens de verrouillage sont par exemple constitués par des vis, trois par exemple, dont deux 5, 6, sont représentées, qui maintiennent l'enveloppe 1 solidaire de l'élément de fermeture 3 Pour cela, les vis traversent des trous réalisés à l'extrémité de l'enveloppe 1 en contact avec l'élément de fermeture 3, les vis 5, 6, étant vissées dans des trous taraudés réalisés dans cet élément de fermeture 3. Les seconds moyens de verrouillage sont constitués par exemple par quatre pistons dont un seul 9 est représenté en coupe sur la figure 2 a, de deux éléments d'obturation 14, 15 dont un seul est représenté en coupe sur la figure 2 a, de ressorts de maintien des pistons et des éléments d'obturation dont deux 16, 27 sont représentés en coupe sur la figure 2 a, ces éléments étant solidaires de l'élément de fermeture 3 Ces seconds moyens de fermeture sont complétés par ailleurs par une gorge d'accueil des pistons réalisée dans l'enveloppe 1. La gorge 13, d'accueil du piston 9, est représentée sur la figure 2 a Les éléments d'obturation 14, 15 peuvent être par exemple des billes. La figure 2 b représente une vue en coupe suivant l'axe BB' de la figure 2 a, l'enveloppe et l'élément de fermeture étant par exemple à symétrie de révolution Cette vue ne fait apparaître que la position des quatre pistons 9, 10, 11, 12 et des deux billes 14, 15 du dispositif ainsi que la position de l'axe AA' dans le plan de coupe de la figure 2 a, la figure 2 a étant elle-même une vue en coupe suivant l'axe AA' comme représenté sur la figure 2 b et vue suivant la flèche F Le fonctionnement des seconds moyens de verrouillage est commandé par les moyens d'inflammation constitués généralement par un élément chauffant 17, un inflammateur électrique par exemple, et par un petit chargement 18 à faible durée de combustion situé dans une chambre 19 interne à l'élément de fermeture 3 et fermée hermétiquement par une cloison 20. Cette cloison laisse passer l'extrémité de l'élément chauffant 17 à l'extérieur de la chambre 19 afin de relier celui-ci par exemple à une liaison électrique 21. Selon l'invention, lors du fonctionnement normal d'un propulseur d'une roquette ou d'une fusée notamment, un signal électrique d'activation est transmis à l'élément chauffant 17 via la liaison électrique 21 L'élément chauffant 17 émet des gaz chauds et met à feu le petit chargement 18 à faible durée de combustion La pression générée par sa combustion provoque le cisaillement de collerettes 25 solidaires des pistons 9 et pousse les pistons 9 dans les gorges d'accueil 13, les gaz passant par des conduits 22 reliant les pistons 9 à la chambre 19. Les collerettes 25 empêchent les pistons d'occuper les gorges d'accueil 13 sous l'action des ressorts tant que la combustion de petit chargement 18 n'a pas eu lieu, c'est-à-dire avant le fonctionnement normal du propulseur Pendant le déplacement des pistons 9, la pression continuant de monter à l'intérieur de la chambre 19, les billes 14, 15 laissent alors passer les gaz via des conduits 23, 24 qui vont allumer le chargement du propulseur 2, grâce à leur haute température, 2000 OC par exemple Le conduit 23 est relié à la chambre 19 et le conduit 24 est relié au chargement du propulseur 2, la bille 14 obturant le passage entre ces deux conduits tant qu'elle n'est pas déplacée par les gaz issus de la chambre 19 La position d'obturation de la bille est maintenue par un ressort 27 En fait, selon l'invention, tant qu'une partie au moins des pistons 9 n'est pas engagée dans les gorges 13, la bille ne se déplace pas et obture le passage Ceci est réalisé par exemple de façon qu'à partir d'une valeur de pression donnée dans la chambre 19, les pistons soient en partie engagés dans les gorges 13 et que la force exercée sur les billes 14, 15 par la pression soit inférieure à celle exercée sur les billes 14, 15 par les ressorts 27 Les pistons 9 sont maintenus dans les gorges 13 par les ressorts 16 afin de verrouiller le maintien de l'enveloppe 1 sur l'élément de fermeture 3 Suivant la force exercée par les ressorts 27 de maintient des billes 14, 15, il est possible de régler la pression interne de la chambre 19 à partir de laquelle les billes 14, 15 se lèvent. Si une prise de feu accidentelle du chargement 2 du propulseur a lieu, la pression augmente à l'intérieur de l'enveloppe 1 mais les billes 14, 15 obturant les conduits 23 de liaison avec la chambre 19, elle- même reliée aux pistons par les conduits 22 de liaison, les pistons ne peuvent être déplacés et ne peuvent donc occuper les gorges d'accueil 13 de l'enveloppe 1 Dans ce cas, seuls les premiers moyens de verrouillage 5, 6 maintiennent l'enveloppe 1 solidaire de l'élément de fermeture 3 Ainsi, la pression s'exerçant sur le fond 26 de l'élément de fermeture 3, les vis, constituant par exemple les premiers moyens de verrouillage 5, 6, se cisaillent L'extrémité de la roquette ou de la fusée, constituant par exemple l'élément de fermeture 3, se désolidarise de l'enveloppe 1 et donc du propulseur 2 de manière à libérer les gaz Il y a combustion sans propulsion, écartant ainsi tout incident dangereux Les vis 5, 6 doivent résister par exemple à des environnements de transport ou d'emport Dans l'exemple de réalisation du dispositif selon l'invention des figures 2 a et 2 b, celui-ci comporte parmi d'autres éléments quatre pistons, deux billes et trois vis, mais il apparaît que ces quantités peuvent varier suivant les applications et la taille des matériels notamment. Les figures 3 a et 3 b représentent un autre mode de réalisation possible du dispositif selon l'invention La différence avec le mode précédent est qu'il n'y a plus les pistons La figure 3 b est une vue en coupe de la figure 3 a suivant l'axe DD' et la figure 3 a est une vue en coupe suivant l'axe CC' de la figure 3 b Les moyens d'inflammation 17, 18, 19 sont constitués de la même façon que dans l'exemple de réalisation de la figure 2 a Les billes 14, 15 et les ressorts 27 de maintien de celle-ci sont disposés différemment Dans l'exemple des figures 3 a et 3 b, lors du fonctionnement normal du propulseur, la pression générée par la combustion du petit chargement 18 fait gonfler un tube mince 31 situé entre l'enveloppe 1 et la partie de l'élément de fermeture 3 entrant dans l'enveloppe et contenant les moyens d'inflammation 17, 18, 19 Ce gonflement fragmente une bague 32 en, par exemple, 8 morceaux Cette bague est placée entre le tube 31 et l'enveloppe 1 Ces morceaux se plaquent contre l'enveloppe 1 dans la gorge 33, et rendent ainsi la séparation de l'enveloppe 1 de l'élément de fermeture 3 impossible car le tube mince 31 subit une déformation permanente Le tube mince 31 ayant été gonflé, les gaz issus de la chambre 19 peuvent soulever les billes 14, 15 via un conduit 35 et aller allumer le chargement principal 2 via un conduit non représenté Quand les billes 14, 15 ne sont pas soulevées par les gaz, le passage est obturé par celles-ci entre les conduits 35 au contact de la chambre 19 après gonflement du tube mince 31 et les conduits non représentés reliés au chargement principal 2 d'un propulseur par exemple Dans ce second exemple de réalisation présenté par les figures 3 a et 3 b, les seconds moyens de verrouillage sont donc constitués par les billes 14, 15 leurs ressorts de maintien 27, le tube mince 31, la bague fragmentable 32 et les gorges d'accueil 33, 34 des fragments de la bague 32 Les premiers moyens de verrouillage sont toujours par exemple constitués de vis 5, 6. En cas de prise de feu accidentelle du chargement principal 2 constitué par exemple de matières pyrotechniques contenues dans l'enveloppe 1, le fonctionnement est identique à l'exemple précédent décrit par les figures 3 a et 3 b. REVENDICATIONS 1 Dispositif de verrouillage d'une enveloppe ( 1) contenant des matières pyrotechniques ( 2), des moyens d'inflammation ( 4) étant susceptibles d'être activés pour enflammer les matières pyrotechniques ( 2), l'enveloppe ( 1) ayant une ouverture fermée par un élément de fermeture ( 3) caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de verrouillage ( 5, 6) assurant la solidarisation de l'enveloppe ( 1) par rapport à l'élément de fermeture ( 3) jusqu'à un seuil donné de pression (P 0) interne à l'enveloppe ( 1) et des seconds moyens de verrouillage ( 7, 8) assurant la solidarisation de l'enveloppe ( 1) par rapport à l'élément de fermeture ( 3) lorsque les moyens d'inflammation ( 4) sont activés et pour des pressions internes de l'enveloppe ( 1) supérieures au seuil donné (Pj). 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les premiers moyens de verrouillage sont constitués au moins par des vis ( 5, 6) vissées à la fois dans l'enveloppe 1 et dans l'élément de fermeture 3. 3 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'inflammation ( 4) comprennent au moins un élément chauffant ( 17) et un chargement ( 18) contenus dans une chambre ( 19), la combustion du chargement ( 18) augmentant la pression à l'intérieur de la chambre ( 19). 4 Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les seconds moyens de verrouillage ( 7, 8) comprennent au moins un élément d'obturation ( 14, 15) obturant un passage ( 23, 24) de gaz entre la chambre ( 19) et les matières pyrotechniques ( 2). Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément d'obturation est une bille ( 14, 15). 6 Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'élément d'obturation ( 14, 15) est maintenu en position d'obturation par un ressort ( 27). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 3 ou 4 caractérisé en ce que les seconds moyens de verrouillage ( 7, 8) comprennent en outre au moins un piston ( 9) solidaire de l'élément de fermeture ( 3) pouvant s'engager dans une gorge d'accueil ( 13) de l'enveloppe ( 1) sous l'action de la pression de la chambre ( 19). 8 Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le piston ( 9) est maintenu dans la gorge ( 13) par un ressort ( 16). 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 3 ou 4 caractérisé en ce que les seconds moyens de verrouillage ( 7, 8) comprennent en outre au moins un tube mince ( 31), une bague pouvant être segmentée ( 32) située entre le tube mince et l'enveloppe ( 1), des morceaux de la bague ( 32) pouvant s'engager dans des gorges d'accueil ( 33) sous l'action de la pression de la chambre ( 19) et y être maintenus par la déformation permanente du tube mince ( 31). 10 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'inflammation ( 4) peuvent être activés par un signal électrique ( 21).