Brevet FR2678722A1 — publié le 19930108

i La présente invention concerne un générateur pyrotechnique du type comprenant une charge pyrotechnique granulaire et poreuse confinée à l'intérieur d'un corps cylindrique, cette charge étant adaptée à brûler selon un régime déflagrant. L'invention s'applique principalement aux canons ou armes à tube dans lesquels le tube renferme un projectile destiné à être lancé par une charge brûlant selon un régime déflagrant et aux canons dans lesquels tout ou partie de la charge propulsive est embarquée dans le projectile. L'invention s'applique également à tout domaine technique dans lequel il est nécessaire d'asssurer une impulsion pyrotechnique à réponse rapide de courte durée et non destructrice du dispositif dans lequel le générateur est monté. On emploie depuis fort longtemps pour fournir des impulsions des compositions pyrotechniques diverses que l'on appelle soit explosifs, soit poudres propulsives Ces deux types de compositions pyrotechniques présentent des comportements très distincts. Une poudre brûle avec une vitesse linéaire de quelques millimètres à quelques mètres par seconde Elle fournit ainsi une énergie importante en un temps réputé bref (quelques millisecondes), mais en réalité très long par rapport aux vitesses de rotation et de translation des projectiles rapides La puissance de la poudre est de ce fait faible. Un explosif fournit une énergie équivalente avec une vitesse de réaction de plusieurs milliers de mètres par seconde Sa puissance est ainsi très élevée, sa durée d'action se mesurant en microsecondes. Toutefois, ces vitesses élevées sont accompagnées de pressions très fortes de quelques gigapascals à quelques dizaines de gigapascals que l'on ne peut guère réduire même au prix d'une perte importante sur l'énergie massique de l'explosif Ces pressions sont extrêmement destructrices (effet brisant) et rendent impossible l'emploi d'explosifs sur des générateurs pyrotechniques fragiles. Dans un certain nombre de cas, une composition pyrotechnique allumée en combustion comme une poudre passe plus ou moins progressivement de la combustion à la détonation Entre ces deux phases, existe une phase intermédiaire instable appelée déflagration, dans laquelle la vitesse de combustion de la composition pyrotechnique est comprise entre 100 et 1 000 m/s. Les expérimentations effectuées en laboratoire par la demanderesse sur des compositions pyrotechniques confinées dans une enveloppe résistante et brûlant à la manière d'une cigarette ont montré que la stabilité apparente de la déflagration résulte d'un équilibre entre l'injection dans les pores de la composition pyrotechnique des gaz de combustion sous haute pression qui tendent à augmenter le volume en réaction et la refermeture de ces pores par les ondes mécaniques de compression propagées par le solide La charge constituant la composition déflagrante doit donc être poreuse, mais présenter une résistance mécanique et un comportement élasto-plastique rendant possible l'établissement de la déflagration Des charges granulaires de nitramines flegmatisées et faiblement comprimées répondent à ces critères. Toutefois, ces conditions ne suffisent pas pour éviter que la combustion passe brutalement du régime déflagrant au régime explosif qui entraîne la destruction du générateur dans lequel est placé la composition pyrotechnique. Le but de la présente invention est de créer un générateur pyrotechnique comportant une charge pyrotechnique susceptible de brûler suivant un régime déflagrant et dans lequel on évite tout risque d'accélération brutale de la combustion pouvant conduire à une détonation. Le générateur pyrotechnique visé par l'invention comprend une charge pyrotechnique granulaire et poreuse confinée à l'intérieur d'un corps cylindrique, des moyens d'allumage disposés à l'une des extrémités de la charge et permettant à celle-ci de brûler en régime déflagrant suivant un front de combustion progressant perpendiculairement à l'axe de la charge est caractérisé en ce que la charge comprend au moins une zone en matière sensiblement inerte s'étendant sur toute la section de la charge, la distance comprise entre l'extrémité de la charge adjacente aux moyens d'allumage et ladite zone étant déterminée de façon que lorsque le front de combustion complète atteint cette zone, la vitesse de propagation de la réaction soit encore dans le domaine du régime déflagrant. Cette zone limite ainsi la tendance naturelle qu'à la combustion déflagrante de devenir explosive. Une telle composition déflagrante combine les avantages des compositions détonantes et des poudres. L'énergie est fournie très rapidement et la puissance débitée est supérieure d'un facteur 10 à 100 à celle d'une poudre classique Les ondes de pression accompagnant la réaction de combustion ont des valeurs limitées à quelques centaines de mégapascals, ce qui permet de confiner les efforts dans un volume choisi sans effets destructeurs à l'extérieur du générateur. Etant donné que grâce à l'invention, il est possible de stabiliser le régime déflagrant de la combustion, il est possible d'utiliser un tel générateur dans diverses applications et en particulier dans les armes à tube pour assurer une propulsion plus efficace des projectiles, sans risque de destruction de l'arme de lancement. Selon une version avantageuse de l'invention, l'épaisseur de la zone en matière sensiblement inerte mesurée dans la direction de la progression de front de combustion est suffisamment faible pour que la combustion puisse se poursuivre au-delà de cette zone. Lorsque la longueur de la charge pyrotechnique est supérieure au double de la distance comprise entre l'extrémité de la charge et la zone, la charge comprend plusieurs zones en matière sensiblement inerte espacées d'une distance sensiblement égale à la distance précitée. Selon une version préférée de l'invention, un amortisseur de choc est disposé entre la charge et une paroi transversale du corps cylindrique. Cet amortisseur de choc permet de réduire les réflexions d'ondes de choc qui sont susceptibles d'initier la détonation Cet amortisseeur de choc permet ainsi d'accroître la sécurité de fonctionnement du générateur en évitant tout risque de détonation. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci- après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un générateur pyrotechnique sous la forme d'un canon à tube court, la figure 2 est une vue à plus grande échelle de la charge pyrotechnique du générateur selon la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre générateur pyrotechnique sous la forme d'un canon dont le projectile comporte une charge pyrotechnique de propulsion. Dans la réalisation de la figure 1, le générateur sous la forme d'un canon à tube très court, comprend une charge pyrotechnique granulaire et poreuse 2 confinée à l'intérieur du tube 1 et des moyens d'allumage 3 disposés à l'une des extrémités de la charge 2 et permettant à celle-ci de brûler en régime déflagrant suivant un front de combustion progressant perpendiculairement à l'axe de la charge 2 (voir flèche F sur la figure 1). Dans l'exemple représenté, les moyens d'allumage 3 sont constitués par un allumeur à fil chaud disposé à l'arrière du projectile 5 engagé dans le tube 1 Cet allumeur permet un allumage ponctuel de la charge 2. Conformément à l'invention, la charge 2 comprend au moins une zone 4 en matière sensiblement inerte s'étendant sur toute la section de la charge 2. La distance d comprise entre l'extrémité de la charge 2 adjacente aux moyens d'allumage 3 et la zone 4 est déterminée de façon que lorsque le front de combustion complète atteint cette zone 4, la vitesse de combustion de la charge 2 soit encore dans le domaine du régime déflagrant Cette distance d peut être déterminée expérimentalement Elle dépend notamment de la nature et de la structure de la charge pyrotechnique 2. Par matière sensiblement inerte, on entend une matière qui ne brûle pas ou qui brûle avec une vitesse faible devant celle de la charge pyrotechnique 2. L'épaisseur de la zone 4 mesurée dans la direction F de la progression du front de combustion est suffisamment faible pour que la combustion puisse se poursuivre au-delà de cette zone 4. Lorsque la longueur de la charge 2 est supérieure au double de la distane d comprise entre l'extrémité de la charge 2 et la zone 4, cette charge comprend, comme indiqué sur la figure 2, plusieurs zones 4, 4 a en matière sensiblement inerte espacées d'une distance dl sensiblement égale à la distance d précitée. On voit par ailleurs, sur les figures 1 et 2, qu'un amortisseur de choc 5 a est disposé entre la charge 2 et une paroi 6 transversale du tube 1 située à l'opposé de l'allumeur 3 Cet amortisseur de choc 5 a peut être constitué par une matière compressible ou déformable et incombustible. Pour les charges pyrotechniques classiques, la distance d comprise entre l'extrémité de la charge 2 et la zone 4 sensiblement inerte et la distance dl comprise entre les diverses zones 4, 4 a sensiblement inertes est comprise entre 4 et 5 fois le diamètre D du tube 1. Par ailleurs, l'épaisseur de la ou les zones 4, 4 a sensiblement inertes est de l'ordre du tiers du diamètre D du tube 1. Ces zones 4, 4 a en matière sensiblement inerte peuvent être en pentachlorophénol, en dextrine ou en polystyrène chargé d'oxyde de fer Ces matières sont préférées car elles présentent pratiquement les mêmes propriétés que la charge 2, sauf qu'elles ne brûlent pas. Dans la réalisation de la figure 1, le tube 1 comprend à l'avant du projectile 5 des moyens 7 d'arrêt de celui-ci constitués par une collerette de rupture qui est brisée après l'allumage de la charge 2, lorsque la pression engendrée par la combustion de celle-ci atteint une valeur prédéterminée. On donne ci-après un exemple numérique de réalisation de l'invention. Nature de la charge pyrotechnique 2 hexogène sous forme de grains liés dans 5 % en poids de cire, Granulométrie: 150 à 200 microns Densité: 1,3 Diamètre de la charge et du tube 1: 16 mm Nature de la zone 4 pentachlorophénol Epaisseur de la zone 4: 5 à 6 mm Distance d: 70 mm Après l'allumage ponctuel de la charge pyrotechnique 2, celle-ci brûle à la manière d'une cigarette et un régime stationnaire de déflagration s'établit à une vitesse de réaction comprise entre 200 et 500 m/s, en développant des pressions comprises entre 1 et 10 Kbars Ce régime est normalement instable. Grâce aux zones inertes 4, 4 a, lorsque le front de combustion a progressé d'une distance d ou dl, la vitesse de combustion n'a pas encore atteint le point de transition entre les régimes déflagrants et détonants. Par ailleurs, grâce à l'amortisseur 5 a, situé en aval de la charge 2, les ondes de pression sont amorties et on évite tout choc brtal engendré par des réflexions de ces ondes sur des surfaces de forte impédance pouvant initier la détonation. Etant donné que les moyens mis en oeuvre par l'invention permettent de stabiliser le régime déflagrant, la combustion de la charge développe des puissances beaucoup plus élevées que dans un canon à propulsion classique, sans risque d'explosion de celui- ci. Dans la réalisation de la figure 3, la charge déflagrante est disposée dans une cavité cylindrique 9 ménagée axialement dans le projectile 10 placé dans le tube 11 du canon Une charge propulsive classique 12 est placée entre l'arrière 13 du tube 11 et le projectile 10. Une paroi 14 est prévue à l'arrière du projectile 10 pour contrôler l'alumage de charge déflagrante 8 par la charge classique 12. Par ailleurs, un amortisseur de choc 15 est placé entre l'avant de la charge déflagrante 8, et le fond 9 a de la cavité cylindrique 9 du projectile 10. Cette charge déflagrante 8 comprend comme dans la réalisation selon les figures 1 et 2, une zone 16 constituée par une couche en matière inerte ou de faible énergie, qui permet de stabiliser le régime de combustion déflagrante de la charge 8. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. L'invention peut s'appliquer à d'autres dispositifs que les canons ou autres armes de lancement de projectile. Ainsi, au lieu de servir au lancement d'un projectile, le générateur pyrotechnique selon l'invention est utilisable pour actionner ou commander un dispositif mécanique exigeant une impulsion de forte puissance. REVENDICATIONS 1 Générateur pyrotechnique comprenant une charge pyrotechnique granulaire et poreuse ( 2, 8) confinée à l'intérieur d'un corps cylindrique ( 1, 11), des moyens d'allumage ( 3, 14) disposés à l'une des extrémités de la charge et permettant à celle-ci de brûler en régime déflagrant suivant un front de combustion progressant perpendiculairement à l'axe de la charge ( 2, 8), caractérisé en ce que la charge ( 2, 8) comprend au moins une zone ( 4, 16) en matière sensiblement inerte s'étendant sur toute la section de la charge, la distance (d) comprise entre l'extrémité de la chage ( 2, 8) adjacente aux moyens d'allumage ( 3, 14) et ladite zone ( 4, 16) étant déterminée de façon que lorsque le front de combustion complète atteint cette zone ( 4, 16) la vitesse de combustion soit encore dans le domaine du régime déflagrant. 2 Générateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaiseur de ladite zone ( 4, 16) mesurée dans la direction de la progression du front de combustion est suffisamment faible pour que la combustion puisse se poursuivre au-delà de cette zone ( 4, 16). 3 Générateur conforme à l'une des revendications 1 ou 2, la longueur de la charge ( 2) étant supérieure au double de ladite distance (d) comprise entre l'extrémié de la charge ( 2) et la zone ( 4), caractérisé en ce que la charge comprend plusieurs zones ( 4, 4 a) en matière sensiblement inerte espacées d'une distance (dl) sensiblement égale à la distance (d) précitée. 4 Générateur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un amortisseur de choc ( 5 a) est disposé entre la charge ( 2) et une paroi transversale ( 6) du corps cylindrique ( 1). Générateur conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la distance (d) comprise entre l'extrémité de la charge ( 2) et la zone ( 4) sensiblement inerte et la distance (dl) comprise entre les diverses zones ( 4, 4 a) sensiblement inertes est comprise entre 4 et 5 fois le diamètre (D) du corps cylindrique ( 1). 6 Générateur conforme à l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la ou les zones ( 4, 4 a) sensiblement inertes est de l'ordre du tiers du diamètre (D) du corps cylindrique ( 1). 7 Générateur conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou lesdites zones ( 4, 4 a) en matière sensiblement inerte sont en pentachlorophénol, en dextrine ou en polystyrène chargé d'oxyde de fer. 8 Application du générateur conforme à l'une des revendications 1 à 7 à la réalisation d'un canon, caractérisée en ce que le corps cylindrique ( 1) est constitué par le tube du canon, la charge ( 2) étant placée en amont d'un projectile ( 5) disposé dans le tube ( 1). 9 Application conforme à la revendication 8, caractérisée en ce que l'amortisseur de choc ( 5 a) est placé entre la charge ( 2) et la paroi arrière ( 6) du tube. Application conforme à l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'un allumeur ( 3) est placé à l'arrière du projectile ( 5). 11 Application conforme à l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que le tube ( 1) comprend à l'avant du projectile ( 5) des moyens ( 7) d'arrêt de celui-ci, ces moyens ( 7) étant éliminés après l'allumage de la charge ( 2) lorsque la pression il engendrée par la combustion de celle- ci atteint une valeur prédéterminée. 12 Application du générateur conforme à l'une des revendications 1 à 7, à la réalisation d'un canon à charge entraînée, caractérisée en ce que la charge déflagrante ( 8) est disposée dans une cavité cylindrique ( 9) ménagée dans le projectile ( 10) placé dans le tube ( 11) du canon, une charge classique ( 12) étant placée entre l'arrière du tube ( 11) et le projectile ( 10) et des moyens ( 14) étant prévus pour permettre à cette charge classique ( 12) d'allumer la charge déflagrante ( 8) disposée à l'intérieur du projectile ( 10). 13 Application conforme à la revendication 12, caractérisée en ce qu'un amortisseur de choc ( 15) est placé entre l'avant de la charge déflagrante ( 8) et le fond ( 9 a) de la cavité cylindrique ( 9) du projectile ( 10).