Brevet FR2702824A1 — publié le 19940923

La présente invention concerne le domaine des dispositifs allumeurs. Plus précisément, la présente invention s'applique en particulier mais non exclusivement aux allumeurs conçus pour brûler des gaz. La présente invention s'applique notamment aux domaines des systèmes tels que des fusées comprenant des moyens de propulsion de forte puissance, des moyens de refroidissement à base de gaz, par exemple d'hydrogène, d'une partie des moyens de propulsion et des moyens allumeurs destinés à brûler les gaz de refroidissement lors de leur évacuation. Les fusées en question peuvent être constituées notamment de fusées lanceur de satellite. La partie des moyens de propulsion refroidie peut être formée en particulier d'une tuyère. De tels systèmes à moyens de propulsion, moyens de refroidissement à gaz et moyens allumeurs sont connus en eux-mêmes. Le but du refroidissement d'une partie des moyens de propulsion de forte puissance, en particulier d'une tuyère est de protéger l'élément refroidi lors de la mise en régime des moyens de propulsion. Plus précisément, brûler les gaz a pour but d'éviter les risques d'explosion, en évitant notamment qu'après évacuation des gaz de refroidissement, on atteigne l'équilibre stoechiométrique. La technique la plus classique pour réaliser de tels allumeurs est d'utiliser un système combinant un dispositif à arc électrique et un générateur de gaz combustible. Toutefois, ces systèmes à arc électrique et gaz ne donnent pas totalement satisfaction. En particulier , de tels systèmes présentent fréquemment des extinctions intempestives dues à l'environnement du gaz de refroidissement. La présente invention a maintenant pour but de perfectionner les dispositifs allumeurs connus. Plus précisément, un but important de la présente invention est de proposer un dispositif allumeur associant une fiabilité améliorée et une durée d'activité supérieure aux systèmes classiques connus. Ces buts sont atteints dans le cadre de la présente invention, grâce à un ensemble allumeur comprenant plusieurs allumeurs pyrotechniques et un séquenceur d'initiation adapté pour initier successivement les différents allumeurs pyrotechniques avec un recouvrement contrôlé des plages actives des divers allumeurs pyrotechniques. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un ensemble allumeur conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une vue schématique en coupe axiale longitudinale du même ensemble, - la figure 3 représente une vue en bout du même ensemble, - la figure 4 représente une vue en coupe axiale longitudinale d'un allumeur pyrotechnique conforme à la présente invention, - la figure 5 représente schématiquement en vue latérale la disposition relative d'un allumeur pyrotechnique conforme à la présente invention et de moyens de propulsion associés, refroidis par un gaz que l'on souhaite brûler à l'aide dudit allumeur, - la figure 6 représente selon une vue similaire de dessus, la disposition de deux ensembles allumeurs conformes à la présente invention et des mêmes moyens de propulsion, et - la figure 7 représente schématiquement un séquencement d'allumeurs pyrotechniques conforme à la présente invention. On a représenté sur les figures 1 à 3, respectivement en perspective, en coupe longitudinale et en vue en bout, un ensemble allumeur 10 conforme à la présente invention. Cet ensemble allumeur 10 comprend un carter 20, de préférence métallique, qui loge différents allumeurs pyrotechniques 100. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur les figures 1 à 3, il est ainsi prévu quatre allumeurs pyrotechniques 100 dans chaque carter 20. Le carter 20 peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Selon les figures 1 à 3 annexées données à titre d'exemple non limitatif, le carter 20 a la forme générale d'un parallélépipède rectangle. Les allumeurs pyrotechniques 100 sont centrés chacun sur un axe 102. A l'intérieur du carter 20, les différents allumeurs 100 ont leurs axes 102 parallèles. La figure 4 illustre selon une vue en coupe axiale longitudinale, un allumeur 100 conforme à un mode de réalisation préférentiel de la présente invention. On distingue sur la figure 4 un allumeur 100 comprenant un corps d'allumeur 110 logeant un pain 120 formant charge principale de l'allumeur. Le corps 110 peut en lui-même faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 4, le corps 110 comprend un fourreau 112 et un bouchon 118. Le fourreau 112 centré sur l'axe 102 présente de préférence, à l'une de ses extrémités axiales, un décrochement 114 radialement vers l'intérieur, prolongé par une jupe 116 de plus faible section. Le bouchon 118 est conçu pour être fixé sur l'autre extrémité du fourreau 112 par tout moyen approprié, par exemple par filetage comme cela est référencé en 119 sur la figure 4. Le corps 110 est fixé sur les parois 22, 24 du carter 20 par tout moyen approprié. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 4, le corps 110 est fixé par ses extrémités axiales, sur lesdites cloisons 22, 24 du carter 20 à l'aide de vis 23, 25. Le pain 120 composant la charge principale de l'allumeur peut être formé de tout matériau approprié. Il s'agit de préférence de propergol. Plus précisément encore, la charge 120 est formée de préférence d'une composition à base de perchlorate d'amonium, d'aluminium et de polybutadiène. Le pain 120 peut faire l'objet de diverses variantes de réalisation quant à sa géométrie. Selon le mode de réalisation préférentiel représenté sur la figure 4, le pain 120 est formé d'un corps de révolution autour de l'axe 102. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 4, le pain 120 de charge principale est délimité par une surface extérieure 122 cylindrique de révolution autour de l'axe 102. Le pain 120 possède un canal central 124 également cylindrique de révolution pourvu sur ses extrémités axiales de deux cones respectivement 126, 128. Comme cela est connu de l'homme de l'art, une telle géométrie de pain permet de définir un plateau de pression constant lors de la combustion de la charge. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette géométrie particulière et s'étend à toute autre variante équivalente. Le bouchon 118 porte des moyens d'initiation 130. Plus précisément, ces moyens d'initiation 130 sont placés dans un boîtier 132 traversant la paroi 24 du carter et supporté par le bouchon 118. Plus précisément encore, à des fins de sécurité, il est prévu dans chaque boîtier 132 deux moyens d'initiation 130 redondants. Les moyens d'initiation 130 sont formés de préférence d'initiateurs électriques, tels que des inflammateurs 1A/1W. Ces inflammateurs 130 sont alimentés par l'intermédiaire de liaisons électriques référencées 134 sur la figure 4. Chaque allumeur 100 comprend en regard du bouchon 118 et sur l'intérieur de celui-ci un disque 140. Le disque 140 centré sur l'axe 102 s'étend transversalement à celui-ci. Le disque 140 porte une charge d'initiation 150. La charge d'initiation 150 est placée en regard des initiateurs 130. Le disque 140 possède par ailleurs des passages traversant 142 pour permettre la transmission de feux de la charge d'initiation 150 à la charge principale 120. On notera que de préférence le bouchon 118 est muni d'un pion de positionnement et détrompage 160. Le pion 160 est formé de préférence d'un pion d'axe parallèle à l'axe 102, et non coaxial de ce dernier. Le pion 160 est complémentaire d'un logement correspondant formé dans le carter 20, plus précisément dans la paroi 24, pour définir lors de l'assemblage une position univoque de l'allumeur 100 autour de l'axe 102 et définir ainsi un positionnement précis de chaque allumeur 100 dans le carter 120. Chaque allumeur 100 comprend en outre des moyens de vérification de l'initiation après application d'une excitation électrique d'amorçage. Ces moyens de vérification peuvent faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. En particulier, ils peuvent être formés d'un capteur de pression détectant la montée en pression à l'intérieur du corps 100 suite à la mise à feu de la charge d'initiation 150, ou encore d'un thermocouple placé à l'intérieur du corps 110. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 4, ces moyens de vérification sont formés d'un capteur de pression 170 porté par le bouchon 118. Plus précisément encore, le capteur de pression 170 traverse la paroi 24 du carter 20 ainsi que le bouchon 118. Ainsi le capteur de pression 170 débouche en regard d'une gorge annulaire 117 formée dans le disque 140. La gorge 117 est adjacente au bouchon 118 et communique elle-même par un passage traversant 141 formé dans le disque avec la chambre interne du corps 110. De préférence, une cale 175 est intercalée entre l'extrémité axiale du pain 120 opposée au bouchon 118 et le décrochement 114. La cale 175 est formée en l'espèce d'une bague annulaire centrée sur l'axe 102. La jupe 116 prévue sur l'extrémité axiale du corps 110 opposée aux moyens d'initiation 130 loge une tuyère 180. La tuyère 180 peut faire l'objet également de nombreuses variantes de réalisation. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 4, la tuyère 180 est formée de deux pièces 182, 184 séparées au stockage par un opercule 188. On comprend que l'opercule 188 qui obture au stockage la tuyère 180 permet d'assurer l'étanchéité de la charge pyrotechnique 120. La pièce 184 de la tuyère axialement la plus interne présente successivement, de l'intérieur du corps 110 vers l'extérieur de celui-ci, un convergent 185 suivi d'un divergent 186. La pièce 182 axialement la plus externe de la tuyère 180 possède un divergent 183 qui prolonge sans discontinuité le divergent 186 de la pièce 184. Sur la figure 2, on retrouve sur la droite les tuyères 180 des allumeurs 100 et sur la gauche, les moyens d'initiation 130. Comme on l'a indiqué précédemment, il est prévu de préférence pour chaque allumeur 100 deux initiateurs 130 redondants. De préférence, l'un premier des deux initiateurs de chaque allumeur 100 est relié par l'intermédiaire des liaisons 134 à un connecteur multibroche 200 visible sur la figure 2. Par ailleurs, le second initiateur de chacun des allumeurs 100 est relié par l'intermédiaire des liaisons 134 respectives à un second connecteur multibroche 202 visible sur la figure 2. Ces connecteurs multibroches 200, 202 permettent de relier les initiateurs 130, par l'intermédiaire de faisceaux multibrins appropriés 251, 252 à un séquenceur de tir 250 comme cela est schématisé sur la figure 2. De même, de préférence, les différents capteurs de pression 170 ou moyens équivalents de vérification d'initiation prévus sur les différents allumeurs 100 sont de préférence reliés par l'intermédiaire de liaisons électriques adéquates 172 à un connecteur multibroche 204 porté par le carter 20. Là encore, le connecteur multibroche 204 est conçu pour être relié par un faisceau multibrin 253 adapté au séquenceur de tir 250. On comprend que lorsque l'information disponible à la sortie d'un capteur de pression 170 révèle que l'excitation électrique n'a pas été suivie d'effet, le séquenceur de tir 250 réitère, selon un processus prédéterminé, l'excitation électrique. On a représenté sur les figures 5 et 6 annexées, schématiquement, la tuyère de sortie d'un moteur de propulsion d'une fusée lanceur de satellite. Par ailleurs, sur les mêmes figures, on a représenté pour illustrer leur positionnement relatif, deux caissons 20 logeant des ensembles allumeurs pyrotechniques conformes à la présente invention. A des fins de fiabilité, comme on le voit notamment sur la figure 6, dans le cadre de la présente invention, il est en effet prévu avantageusement deux caissons 20 d'ensemble allumeurs identiques placés symétriquement par rapport à un axe horizontal 302 sécant de l'axe 304 de la tuyère 300. Ces caissons 20 sont adaptés pour être commandés simultanément par le séquenceur de tir 250 précité. Plus précisément encore, sur la figure 5, on a représenté sous forme de l'encadré grisé référencé 310, la longueur de flamme minimale attendue de chaque caisson 20 pour mettre à feu l'hydrogène évacué de la tuyère 300 dans la phase de refroidissement de celle-ci préalable à l'initiation du moteur de propulsion de la fusée. Dans le cadre de la présente invention, les pains 120 de charge active prévue dans chaque allumeur 110 sont adaptés de préférence pour définir une durée de phase active, c'est-à-dire une durée de flamme 310 active, de l'ordre de 6s. On a représenté sur la figure 7 un exemple préférentiel de séquencement de quatre propulseurs 100 logés dans un carter 20 commun. Sur la figure 7, on a référencé HO l'instant théorique de mise à feu du moteur de propulsion 300. Comme on le voit sur la figure 7, le premier allumeur 100 est initié 4,5s avant la référence HO pour prendre fin 1,5s après cette référence. Le second allumeur 100 est initié 1,5s avant la référence HO pour prendre fin 4,5s après celle-ci. Le troisième allumeur 100 est initié 3,5s après la référence HO pour prendre fin 9,5s après celle-ci. Enfin, le quatrième allumeur 100 est initié 8,5s après la référence HO pour prendre fin 14,5s après celle-ci. La combinaison de quatre allumeurs 100 selon le séquencement défini sur la figure 7, permet d'obtenir ainsi une séquence totale active de 19s. Selon le séquencement particulier représenté sur la figure 7, le recouvrement de phase active défini entre les deux premiers propulseurs est de 3s, tandis que le recouvrement entre les second et troisième allumeurs, ainsi qu'entre le troisième et le quatrième allumeurs est de ls. On a représenté sur la figure 7 le séquencement des allumeurs d'un caisson 20. Le séquencement du second caisson 20 représenté sur la figure 6 est identique et commandé en parfait synchronisme. Par rapport aux systèmes antérieurs connus, la présente invention offre en particulier les avantages suivants. Par rapport aux systèmes allumeurs antérieurs à arc électrique et gaz combustible, l'utilisation d'un allumeur à base de composition pyrotechnique offre l'avantage fondamental d'éviter tout risque d'extinction due au gaz de refroidissement, le plus souvent d'hydrogène. Par ailleurs, par rapport à l'utilisation d'un allumeur pyrotechnique simple présentant une durée de fonctionnement permettant de couvrir toute la phase de refroidissement du moteur 300, l'utilisation de plusieurs allumeurs de capacité individuelle limitée mais commandés selon un séquencement prédéterminé permet, d'une part d'obtenir une simplicité de fabrication, et d'autre part une fiabilité améliorée. Tout d'abord, le non allumage accidentel d'un allumeur de phase active de l'ordre de 6s est bien entendu moins pénalisant que le non allumage accidentel d'un allumeur unique d'une durée active de 19s. Par ailleurs et surtout, en termes de propabilité, le risque que deux allumeurs de même ordre dans le séquencement appartenant aux caissons 20 présente simultanément une déficience est bien entendue négligeable. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Ensemble allumeur, notamment pour l'allumage d'un gaz de refroidissement de propulseur, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs allumeurs pyrotechniques (100) et un séquenceur d'initiation adapté pour initier successivement les différents allumeurs pyrotechniques avec un recouvrement contrôlé des plages actives des divers allumeurs pyrotechniques (100). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque allumeur pyrotechnique (100) comprend un pain de matériau pyrotechnique (120), des moyens d'initiation (130) et une tuyère (180). 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens d'initiation (130) comprennent deux initiateurs redondants pour chaque allumeur (100). 4. Ensemble selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que le pain de matériau pyrotechnique (120) a la forme générale d'un cylindre pourvu d'un canal central (124) muni de deux cones (126, 128) respectivement à ses extrémités. 5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que chaque allumeur pyrotechnique comprend une charge (120) formée de propergol. 6. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que chaque allumeur (100) comprend des moyens (170) de détection d'initiation. 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de détection comprennent un détecteur de pression (170). 8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de détection (170) comprennent un capteur de température, notamment un thermocouple. 9. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend quatre allumeurs (100) d'axes parallèles. 10. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que chaque allumeur (100) présente une durée active de l'ordre de 6s. 11. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le séquenceur d'initiation défini un recouvrement de l'ordre de 3 à îs dans la phase active des différents allumeurs pyrotechniques. 12. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il comprend quatre allumeurs (100) et par le fait que le séquenceur défini un recouvrement de l'ordre de 3s entre les phases actives des premiers et seconds allumeurs, et un recouvrement de l'ordre d'une seconde entre le second et le troisième allumeur ainsi qu'entre le troisième et le quatrième allumeur. 13. Application de l'ensemble conforme à lune des revendications 1 à 12, à la combustion de gaz de refroidissement, notamment d'hydrogène, d'un propulseur de forte puissance. 14. Application selon la revendication 13, caractérisée par le fait qu'il est prévu deux ensembles redondants et commandés simultanément pour un même moyen de propulsion (300).