Brevet FR2704924A1 — publié le 19941110

La présente invention concerne les vannes pyrotechniques. Une vanne pyrotechnique est une vanne à action unique utilisée pour obtenir la sortie rapide d'un fluide depuis une source de fluide sous pression. Les vannes pyrotechniques sont utilisées pour obtenir l'évacuation d'un fluide maintenu sous pression. Typiquement, mais non exclusivement, les vannes pyrotechniques sont utilisées pour obtenir la libération rapide de fluides maintenus sous une large gamme de pressions, typiquement de 7.106 à 7.107 Pa. Les vannes pyrotechniques sont utilisées par exemple dans les mécanismes d'éjecteurs des avions, les mécanismes de tir de missiles, les systèmes d'alimentation en carburant des missiles et les systèmes d'extinction de feux. Parmi les problèmes existant avec les vannes pyrotechniques conventionnelles, figurent les effets de secousses et de martèlement se produisant en aval des vannes. Les secousses et le martèlement sont causés par la libération non contrôlée d'un fluide sous pression, dans laquelle le flux en sortie de la vanne augmente, presque instantanément, d'une valeur de débit nulle à une valeur de débit maximum. Ce problème est particulièrement aigu avec des fluides sous haute pression. Traditionnellement, les vannes pyrotechniques sont des dispositifs mono-coup qui utilisent une action de "type guillotine" ou de "type pénétration" pour former l'orifice de sortie du fluide. Le problème avec ces deux types de vannes pyrotechniques est que la coupe ou le perçage par lequel l'orifice de sortie du fluide est constitué fait libérer dans l'écoulement du fluide de sortie des particules du matériau qui recouvrait auparavant l'orifice de sortie. En conséquence, ces vannes pyrotechniques selon la technique antérieure ne conviennent pas pour une utilisation en alimentation en gaz de très grande pureté sans un système de filtrage adéquat. En outre, comme le coût des vannes pyrotechniques est élevé, il est souhaitable d'obtenir une vanne pyrotechnique qui soit réutilisable, en particulier pour les applications au sol et pour les tests de qualification, par exemple. La présente invention vise à proposer une vanne pyrotechnique qui permette un écoulement de sortie rapide et contrôlé d'un fluide à partir d'une source de fluide sous pression, diminuant ainsi sensiblement la fréquence et l'intensité des secousses et du martèlement en aval de la vanne. La présente invention vise en outre à obtenir une vanne pyrotechnique qui soit réutilisable, et dont le fonctionnement ne provoque pas la libération de particules de contamination dans l'écoulement du fluide la traversant et qui convienne donc pour être utilisée en alimentation en gaz de très grande pureté sans nécessiter de système de filtrage. Il est donc fourni, selon une réalisation préférée de l'invention, une vanne pyrotechnique qui a un accès d'entrée associé à une source de fluide sous pression, un accès de sortie, un dispositif de déclenchement d' l'écoulement pour déclencher l'écoulement du fluide sous pression entre l'accès d'entrée et l'accès de sortie, un dispositif pour activer le dispositif de déclenchement du flux, et un dispositif de commande de l'écoulement pour permettre une augmentation du débit jusqu'à une valeur prédéterminée telle qu'un débit maximum du volume à l'accès de sortie n'est atteint qu'après une période de temps minimum prédéterminée, ce qui diminue la fréquence et l'intensité des secousses et du martèlement en aval de l'accès de sortie qui auraient été produits par un écoulement de sortie non commandé du fluide sous pression. En plus selon une réalisation préférée de l'invention, la vanne pyrotechnique comprend également un dispositif de blocage de l'écoulement disposé selon une première position de fonctionnement par rapport à l'accès d'entrée et à l'accès de sortie pour éviter l'écoulement du fluide le long du trajet du fluide, et dans lequel le dispositif de déclenchement de l'écoulement fonctionne pour permettre le déplacement du dispositif de blocage de l'écoulement vers une seconde position de fonctionnement en réponse à une pression appliquée par le fluide sous pression au dispositif de blocage de l'écoulement, déclenchant ainsi un écoulement du fluide sous pression le long du trajet du fluide. En outre selon une réalisation préférée de l'invention, le dispositif pour activer le dispositif de déclenchement comprend une source de pression pouvant être actionnée de façon sélective. En plus, selon une réalisation préférée de l'invention, le dispositif de commande de flux comprend un dispositif pour retarder le mouvement du dispositif de blocage de l'écoulement entre la première et la seconde position de fonctionnement de façon à ne permettre un débit de sortie volumétrique maximum du fluide qu'après l'écoulement d'une période minimum prédéterminée de temps. La présente invention peut être plus complètement évaluée et comprise à partir de la description détaillée suivante, à considérer avec les dessins dans lesquels: Les figures 1A et lB sont des représentations de vues de côté partiellement coupées d'une vanne pyrotechnique construite et fonctionnant selon la présente invention, dans respectivement les positions de fonctionnement première et seconde; et Les figures 2A et 2B sont des représentations de vues de côté partiellement coupées de parties des premier et second éléments à piston de la vanne pyrotechnique de la présente invention, représentées dans respectivement les positions de fonctionnement première et seconde; et La figure 3 est un schéma synoptique général d'un système de commande utilisant une vanne pyrotechnique de la présente invention. Référence est faite maintenant aux figures 1A et lB, dans lesquelles est représentée une vanne pyrotechnique, généralement référencée 10, qui est construite et fonctionne selon une réalisation préférée de l'invention. La vanne pyrotechnique 10 est une vanne à action unique réutilisable qui diminue sensiblement la fréquence et l'intensité des secousses et du martèlement en aval de la vanne. La diminution des ondes de choc est produite par le démarrage d'un écoulement de sortie contrôlé du fluide de façon à ne permettre qu'une augmentation progressive de l'écoulement. L'augmentation de l'écoulement est limitée par une vitesse d'augmentation prédéterminée et se poursuit jusqu'à ce qu'une valeur maximum de l'écoulement volumétrique ait été atteinte, après qu'une période minimum prédéterminée de temps ait été écoulée. Ceci peut être évalué en se basant sur la description qui suit. La vanne pyrotechnique 10 comprend les parties de boitier première et seconde, sous les références respectives 12 et 14. Typiquement, les parties de boitier 12 et 14 sont reliées en étant vissées l'une à l'autre au point 16. Un écrou de blocage 18 est également fourni. La première partie de boitier 12 a un accès d'entrée de fluide 13 qui est associé avec la source de fluide sous pression 17 (figure 3), et un accès de sortie de fluide 15 qui est associé avec une conduite d'alimentation 19 (figure 3). Un premier piston 20 est disposé dans la première partie de boitier 12 pour un mouvement axial interne vers la seconde partie de l'habitacle 14. Le piston 20 est configuré de telle sorte que, dans une première position de fonctionnement (figures 1A et 2A), il évite l'écoulement de fluide le long du trajet de fluide s'étendant entre l'accès d'entrée 13 et l'accès de sortie 15. Quand le piston 20 est dans une seconde position de fonctionnement (figures lB et 2B), l'écoulemnt de fluide est permis le long du trajet du fluide s'étendant entre l'accès d'entrée 13 et l'accès de sortie 15. Selon la présente réalisation, le premier piston et la première partie de boitier 12 définissent une fermeture étanche imperméable au fluide à la première partie d'extrémité 22 du premier piston 20. Plus particulièrement, le piston 20 définit à sa première partie d'extrémité 22 une partie mâle typiquement conique 24 qui est configurée pour s'enclencher de manière étanche dans la partie femelle correspondante 26 formée dans la partie de boitier 12. De préférence, la partie de boitier 12 et le piston 20 sont tous deux en métal, et a fermeture étanche est de type métal sur métal. En outre, le piston 20 est typiquement constitué à partir d'un métal qui a une dureté inférieure à celle du métal constituant la partie de boitier 12. Pour donner un exemple, la première partie de boitier 12 et le piston 20 peuvent être faits en acier inoxydable de différents niveaux de dureté. Un second piston 28 est fourni dans le second boitier 14 de la vanne pyrotechnique 10, généralement perpendiculairement au premier piston 20. Dans les figures 1A et 2A, le second piston 28 est représenté dans une première position de fonctionnement, dans laquelle il retient le premier piston 20 dans sa première position de fonctionnement de façon à supporter la force qui lui est appliquée par le fluide sous pression et à éviter une fuite de celui-ci après le premier piston 20. Dans les figures lB et 2B, le second piston 2B est représenté dans la seconde position de fonctionnement et, en conséquence, le premier piston 20 a été déplacé par la force du fluide sous pression dans sa seconde position de fonctionnement. Dans cette position, le fluide sous pression peut circuler le long du trajet de l'écoulement s'étendant entre l'accès d'entrée 13 et l'accès de sortie 15. Le second piston 28 a une première extrémité 30 et une seconde extrémité 34 qui sont associées respectivement aux extrémités première 33 et seconde 40 de la seconde partie de boitier 14. La première extrémité 30 du second piston 28 est associée à une source de pression 32 pouvant être activée par sélection montée dans la première extrémité 33 de la seconde partie de boitier 14. La seconde extrémité 34 du second piston 28 est équipée d'un sabot de blocage 36 déformable plastiquement qui est disposé pour s'enclencher avec rétention dans le creux de blocage 38 formé à la seconde partie 40 de la seconde extrémité de la seconde partie de boitier 14. Typiquement, la source de pression 32 est toute source adéquate de pression fonctionnant à l'électricité. De préférence, la source de pression 32 est un dispositif pyrotechnique qui peut se monter dans la première extrémité 33 de la partie de boitier 14 et qui, quand il est active, produit une onde de pression qui force rapidement le second piston 28 vers la seconde extrémité 40 de la seconde partie de boitier 14, comme indiqué par la flèche 41 (figures lB et 2B). L'onde de pression fournie par la source de pression 32 peut avoir une quelconque intensité prédéterminée selon les exigences d'un dispositif spécifique et de son application. Typiquement, l'intensité de l'onde de pression fournie par la source de pression 32 peut aller jusqu'à plusieurs 106 pa. Un dispositif pyrotechnique typique, convenant entre autres pour une utilisation dans la présente invention, est fabriqué par PYROMECA à Toulon, France. La source de pression 32 est actionnée par la fourniture d'un signal électrique prédéterminé, comme d'une alimentation adéquate 50 (Figure 3). La pression générée par la source de pression 32 force le second piston 28 à se déplacer vers la seconde extrémité 40 de la seconde partie de boitier 14, dans le sens de la flèche 41 (figures lB et 2B), de telle sorte que le sabot de verrouillage 36 s'enclenche et soit plastiquement déformé par le creux de blocage 38 de façon à devenir en outre verrouillé mécaniquement. Comme le second piston 28 se déplace vers la seconde extrémité 40 de la seconde partie de boitier 14, un creux 52 adjacent à une partie 46 étagée du second piston 2B est amené en concordance coaxiale avec le premier piston 20. En réponse à la force appliquée à la première extrémité 22 du premier piston 20 par le fluide sous pression, le premier piston 20 est forcé dans le creux 52, permettant ainsi un écoulement de fluide entre les accès d'entrée et de sortie 13 et 15 et en sortie dans la conduite de fluide 19. Le déplacement du premier piston 20 dans le creux 52 est indiqué par la flèche 54 (figures lB et 2B). Afin d'éviter une production instantanée d'écoulement volumétrique maximum à travers l'accès de sortie 15, et donc pour éviter toute secousse indésirable et le martèlement, la vanne 10 est configurée pour permettre une augmentation du débit jusqu'à une valeur prédéterminée telle qu'un débit maximum du volume à l'accès de sortie 15 n'est atteint qu'après une période de temps minimum prédéterminée. En conséquence, la fréquence et l'intensité des secousses et du martèlement en aval de la vanne 10 sont réduits en comparaison avec les secousses et le martèlement qui auraient été rencontrés avec un écoulement de sortie non contrôlé du fluide sous pression. Afin d'obtenir la régulation de l'écoulement décrite ci-dessous, le premier piston 20 est formé d'une tête de piston 56 qui fonctionne en se déplaçant à l'intérieur d'un réservoir de fluide annulaire 58 qui est défini par une partie cylindrique élargie d'une première partie de boitier 12. Le réservoir de fluide 58 est rempli d'un fluide hydraulique sélectionné, tel que de l'huile de silicone ayant au moins une viscosité minimum sélectionnée. Typiquement, le réservoir de fluide 58 peut être rempli via un orifice de remplissage 48 (Figure 1A), situé à une seconde extrémité 42 du premier piston 20. Le réservoir de fluide 58 est configuré de façon à avoir un diamètre qui est légèrement plus large que le diamètre de la tête de piston 56, de sorte que l'écoulement de fluide autour de la tête du piston est possible. Après que le second piston 28 ait été déplacé dans sa seconde position en fonctionnement de sorte que le creux 52 est amené en concordance avec le premier piston 20, l'enclenchement total de la seconde extrémité 42 du premier piston 20 dans le creux 52 se produit seulement lors du mouvement de la tête de piston 56 à partir d'une première extrémité 60 du réservoir 58. (figures. 1A) vers une seconde extrémité 62 de celui-ci (figure lB). Afin que ce mouvement se produise, le fluide hydraulique dans le réservoir doit s'écouler autour de la tête de piston vers la première extrémité du réservoir. Comme on le voit dans les figures 1A et lB, un très faible écoulement de sortie de fluide sous pression est démarré en réponse immédiate à un mouvement axial initial du premier piston 20 dans le creux 52. Un écoulement volumétrique maximum à travers l'accès de sortie 15 se produit quand il y a un enclenchement complet entre la seconde extrémité 42 du premier piston 20 avec le creux 52. En conséquence, comme le premier piston 20 se déplace entre ses première et seconde positions de fonctionnement, l'écoulement de sortie de fluide sous pression augmente d'une valeur 0 à une valeur maximale. On estime donc que la présente invention fournit une vanne pyrotechnique qui a un délai prédéterminé entre le déclenchement et l'écoulement maximum. En outre, selon une réalisation préférée de l'invention, la première partie d'extrémité 22 du premier piston 20 a une partie d'extrémité 72 légèrement conique (figures 1A et lB). La partie d'extrémité de débit de fluide 72 prend ainsi des caractéristiques d'écoulement prédéterminée qui aident à réduire les chocs et le martèlement en aval de la vanne. Une utilisation typique de la vanne 10 est un système de commande tel que représenté dans la Figure 3. Le système de contrôle comprend un conteneur 17 de fluide sous pression, tel qu'un liquide ou un gaz, une vanne pyrotechnique 10, une alimentation 50 pour activer la vanne pyrotechnique, un réservoir d'accumulation 66, et une conduite du fluide 19 reliant la vanne pyrotechnique 10 au réservoir d'accumulation 66. En réponse à un signal d'entrée via un ensemble de commande (non représenté), une alimentation 50 fournit un signal électrique prédéterminé à l'unité de pression 32 (figures. 1A et lB) de la vanne pyrotechnique 10. La vanne pyrotechnique 10 est activée de façon à permettre la libération du fluide sous pression conservée dans le conteneur 17. Le fluide libéré passe, sous pression, au réservoir d'accumulation 66, de façon à y provoquer l'évacuation d'un second fluide par une conduite d'alimentation 68. Dans le présent exemple, le fluide sous pression est typiquement un gaz, alors que le second fluide est un liquide. Dans une autre réalisation, le fluide sous pression peut être directement fourni à une conduite d'alimentation 70. En se référant une fois encore aux Figures lA et iB, le délai en temps entre le déclenchement de l'écoulement et l'obtention de l'écoulement maximum à travers l'accès de sortie 15 dépend, entre autres choses, des dimensions relatives des différents composants de la vanne pyrotechnique, et de la viscosité et d'autres caractéristiques d'écoulement du fluide hydraulique dans le réservoir 58. Typiquement, le délai en temps est dans la gamme des 10 à 300 ms. Les spécialistes de la technique évalueront qu'une réduction de la quantité de fluide hydraulique utilisée provoquera une réduction correspondante du délai en temps. Les spécialistes de la technique estimeront que, bien que dans un système de commande tel que celui décrit plus haut en relation avec la Figure 3, un retard d'environ 300 ms peut ne pas être significatif et qu'une compensation peut donc être effectuée relativement facilement, une augmentation régulière de l'écoulement de sortie du fluide sous pression, plutôt qu'une augmentation soudaine de débit, réduit à la fois la fréquence et l'intensité des secousses et du martèlement en aval de la vanne pyrotechnique, ce qui protege des parties du système de commande. Un autre avantage de la vanne pyrotechnique selon la présente invention est que, à l'exception du sabot de blocage 36, l'intégrité mécanique de la vanne est conservée pendant le fonctionnement. En conséquence, après nettoyage et remplacement du sabot de blocage 36, la vanne pyrotechnique 10 peut être réutilisée. Un autre avantage encore de la vanne pyrotechnique de l'invention est que la vanne pyrotechnique 10 peut être utilisée dans des applications d'alimentation de gaz de très grande pureté sans donner naissance à des contaminations. Les spécialistes de la technique estimeront que l'invention n'est pas limitée par ce qui a été montré en particulier, et décrit ci-dessus. Plus précisément, le domaine de la présente invention est défini seulement par les Revendications qui suivent: REVENDICATIONS 1. Vanne pyrotechnique comprenant: un accès d'entrée (13) associé à une source de fluide sous pression (17); un accès de sortie (15); un moyen de déclenchement (28) de l'écoulement pour déclencher l'écoulement du fluide sous pression entre ledit accès d'entrée (13) et ledit accès de sortie (15); un moyen (32) pour activer ledit moyen de déclenchement (28) d'écoulement; et un moyen (56, 58) de commande de l'écoulement pour permettre une augmentation du débit jusqu'à une valeur prédéterminée telle qu'un débit maximum du volume à l'accès de sortie (15) n'est atteint qu'après une période de temps minimum prédéterminée, ce qui diminue la fréquence et l'intensité des secousses et du martèlement en aval dudit accès de sortie (15) qui auraient été produits par un écoulement de sortie non commandé du fluide sous pression. 2. Dispositif selon la revendication 1, et comprenant également un moyen de blocage (20) de l'écoulement disposé selon une première position de fonctionnement par rapport audit accès d'entrée (13) et audit accès de sortie (15) pour éviter l'écoulement du fluide le long du trajet du fluide, et dans lequel ledit moyen de déclenchement (28) de l'écoulement fonctionne pour permettre le déplacement dudit moyen de blocage (20) de l'écoulement vers une seconde position de fonctionnement en réponse à une pression appliquée par le fluide sous pression au moyen de blocage d'écoulement (20), déclenchant ainsi un écoulement du fluide sous pression le long dudit trajet du fluide. 3. Dispositif selon la revendication 2, et dans lequel ledit moyen pour activer ledit moyen de déclenchement (28) comprend une source de pression (32) pouvant être activée de façon sélective. 4. Dispositif selon la Revendication 3, et dans lequel ledit moyen (56, 58) de commande d'écoulement comprend un moyen (56, 58) retardant l'écoulement pour retarder le mouvement dudit moyen de blocage de l'écoulement entre ladite première et ladite seconde position en fonctionnement, de façon à ne permettre un débit de sortie volumétrique maximum du fluide qu'après l'écoulement d'une période de temps minimum prédéterminée. 5. Dispositif selon la revendication 4, et comprenant également: une première partie de boitier (12) définissant un trajet de l'écoulement du fluide, et une seconde partie de boitier (14) disposée transversalement par rapport à ladite première partie de boitier (12) et dont l'intérieur communique avec l'intérieur de ladite première partie de boitier (12), et dans lequel, dans ladite première position en fonctionnement, ledit moyen (20) de blocage de l'écoulement est disposé dans ladite première partie de boitier (12) de façon à éviter l'écoulement du fluide le long du trajet de l'écoulement, et dans ladite seconde position en fonctionnement ledit moyen de déclenchement (28) de flux s'étend transversalement à l'intérieur de ladite seconde partie de boitier (14). 6. Dispositif selon la revendication 5, et dans lequel ledit moyen de blocage (20) d'écoulement comprend un premier piston (20) et ledit moyen de déclenchement (28) d'écoulement comprend un second piston (28) monté sur ladite seconde partie de boitier (14) et qui peut se déplacer entre les première et seconde positions, et dans lequel, lorsqu'il est en seconde position, ledit second piston (28) fonctionne pour bloquer ledit premier piston (20) dans ladite première position en fonctionnement et, lorsqu'il est en seconde position, ledit second piston (28) permet le mouvement dudit premier piston (20) vers ladite seconde position en fonctionnement. 7. Dispositif selon la revendication 6, et dans lequel ledit moyen (56, 58) pour retarder l'écoulement comprend un moyen hydraulique (56, 58) pour résister au mouvement instantané dudit premier piston (20) de ladite première position en fonctionnement vers ladite seconde position en fonctionnement. 8. Dispositif selon la Revendication 3, et dans lequel ladite source de pression (32) pouvant fonctionner de façon sélective comprend un moyen de pression répondant à un signal électrique. 9. Dispositif selon la Revendication 8, et dans lequel ladite source de pression (32) comprend un dispositif de pression pyrotechnique.