Brevet FR2736973A1 — publié le 19970124

ACTIVATEUR MECANIQUE MÛ PAR UN GENERATEUR DE GAZ PYROTECHNIQUE L'invention conceme un activateur mécanique mû par une énergie pneumatique (gaz sous pression), et notamment une énergie créée par un générateur de gaz pyrotechnique. Des générateurs de gaz pyrotechniques sont utilisés dans différentes applications civiles et militaires pour déclencher très rapidement le fonctionnement d'organes de toutes sortes (mécaniques, hydrauliques, pneumatiques, électriques ) lorsque ce déclenchement nécessite une énergie relativement importante et lorsque le déclenchement est effectué de manière irréversible. Dans des applications militaires par exemple, on active pyrotechniquement différents organes d'une munition au moment de son lancement. L'invention sera décrite principalement à propos d'un activateur destiné à perforer la paroi d'une enceinte métallique contenant un gaz sous pression, afin de libérer brusquement ce gaz. Cependant, I'invention n'est pas limitée à cette application. L'exemple d'application pour lequel cet activateur a été conçu est un nouveau type de refroidisseur cryogénique instantané fonctionnant par détente brusque d'un gaz sous pression. Un générateur de gaz pyrotechnique utilise en général une poudre pyrotechnique qui est contenue dans une enceinte fermée par un piston mobile; cette poudre peut être mise à feu par un allumeur électrique, la réaction de combustion après mise à feu libérant très rapidement des gaz sous pression permettant de fournir une énergie mécanique importante. Les gaz sous pression poussent le piston qui est solidaire d'un élément de percussion ou de perforation, ou tout autre organe correspondant à la fonction qu'on désire obtenir. L'invention a pour but d'améliorer l'activateur à générateur pyrotechnique, et on comprendra qu'il peut être utilisé dans l'application définie ci-dessus ou dans d'autres applications; I'application à la perforation d'une paroi d'enceinte de gaz sous pression n'est en effet qu'un exemple. Dans un autre exemple, on peut réunir un électrolyte et ses électrodes pour réaliser une pile amorçable pyrotechniquement. Dans un autre exemple encore, on peut réaliser une vanne hydraulique amorçable pyrotechniquement pour ouvrir ou fermer un conduit de circulation de fluide. Dans un autre exemple encore, I'activateur peut déclencher une charge détonante par percussion, grâce à un percuteur mis en mouvement par les gaz pyrotechniques libérés. Selon l'invention, on propose un activateur mécanique à générateur de gaz pyrotechnique, comportant une enceinte contenant un générateur de gaz pyrotechnique, cette enceinte étant fermée par une membrane étanche susceptible de se déformer lors de l'activation du générateur, la déformation de la membrane entraînant une action mécanique désirée. Par exemple, la membrane agit sur une aiguille pour perforer une paroi, ou sur un percuteur pour déclencher un organe sensible aux chocs. La membrane peut être solidaire de l'aiguille ou du percuteur1 mais ce n'est pas obligatoire. Ou encore1 la membrane est solidaire d'un joint d'étanchéité pouvant fermer une canalisation de fluide. Ou encore, la membrane forme elle-même directement ce joint et bouche un orifice ou le découvre lors de l'activation du générateur de gaz. Ainsi, I'activateur selon l'invention ne comporte pas un piston mobile dans un cylindre. II ne présente pas les risques inhérents à la présence de cet ensemble piston-cylindre. En particulier, le risque existe d'un défaut d'étanchéité, à cause de la nécessité de mobilité du piston dans le cylindre. Le défaut d'étanchéité peut entraîner la pénétration d'humidité dans l'enceinte contenant le générateur de gaz pyrotechnique. Pour des applications où le stockage peut être de longue durée (plusieurs années), ce défaut peut être rédhibitoire. On a en effet le risque que l'humidité détériore le générateur pyrotechnique, de sorte que l'appareil ne fonctionnera pas lorsqu'on tentera d'effectuer l'allumage.Dans l'application à la perforation d'une enceinte contenant un gaz, on a également le risque que les fuites de gaz pyrotechnique dans le cylindre, lors de l'activation, enflamment le gaz libéré par la perforation de l'enceinte si ce gaz est inflammable. Cette mise à feu du gaz de refroidissement (hydrocarbure léger) serait bien entendu inacceptable dans le cas de l'application à un refroidisseur cryogénique tel que décrit ci-dessus. De même, si l'application consiste en la fermeture ou l'ouverture d'une canalisation, il serait inacceptable de polluer cette canalisation par des fuites de gaz pyrotechnique par suite de défauts d'étanchéité de l'ensemble piston-cylindre. L'invention permet d'éviter ces inconvénients. De plus, elle permet de placer l'activateur dans des environnements agressifs, la membrane pouvant être métallique pour résister aux agressions, alors qu'un ensemble piston-cylindre nécessite des joints en matière organique qui résistent moins bien aux environnements agressifs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente le principe d'un activateur pyrotechnique de l'art antérieur; -la figure 2 représente le principe d'un activateur pyrotechnique selon l'invention, appliqué à la perforation d'une paroi; - la figure 3 représente une vue d'avant de l'activateur de la figure 2; - la figure 4 et la figure 5 représentent une application à la fermeture d'une canalisation de fluide. L'invention sera décrite maintenant en détail à propos d'un activateur destiné à perforer la paroi d'une enceinte métallique contenant un gaz sous pression, afin de libérer brusquement ce gaz. L'exemple d'application pour lequel cet activateur a été conçu est un nouveau type de refroidisseur cryogénique instantané fonctionnant par détente brusque d'un gaz sous pression. Le gaz est contenu dans une enceinte fermée à pression élevée (plusieurs dizaines de bars); la paroi de l'enceinte est donc relativement résistante (par exemple u10 de millimètre d'acier) et nécessite une énergie importante pour sa perforation. La perforation est irréversible. Le gaz est brutalement libéré par la perforation, et sa pression tombe rapidement à la pression atmosphérique ambiante. Cette détente rapide refroidit fortement et rapidement le gaz. Ce concept associé à un refroidissement à détente joule Thomson est utilisé par exemple pour abaisser la température d'un détecteur infrarouge qui ne pourrait pas fonctionner correctement à température ambiante.La perforation est effectuée par une aiguille pointue qui s'enfonce dans la paroi de l'enceinte; L'aiguille est propulsée par un générateur de gaz pyrotechnique. Sur la figure 1, on voit un activateur de type connu qui pourrait servir dans une telle application : il comporte un corps principal 10 constituant une enceinte dans laquelle est contenue un générateur de gaz pyrotechnique 12, par exemple sous forme d'un bloc de poudre dans lequel est noyé un allumeur électrique 14 dont la mise à feu peut être commandée à distance par des fils électriques 16. L'enceinte constituée à l'intérieur du corps 10 est fermée par un piston 18 qui est mobile dans un cylindre 19, avec une étanchéité aussi bonne que possible entre le piston et le cylindre. Dans l'exemple de la figure 1, le cylindre 19 est divisé en deux parties de diamètres différents et le piston comporte deux parties correspondantes de diamètres différents; I'étanchéité de l'une des parties est assurée par un joint torique 20.Le piston est solidaire d'une aiguille 22 et la libération d'énergie du gaz pyrotechnique précipite cette aiguille violemment contre une paroi 24 d'une enceinte à perforer. La figure 2 représente le principe général d'un activateur selon l'invention. II comporte un corps principal 30 dont l'intérieur forme une enceinte fermée étanche 32 qui contient un générateur de gaz pyrotechnique 34 du même genre que dans l'art antérieur, c'est-à-dire par exemple un bloc de poudre pyrotechnique dans lequel est noyé un allumeur électrique 36 et d'où partent des fils électriques 38 permettant l'allumage à distance. Le logement est fermé à l'arrière par un bouchon 40 par lequel sortent les fils électriques 38. De l'autre côté, qu'on appellera côté avant, le logement est fermé par une membrane étanche 42, de préférence métallique, déformable sous la poussée des gaz pyrotechniques lors de l'activation du générateur. La membrane est représentée au repos sur la figure 2. Dans l'exemple représenté à la figure 2, la membrane 42 est plaquée au repos contre une paroi 44 du corps 30, cette paroi étant percée d'orifices 46 permettant aux gaz de passer et d'exercer une pression sur la membrane pour la repousser vers l'avant. Devant le centre de la membrane est placé un organe à déplacer pour l'activation recherchée. Par exemple, une aiguille 48 qui peut se déplacer vers l'avant et qui est poussée par la membrane lors de l'activation pyrotechnique; L'aiguille 48 est pointue à son extrémité opposée à la membrane pour perforer une paroi. L'organe déplaçable pourrait être différent d'une aiguille pointue; ce pourrait être par exemple un percuteur à extrémité plane. L'organe déplacé par la membrane peut être complètement libre par rapport à la membrane (et placée devant elle pour être repoussé par elle), ou bien être solidaire de la membrane. Dans ce demier cas, on peut prévoir par exemple qu'il est soudé au centre de la membrane. Dans la réalisation de la figure 2, la membrane repose contre la paroi 44 du corps 30, et est soudée de manière étanche à cette paroi le long de toute sa périphérie 50. Lors de l'activation, les gaz pyrotechniques libérés déforment la membrane 42 pour la repousser vers l'avant, sans la rompre et sans perte d'étanchéité au niveau de la périphérie 50. Dans une réalisation plus simple mais moins robuste, la membrane 42 pourrait être tendue, c'est-à-dire qu'elle serait en contact seulement à sa périphérie avec le corps 30. La membrane constituerait ainsi une des parois principales de fermeture de l'enceinte en l'absence de paroi 44. La figure 3 représente une vue de face de l'activateur, membrane enlevée : on voit les trous 46 dans la paroi 44. Les figures 4 et 5 représentent une application à une vanne de fermeture de canalisation de fluide (liquide ou gaz) : l'activation du générateur pyrotechnique vient fermer une canalisation dans laquelle il est placé. Pour cela, la membrane vient presser, directement ou indirectement contre une partie de la canalisation (paroi de la canalisation ou pièce solidaire de la paroi). Elle sert donc d'obturateur pour cette canalisation. Sur la figure 4, la vanne est représentée en position ouverte, avant activation du générateur de gaz. Sur la figure 5, elle est en position fermée, après activation. La vanne est installée de manière que lorsque la membrane est au repos, avant activation, elle ne bouche pas la canalisation et de manière que lorsqu'elle se déplace vers l'avant après activation elle bouche la canalisation. Dans l'exemple représenté, on a prévu que la membrane 42 peut venir s'appliquer étroitement contre un siège 60 solidaire d'une paroi de la canalisation 62. Ce siège peut être en matériau élastique (élastomère ou autre) compatible avec le fluide qui circule dans la canalisation. Le siège 60 pourrait être solidaire de la membrane 42 plutôt que de la canalisation. On comprendra que de nombreux montages sont possibles, fonctionnant sur ce principe d'une membrane déformée par un gaz pyrotechnique, membrane dont la déformation agit sur un autre organe solidaire ou non de la membrane. REVENDICATIONS 1. Activateur mécanique à générateur de gaz pyrotechnique, comportant une enceinte (32) contenant un générateur de gaz pyrotechnique (34), caractérisé en ce que cette enceinte est fermée par une membrane étanche (42) susceptible de se déformer lors de l'activation du générateur, la déformation de la membrane entraînant une action mécanique désirée. 2. Activateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane est métallique et soudée tout autour de sa périphérie à la paroi de l'enceinte. 3. Activateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la membrane est appliquée contre une paroi (44) de l'enceinte, cette paroi étant percée de trous (46). 4. Activateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déplacement de la membrane repousse une pièce placée devant celle-ci. 5. Activateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce est une aiguille permettant de perforer une paroi. 6. Activateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce est un percuteur. 7. Activateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le déplacement de la membrane obture une canalisation de fluide.