Brevet FR2772907A1 — publié le 19990625

DISPOSITIF DE BRULEUR A PLASMA POUR SYSTEMES DE CANONS ELECTROTHERMIQUES ET ELECTROTHERMO-CHTMIQUUES, L'invention concerne un dispositif de brûleur à plasma pour systèmes de canons électrothermiques et électrothermo- chimiques, qui comporte une électrode à haute tension guidée verticalement à travers une zone de fond d'un récipient destiné à recevoir un matériau à plasma, laquelle est raccordée à un tube de canon servant de contre- électrode, sur une source à haute tension, l'électrode à haute tension présentant une barre d'arrivée d'énergie pourvue d'une isolation. Par la US-5,287,791 on connaît un générateur de plasma pour un système de canon électrothermo-chimique, qui comporte une anode et une cathode pour l'allumage du plasma. Entre l'anode et la cathode, dans le canal de plasma se trouve dans ce cas un mince fil métallique. L'anode et la cathode sont reliées électriquement entre elles par ce fil. Si l'on applique une haute tension, ce fil brûle, ce qui donne naissance à un arc électrique, qui allume une charge propulsive, qui de son côté entraîne un projectile. Le US-,355,764 décrit également un générateur de plasma pour un canon électrothermo-chimique. Ce générateur comporte une anode et une cathode ainsi qu'entre celles-ci un mince fil métallique à l'intérieur d'un canal de plasma, en vue de l'allumage du plasma. Ces deux générateurs ont pour inconvénient de rendre nécessaires dans ce cas de grandes distances d'isolation, afin d'empêcher une perforation depuis le côté haute tension (anode) vers le tube de canon mis à la terre. Un autre injecteur de plasma annulaire pour un système d'entraînement électrothermo-chimique est décrit dans la DE-44 40 829 Ai. Dans un exemple de réalisation un côté terre (cathode) est relié électriquement à un côté haute tension, par un fil d'allumage, à l'extérieur d'une chambre de plasma. Le fil d'allumage a pour fonction ici d'introduire l'arc électrique. L'élément servant de fil d'allumage est disposé dans des chambres de combustible. Le côté terre est mis à la terre par l'intermédiaire du tube de canon. La séparation de l'élément servant de fil d'allumage d'avec le plasma s'effectue par une gaine isolante. Si par le fil d'allumage la voie du courant est suffisamment formée, cet élément s'évapore et fournit la masse de combustible contenue dans l'élément, pour le plasma. La DE-196 17 895 A1 décrit un dispositif d'injection de plasma pour des canons électrothermlques avec une douille de charge propulsive en plusieurs parties, à travers laquelle est guidée une seule électrode. Un tube de canon mis à la terre sert ici de deuxième électrode. Du fait de la propagation d'un arc électrique entre l'électrode intérieure et le tube de canon et du fait qui en résulte que les courants de gaz qui se forment et les points de pieds d'arc sont chassés à l'intérieur du tube de canon, il se produit d'intenses phénomènes d'érosion dans la zone du cône de la chambre de charge et éventuellement dans la zone de la bouche du tube de canon. L'invention a pour but d'indiquer un dispositif de brûleur à plasma du type précité dans lequel les phénomènes d'érosion dans la zone du cône d'un tube de canon soient supprimés ou minimisés. Ce but est atteint avec un dispositif de brûleur à plasma du type précité en ce que l'électrode a haute tension présente, dans une zone supérieure, un élément en forme de capuchon faisant partie intégrante de la barre d'arrivée d'énergie, lequel élément présente une face extérieure non isolée et dans sa partie de tête, une isolation en forme de capuchon, et qui est enfilé sur la barre d'arrivée d'énergie isolée. L'invention repose sur l'idée d'utiliser un champ magnétique se constituant dans le tube de canon de manière qu'un arc électrique nécessaire au fonctionnement du brûleur à plasma reste dans la zone arrière d'une chambre de charge du canon. A cet effet la géométrie d'une électrode à haute tension est conçue de manière que l'arc électrique se formant entre l'électrode à haute tension et le tube de canon en tant que deuxième électrode, soit chassé en direction de l'extrémité du tube, par le champ magnétique se constituant sur une zone non isolée de l'électrode à haute tension. L'arc électrique agit dans ce cas sur la face frontale d'une poudre ou d'un agent propulseur, une combustion ou une évaporation se produisant dans le sens opposé au courant de l'agent propulseur. Suivant l'invention l'électrode à haute tension présente un conducteur intérieur, guidé dans une isolation, servant de barre d'arrivée d'énergie, qui se termine dans la zone supérieure de l'électrode à haute tension sans isolation et guidé à l'extérieur, autour de la barre d'arrivée d'énergie isolée. De ce fait l'électrode à haute tension présente dans la zone supérieure un périmètre plus épais que dans la zone inférieure. Entre la barre d'arrivee d'énergie et la partie non isolée de l'électrode à haute tension se trouve dans ce cas l'isolation. La face frontale de l'électrode à haute tension, qui est dirigée vers la bouche du tube, est recouverte par une autre isolation du genre capuchon. Grâce à une électrode à haute tension fendue dans la zone non isolée, on obtient que l'arc électrique fonctionne en rotation autour de l'électrode a haute tension et permet ainsi une combustion homogène de la poudre ou une évaporation de l'agent propulseur. Si la zone à partir de l'extrémité supérieure de l'électrode à haute tension présente en outre une forme du genre cône, l'arc électrique peut se propager en une boucle autour de l'électrode à haute tension, ce qui fait que l'arc est déplacé plus rapidement. Ceci constitue un avantage aussi lors de l'allumage, car au début de l'allumage du plasma, l'arc est chassé dans la direction voulue. Grâce à la conception d'un type nouveau de l'électrode à haute tension on peut utiliser de la poudre classique, qui on le sait est constituée de grains cylindriques, également sous la forme 4 2772907 de disques de poudre, ce qui donne une plus grande densité de charge et donc aussi une conversion d'énergie plus importante, car la combustion à la surface des disques a lieu de manière uniforme et efficacement du fait de l'arc. On obtient de ce fait aussi une meilleure accélération du projectile sortant du tube de canon. Dans le cas o l'on utilise une cartouche métallique, celle-ci peut servir de deuxième électrode, qui est en liaison électrique avec un tube de canon. Dans le cas de l'utilisation d'une gaine en matière plastique, par exemple Durostone, Plexiglas, grâce à la conception de l'électrode, l'arc est chassé vers le plasma et atteint seulement ensuite la paroi intérieure de la chambre de charge servant de contre-électrode. Les dommages causant les érosions et les ablations sont minimisés grâce à la conception particulière de l'électrode à haute tension suivant l'invention dans la zone du cône. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'invention sont représentées à titre d'exemples non limitatitifs sur les dessins annexés. La fig.] est une vue d'une électrode à haute tension; la fig. la est une vue en coupe le long de la ligne I- I de la figure 1; la fig. 2 est une vue en coupe simplifiée d'une chambre de charge d'un canon; la fig. 3 est une autre vue en coupe simplifiée de la chambre de charge du canon; la fig. 4 montre une autre vue de l'électrode à haute tension. La fig. 1 représente une construction de principe d'une électrode à haute tension 1 suivant l'invention. Celle-ci est constituée d'une barre d'arrivée d'énergie 2 (métal), qui est enveloppée par une isolation 3. Dans une 2772907 zone supérieure 4 de l'électrode à haute tension 1, la barre d'arrivée d'énergie 2 est réalisée de manière qu'autour de l'isolation 3 proprement dite se trouve une autre face extérieure 2' non isolée, de sorte que dans cette zone 4 l'électrode à haute tension 1 présente un plus grand périmètre. Cette face extérieure 2' non isolée fait partie intégrante d'un élément 7 en forme de capuchon de la barre d'arrivée d'énergie 2, qui est disposé autour de la barre d'arrivée d'énergie 2 et qui entoure l'isolation 3. A la partie de tête 5 de l'élément 7 en forme de capuchon se trouve une autre isolation 6 en forme de capuchon, qui empêche une perforation non voulue vers le tube de canon 11. Dans une vue en coupe le long de la ligne I-I, voir figure la, cette construction est montrée encore une fois. A l'intérieur de l'électrode à haute tension 1 se trouve la barre d'arrivée d'énergie 2, autour de laquelle est guidée l'isolation 3. A l'extérieur de l'isolation 3 se trouve la face extérieure 2' non isolée, sur laquelle est à nouveau appliquée l'isolation 6. La figure 2 représente une vue en coupe simplifiée d'un système de canon 10 électrothermique ou électrothermo- chimique, dans lequel est disposé l'électrode à haute tension 1. Le canon 10 comporte dans ce cas un tube 11 dans lequel se trouve une cartouche métallique 12 par exemple avec un matériau 13 pour les gaz de propulsion dans la chambre de charge 23. Ce matériau 13 servant de matériau de plasma peut être une poudre ou un autre agent propulseur liquide par exemple tel que du méthanol, de l'eau, un hydrure métallique. Sur la cartouche métallique 12 est placé un projectile 14. La fixation entre la cartouche métallique 12 et le projectile 14 est assurée ici par un conteneur 15, ce qui fait que la cartouche métallique 12 est échangeable, mais la fixation peut aussi s'effectuer entre eux directement sans conteneur 15. Dans la zone du culot 16 de la cartouche métallique 12, l'électrode à haute tension 1 est guidée verticalement à travers la cartouche métallique 12, ce qui fait que l'agent propulseur 13 se trouve autour de l'électrode à haute tension 1. La zone du culot 16 est pressée contre un élément de fermeture 17 du canon 10, ce qui fait que l'électrode à haute tension 1 est en contact électrique avec une électrode centrale 18 dans l'élément de fermeture 17. Une isolation 19 isole l'électrode centrale 18 par rapport au canon 10. A l'électrode centrale 18 s'applique une source à haute tension 20, qui est reliée en même temps au tube de canon 11 par la masse. L'électrode à haute tension 1 est reliée électriquement dans la zone 4, par un fil 21, avec la cartouche métallique 12 servant de contre-électrode et mise à la terre par l'intermédiaire du tube de canon 11, le fil 21 étant appliqué sur la face extérieure 2' non isolée, de préférence directement à la limite de l'isolation 6. Ce fil 21 détermine un arc électrique 22 futur dans le matériau de plasma 13. Si l'on applique à l'électrode centrale 18 une haute tension provenant de la source à haute tension 20, un courant s'écoule à travers l'électrode à haute tension 1, par le fil 21, vers la cartouche métallique 12. Du fait de la conception de l'électrode à haute tension sous la forme d'un capuchon, dans la zone supérieure 4 et de l'isolation 6 se trouvant sur la partie de tête 5, il se constitue un champ magnétique qui agit dans le sens contraire au sens du flux dans la barre d'arrivée d'énergie 2, en direction de l'extrémité du tube ou de la zone du culot 16. L'arc électrique 22, provoqué par l'évaporation du fil 21, est repoussé par ce champ magnétique en direction de la zone du culot 16. L'arc électrique 22 parvient dans ce cas directement sur le matériau de plasma 13, de sorte qu'il en résulte de manière connue une expansion ainsi qu'une combustion du matériau de plasma 13, ce qui fait que le projectile 14 est accéléré et pressé à l'extérieur du tube de canon 11. De préférence la face extérieure 2' non isolée s'étend loin le long de la barre d'arrivée d'énergie 2 isolée, de sorte qu'il se forme un arc électrique 22 court. Cet arc 22 se déplace, du fait de l'accélération transversale, en direction de la partie du culot 16. Par réalisation d'un arc 22 court, la haute tension de la source à haute tension peut être maintenue faible pour obtenir la tension d'arc nécessaire. Comme représenté sur la figure 3, il est également possible d'utiliser un brûleur à plasma 30 à cartouche. Celui-ci est constitué d'une douille de charge propulsive 31, d'un conteneur 32 placé dessus ainsi que d'un projectile 33. L'électrode à haute tension 1 s'étend ici aussi verticalement à l'intérieur de la douille de charge propulsive 31. Une tige de douille 34 de la douille de charge propulsive 31 est constituée d'un matériau non conducteur. Une zone du culot 35 de la douille de charge propulsive 31 peut également être constituée d'un matériau non conducteur. Une zone de culot métallique ou électriquement conductrice n'est pas représentée mais peut également être utilisée. Un fil ou plusieurs fils 36 relient l'électrode à haute tension 1 au tube de canon 11. Un arc électrique 37 se forme ici obliquement par rapport au matériau de plasma 13 et de là vers le tube de canon 11, l'arc 37 étant chassé - comme déjà décrit pour l'arc 22 - par le champ magnétique se constituant, en direction de la zone du culot 35. Dans la douille de charge propulsive 31 se trouve le matériau de plasma qui est brûlé par l'arc 37. Comme déjà représenté sur la figure 1, dans une autre réalisation, l'électrode à haute tension 1 est fendue sur sa face extérieure 2' non isolée de son pourtour. Cette fente est pratiquée à partir de la partie de tête 5 et se termine à l'extrémité de la face extérieure 2' non isolée. Dans ce cas les fentes s'étendent de préférence en une légère courbure. Grâce à cette fente, l'arc 22, 37 est déplacé par rotation autour de l'électrode à haute tension 1, de sorte qu'il se produit une combustion continue du matériau de plasma 13, puisque l'arc 22, 37 agit de manière plus homogène sur le matériau de plasma 13. Grâce à l'action des forces magnétiques dans le tube de canon 11, l'arc 22, 37 reste dans la zone de la chambre de charge 23; grâce aux fentes supplémentaires de l'électrode à haute tension 1 de conception nouvelle l'arc 22, 37 agit en outre en rotation et de manière plus homogène sur le matériau de plasma 13. Ces deux moyens réunis servent à intensifier l'interaction entre l'arc 22, 37 et le matériau de plasma 13. Etant donné que l'arc 22, 37 agit sur la face frontale, c'est-à-dire la surface directe du matériau de plasma 13, il se produit de ce fait une combustion ou une évaporation du matériau de plasma 13 dans le sens opposé à l'écoulement des gaz propulseurs se formant. Ceux-ci ne peuvent plus être chassés à l'intérieur du tube de canon 11. Une autre réalisation avantageuse est représentée sur la figure 4. Grâce à une réalisation conique de l'élément 7 du type capuchon, l'arc électrique 22, 37 tournant se forme en boucle autour de l'électrode à haute tension 1, de sorte que dès le début de l'allumage du matériau de plasma 13, l'arc 22, 37 est poussé dans la direction voulue, c'est-à- dire en direction de la zone du culot 16, 35 pour l'allumage du matériau de plasma 13. La conception du type nouveau de l'électrode à haute tension 1 garantit l'utilisation de disques de poudre, pour obtenir un rendement plus élevé lors de la combustion du matériau 13. On sait que le matériau de plasma 13 en tant que poudre est granuleux, ou liquide en tant que fluide propulseur. Dans le cas de la poudre on obtient un volume mort à l'intérieur du matériau de plasma 13, dans la cartouche métallique 12 ou la douille de charge propulslve 31 car la poudre présente une forme cylindrique. Grâce à l'utilisation de disques de poudre comme matériau de plasma 13 et à l'arc 22, 37 tournant, déviée de préférence en boucle autour de l'électrode à haute tension 1, la surface des disques de poudre brûle de manière optimale. Des perforations dans les disques de poudre peuvent être supprimés dans ce cas, car la force de l'arc 22, 37 chasse suffit pour faire brûler la surface des disques de poudre sans autres moyens auxiliaires. Outre l'utilisation optimale de la place dans le récipient 12, 21, ceci entraîne une manipulation simple des disques de poudre. La forme de construction du type nouveau de l'électrode à haute tension 1 peut être réalisée de la façon suivante: Sur la face frontale d'une barre d'arrivée d'énergie 2 classique, qui comme on le sait est enveloppée jusqu'à cette face frontale d'une matière plastique renforcée aux fibres de verre, on place un autre conducteur d'energle sous la forme d'un capuchon, celul-cl faisant partie intégrante de la barre d'arrivée d'énergie 2 de l'élément 7 en forme de capuchon. Les surfaces intérieures de l'élément 7 en forme de capuchon ne sont pas enveloppées dans ce cas de couches de matière plastique renforcée aux fibres de verre, tandis que les surfaces extérieures sont enveloppées de couches de cette matière. L'assemblage à force de la barre d'arrivée d'énergie 2 avec l'élément 7 en forme de capuchon s'effectue par exemple par retrait. Les couches excédentaires de matière plastique renforcée aux fibres de verre de l'élément 7 sont ensuite par exemple déroulées, de sorte qu'il en résulte la partie 2' non isolée et que l'isolation 6 subsiste. REVENDICATIONS 1. Dispositif de brûleur à plasma pour systemes de canons électrothermiques et électrothermo-chlmlques, qui comporte une électrode à haute tension guidee verticalement à travers une zone de fond d'un récipient destiné à recevoir un matériau à plasma, laquelle est raccordée a un tube de canon servant de contre-électrode, sur une source a haute tension, l'électrode a haute tension presentant une barre d'arrivée d'énergie pourvue d'une isolation, caractérisé en ce que l'électrode a haute tension (1) présente, dans une zone supérieure (4), un element (7) en forme de capuchon faisant partie intégrante de la barre d'arrivée d'énergie ('), lequel élément presente une face extérieure (2') non isolée et dans sa partie de tête (5), une isolation (6) en forme de capuchon, et qui est enfile sur la barre d'arrivée d'énergie (2) isolée. 2. Dispositif de brûleur à plasma, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (7) en forme de capuchon de l'électrode à haute tension (1), est fendu au moins sur sa face extérieure (2') non isolée; 3. Dispositif de brûleur à plasma, selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracterisé en ce que l'élément (7) en forme de capuchon de l'électrode a haute tension (1) est réalise à la maniere d'un cône. 4. Dlsposltif de brûleur a plasma, selon l 'une quelconque des revendications 1 a 3, caracterisé en ce que le matériau de plasma (13) est une poudre. 5. Dispositif de bruleur a plasma, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracterise en ce que le matériau de plasma (13) est un agent propulseur liquide. 6. Dispositif de brûleur a plasma, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le récipient (12) est une cartouche metallique. 7. Dispositif de brûleur à plasma, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le recipient (31) est une douille de charge propulslve avec une tige de douille (34) en matériau non conducteur. 8. Dispositif de brûleur à plasma, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérise en ce que le matériau de plasma (13) est constitue de disque d'une poudre de charge propulsive. 9. Dispositif de brûleur a plasma, selon la revendication 1, caracterlse en ce que la position d'un arc électrique (22, 37), qui se forme entre l'électrode à haute tension (1) et la contre-électrode (11), est determlnee le long de la face exterleure (2') non lsolee, par la direction d'un champ magnétique se constituant. 10. Dispositif de brûleur a plasma, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'arc électrique (22, 37) tourne dans la direction longitudinale autour de l'électrode à haute tension (1).