Brevet FR2810400A1 — publié le 20011221

La caractérisation des structures soumises à des efforts statiques ou dynamiques une des préoccupations majeures dans le cadre des études et développements industriels des produits, équipements et matériels, que ce soit dans le domaine grand public qu'industriel. Ces efforts peuvent être continus, à intensité constante ou variable bien. sous forme de profils discontinus, aléatoires ou normalisés. La sécurité est de plus en plus prise en compte non seulement dans le cas d' utilisation normale des produits ou équipement mais aussi dans le cas d'utilisation accidentelle. Ce souci se traduit par des nécessaires expérimentations de qualification aux limites. Les machines d'essais, presses et propulseurs, actuellement mises en ceuvre utilisent principalement des technologies pneumatiques, hydrauliques ou mécaniques. presses sont le plus généralement quasi-statiques et en particulier limitées dans possibilité de faire apparaitre des fronts de montée rapides, uniques ou successifs surtout si les efforts sont très importants. Des presses existent néanmoins en dynamique comme les propulseurs , mais elles sont forts coüteuses et d'une mise en ceuvre délicate. Tous ces matériels nécessitent des installations connexes importantes et volumineuses avec compresseurs. pompes. réservoirs, vannes pilotées, etc.. elles sont de plus, gourmandes en énergies, en entretien et en maintenance. Les propulseurs-presses dynamiques pyrotechniques objets de la présente invention utilisent la pression créée par le dégagement gazeux de la combustion rapide propergol contenu dans un ( des ) générateur (s) de gaz. Pour obtenir les forces variables et les vitesses d'impact et d'application des efforts variables en masse (le chargement et en temps de combustion, souhaitées, on recourt à allumage successif de plusieurs générateurs de gaz et à l'ouverture-fermeture modulaire d'orifices d'échappement des gaz et ce, à l'aide de vérins pyrotechniques réversibles. Si ces technologies de générateurs de gaz pyrotechniques ont d'une façon générale été utilisées dans le domaine de l'Armement, les solutions techniques proposées à ce jour, ne permettent pas l'utilisation industrielle de systèmes d'essais tels que ces propulseurs-presses dynamiques pyrotechniques. En effet, celles ci doivent être adaptatives pour répondre aux caractéristiques et performances très variables demandées pour un même équipement ou produit; par exemple : elles doivent être très puissantes tout en garantissant la sécurité, très facilement utilisables et ce pour des coÙts d'investissement et d'utilisation réduits. La description du propulseur-presse dynamique pyrotechnique objet de la présente invention permettra de montrer l'originalité de la conception, des solutions techniques et de la construction des matériels et de leurs différents sous-ensembles. La figure 1 présente l'ensemble du dispositif propulseur- presse dynamique pyrotechnique dans sa version presse ( vue de dessus ). La figure 2 présente l'ensemble du dispositif propulseu-presse dynamique pyrotechnique dans sa version propulseur ( vue de dessus et éclaté pour vue de piston de poussée et tube d'appui). Les figures 3a et 3b présentent les détails de conception et de construction du sous-ensemble générateur de force -1-. La figure 4 présente les détails de conception et de construction des générateurs de gaz pyrotechniques. La figure 5 présente détails de conception et de construction des tuyères pilotables et de leur vérin de commande. La figure 6 présente le schéma du sous-ensemble de contrôle et de commande. La figure 7 présente l'amortisseur pyrotechnique de fin de course du piston équipant le dispositif propulseur. Selon l'invention, la version presse dynamique pyrotechnique de base est préférentiellement constituée de : (voir fig.1 ) a- un sous ensemble mécanique comprenant - l'ensemble générateur de force -1 - le piston presse -2- et sa tige de traction -3 - le support réglable -4- d'éprouvette-5- - la structure de liaison et d'appui -6- b- un générateur de gaz pyrotechnique c- un pupitre de calcul, de contrôle et de commande d- des liaisons électriques et le coffret d'interconnexion -commande e- un logiciel de calcul des caractéristiques des générateurs de gaz à utiliser et des tuyères d'échappement ainsi que les caractéristiques connexes ( ex : course, volume mort initial ..). Selon l'invention, la version propulseur dynamique pyrotechnique de base est préférentiellement constituée de : ( voir fig.2 ) a- Un sous ensemble mécanique comprenant - L'ensemble générateur de force -1 - Le piston propulseur -85 - et son tube d'appui -86- b- un générateur de gaz pyrotechnique -9- c- un pupitre de calcul, de contrôle et de commande d- des liaisons électriques et le coffret d'interconnexion -commande - e- un logiciel de calcul des caractéristiques des générateurs de gaz à utiliser et des tuyères d'échappement ainsi que les caractéristiques connexes ( ex : course, volume mort volume initial ..). L'ensemble générateur de force -1- est, selon l'invention, constitué de : ( voir fig. 3a et 3b) a- Un support d'alvéoles -7- incluant - les logements - 8a, 8b, 8c - des générateurs de gaz dans lesquels se placent les générateurs de gaz - 9a, 9b, 9c-.de tailles différentes. Ces logements sont obturés par des bouchons 1I3 de tours -10a, 10b, 10c- à fermeture de sécurité. Ces bouchons présentent selon l'invention un orifice décentré de passage des fils de branchement électrique des allumeurs des générateurs de gaz afin que leur concordance avec la partie décentrée de l'allumeur dans le générateur de gaz assure de leur bon verrouillage. - Les tuyères pilotables -12- d'éjection maitrisée des gaz qui sont selon l'invention principalement composées par : ( fig.5) -un corps de tuyère -28- lié au support d'alvéole-7- par une liaison rapide 113 de tour - 29-. Ce corps de tuyère -28- présente des lumières radiales -30- d'éjection des gaz. - une bague de tuyère -31- mobile en translation et son tirant -32- dont la longueur de la course est calibrée par une vis de réglage -33-. Ceci permet de moduler la surface des lumières -30- d'éjection des gaz. Le tirant est lié au piston -34- du micro vérin pyrotechnique. - Un micro vérin pyrotechnique de commande multiple et réversible. Il est constitué d'un corps -35- d'une chambre -36- présentant des orifices d'arrivée de gaz -37a et 37b - issus des micro générateurs de gaz - 39a et 39b - et des orifices d'éjection de ces gaz- 38a et 38b- pour éviter les rebonds. Les micro générateurs de gaz sont constitués préférentiellement d'un allumeur électrique de sécurité qui peut être complété par de la poudre renforçatrice dite d'allumage. Ils sont contenus dans un logement - 40- et maintenus par un écrou de blocage - 41-. - Un canal d'écoulement des gaz -11- fermé en amont par un obturateur -13- incluant une prise de pression et de contrôle-15- et dans le cas d'une presse à tirant un orifice de passage de la tige de traction -14-.L 'épaisseur de cet obturateur peut servir de réglage du volume initial du canal d'écoulement des gaz -11 -. - Un obturateur de sécurité -16- permettant l'éjection des gaz en cas de disfonctionnement balistique limitant ainsi la pression dans le support d'alvéole -7-, le canal d'écoulement -11-et le tube de poussée-17-. b- Un tube de poussée -17- et sa collerette de liaison avec le support d'alvéole-7-. Ce tube est modulaire en diamètre et longueur. c- Deux caissons-18- de récupération des gaz éjectés par les tuyères pilotables -12-. Dans la version presse dynamique pyrotechnique, le dispositif selon l'invention comporte les éléments suivants: a) Les interfaces d'appuis et de traction de la presse dynamique pyrotechnique sont constituées du piston-2- et de la tige de traction -3-. b) Le support réglable -4- d'éprouvette -5- est selon (invention principalement constitué par - La contre plaque-19- - Une vis de réglage fin d'entre-jeu -20- ( selon la longueur de la pièce éprouvette ou l'équipement à tester ), sa butée d'appui ou de traction-21- - Les entretoises-22-de premier réglage d'entre-jeu( cas de l'essai en compression) - La plaque de fixation -23-de la pièce à tester # La structure de liaison et d'appui -6- est principalement constituée par - Deux profils métalliques HEB -24a et 24b- liés au support d'alvéole -7 - Deux profils métalliques HEB -25a et 25t- liés à la contre plaque -19-. - Deux plaques de liaison-26a et 26b- reliants les 4 profils métalliques HEB - Trois vis-27a, 27b et 27c- de réglage d'axialité latérale et verticale du tube de poussée -17-. Dans la version propulseur dynamique pyrotechnique, le dispositif selon l'invention comporte: (voir Fig.2) a) Un piston propulseur - 85 - et son tube d'appui - 86 - b) Deux profils métalliques HEB 24a et 24b liés au support d'alvéole -7- c) Trois vis -27a, 27b et 27c- de réglage d'axialité latérale et verticale du tube de poussée -17- d) Un amortisseur de fin de course du piston -85-. Selon l'invention cet amortisseur -Fig 7- est préférentiellement pyrotechnique. II est constitué d'une bague rallonge -77- fixée sur le tube lanceur -17-, d'une virole d'amortissement -78-comportant le mini générateur de gaz -79- et d'une bague piston -80- .Cet amortisseur est modulaire, c'est-à-dire que selon l'invention des efforts variables peuvent être absorbés en faisant varier sa course et sa pression interne. Sans sortir de l'invention, l'amortisseur de fin de course du piston peut être assuré mécaniquement -fig. 2- en traction par l'intermédiaire d'une tige -81- liée au piston propulseur -85- , terminée par un plateau d'appuis -82- qui vient en fin de course s'appliquer sur l'élastomère -83- placé sur une bague -84- liée au support d'alvéole -7-. Selon l'invention les générateurs de gaz pyrotechniques -9a, 9b et 9c- sont principalement constitués par - Un corps - 42- comportant un réceptacle sécable longitudinalement -43- recevant la poudre d'allumage -44- - Un allumeur éléctrique sécurisé-45-et son bouchon de blocage -46-préferentiellement équipé de son joint d'étanchéité-47- et de ses plots de fixation -48- - Une chambre -49- contenant le propergol-50- dont la combustion génère les gaz - Un diffuseur -51 -présentant à la fois des orifices d'éjection des gaz-52-et des supports anti affaissement-56- - Un couvercle -53-comportant des obturateurs préfragilisés-54-et préférentiellement un joint d'étanchéité -55-. Ce couvercle est préférentiellement assemblé sur le corps-42- par soudure par ultrasons. On remarquera que selon l'invention le réceptacle -43-et l'allumeur sont décentrés. Cette disposition et celle semblable de l'orifice de passage des fils de branchement électriques dans les bouchons d'alvéoles -10a, 10b et 10c-permet par leur concordance après fermeture des bouchons d'alvéoles de s'assurer du bon verrouillage des bouchons. L'ensemble des pièces structurelles sont préférentiellement en matériaux thermoplastiques injectés. Les générateurs sont selon l'invention de tailles et de durées de combustion variables. Leur masse de propergol correspond à l'énergie souhaitée et calculée. Selon l'invention le logiciel de calcul des caractéristiques des générateurs de gaz , des tuyères pilotables et équipements connexes, a trois fonctions a- le logiciel permet dans un premier calcul de déterminer la pression souhaitée P(t) dans la chambre de poussée et les caractéristiques connexes ( volume mort, volume initial, course ... ) en fonction des performances à obtenir et des contraintes imposées. b- Le logiciel permet dans un deuxième calcul de déterminer . - Les types de générateurs de gaz ( masse de propergol, durée de combustion...) et leur instant d'allumage. - Les surfaces des tuyères et les instants d'ouverture et fermeture., et ce pour obtenir la pression P(t) souhaitée dans la chambre de poussée. c- le logiciel permet dans un troisième calcul de vérifier par simulation de fonctionnement, les performances souhaitées et le respect des contraintes de sécurité- ceci se fait par introduction dans le calcul des paramètres et contraintes du dispositif et des caractéristiques des générateurs et des tuyères pilotables. Selon l'invention le pupitre de controle et de commande comprend principalement les dispositifs suivants - L'informatique de calcul et ses périphériques -60- - Un clavier opérationnel -61 - Un transformateur 24 ou 48 V -62 - Une clé de sélection des états opérationnels -63 - Une clé d'autorisation de tir -64 - Un contacteur de début de tir -65 - Un bouton arrêt d "urgence n -66 - Des voyants de contrôle de l'état allumeurs et des lignes de branchement -67- des voyants de contrôle des opérations -68- Selon l'invention, le coffret d'interconnexion et de commande connexe au générateur de force -1- comprend principalement - Un sectionneur général -69- - Un transformateur 24 ou 48 V -70 - Un bouton arrêt d'urgence p -71 - Un ensemble de relais statiques -72-commandant les lignes de liaisons avec les allumeurs des générateurs de gaz et des micro générateurs des tuyères pilotables - Un séquenceur de tir -73 - La connexion â la source électrique -74 - Le câble de liaison avec le pupitre -75 - Les liaisons éléctriques de commande/contrôle et pupitrelcoffret -76- REVENDICATIONS 1- Dispositif de réalisation d'efforts dynamiques caractérisé en ce qu'il est constitué d'une d'un générateur de force -1- dont la pression est créée par gaz issus de générateurs de gaz pyrotechniques modulaires -9- en taille, en masse propergol et en durée de combustion et est contrôlée par des tuyère:; d'éjection -12- dont ouverture est pilotée par des vérins pyrotechniques réversibles et autre part 'une structure de contre appuis -4-, d'un piston de poussée -2-, d'une tige traction d'un piston propulseur -85-- 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur d'effort comporte support d'alvéole -7- recevant des générateurs de gaz pyrotechniques tailles et durées de combustion variables -9- et sur lequel sont fixées directement tuyères pilotées -12- de contrôle de la pression et les obturateurs de sécurité -16- désobturables de surpression accidentelle. 3- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce la tuyère pilotable -12- est constituée d'un corps -28- comportant lumières -30- ouvertes ou fermées par une bague de tuyère -31- actionnée en translation un vérin pyrotechnique réversible -34- dont la course de l'axe lié à la bague de tuyère réglée une vis pour moduler la surface de la tuyère. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce le vérin pyrotechnique réversible -34- comporte plusieurs micro générateurs pour assurer la réversibilité et deux évents d'éjection des gaz assurant l'anti-rebond . ispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce les gaz éjectés par les tuyères -12- sont récupérés à la sortie de celle i dans un caisson -18- . 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'allumeur -45- des générateurs de gaz -9- et l'orifice des bouchons logement -8- générateurs sont identiquement décentrés et sont alignés lorsque bouchon -10- en position bonne fermeture . 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le générateur gaz -12- présente un réceptacle -43.- de poudre d'allumage sécable latéralement , un diffuseur -51- à jambage anti affaissement -56- et un couvercle -53- à obturateurs préfragilisé s -54- . 8- Dispositif selon 'une quelconque des revendications précédentes caractérisé ce qu'il comporte une structure de liaison et d'appui -6-comportant un support réglable -4- d'éprouvette -5- 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé ce que le sous-ensemble de contrôle et de commande est constitué d'une part d'un pupitre de contrôle et de commande comportant en particulier une clé de sélection des états opérationnels -63-, une clé d'autorisation de tir -64- , un contacteur de début de tir un bouton d'arrêt d'urgence -66-, des voyants de contrôle de l'état des allumeurs et des lignes de branchements -67-, des voyants de contrôle des opérations -68- et d'autre part, d'un coffret d'interconnexion et de commande, connexe au générateur de force -1- comportant en particulier , un bouton d'arrêt d'urgence -71-, un ensemble de relais statiques -72- commandant les lignes de liaisons avec les composants pyrotechniques et le séquenceur de ' -7:3-.