Brevet FR2969748A1 — publié le 20120629

La présente invention concerne une pièce à rupture pyrotechnique détonante, tout particulièrement, quoique non exclusivement, appropriée à être utilisée dans les lanceurs spatiaux. Elle sera ci-après décrite plus particulièrement dans cette dernière application. On sait que certains éléments des lanceurs spatiaux, tels que des étages adjacents, sont reliés mécaniquement entre eux par une pièce structurale destinée à assurer la transmission des efforts mécaniques entre lesdits éléments tant que cela est nécessaire et pourvue de moyens de séparation pyrotechniques à détonation, intégrés à ladite pièce structurale et aptes à la rompre le long d'une ligne de séparation, rectiligne ou curviligne, lorsque lesdits éléments doivent être séparés les uns des autres. Des pièces semblables permettent également la découpe des structures porteuses de satellites à bord des lanceurs. Par le brevet US - A - 3 230 885, on connaît déjà une telle pièce à rupture pyrotechnique détonante comportant : un premier profilé formant la base de ladite pièce et pourvu d'un talon longitudinal saillant en forme de crochet et d'une gorge longitudinale disposée dans la concavité dudit talon ; un cordeau pyrotechnique longitudinal disposé dans ladite gorge ; et - un second profilé rapporté audit premier profilé, coopérant avec ledit talon pour fermer ladite gorge et servant d'enclume audit cordeau pyrotechnique. Ainsi, théoriquement, lorsque ledit cordeau pyrotechnique est mis à feu, il engendre une détonation qui rompt ledit premier profilé au niveau de la gorge. Cependant, comme cela a été expliqué dans la demande de brevet français n° 05 07800 déposée le 22 juillet 2005 au nom de la demanderesse, pour que le fonctionnement d'une telle pièce à rupture pyrotechnique détonante soit fiable, il est nécessaire : que ledit premier profilé comporte une nervure longitudinale saillante contre laquelle ledit second profilé prend appui, par l'intermédiaire de cales, afin d'éviter l'ouverture de la chambre formée par ladite gorge au moment de la détonation ; que ledit talon comporte, du côté interne de son extrémité libre, une première facette longitudinale plane inclinée en divergeant vers l'extérieur du crochet formé par le talon et que ledit second profilé soit pourvu, du côté externe de son bord longitudinal opposé à ladite nervure, d'une seconde facette longitudinale plane inclinée convergente, qui est disposée en regard de ladite première facette en en étant écartée d'un premier jeu prédéterminé, permettant à ladite seconde facette de coopérer avec ladite première facette, lors de la rupture de ladite pièce, afin de permettre un déboîtement aisé des deux parties de cette dernière résultant de la rupture ; et - que, dans ladite gorge, ledit cordeau pyrotechnique soit logé avec un second jeu prédéterminé, parallèlement à l'épaisseur desdits premier et second profilés. Une telle pièce pyrotechnique est conçue pour fonctionner de manière nominale dans un sens prédéterminé, par exemple dans le sens où le profilé pourvu du talon est en position supérieure et où le profilé servant d'enclume est en position inférieure. Pour cela, une telle pièce doit : garantir le contact axial entre le profilé inférieur et la nervure longitudinale du profilé supérieur par l'intermédiaire des cales, afin de maintenir l'intégrité des composants jusqu'à la rupture et de contribuer aux performances de découpe; respecter un jeu radial prédéterminé, afin de garantir l'expansion radiale nominale du cordeau pyrotechnique et de contribuer également auxdites performances de découpe ; et respecter également un jeu axial prédéterminé (entre les facettes des deux profilés), afin de garantir l'expansion axiale dudit cordeau, d'assurer son intégrité et de positionner correctement en altitude ledit cordeau par rapport au fond de la gorge en vue d'obtenir les performances souhaitées en termes de découpe et de déboîtement. Ces trois conditions peuvent être aisément respectées dans le cas où la pièce pyrotechnique fonctionne uniquement dans le sens précité. En effet, il peut être prévu une pluralité de plots de positionnement ou un bossage de la structure de la pièce, le cordeau pouvant s'appuyer sur celle-ci sous l'effet de la gravitation. Toutefois, lorsque l'on souhaite garantir la performance d'une telle pièce indépendamment de son sens d'utilisation dans des conditions de vol, il importe que celle-ci puisse également fonctionner en sens inverse (profilé pourvu du talon en position inférieure, profilé servant d'enclume en position supérieure). Or, pour un sens donné, le cordeau présente une position préférentielle, pour laquelle il s'appuie soit sur le bossage de la structure soit sur l'enclume. Dans le sens opposé, la position axiale (ou altitude) du cordeau diffère de cette position préférentielle, ce qui peut nuire à la performance de découpe dans la mesure où l'altitude dudit cordeau (qui agit comme un bras de levier par rapport au fond de la gorge, où la découpe est amorcée) influe sur ladite performance. De ce fait, la réalisation d'une pièce à rupture pyrotechnique réversible (c'est-à-dire pouvant se rompre dans le sens talon en haut et dans le sens talon en bas) implique un positionnement axial du cordeau indépendant du positionnement relatif des deux profilés, et donc à la fois de positionner et de maintenir axialement ledit cordeau dans la gorge. Pour cela, une solution envisagée consiste à réaliser le blocage du cordeau directement par le profilé servant d'enclume, équipé à cet effet d'un plot et mise au contact dudit cordeau avant serrage de la vis destinée à solidariser les deux profilés. Néanmoins, du fait de l'utilisation d'une nervure longitudinale saillante contre laquelle le profilé servant d'enclume par l'intermédiaire de cales, il s'avère impossible de garantir à la fois le contact entre l'enclume et la nervure (qui conditionne le jeu entre ladite enclume et le talon) et le contact de ladite enclume avec le cordeau par l'intermédiaire des plots de positionnement. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne une pièce à rupture pyrotechnique détonante dont le cordeau pyrotechnique peut être maintenu, indépendamment de l'enclume, dans une position identique et indépendante du positionnement relatif des deux profilés, en vue de rendre ladite pièce réversible et apte à fonctionner dans toutes les conditions de vol. A cette fin, selon l'invention, la pièce à rupture pyrotechnique détonante comportant : - un premier profilé formant la base de ladite pièce et pourvu d'une nervure longitudinale saillante, ainsi que d'un talon longitudinal saillant en forme de crochet délimitant une gorge longitudinale dans sa concavité, ledit talon comportant, du côté interne de son extrémité libre, une première facette longitudinale plane, inclinée en divergeant vers l'extérieur du crochet formé par ledit talon ; un cordeau pyrotechnique longitudinal disposé dans ladite gorge ; et un second profilé rapporté audit premier profilé et solidarisé de celui-ci par des premiers moyens de fixation répartis le long desdits premier et second profilés, ledit second profilé s'appuyant, par l'un de ses bords longitudinaux, contre ladite nervure longitudinale saillante par l'intermédiaire de cales et étant pourvu, du côté externe de son autre bord longitudinal, d'une seconde facette longitudinale plane inclinée convergente disposée en regard de ladite première facette en en étant écartée d'un premier jeu prédéterminé, permettant à ladite seconde facette de coopérer avec ladite première facette lors de la rupture de ladite pièce, ledit second profilé fermant ainsi ladite gorge, dans laquelle ledit cordeau pyrotechnique est logé avec un second jeu prédéterminé parallèlement à l'épaisseur desdits premier et second profilés, et étant apte à servir d'enclume audit cordeau pyrotechnique, est remarquable : en ce que ledit second profilé est constitué d'une pluralité de tronçons de profilé consécutifs, fixés les uns à la suite des autres sur ledit premier profilé par lesdits premiers moyens de fixation ; et en ce que sont prévus, entre lesdits tronçons de profilé consécutifs, des seconds moyens de fixation, répartis le long dudit premier profilé et indépendants desdits premiers moyens de fixation, permettant de fixer et de positionner ledit cordeau pyrotechnique par rapport audit premier profilé. Ainsi, le système de positionnement et de maintien dudit cordeau périphérique à l'intérieur de ladite gorge est complètement indépendant du système de fixation des tronçons du second profilé sur ledit premier profilé. En effet, ces seconds moyens de fixation assurent une fonction de piégeage du cordeau de manière à le rendre solidaire de l'un des deux profilés (ou de l'une des deux pièces à séparer) lors de la rupture pyrotechnique, en complément de la fonction de maintien dudit cordeau assurée par les premiers moyens de fixation. Afin que ladite gorge soit latéralement fermée, il est avantageux que les bords transversaux d'extrémité en regard de deux tronçons de profilé consécutifs soient au moins sensiblement jointifs. II est alors nécessaire qu'au moins l'un desdits bords transversaux comporte une échancrure pour le logement du second moyen de fixation correspondant. Dans un mode de réalisation avantageux, chacun desdits seconds moyens de fixation comporte un lien rigide ou semi-rigide qui forme une boucle enserrant ledit cordeau pyrotechnique et dont les extrémités sont fixées audit premier profilé. Un tel lien rigide peut être réalisé en un feuillard métallique, qui est apte à piéger le cordeau. De préférence, une plaquette entretoise est disposée entre les extrémités dudit lien rigide ou semi-rigide et les deux extrémités dudit lien sont fixées au premier profilé par au moins un boulon dont la vis traverse lesdites extrémités, la plaquette entretoise et ledit premier profilé et dont l'écrou serre lesdites extrémités contre ladite plaquette entretoise et ledit premier profilé. De plus, un plot de positionnement peut être disposé entre ladite plaquette entretoise et ledit cordeau pyrotechnique. De préférence, il est prévu des aménagements dans la plaquette entretoise afin de garantir un jeu au niveau dudit lien et de positionner les seconds moyens de fixation. Il peut s'agir par exemple de rainures pratiquées dans les cales de maintien du cordeau, ce qui permet d'éviter la rotation et le coincement du lien lors de son montage. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue de face d'une portion longitudinale de la pièce à rupture pyrotechnique détonante conforme à la présente invention. Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe transversale de la pièce de la figure 1, respectivement selon les lignes 11-II et III-III de cette dernière. La pièce à rupture pyrotechnique, montrée sur les figures 1 à 3 et conforme à la présente invention, comporte un profilé de base 1, une pluralité de tronçons de profilé d'enclume 2 - dont seuls deux sont visibles sur la figure 1 - et un cordeau pyrotechnique détonnant 3. Le profilé 1 et les tronçons de profilé 2 sont par exemple réalisés en aluminium et ladite pièce peut être rectiligne, curviligne, cylindrique, etc.... en fonction de la forme de la ligne de découpe désirée entre deux éléments (non représentés) solidarisés de toute manière connue des bords longitudinaux I L1 et 1L2 du profilé de base 1. Ce dernier fait partie de la structure formée par lesdits éléments et assure la transmission des efforts mécaniques entre ceux-ci. Le profilé de base 1 comporte un talon longitudinal saillant 4, en forme de crochet, pourvu d'une facette longitudinale plane 5 du côté interne de son extrémité libre 6. La facette longitudinale 5 est inclinée et diverge vers l'extérieur du crochet formé par ledit talon 4. Par ailleurs, le profilé de base 1 est pourvu d'une gorge longitudinale 7 à fond incliné déterminant avec ledit profilé de base 1 une rainure de fond longitudinale 7A, à faible rayon de courbure, ladite gorge longitudinale 7 étant disposée du côté dé la concavité dudit talon 4 et une rainure de fin de rupture 8 étant pratiquée dans ledit profilé de base 1 du côté opposé à ladite gorge 7. Les tronçons de profilé d'enclume 2 sont rapportés au profilé de base 1 les uns à la suite des autres, les bords transversaux d'extrémité 2D et 2G en regard de deux tronçons 2 consécutifs étant au moins sensiblement jointifs. Ces tronçons de profilé 2 sont solidarisés du profilé de base 1 par des boulons 9, traversant le profilé 1 et lesdits tronçons de profilé 2 et répartis le long de ceux-ci. Ces tronçons de profilé d'enclume 2 comportent, du côté externe de leur extrémité, une facette longitudinale plane 11 inclinée et convergeant vers l'intérieur du crochet formé par le talon 4. L'extrémité longitudinale libre 10 des tronçons de profilé d'enclume 2 pénètre dans le crochet formé par le talon 4, de façon à fermer ladite gorge 7, les facettes inclinées 5 et 11 étant alors en regard l'une de l'autre, mais espacées d'un jeu prédéterminé 12 de quelques dixièmes de mm. Le profilé de base 1 comporte de plus une nervure longitudinale saillante 15 contre laquelle lesdits tronçons de profilé d'enclume 2 s'appuient, du côté opposé à leur extrémité longitudinale libre 10, par l'intermédiaire d'une pluralité de cales 16 discontinues réparties le long du profilé 1 en correspondance avec lesdits boulons 9. II est prévu des pattes 17 pour permettre la fixation des cales 16, par exemple par l'intermédiaire des boulons 9. A l'intérieur de ladite gorge 7 ainsi fermée est disposé ledit cordeau pyrotechnique longitudinal 3, dont l'enveloppe externe 13 est positionnée axialement, parallèlement à la direction L correspondant à la largeur desdits profilés 1 et 2, par des plots de positionnement inférieur 25 (disposés généralement par collage sur le fond de la gorge du talon) et par des moyens de fixation 18 répartis le long dudit profilé de base 1 et disposés entre les tronçons de profilé 2 consécutifs. A cet effet, les bords transversaux en regard 2D et 2G de deux tronçons 2 consécutifs comportent des échancrures 19D et 19G pour le logement desdits moyens de fixation 18, qui sont indépendants des moyens de fixation 9. Chaque moyen de fixation 18 comporte un lien rigide ou semi-rigide, qui se présente dans ce mode de réalisation sous la forme d'un feuillard métallique 20, formant une boucle enserrant le cordeau pyrotechnique 3. Les extrémités 20E du feuillard métallique 20 sont fixées audit profilé de base 1 par un boulon 21, dont la vis 21V traverse lesdites extrémités 20E et le profilé de base 1 et dont l'écrou 21E serre lesdites extrémités 20E contre ce dernier profilé, en préservant un jeu au niveau du serrage desdites extrémités 20E afin de permettre au feuillard métallique 20 de se translater verticalement et d'éviter qu'il ne casse lors de l'activation du cordeau pyrotechnique 3. Une plaquette entretoise 22 est disposée entre lesdites extrémités 20E du feuillard métallique 20 et une contre-plaquette de serrage 23 est disposée entre l'écrou 21E et les extrémités 20E. De plus, un plot de positionnement 24 est disposé entre la plaquette d'entretoise 22 et le cordeau pyrotechnique 3. Un tel plot de positionnement 24 garantit l'intégrité du cordeau pyrotechnique 3, lors de son fonctionnement, en l'isolant. Ainsi, le maintien et le positionnement dudit cordeau pyrotechnique 3, dans la gorge 7, sont indépendants de la fixation desdits tronçons de profilé 2 (enclumes) sur le profilé de base 1 (talon) et il est aisé de monter les enclumes 2 compte tenu des réglages à réaliser sur le jeu 12 afin d'obtenir une valeur de jeu 14, parallèlement à la direction E correspondant à l'épaisseur des profilés 1 et 2, entre l'enveloppe externe 13 du cordeau pyrotechnique 3 et les parois de la gorge 7, qui soit nulle (contact) ou presque. Un tel jeu 14 peut, par exemple, être de l'ordre de quelques dixièmes de mm. A sa mise à feu, le cordeau détonant 3 engendre des ondes de choc orthogonalement à lui-même, ces ondes assurant la mise en vitesse de son enveloppe 13 et conduisant à l'expansion de la section de cette dernière. Sous l'effet de la détonation, l'enveloppe 13 est mise en vitesse par onde de choc, le jeu 14, parallèle à la direction E, permettant à cette enveloppe 13 d'acquérir une vitesse homogène suffisante pour engendrer, lors de son impact sur les profilés 1 et 2, une onde de choc capable de mettre en vitesse les parois correspondantes desdits profilés. La mise en mouvement du profilé 1 amorce la rupture de celui-ci suivant une ligne de rupture partant de ladite rainure de fond 7A, à faible rayon de courbure, de la gorge 7 et débouchant dans la rainure de fin de rupture 8. Le jeu 12 entre les facettes inclinées 5 et 11 permet aux tronçons de profilé d'enclume 2 d'acquérir une vitesse homogène suffisante pour engendrer, lors de leur impact avec le talon 4, une onde de choc capable de mettre en vitesse ledit talon. Le mouvement du talon 4 du profilé 1 permet d'accroître la découpe suivant ladite ligne de rupture. Ainsi, les mouvements opposés du talon 4 et de la paroi du profilé 1 au droit de l'enveloppe 13 permettent la découpe du profilé 1. Lorsque les facettes inclinées 5 et 11 sont au contact les unes des autres, la force exercée, parallèlement à la direction E, par le gonflement transversal du cordeau pyrotechnique comporte une composante, parallèle à la face 5 du talon 4, qui est appliquée sur le profilé 2 et qui facilite le déboîtement, parallèlement à la direction L, des deux parties du profilé 1 disposées de part et d'autre de ladite ligne de rupture. Bien entendu, cette composante parallèle à la face 5 tend à cisailler les boulons 9 et à les déformer par flexion par basculement des tronçons de profilé 2. Cependant, du fait que les tronçons de profilé 2 sont en appui sur la nervure 15, le cisaillement desdits boulons 9 est empêché et seul éventuellement, un basculement, d'amplitude limitée, des tronçons de profilé 2 se produit à l'opposé du profilé 1. On obtient ainsi la séparation aisée du profilé 1 en deux parties. La pièce à rupture pyrotechnique détonante selon l'invention est ainsi constituée de deux sous-systèmes indépendants, dédiés chacun à une fonction déterminée, à savoir : - d'une part, le sous-système de maintien du cordeau, composé de la fixation 21, de la plaquette entretoise 22 et du plot de positionnement 24, ce sous- système permettant de maintenir le cordeau en appui sur les plots de positionnement inférieur 25 (localisés dans le fond de la gorge 7 du talon), ce qui rend la pièce réversible et donc adaptée à une implémentation sur un lanceur spatial pour lequel le sens de vol peut correspondre soit au sens normal (talon pointant vers le haut) soit au sens inverse (talon pointant vers le bas) ; et d'autre part, le sous-système de piégeage du cordeau, composé de la fixation 21 (ou bien d'une autre fixation indépendante de la fixation 21), de la contre-plaquette de serrage 23 (permettant de maintenir le lien 20 sans le serrer) et du lien 20, ce sous-système permettant de piéger le cordeau avec la partie découpée sur laquelle le sous-système de piégeage est fixé, ce qui garantit que tous les composants après découpe restent attachés avec l'une ou l'autre des parties découpées et donc d'éviter toute interférence.15 REVENDICATIONS1. Pièce à rupture pyrotechnique détonante comportant : un premier profilé (1) formant la base de ladite pièce et pourvu d'une nervure longitudinale saillante (15), ainsi que d'un talon longitudinal saillant (4) en forme de crochet délimitant une gorge longitudinale (7) dans sa concavité, ledit talon (4) comportant, du côté interne de son extrémité libre (6), une première facette longitudinale plane (5), inclinée en divergeant vers l'extérieur du crochet formé par ledit talon (4) ; un cordeau pyrotechnique longitudinal (3) disposé dans ladite gorge (7) ; et un second profilé rapporté audit premier profilé (1) et solidarisé de celui-ci par des premiers moyens de fixation (9) répartis le long desdits premier et second profilés, ledit second profilé s'appuyant, par l'un de ses bords longitudinaux, contre ladite nervure longitudinale saillante (15) par l'intermédiaire de cales (16) et étant pourvu, du côté externe de son autre bord longitudinal, d'une seconde facette longitudinale plane inclinée (11) convergente disposée en regard de ladite première facette (5) en en étant écartée d'un premier jeu prédéterminé (12), permettant à ladite seconde facette de coopérer avec ladite première facette lors de la rupture de ladite pièce, ledit second profilé fermant ainsi ladite gorge (7), dans laquelle ledit cordeau pyrotechnique (3) est logé avec un second jeu prédéterminé (14) parallèlement à l'épaisseur (E) desdits premier et second profilés, et étant apte à servir d'enclume audit cordeau pyrotechnique (3), caractérisée : - en ce que ledit second profilé est constitué d'une pluralité de tronçons de profilé (2) consécutifs, fixés les uns à la suite des autres sur ledit premier profilé (1) par lesdits premiers moyens de fixation (9) ; et en ce que sont prévus, entre lesdits tronçons de profilé consécutifs (2), des seconds moyens de fixation (18), répartis le long dudit premier profilé (1) et indépendants desdits premiers moyens de fixation (9), permettant de fixer et de positionner ledit cordeau pyrotechnique (3) par rapport audit premier profilé (1). 2. Pièce à rupture pyrotechnique détonante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bords transversaux d'extrémité en regard (2D, 2G) de deux tronçons de profilé consécutifs (2) sont au moins sensiblement jointifs et en ce qu'au moins l'un desdits bords transversaux (2D, 2G) comporte une échancrure (19D, 19G) pour le logement du second moyen de fixation (18) correspondant. 3. Pièce à rupture pyrotechnique détonante selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que chacun desdits seconds moyens de fixation (18) comporte un lien rigide ou semi-rigide (20) qui forme une boucle enserrant ledit cordeau pyrotechnique (3) et dont les extrémités (20E) sont fixées audit premier profilé (1). 4. Pièce à rupture pyrotechnique détonante selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit lien rigide ou semi-rigide (20) est un feuillard métallique. 5. Pièce à rupture pyrotechnique détonante selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce qu'une plaquette entretoise (22) est disposée entre les extrémités (20E) dudit lien rigide ou semi-rigide (20) et en ce que lesdites extrémités (20E) sont fixées audit premier profilé (1) par au moins un boulon dont la vis (21V) traverse lesdites extrémités (20E), ladite plaquette entretoise (22) et ledit premier profilé (1) et dont l'écrou (21E) serre lesdites extrémités (20E) contre ladite plaquette entretoise (22) et ledit premier profilé (1). 6. Pièce à rupture pyrotechnique détonante selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un plot de positionnement (24) est disposé entre ladite plaquette entretoise (22) et ledit cordeau pyrotechnique (3).