FR3008785A1 - Initiateur electrique ayant deux modes de fonctionnement - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un initiateur électrique (1) comportant un chargement explosif secondaire (3) disposé dans une alvéole (2) et au moins deux moyens d'amenée de courant (5a, 5b) reliés à un premier moyen (6a) d'initiation du chargement explosif, qui comporte au moins un explosif primaire (8). Cet initiateur est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un deuxième moyen d'initiation relié à au moins un moyen d'amenée de courant spécifique (5c,5d), deuxième moyen d'initiation qui est séparé du chargement explosif (3) par une seconde interface pyrotechnique qui comporte au moins une composition pyrotechnique (11) assurant l'initiation du chargement explosif secondaire (3) en mode déflagrant.

Description

Le domaine technique de l'invention est celui des initiateurs électriques, c'est à dire celui des composants pyrotechniques disposés en amont d'une chaîne pyrotechnique, et en particulier celui des détonateurs, c'est à dire des composants pyrotechniques pouvant amorcer un chargement explosif secondaire en mode nominal détonant. Les détonateurs sont des composants classiques. Ils incorporent le plus souvent un explosif primaire c'est à dire un explosif sensible pouvant passer facilement en régime 10 détonant lorsqu'il est soumis à une faible sollicitation. On cherche aujourd'hui à définir des munitions pouvant être initiées suivant plusieurs modes de fonctionnement, en particulier pour pouvoir réduire les dimensions des zones de létalité. Il est aussi recherché de pouvoir stériliser les 15 munitions qui n'ont pas atteint leur cible afin d'assurer que des chargements explosifs actifs, qui polluent les théâtres d'opération, ne puissent plus être amorcés, réduisant ainsi les risques pour les populations civiles. On a ainsi proposé avec le brevet EP1338861 de définir un 20 dispositif d'amorçage comportant deux relais pyrotechniques distincts, l'un assurant un régime de détonation et l'autre un régime de combustion. Ce dispositif comprend un volet mobile portant les deux relais et permettant d'utiliser l'un ou l'autre suivant le mode de fonctionnement souhaité, 25 détonation ou bien combustion, pour par exemple détruire le chargement explosif d'une munition qui n'a pas atteint sa cible. Ce dispositif est cependant complexe mécaniquement et il n'est pas facile à intégrer dans une munition, en particulier 30 dans une munition pour laquelle le volume dévolu au dispositif d'amorçage est réduit, par exemple un projectile d'artillerie.

C'est le but de l'invention que de proposer un initiateur permettant de choisir entre plusieurs modes de fonctionnement. L'initiateur selon l'invention est ainsi un composant 5 pyrotechnique compact qui peut fonctionner suivant deux modes distincts. Il est aisé à incorporer dans un dispositif d'amorçage existant. L'initiateur selon l'invention permet ainsi d'assurer 10 l'amorçage d'un chargement explosif tout en permettant une stérilisation de l'amorçage sans dispositif mécanique complémentaire. L'initiateur selon l'invention peut également être utilisé comme composant d'entrée d'un actionneur mécano 15 pyrotechnique. Dans ce cas l'initiateur fonctionnant en détonation permettra de rendre inutilisable l'actionneur en cas de besoin sans dispositif mécanique complémentaire. Enfin l'initiateur selon l'invention peut, en étant associé à un relais d'inflammation, assurer une fonction 20 d'initiation d'une chaîne pyrotechnique d'allumage, par exemple d'une charge propulsive. Ainsi l'invention a pour objet un initiateur électrique comportant un chargement explosif secondaire disposé dans une alvéole et au moins deux moyens d'amenée de courant reliés à 25 un premier moyen d'initiation du chargement explosif, premier moyen d'initiation séparé du chargement explosif secondaire par une première interface pyrotechnique comportant au moins un explosif primaire, initiateur caractérisé en ce qu'il comporte au moins un deuxième moyen d'initiation relié à au 30 moins un moyen d'amenée de courant spécifique, deuxième moyen d'initiation qui est séparé du chargement explosif secondaire par une seconde interface pyrotechnique qui comporte au moins une composition pyrotechnique assurant l'initiation du chargement explosif secondaire en mode déflagrant.

Selon un mode de réalisation, la composition pyrotechnique de la seconde interface pyrotechnique pourra comporter au moins une thermite ou un matériau à réaction exothermique.

Les thermites pourront être choisies dans les groupes suivants : aluminium/oxyde de cuivre, aluminium / oxyde ferrique. L'alvéole pourra renfermer un conteneur isolant comportant deux cavités, une première cavité recevant la 10 première interface pyrotechnique et une seconde cavité recevant la seconde interface pyrotechnique. Les deux cavités du conteneur pourront être séparées par une paroi ayant au moins 2 mm d'épaisseur. Les cavités du conteneur pourront avoir une forme 15 oblongue. Selon un mode de réalisation, l'alvéole pourra être solidaire d'une embase conductrice portant trois moyens d'amenée de courant, deux moyens d'amenée étant isolés électriquement de l'embase par une couche isolante, et un 20 moyen d'amenée de courant étant relié électriquement à l'embase, chaque moyen d'initiation étant monté entre l'embase et un des moyens d'amenée de courant isolés de l'embase. Selon un autre mode de réalisation, l'alvéole pourra être 25 solidaire d'une embase isolante qui portera quatre moyens d'amenée de courant, une première paire de moyens d'amenée étant reliée par le premier moyen d'initiation, une seconde paire de moyens d'amenée étant reliée par le second moyen d'initiation. 30 Le conteneur pourra comporter une languette engagée dans une rainure de l'embase. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de différents modes de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : - La figure 1 montre en coupe longitudinale un exemple d'un premier mode de réalisation d'un initiateur selon l'invention, coupe réalisée suivant le plan dont la trace BB est représentée à la figure 2, - La figure 2 est une coupe transversale de l'initiateur selon le premier mode de réalisation, coupe réalisée suivant le plan dont la trace AA est représentée à la figure 1, initiateur représenté sans matériaux pyrotechniques, - La figure 3 montre en coupe longitudinale un exemple d'un second mode de réalisation d'un initiateur selon l'invention, coupe réalisée suivant le plan dont la trace DD est représentée à la figure 4, - La figure 4 est une coupe transversale de l'initiateur selon le second mode de réalisation, coupe réalisée suivant le plan dont la trace CC est représentée à la figure 3, initiateur représenté sans matériaux pyrotechniques, - La figure 5 montre une variante de réalisation de l'initiateur selon une vue analogue à la figure 2. En se reportant aux figures 1 et 2, un initiateur 1 selon 25 un premier mode de réalisation de l'invention comprend une alvéole 2 métallique qui renferme un chargement explosif 3 qui comporte au moins l'hexogène. L'alvéole un explosif secondaire, par exemple de d'une embase est par ailleurs solidaire 30 isolante 4, par exemple en verre, embase qui porte quatre moyens d'amenée de courant qui sont ici des broches conductrices 5a,5b,5c et 5d. Seules deux broches 5a et 5c sont visibles sur la figure 1. La figure 2 montre les extrémités des quatre broches. Il serait bien entendu possible de réaliser un initiateur dans lequel les moyens d'amenée de courant seraient de simples fils souples. Les broches sont groupées par paires. Une première paire de broches 5a et 5b a ses extrémités 5 reliées par un premier fil chaud 6a qui est soudé au niveau de chacune des extrémités des broches 5a et 5b. Ce premier fil chaud 6a forme un premier moyen d'initiation. Une seconde paire de broches 5c et 5d a ses extrémités reliées par un second fil chaud 6b formant un second moyen 10 d'initiation. Les broches des deux paires auront de préférence des longueurs différentes pour assurer un détrompage lors du montage de l'initiateur. Les moyens d'initiation pourraient être réalisés sous d'autres formes que par fils chauds. Ils pourraient par 15 exemple être constitués par d'autres moyens basse tension tels que : Une couche conductrice dite mince dont l'élément chauffant est réalisé par le dépôt entre les deux broches d'une fine couche d'un matériau conducteur. 20 Une couche conductrice dite épaisse dont l'élément chauffant est obtenu par le dépôt d'une encre ou peinture conductrice entre les broches. Un pont semi-conducteur (SCB ou Semi conductor Bridge) réalisé par une couche de polysilicium dopée au phosphore, 25 d'épaisseur 2 à 4 micromètres déposée sur un substrat silicium. Il est tout aussi envisageable de mettre en oeuvre des moyens d'initiation moyenne tension tels qu'un fil explosé ou un dispositif à élément projeté. 30 A titre de variante les fils chauds 6a et 6b pourront avoir des diamètres très différents afin que chaque moyen d'initiation ait une sensibilité différente. On pourra par exemple réaliser le premier moyen d'initiation 6a avec un diamètre nécessitant une moyenne énergie (initiateur de type détonateur 1 Ampère / 1 Watt / 5 minutes non feu et nécessitant une intensité d'environ 3 ampères pour être amorcé) et réaliser le second moyen d'initiation 6b avec un diamètre nécessitant une basse énergie (intensité du courant de l'ordre de 350 milliampères). L'alvéole 2 renferme également un conteneur isolant 7, par exemple en plastique chargé de fibre de verre qui comporte deux cavités 7a et 7b. Une première cavité 7a renferme une première interface 10 pyrotechnique et une seconde cavité 7b reçoit une seconde interface pyrotechnique. La première interface pyrotechnique est destinée à assurer un amorçage du chargement explosif secondaire 3 en mode de détonation. 15 Cette première interface pyrotechnique comporte au moins un explosif primaire 8, par exemple de l'azoture d'argent. On a représenté sur la figure 1 une couche d'une composition pyrotechnique 9 qui couvre le premier fil chaud 6a. Cette composition 9 permet d'obtenir la caractéristique 20 de sécurité de mise en oeuvre de l'initiateur (5 minutes de non feu avec une puissance de 1 watt ou un courant de un ampère selon la norme MIL DTL 23659). On réduit ainsi la sensibilité de l'initiateur aux courants induits d'origine électromagnétique ou courants vagabonds. 25 On pourra mettre en oeuvre une composition pyrotechnique 9 classique du type Zirconium (60% en masse) / Perchlorate de potassium (40% en masse) ou bien une composition associant Zirconium (60%) / Bore (12%) et nitrate de potassium (28%). Les pourcentages indiqués sont rapportés à la masse totale de 30 la composition pyrotechnique 9. Globalement on mettra en oeuvre pour la première interface pyrotechnique environ 30 milligrammes de composition pyrotechnique 9 et de 50 à 100 milligrammes d'explosif primaire 8.

On voit sur la figure 1 qu'une couche d'un explosif secondaire 10 est interposée entre l'explosif primaire 8 et le chargement en explosif secondaire 3. Cette couche permet de compléter le remplissage de la première cavité 7a. On la réalise de préférence avec le même explosif secondaire que celui du chargement explosif 3, ici de l'hexogène. La seconde interface pyrotechnique est destinée à assurer une initiation du chargement explosif 3 en mode déflagrant. Cette seconde interface pyrotechnique comprend par 10 exemple une couche d'une thermite 11 qui recouvre le second fil chaud 6b. Une thermite est généralement formée par une composition pyrotechnique associant un métal (réducteur) et un oxyde métallique. Les thermites, très exothermiques, brûlent de 15 façon vive sans détoner. On pourra par exemple mettre en oeuvre une thermite de type aluminium / oxyde de cuivre (AlCuO) dans les proportions stoechiométriques, ou une thermite de type Aluminium / oxyde ferrique (AlFe203). Il existe aussi des matériaux homogènes tels que des sels 20 métalliques qui peuvent aussi être qualifiés de « thermites » car ils réagissent de façon très exothermique lorsqu'ils sont initiés. La sensibilité de la thermite pourra être augmentée en utilisant une thermite dont les composants ont une 25 granulométrie réduite, en particulier une granulométrie inférieure ou égale à 500 nanomètres (ces thermites sont qualifiées de nano-thermites). On remarque sur la figure 1 qu'une couche d'un explosif secondaire 12 est interposée entre la thermite 11 et le 30 chargement explosif 3. Cette couche permet de compléter le remplissage de la seconde cavité 7b. On la réalise de préférence avec le même explosif secondaire que celui du chargement explosif 3, ici de l'hexogène. On pourra utiliser également pour cette couche 12 un explosif secondaire de nature différente comme l'hexanitrostilbène (HNS). Un paillet d'étanchéité 13, en métal ou en matière plastique, obture l'ouverture 14 de l'alvéole 2. L'alvéole 5 est refermée par sertissage à la fois au niveau de l'embase 4 et au niveau du paillet 13. Ainsi l'initiateur selon l'invention peut adopter deux modes de fonctionnement différents. Il est placé en regard d'un chargement explosif d'une 10 munition (non représentée) et il est raccordé par des connecteurs (non représentés) à au moins un moyen d'allumage comportant au moins une source d'énergie électrique. La munition pourra être un projectile, un missile, une roquette une bombe, une tête militaire, un artifice ou une torpille. 15 La munition ne fait pas partie de l'invention. Si le chargement explosif doit être initié en détonation, ce qui est le fonctionnement nominal de la munition, il suffit de raccorder la première paire de broches 5a et 5b à la source d'énergie. Le fonctionnement est une détonation 20 classique, l'explosif primaire 8 assurant la mise en régime détonant du chargement explosif secondaire 3. Si la munition doit être stérilisée, par exemple lorsque la munition n'a pas atteint son objectif, il suffit de raccorder la seconde paire de broches 5c et 5d à la source 25 d'énergie. La thermite 11 fait déflagrer le chargement explosif 3 qui stérilise alors l'initiateur 1. On voit sur les figures que le conteneur 7 comporte une languette 7c qui est engagée dans une rainure complémentaire portée par l'embase 4. Une telle disposition renforce la 30 liaison mécanique entre le conteneur 7 et l'embase 4. Par ailleurs les deux cavités 7a et 7b du conteneur 7 sont séparées par une paroi 7d qui a au moins 2 mm d'épaisseur. Le conteneur 7 est réalisé en un matériau bon isolant thermique afin qu'il n'y ait pas de fonctionnement par influence thermique directe de la première interface pyrotechnique 8,9 lorsque la seconde interface pyrotechnique (thermite 11) est initiée. Ainsi la mise en oeuvre du mode déflagrant ne provoquera 5 pas par influence directe la mise en détonation de l'explosif primaire 8. La languette 7c permet donc d'isoler parfaitement les cavités 7a et 7b et elle assure également le positionnement du conteneur 7 en regard des fils chauds 6a et 6b. 10 L'isolation assuré par la languette 7c est une isolation thermique qui empêche la propagation de l'énergie fournie par la thermite 11 directement vers l'explosif primaire 8. La chicane formée par la languette 7c interdit aussi toute propagation de l'énergie par effet de surface à l'interface 15 entre le conteneur 7 et l'embase 4. Lors de la mise en oeuvre du second moyen d'initiation 6b, la déflagration du chargement explosif 3 assure un amorçage de l'explosif primaire 8 et de la composition pyrotechnique 9 de la cavité 7a en dernier lieu. On rend ainsi l'initiateur 1 20 exempt de toute matière pyrotechnique active. La mise en détonation de l'explosif primaire 8 seul par l'intermédiaire de la déflagration du chargement 3, n'a pas une brisance suffisante pour amorcer la chaîne pyrotechnique de la munition. 25 Le conteneur 7 est également isolant électriquement afin d'isoler les moyens d'initiation 6a et 6b et de permettre à l'initiateur de résister sans mise à feu aux décharges électrostatiques entre les deux circuits. Les figures 3 et 4 montrent un second mode de réalisation 30 d'un initiateur 1 selon l'invention. Ce mode ne diffère du précédent que par la structure des moyens d'amenée de courant (broches) et par le mode d'initiation des première et seconde interfaces pyrotechniques qui en résulte. Suivant ce mode de réalisation, l'alvéole 2 est solidaire d'une embase 14 qui est conductrice et qui porte trois moyens d'amenée de courant, réalisés encore sous la forme de broches. Deux broches 5e et 5f sont isolées électriquement de l'embase 14 par une couche isolante 15 par exemple en verre. La troisième broche 5g est soudée ou brasée directement à l'embase 14 et elle constitue une broche de masse de l'initiateur. La broche 5f a une longueur supérieure à celle des deux autres broches pour assurer un détrompage lors du montage de 10 l'initiateur. Chaque moyen d'initiation est là encore constitué par un fil chaud 6a ou 6b qui est monté par soudure entre chaque broche 5e ou 5f et l'embase 14 (figure 4). Suivant ce mode de réalisation les circuits électriques 15 du premier et du second moyen d'initiation présentent une partie commune qui est l'embase 14 portant la broche de masse 5g. Ce mode permet de simplifier la réalisation et le câblage de l'initiateur qui ne comporte plus alors que trois broches. 20 Ainsi pour mettre à feu le premier moyen d'initiation 6a (pour le mode détonation), il suffit de connecter les broches 5e et 5g à une source d'alimentation électrique. Pour mettre à feu le second moyen d'initiation 6b (pour le mode déflagration) il suffit de connecter les broches 5f et 5g à 25 la source d'alimentation électrique. Tous les éléments pyrotechniques de ce mode de réalisation sont identiques à ceux précédemment décrits et les modes de fonctionnement sont identiques. La figure 5 montre une variante de réalisation dans 30 laquelle les cavités 7a et 7b ont une forme oblongue. Un tel mode de réalisation permet de laisser plus d'espace aux moyens d'initiation 6a et 6b car les entraxes de broches sont plus importants. Il permet aussi de donner un volume plus important pour le chargement des deux interfaces pyrotechnique et ceci dans le même encombrement pour l'initiateur. Il est bien entendu possible d'adopter des cavités oblongues aussi bien pour l'initiateur selon la figure 2 que pour l'initiateur selon la figure 4.

Comme cela a été décrit précédemment, l'initiateur selon l'invention a deux modes de fonctionnement différents : un mode détonation classique et un mode déflagrant. Une telle structure permet ainsi d'obtenir un détonateur (fonctionnement nominal détonant) pour lequel il est possible 10 d'assurer une stérilisation de l'initiateur, interdisant tout fonctionnement détonant. Cette structure permet également d'utiliser l'initiateur selon l'invention comme un inflammateur. Dans ce cas c'est le mode déflagrant qui sera le mode de fonctionnement nominal.

15 On associera alors l'initiateur à un relais spécifique qui transformera la déflagration de l'explosif secondaire 3 en une flamme permettant l'allumage par exemple d'un chargement propulsif de munition. Cette structure permet également d'utiliser l'initiateur 20 selon l'invention comme étage de commande d'un pyromécanisme. Dans ce cas c'est également le mode déflagrant qui est le mode de fonctionnement nominal. La pression de gaz issus de la déflagration permet le déplacement des organes mécaniques du pyromécanisme.

25 On notera que dans cette dernière application, lorsque le mode détonant est activé, la détonation du composant bloquera ou détruira le pyromécanisme, le rendant inutilisable. On assure donc également là aussi une forme de neutralisation du pyromécanisme. 30

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1- Initiateur électrique (1) comportant un chargement explosif secondaire (3) disposé dans une alvéole (2) et au 5 moins deux moyens d'amenée de courant (5a,5b) reliés à un premier moyen d'initiation (6a) du chargement explosif (3), premier moyen d'initiation séparé du chargement explosif secondaire par une première interface pyrotechnique comportant au moins un explosif primaire (8), initiateur 10 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un deuxième moyen d'initiation (6b) relié à au moins un moyen d'amenée de courant spécifique (5c,5d), deuxième moyen d'initiation qui est séparé du chargement explosif secondaire (3) par une seconde interface pyrotechnique qui comporte au moins une 15 composition pyrotechnique (11) assurant l'initiation du chargement explosif secondaire (3) en mode déflagrant.
2. 2- Initiateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (11) de la seconde interface pyrotechnique comporte au moins une 20 thermite ou un matériau à réaction exothermique.
3. 3- Initiateur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les thermites sont choisies dans les groupes suivants : aluminium/oxyde de cuivre, aluminium / oxyde ferrique. 25
4. 4- Initiateur électrique selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alvéole (2) renferme un conteneur isolant (7) comportant deux cavités (7a,7b), une première cavité (7a) recevant la première interface pyrotechnique et une seconde cavité (7b) recevant la seconde 30 interface pyrotechnique.
5. 5- Initiateur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux cavités (7a,7b) du conteneur (7) sont séparées par une paroi (7d) ayant au moins 2 mm d'épaisseur.
6. 6- Initiateur électrique selon une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les cavités (7a,7b) du conteneur (7) ont une forme oblongue.
7. 7- Initiateur électrique selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'alvéole (2) est solidaire d'une embase conductrice (14) portant trois moyens d'amenée de courant (5e,5f,5g), deux moyens d'amenée (5e,5f) étant isolés électriquement de l'embase (14) par une couche isolante (15), et un moyen d'amenée de courant (5g) étant relié électriquement à l'embase (14), chaque moyen d'initiation (6a,6b) étant monté entre l'embase (14) et un des moyens d'amenée de courant (5e,5f) isolés de l'embase (14).
8. 8- Initiateur électrique selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'alvéole (2) est solidaire d'une embase isolante (4) qui porte quatre moyens d'amenée de courant (5a,5b,5c,5d), une première paire de moyens d'amenée (5a,5b) étant reliée par le premier moyen d'initiation (6a), une seconde paire de moyens d'amenée (5c,5d) étant reliée par le second moyen d'initiation (6b).
9. 9- Initiateur électrique selon une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le conteneur (7) comporte une languette (7c) engagée dans une rainure de l'embase (4,14).