Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation

Description

[0001] La présente invention concerne un détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation.

[0002] Pour réaliser un détonateur optique avec des sources laser de faible puissance telles que les diodes laser envisagées dans les applications spatiales, on a recours à l'heure actuelle à un détonateur à deux étages : le premier étant utilisé pour l'allumage thermique par le laser d'une combustion et le second étage étant dédié à une transition déflagration-détonation.

[0003] A l'interface entre les deux étages, est placée une membrane métallique qui sous l'action de la pression de combustion du 1^er étage se découpe en paillet qui agit comme un piston et va compacter l'explosif poreux du 2^ème étage et initier une combustion qui, compte tenu du confinement va déclencher un processus de transition déflagration-détonation.

[0004] Les inconvénients de ce concept sont liés à l'utilisation du processus de transition déflagration-détonation. Cela nécessite :

• l'utilisation d'un explosif à basse densité de chargement (1.1 g/cm3), en fait proche de la densité de tassement pour avoir une porosité importante et aussi des grosses granulométries : ceci augmente la sensibilité du composant pyrotechnique et est peu favorable pour assurer une bonne reproductibilité de chargement dans ses petits composants ;
• une longueur suffisante du 2^ème étage afin d'atteindre le point de transition à la détonation : ce qui en pratique augmente notablement la quantité d'explosif utilisé.

[0005] Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus.

[0006] Dans la technique courante, voir le document US-A-4848095, on envisage un détonateur optique à deux étapes et à transition choc-détonation, dans lequel le premier étage comprend une composition pyrotechnique et une fibre optique dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser, l'autre extrémité adjacente à la composition pyrotechnique étant engagée dans un connecteur, des moyens étant insérés entre l'extrémité de la fibre optique et la composition pyrotechnique pour transmettre le rayonnement laser vers la composition pyrotechnique, détonateur dans lequel le second étage comprend une composition pyrotechnique placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique du premier étage et séparée de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage de la composition pyrotechnique du premier étage.

[0007] Suivant l'invention, ce détonateur optique est caractérisé en ce que les moyens qui séparent la composition pyrotechnique du premier étage de celle du second étage comprennent une plaquette métallique dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique du premier étage et dont l'autre face est adjacente à une cavité qui la sépare de la composition pyrotechnique du second étage et est en appui par sa périphérie contre l'extrémité d'un élément de confinement de la composition pyrotechnique du second étage.

[0008] Grâce à la pression de la combustion vive générée lors de l'allumage de la combustion de la composition pyrotechnique du premier étage, la plaquette métallique ci-dessus est propulsée à grande vitesse sur la surface nue de la composition pyrotechnique du second étage.

[0009] Lors de son impact, cette plaquette amorce dans la composition pyrotechnique une transition choc-détonation.

[0010] Cette transition choc-détonation est favorisée par un effet de focalisation de l'onde de choc.

[0011] Cette transition choc-détonation permet de réaliser un détonateur moins long, contenant moins de composition pyrotechnique, plus insensible, plus reproductible et avec un temps de réponse plus court que dans le cas de la solution évoquée au début de cette description.

[0012] L'amélioration de la présente invention par rapport à la technique courante comporte que le diamètre de la cavité est supérieur à celui de la composition pyrotechnique, la face d'extrémité de la composition pyrotechnique adjacente à la cavité étant confondue avec la face constituant le fond de ladite cavité.

[0013] De ce fait, la plaquette lors de son impact entre en collision simultanément avec la composition pyrotechnique et avec la face d'extrémité de la cavité. Cette disposition permet de focaliser l'onde de choc sur la composition pyrotechnique.

[0014] D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.

[0015] Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs :

• la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un détonateur optique à deux étages selon l'invention ;
• la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle, montrant une variante de réalisation de l'invention.

[0016] La figure 1 représente un détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation, dans lequel le premier étage 1 comprend une composition pyrotechnique 2 et une fibre optique 3 dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser telle qu'une diode laser.

[0017] L'autre extrémité de la fibre optique 3 adjacente à la composition pyrotechnique 2 est engagée dans un connecteur 4.

[0018] Des moyens qui seront décrits plus loin, sont insérés entre l'extrémité 3a de la fibre optique 3 et la composition pyrotechnique 2 pour transmettre le rayonnement laser vers la composition pyrotechnique 2.

[0019] Le second étage 5 du détonateur comprend une composition pyrotechnique 6 placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et séparée de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage de la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1.

[0020] Conformément à l'invention, les moyens qui séparent la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 de celle du second étage 5 comprennent une plaquette métallique 7 dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et dont l'autre face est adjacente à une cavité 8 qui la sépare de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5.

[0021] Cette plaquette métallique 7 est en appui par sa périphérie contre l'extrémité 9a d'un élément de confinement 9 de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5.

[0022] La composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 est confinée dans un élément de confinement 10 qui est raccordé axialement et de façon amovible à l'élément de confinement 9 de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5.

[0023] Dans l'exemple représenté, les deux éléments de confinement 9, 10 sont raccordés ensemble par vissage.

[0024] On voit également sur la figure 1 que la face d'extrémité 6a de la composition pyrotechnique 6 adjacente à la cavité 8 est confondue avec la face constituant le fond de la cavité 8 dont le diamètre est supérieur à celui de la composition pyrotechnique 6.

[0025] A titre d'exemple, la plaquette 7 peut être en acier et présente une épaisseur comprise entre 100 et 250 micromètres.

[0026] L'énergie laser transmise à la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et les caractéristiques de cette composition doivent de préférence être telles que la plaquette 7 puisse être propulsée dans la cavité 8 à une vitesse au moins égale à 500 m/s sous l'effet de la pression développée après l'allumage de la composition pyrotechnique 2.

[0027] De préférence également, la composition pyrotechnique 2 comprend de l'octogène présentant une densité de chargement de l'ordre de 1,65 g/cm3 et une granulométrie de l'ordre de 3 micromètres.

[0028] L'octogène peut être mélangé avec environ 1% de noir de carbone ultra fin pour favoriser l'absorption dans le proche infra-rouge.

[0029] De préférence, la composition pyrotechnique 6 du second étage 5 comprend de l'octogène ou de l'hexogène sous forme granulaire et présentant une densité supérieure à 1,4 g/cm3.

[0030] La figure 1 montre d'autre part que les moyens pour transmettre le rayonnement laser depuis la fibre optique 3 vers la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 comprennent une bague 11 dans l'évidement de laquelle est logée une bille en verre 12.

[0031] Cette bague 11 est en contact avec l'extrémité du connecteur 4 de la fibre optique 3 et avec une plaquette en verre 13 elle-même en contact avec la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1.

[0032] Cette disposition permet une transmission du rayonnement laser vers la composition pyrotechnique 2, sans perte d'énergie surfacique.

[0033] Dans la variante représentée sur la figure 2, les moyens pour transmettre le rayonnement laser entre la fibre optique 3 et la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 comprennent un barreau en verre 14 à gradient d'indice logé dans un élément 15 en matière peu conductrice thermiquement. Ce barreau en verre 14 est capable de focaliser le rayonnement laser issu de la fibre optique 3 sur la face de la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 avec laquelle ce barreau en verre 14 est en contact. Ce barreau en verre 14 peut être en deux parties.

[0034] Le dispositif que l'on vient de décrire fonctionne de la façon suivante.

[0035] Dans le cas du détonateur représenté sur la figure 1, le rayonnement laser véhiculé par la fibre optique 3 transmet son énergie à la composition pyrotechnique 2 et génère la combustion de celle-ci.

[0036] La pression développée par la combustion de cette composition 2 propulse la plaquette 7 à une vitesse supérieure à 500 m/s dans la cavité 8 vers la surface nue 6a de la composition pyrotechnique 6 du second étage.

[0037] L'onde choc engendrée à l'impact de cette plaquette 7 sur la surface 6a de la composition pyrotechnique amorce la détonation de celle-ci.

[0038] L'ensemble des dispositions ci-dessus permet de réaliser un détonateur moins long, contenant moins de composition pyrotechnique, plus insensible, plus reproductible et avec un temps de réponse plus court que dans le cas de la solution évoquée au début de cette description.

[0039] La réduction de la masse totale de la composition pyrotechnique est importante, notamment lors de l'application du détonateur selon l'invention pour commander la séparation de deux étages d'un vaisseau spatial, car elle permet de réduire l'intensité des chocs pyrotechniques transmis à ce vaisseau.

[0040] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple que l'on vient de décrire et on peut apporter à celui-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention.

Revendications

1. Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation, dans lequel le premier étage (1) comprend une composition pyrotechnique (2) et une fibre optique (3) dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser, l'autre extrémité adjacente à la composition pyrotechnique (2) étant engagée dans un connecteur (4), des moyens étant insérés entre l'extrémité de la fibre optique (3) et la composition pyrotechnique (2) pour transmettre le rayonnement laser vers la composition pyrotechnique (2), détonateur dans lequel le second étage (5) comprend une composition pyrotechnique (6) placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et séparée de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1),ces moyens comprenant une plaquette métallique (7) qui est en appui par sa périphérie contre l'extrémité (9a) d'un élément de confinement (9) de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5), plaquette métallique (7) dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et dont l'autre face est adjacente à une cavité (8) qui la sépare de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5), caractérisé en ce que le diamètre de la cavité (8) est supérieur à celui de la composition pyrotechnique (6), la face d'extrémité (6a) de la composition pyrotechnique (6) adjacente à la cavité (8) étant confondue avec la face constituant le fond de ladite cavité (8).

2. Détonateur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) est confinée dans un élément de confinement (10) qui est raccordé axialement et de façon amovible à l'élément de confinement (9) de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5).

3. Détonateur optique conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les deux éléments de confinement (9, 10) sont raccordés ensemble par vissage.

4. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette (7) est en acier et présente une épaisseur comprise entre 100 et 250 micromètres.

5. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'énergie laser transmise à la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et les caractéristiques de cette composition sont telles que la plaquette (7) est propulsée dans la cavité (8) à une vitesse au moins égale à 500 m/s après l'allumage de la composition pyrotechnique (2) ci-dessus.

6. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1), comprend de l'octogène présentant une densité de chargement de l'ordre de 1,65 g/cm3 et une granulométrie de l'ordre de 3 micromètres.

7. Détonateur optique conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que l'octogène est mélangé avec environ 1% de poudre de noir de carbone ultra fin.

8. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (6) du second étage (5) comprend de l'octogène ou de l'hexogène sous forme granulaire et présentant une densité supérieure à 1,4 g/cm3.

9. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour transmettre le rayonnement laser depuis la fibre optique (3) vers la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) comprennent une bague (11) dans l'évidement duquel est logée une bille en verre (12), cette bague (11) étant en contact avec l'extrémité du connecteur (4) de la fibre optique (3) et avec une plaquette en verre (13) elle-même en contact avec la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1).

10. Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour transmettre le rayonnement laser entre la fibre optique (3) et la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) comprennent un barreau en verre (14) à gradient d'indice logé dans un élément (15) en matière peu conductrice thermiquement, ce barreau en verre (14) étant capable de focaliser le rayonnement laser issu de la fibre optique (3) sur la face de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) avec laquelle ce barreau en verre (14) est en contact.

Ansprüche

1. Zweistufiger optischer Detonator mit Schlagwirkung, dessen erste Stufe (1) eine pyrotechnische Mischung (2) und einen Lichtleiter (3) aufweist, dessen eines Ende mit einer Laserstrahlungsquelle verbunden ist und dessen anderes, an die pyrotechnische Mischung (2) angrenzendes Ende in einem Verbindungsstück (4) aufgenommen ist, wobei für die Übertragung der Laserstrahlung auf die pyrotechnische Mischung (2) Elemente zwischen dem Endpunkt des Lichtleiters (3) und der pyrotechnischen Mischung (2) eingesetzt sind, wobei die zweite Stufe (5) des Detonators eine pyrotechnische Mischung (6) aufweist, die mit der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) in einer Linie liegt und von dieser durch Elemente zur Übertragung der durch die Zündung der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) erzeugten Stoßwelle getrennt ist, wobei diese Elemente ein Metallplättchen (7) aufweisen, welches mit seiner Außenfläche gegen den Fortsatz (9a) eines Verdämmungselementes (9) der pyrotechnischen Mischung (6) der zweiten Stufe (5) anstößt, wobei eine Seite des Metallplättchens (7) die pyrotechnische Mischung (2) der ersten Stufe (1) berührt und dessen andere Seite an einen Hohlraum (8) angrenzt, welcher das Metallplättchen von der pyrotechnischen Zusammenstellung (6) der zweiten Stufe (5) trennt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchmesser des Hohlraums (8) größer ist als der der pyrotechnischen Mischung (6), wobei die an den Hohlraum (8) angrenzende Außenseite (6a) der pyrotechnischen Mischung (6) mit der hinteren Seite des besagten Hohlraums (8) zusammenfällt.

2. Optischer Detonator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Mischung (2) der ersten Stufe (1) in einem Verdämmungselement (10) verdämmt ist, das axial lösbar mit dem Verdämmungselement (9) der pyrotechnischen Mischung (6) der zweiten Stufe (5) verbunden ist.

3. Optischer Detonator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verdämmungselemente (9 und 10) durch eine Schraubverbindung miteinander verbunden sind.

4. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (7) aus Stahl ist und eine Dicke zwischen 100 und 250 µm aufweist.

5. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die pyrotechnische Mischung (2) der ersten Stufe (1) übertragene Laserenergie und die Kennwerte dieser Mischung so beschaffen sind, daß das Plättchen (7) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 500 m/s nach der Zündung der vorstehend genannten pyrotechnischen Mischung (2) in den Hohlraum (8) vorgetrieben wird.

6. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Mischung (2) der ersten Stufe (1) Oktogen mit einer Ladedichte in der Grössenordnung von 1,65 g/cm³ und einer Korngröße in der Grössenordnung von 3 µm aufweist.

7. Optischer Detonator gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oktogen mit ca. 1 % ultrafeinem Ruß gemischt ist.

8. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis. 7, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Mischung (6) der zweiten Stufe (5) granulares Oktogen oder Hexogen mit einer Dichte von über 1,4 g/cm³ aufweist.

9. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Übertragung der Laserstrahlung zwischen dem Lichtleiter (3) und der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) einen Ring (11) aufweisen, in dessen Aussparung sich eine Glaskugel (12) befindet, wobei dieser Ring (11) mit dem Endpunkt des Verbindungsstückes (4) des Lichtleiters (3) und mit einem seinerseits in Kontakt mit der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) stehenden Glasplättchen (13) in Kontakt steht.

10. Optischer Detonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Übertragung der Laserstrahlung zwischen dem Lichtleiter (3) und der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) einen Glasstab (14) mit Indexgradient aufweisen, der in ein Element (15) aus wenig wärmeleitfähigem Material eingesetzt ist, wobei dieser Glasstab (14) in der Lage ist, die aus dem Lichtleiter (3) austretende Laserstrahlung auf die mit dem Glasstab (14) in Kontakt stehende Vorderseite der pyrotechnischen Mischung (2) der ersten Stufe (1) zu fokussieren.

Claims

1. Two-stage optical detonator with shock-detonation transition, in which the first stage (1) comprises a pyrotechnic composition (2) and an optical fibre (3), one end of which is connected to a source of laser radiation, the other end, adjacent to the pyrotechnic composition (2), being engaged in a connector (4), means being inserted between the end of the optical fibre (3) and the pyrotechnic composition (2) to transmit the laser radiation towards the pyrotechnic composition (2), in which detonator the second stage (5) comprises a pyrotechnic composition (6) placed in line with the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) and separated from the latter by means of transmitting the shock wave generated by the ignition of the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1), these means comprising a metal plate (7) bearing via its periphery against the end (9a) of a containment element (9) that confines the pyrotechnic composition (6) of the second stage (5), of which metal plate (7) one face is in contact with the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) and the other face is adjacent to a cavity (8) separating it from the pyrotechnic composition (6) of the second stage (5), characterized in that the diameter of the cavity (8) is greater than that of the pyrotechnic composition (6), the end face (6a) of the pyrotechnic composition (6) adjacent to the cavity (8) being coincident with the face constituting the end wall of the said cavity (8).

2. Optical detonator according to Claim 1, characterized in that the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) is confined in a containment element (10) connected axially and removably to the containment element (9) that confines the pyrotechnic composition (6) of the second stage (5).

3. Optical detonator according to Claim 2, characterized in that the two containment elements (9, 10) are screwed together.

4. Optical detonator according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the plate (7) is made of steel and has a thickness of between 100 and 250 microns.

5. Optical detonator according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the laser energy transmitted to the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) and the properties of this composition are such that the plate (7) is propelled into the cavity (8) at a speed at least equal to 500 m/s after the above pyrotechnic composition (2) has been ignited.

6. Optical detonator according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) comprises octogen having a fill density of the order of 1.65 g/cm³ and a particle size of the order of 3 microns.

7. Optical detonator according to Claim 6, characterized in that the octogen is mixed with about 1% ultrafine carbon black powder.

8. Optical detonator according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the pyrotechnic composition (6) of the second stage (5) contains octogen or hexogen in particulate form having a density in excess of 1.4 g/cm³.

9. Optical detonator according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the means for transmitting the laser radiation from the optical fibre (3) to the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) comprise a ring (11) in the recess of which there is housed a glass bead (12), this ring (11) being in contact with the end of the connector (4) of the optical fibre (3) and with a glass plate (13) itself in contact with the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1).

10. Optical detonator according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the means for transmitting laser radiation between the optical fibre (3) and the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) comprise a graded-index glass rod (14) housed in an element (15) made of a material of low thermal conductivity, this glass rod (14) being capable of focusing the laser radiation from the optical fibre (3) onto that face of the pyrotechnic composition (2) of the first stage (1) with which this glass rod (14) is in contact.

Dessins