Dispositif de mise à feu à haute énergie

Abstract

 La présente invention concerne un dispositif de mise à feu haute énergie du type comportant, connectés en série selon un circuit rebouclé, un condensateur de stockage d'énergie (1), des moyens de commande (2) de la décharge du condensateur et un détonateur (3) à haute énergie déclenché par la décharge du condensateur.
Selon l'invention, le condensateur (1) est un cylindre d'axe X, X', comportant un évidement axial (10) à l'intérieur duquel sont placés les moyens de commande. En outre, le détonateur possède une structure coaxiale d'axe XX' sensiblement aligné avec l'axe X₁ X'₁, et est relié aux moyens de commande par l'intermédiaire d'une liaison électrique parallèle à l'axe X₁ X'₁.
Le dispositif selon l'invention occupe un faible volume et présente, de part sa structure modulaire, des connexions simples à réaliser.
Un tel dispositif peut être utilisé comme détonateur pour charges militaires ou comme inflammateur pour générateur de gaz.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif de mise à feu du type haute énergie.

[0002] Un domaine privilégié d'application de l'invention concerne les détonateurs à haute énergie regroupant, d'une part les dispositifs à élément projeté ou DEP, et d'autre part, les dispositifs à fil explosé ou EBW (EBW étant les initiales anglo-saxonnes mises pour Exploding Bridge Wire). De tels dispositifs peuvent être utilisés notamment comme détonateurs pour déclencher le fonctionnement de charges militaires, de propulseurs de roquettes, de missiles, ou encore de générateurs de gaz (dans ce cas, on parle plutôt d'inflammateurs).

[0003] La figure 1 illustre le schéma électrique d'un dispositif de mise à feu haute énergie classique.

[0004] Il se présente comme la mise en série, dans un circuit rebouclé, d'un condensateur de stockage 1, de moyens 2 pour commander la décharge du condensateur 1, et d'un détonateur haute énergie 3. Les moyens 2 sont par exemple constitués d'un éclateur. Le condensateur 1 sert à stocker la quantité d'énergie nécessaire au fonctionnement de la mise à feu. Il est chargé sous une haute tension V_HT, et doit posséder une capacité de valeur relativement importante, typiquement aux alentours de 0,15 µF. Pour déclencher la mise à feu proprement dite, une impulsion électrique V_G est délivrée sur la gâchette de l'éclateur 2, de sorte que le condensateur puisse se décharger le plus rapidement possible. La décharge du condensateur va provoquer, dans le cas d'un DEP, la découpe et la projection d'une pastille sur un explosif secondaire, ou, dans le cas d'un détonateur à fil explosé, l'explosion d'un fil placé dans un explosif.

[0005] Un des problèmes majeurs rencontré dans la réalisation des dispositifs de mise à feu fonctionnant suivant le schéma de la figure 1, réside dans le faible volume alloué généralement à ces dispositifs.

[0006] La Demanderesse a déjà résolu partiellement ce problème d'encombrement en proposant un détonateur du type DEP, présentant une structure coaxiale. Ce détonateur a fait l'objet d'une demande de brevet français N° 9014785. La figure 2 annexée illustre sommairement la structure coaxiale du DEP, sans entrer dans le détail du fonctionnement du DEP lui-même :

[0007] Le détonateur 4 à structure coaxiale comprend essentiellement une enclume métallisée cylindrique 40 portant un pont fusible 41, une douille de révolution 42 en matériau diélectrique, et un confinement 43 sensiblement cylindrique, placé sur le pont fusible selon l'axe de symétrie longitudinal XX' du détonateur, et maintenu en contact des parois internes de la douille 42. Ce confinement 43 comporte notamment un explosif secondaire et un canon (non visible) positionné entre l'explosif et le pont fusible 41 pour découper et guider l'élément projeté sur l'explosif. La douille 42 est reliée à l'enclume 40 grâce à une bague cylindrique à collerette 44. Autour du corps de la douille 42 et de la bague cylindrique 44, on dispose une pièce de contact cylindrique souple 45 comportant une partie cylindrique 46 en contact avec la bague 44, et des languettes souples repliées 47. Ces languettes souples 47 assurent le rôle de première connexion électrique du détonateur. Elles sont en effet reliées électriquement à une extrémité du pont fusible 41 par l'intermédiaire de la bague cylindrique 44 et d'une surface conductrice non visible sur la figure 2 située à la périphérie de la face supérieure de l'enclume 40 en contact électrique avec une extrémité du pont fusible 41. L'autre extrémité du pont fusible est reliée électriquement à une deuxième connexion 48 du détonateur située sur la face opposée de l'enclume 40, par l'intermédiaire d'une traversée électrique 49 réalisée dans l'enclume. La deuxième connexion 48 est par exemple un disque métallique centré sur l'axe XX' longitudinal du détonateur 4.

[0008] La structure du détonateur, telle qu'elle vient d'être décrite, est dite coaxiale en raison de la position des deux connexions 47 et 48 placées coaxialement sur l'axe longitudinal XX' du détonateur. Du point de vue électrique, la seule dissymétrie existante provient de la traversée électrique 49 qui est excentrée par rapport à l'axe longitudinal XX'. Ainsi, la structure coaxiale de par ses connexions, se comporte également quasiment comme un élément coaxial, et possède donc une très faible inductance équivalente.

[0009] La structure coaxiale précédente est avantageuse en ce sens qu'elle présente un encombrement réduit.

[0010] Il n'en reste pas moins que, pour réaliser un dispositif de mise à feu, il faut ajouter au détonateur précédent, un éclateur et un condensateur de stockage, lequel condensateur, de par la valeur importante de sa capacité, reste volumineux.

[0011] A l'heure actuelle, on utilise un condensateur à armatures de forme parallélépipédique, présentant deux pattes de connexions et monté sur une carte électronique.

[0012] L'éclateur et le détonateur à haute énergie sont implantés sur cette carte au plus proche du condensateur afin de réduire, autant que faire se peut, la résistance équivalente R_e et l'inductance équivalente L_e du dispositif de mise à feu, et être de ce fait au mieux adapté au fonctionnement du détonateur.

[0013] Un premier inconvénient lié à ce condensateur parallélépipédique est qu'il fait perdre quelque peu l'intérêt du détonateur à structure coaxiale tel que décrit précédemment. En effet, pour assurer la connexion du détonateur à structure coaxiale avec le condensateur parallélépipédique, il est nécessaire de réaliser une interface électrique. Cette interface est réalisée sous forme d'un boîtier dans lequel on vient placer le détonateur à structure coaxiale. Ce boîtier comporte en son fond et sur sa face latérale interne des surfaces conductrices en contact respectivement avec les connexions 48 et 47 du détonateur. Le boîtier doit en outre posséder des connexions externes sous forme de deux pattes situées sous le boîtier, que l'on relie au condensateur et à l'éclateur par l'intermédiaire de pistes conductrices effectuées sur la carte électronique.

[0014] La réalisation d'un tel boîtier est lourde et coûteuse et les connexions électriques sont aussi plus difficilement réalisables. Il est en outre nécessaire de placer l'axe longitudinal du détonateur perpendiculairement au plan de la carte électronique. Il en résulte que le dispositif complet de mise à feu est volumineux et difficile à intégrer à proximité d'une chaîne pyrotechnique à initier.

[0015] Par ailleurs, les dispositifs de mise à feu actuels utilisant un condensateur du type précité ont une résistance équivalente R_e et une inductance équivalente L_e respectivement de l'ordre de 150 mΩ et de 30 nH, valeurs qu'il conviendrait de diminuer pour optimiser la mise à feu du détonateur.

[0016] Enfin, pour accroître le niveau de fiabilité, il faudrait augmenter le volume occupé par le condensateur. On se heurte donc à une incompatibilité entre d'une part, les contraintes d'encombrement et d'autre part, les critères de fiabilité imposés.

[0017] Le but de la présente invention est de pallier les différents inconvénients précités en proposant un dispositif de mise à feu à haute énergie occupant un faible volume et présentant des connexions entre éléments beaucoup plus simples à réaliser que dans l'art antérieur, et de ce fait, plus facilement industrialisables. Le dispositif selon l'invention ne nécessite aucune carte électronique pour le montage des différents éléments, et présente une impédance et une inductance équivalentes réduites par rapport à celles obtenues jusqu'alors.

[0018] Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif de mise à feu à haute énergie tel que défini dans les revendications 1 à 10.

[0019] L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle procure, seront mieux compris au vu de la description ci-après, faite en référence aux figures annexées :

• la figure 1 est un schéma électrique d'un dispositif de mise à feu ;
• la figure 2 rappelle la constitution d'un détonateur type DEP à structure coaxiale de l'art antérieur ;
• la figure 3 est une coupe d'un premier mode de réalisation possible du dispositif de mise à feu haute énergie selon l'invention ;
• la figure 4 est une coupe d'un second mode de réalisation possible du dispositif de mise à feu haute énergie selon l'invention ;

[0020] Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment.

[0021] Avant de décrire les différentes figures illustrant différents modes de réalisation particuliers du dispositif de mise à feu selon l'invention, il convient de décrire les caractéristiques générales communes à ces réalisations :

[0022] Le dispositif de mise à feu à haute énergie selon l'invention répond au schéma électrique de la figure 1, et résulte donc de la mise en série d'un condensateur de stockage 1, de moyens de commande 2 de la décharge du condensateur 1, et d'un détonateur à haute énergie 3. L'innovation importante du dispositif proposé ici réside dans le choix d'éléments de structure particulières, notamment en ce qui concerne le condensateur et le détonateur, ainsi que dans le positionnement relatif de ces éléments. En effet, selon une première caractéristique importante du dispositif selon l'invention, le condensateur 1 utilisé est réalisé sous la forme d'un cylindre d'axe longitudinal X₁X'₁, possédant un trou ou évidement axial de forme sensiblement cylindrique. Il convient ici de préciser que les termes "cylindres" et "cylindriques" doivent être pris au sens géométrique du terme, c'est-à-dire comme définissant tout solide engendré par une droite qui se déplace parallèlement à elle-même en s'appuyant sur une courbe directrice, cette dernière pouvant être circulaire (cylindre de révolution), ou non.

[0023] Le condensateur 1 est préférentiellement un condensateur à armatures réalisées, de façon connue, par l'enroulement de films sur un mandrin ayant la forme et les dimensions de l'évidement axial désiré. Le condensateur 1 dispose de deux électrodes métalliques qui peuvent être avantageusement situées respectivement sur les bases supérieure et inférieure du cylindre. Les dimensions de l'évidement axial sont choisies de telle sorte que l'on puisse placer, à l'intérieur de cet évidement, les moyens de commande 2. Ceux-ci sont par exemple constitués d'un éclateur réalisé sous forme d'un cylindre comportant à chaque extrémité, une électrode de connexion et, sur l'une des deux électrodes, une gâchette recevant l'impulsion électrique V_G commandant la décharge du condensateur. L'éclateur 2 est avantageusement positionné de telle sorte que l'axe rejoignant les deux électrodes de l'éclateur soit aligné avec l'axe longitudinal X₁X'₁ du condensateur, la gâchette pouvant sortir légèrement de l'évidement.

[0024] En outre, selon une autre caractéristique importante du dispositif selon l'invention, le détonateur 3 utilisé est à structure coaxiale d'axe XX', telle que décrite en référence à la figure 2, c'est-à-dire comportant une première connexion 48 située à sa base, et une deuxième connexion 47, sous forme de languettes souples positionnées sur le pourtour du détonateur, c'est-à-dire dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal XX' du détonateur. Il est placé par rapport au condensateur 1 de telle sorte que son axe XX' soit sensiblement aligné avec l'axe longitudinal X₁X'₁ du condensateur, la première connexion 48 étant par exemple du côté du condensateur. Le détonateur 3 est alors relié électriquement aux moyens de commande par l'intermédiaire d'une liaison électrique passant préférentiellement en partie ou totalement à l'intérieur de l'évidement, selon que le détonateur est plus ou moins éloigné du condensateur. Une telle disposition des différents éléments les uns par rapport aux autres permet d'obtenir un dispositif dont l'impédance et l'inductance équivalentes sont très réduites par rapport à ce que l'on obtenait jusqu'alors.

[0025] Avantageusement, les deux électrodes du condensateur 1 sont des couronnes métalliques placées respectivement sur la base supérieure et sur la base inférieure du cylindre. De cette manière, les connexions nécessaires entre, d'une part le condensateur 1 et le détonateur 3, et, d'autre part le condensateur 1 et l'éclateur 2 peuvent être réalisées sous forme de pièces de révolution plus facilement industrialisables.

[0026] En outre, on peut prévoir de placer le détonateur 3 à l'intérieur même de l'évidement axial en vue d'obtenir un dispositif complet très compact.

[0027] Nous allons décrire à présent, en référence aux figures 3 et 4, deux modes de réalisation possibles particulièrement intéressants du dispositif selon l'invention :

[0028] Sur la figure 3, le détonateur 3 à structure coaxiale et l'éclateur 2 sont tous les deux situés à l'intérieur de l'évidement axial 10 du condensateur cylindrique 1 le long de l'axe X₁X'₁ du condensateur 1. L'éclateur 2 est par exemple un cylindre muni à ses deux extrémités d'électrodes 21 et 22, et d'une gâchette 23 sur laquelle on envoie une impulsion électrique V_G pour commander la décharge du condensateur. Le détonateur 3 à structure coaxiale présente, comme nous l'avons vu en référence à la figure 2, deux connexions 47 et 48 placées coaxialement suivant l'axe XX' du détonateur. La liaison électrique nécessaire entre le détonateur et l'éclateur peut donc être réalisée très simplement par contact direct entre l'électrode 22 de l'éclateur et la connexion 48.

[0029] Comme nous l'avons dit précédemment, les électrodes du condensateur 1 sont préférentiellement réalisées sur les bases supérieure et inférieure du cylindre 1, par exemple au moyen de couronnes métalliques 11 et 12, chacune étant reliée à l'une des deux armatures (non visibles) du condensateur 1. Il est ainsi possible d'optimiser d'une part, la liaison électrique 5 entre l'électrode 11 du condensateur et l'électrode 21 de l'éclateur, et d'autre part, la liaison électrique 6 entre l'électrode 12 du condensateur et les languettes de connexion 47 du détonateur.

[0030] La liaison électrique 5 sus-mentionnée est par exemple une pièce de révolution métallique comportant un trou 50 pour laisser le passage à la gâchette 23 de l'éclateur.

[0031] La liaison électrique 6 représentée sur la figure 3 est également une pièce de révolution métallique dont la forme est celle d'un manchon évasé et creux, constitué d'une partie cylindrique 60 qui vient s'emmancher dans l'évidement axial 10 sur une longueur suffisante pour être en contact avec les languettes 47 du détonateur, et d'une partie évasée 61, sensiblement plane, qui vient en contact avec l'électrode 12 du condensateur. La partie cylindrique 60 assure simultanément le maintien du détonateur et le contact électrique nécessaire.

[0032] Le dispositif de mise à feu de la figure 3 présente de nombreux avantages :

[0033] Il est tout d'abord très compact et répond de manière satisfaisante aux contraintes d'encombrement. Typiquement, un cylindre d'environ 35 mm de diamètre externe, muni d'un trou axial d'environ 13 mm sur 14 mm de hauteur, permet de réaliser un condensateur d'environ 0,15µF de capacité, dans lequel peuvent venir se loger un détonateur et un éclateur. Avec ces valeurs, le volume occupé par le condensateur est d'environ 11,6 cm³ contre 13,5 cm³ de volume total occupé par le dispositif de mise à feu, ce qui permet d'accroître le niveau de fiabilité (bon coefficient de derating en tension).

[0034] De plus, le positionnement de l'éclateur à l'intérieur de l'évidement axial permet de protéger l'éclateur contre les environnements électromagnétiques sévères qui risquent de déclencher inopinément la mise à feu.

[0035] En outre, le dispositif de la figure 3 possède une structure coaxiale dont la résistance et l'inductance équivalentes sont réduites respectivement de 30 à 40 mΩ et de 15 à 20 nanohenrys par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Il s'ensuit que la tension V_HT nécessaire au fonctionnement du dispositif selon l'invention peut être abaissée par rapport à celle d'un dispositif classique.

[0036] Par ailleurs, les différentes connexions supplémentaires 5 et 6 sont simples et facilement industrialisables.

[0037] En raison de la symétrie du dispositif avec détonateur à l'intérieur du condensateur, le dispositif de la figure 3 est particulièrement intéressant dans tous systèmes où l'initiation d'un élément pyrotechnique s'effectue par le centre.

[0038] Le second mode de réalisation possible du dispositif selon l'invention illustré à la figure 4 est particulièrement intéressant dans le cas où le dispositif est placé dans un boîtier hermétique 9, le détonateur 3 étant à l'extérieur de ce boîtier. Le dispositif de la figure 4 est quasiment identique à celui de la figure 3, à ceci près que le détonateur 3 est situé à l'extérieur de l'évidement axial 10 du condensateur 1 et que la liaison 7 entre l'électrode 22 de l'éclateur 2 et la connexion 48 du détonateur d'une part et la liaison 6' entre l'électrode 12 du condensateur et la connexion 47 du détonateur d'autre part forment une connexion hermétique coaxiale, donc de faible inductance.

[0039] Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, la liaison 6' est une connexion coaxiale comportant une partie cylindrique creuse et métallique 60' dans laquelle est introduit le détonateur 3, de sorte que les languettes 47 du détonateur soient en contact avec cette partie 60', ainsi qu'une base en forme de couronne métallique 61 qui vient en contact avec l'électrode 12 du condensateur. La liaison 7 est par exemple constituée d'une tige métallique axiale. Les liaisons 6' et 7 sont avantageusement assemblées entre elles par un diélectrique 8. Ce diélectrique 8 assure également la liaison entre la connexion hermétique et le boîtier 9.

[0040] L'ensemble ainsi réalisé suivant la figure 4 permet d'intégrer la partie électronique du dispositif dans un boîtier hermétique, le détonateur étant à l'extérieur et aisément déconnectable. Il est alors possible de tester facilement la partie électronique.

[0041] Le dispositif de mise à feu haute énergie tel qu'il vient d'être décrit dans différentes formes de réalisation, est très souple d'utilisation grâce à son caractère modulaire.

[0042] Le faible volume du module de mise à feu permet d'utiliser un seul module électronique central alimentant en parallèle, par l'intermédiaire de câbles haute tension, une pluralité de dispositifs de mise à feu.

Revendications

1. Dispositif de mise à feu à haute énergie comportant, connectés en série selon un circuit rebouclé, un condensateur (1) de stockage d'énergie sous une haute tension V_HT, des moyens de commande (2) de la décharge du condensateur, et un détonateur (3) à haute énergie dont le déclenchement résulte de ladite décharge, le dispositif étant caractérisé en ce que le condensateur (1) est réalisé sous forme d'un cylindre d'axe longitudinal X₁X'₁ comportant un évidement axial (10) à l'intérieur duquel sont placés les moyens de commande (2), en ce que le détonateur (3) est réalisé sous forme d'une structure coaxiale d'axe XX' sensiblement aligné avec l'axe longitudinal X₁X'₁ du condensateur (1), et en ce que le détonateur (3) est relié aux moyens de commande (2) par l'intermédiaire d'une liaison électrique sensiblement parallèle à l'axe longitudinal X₁X'₁.

2. Dispositif de mise à feu haute énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condensateur (1) possède deux électrodes métalliques (11, 12) placées respectivement sur les bases supérieure et inférieure du cylindre.

3. Dispositif de mise à feu haute énergie selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes (11, 12) ont sensiblement la forme de couronnes.

4. Dispositif de mise à feu haute énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande sont constitués d'un éclateur de forme sensiblement cylindrique disposé axialement par rapport à l'axe X₁X'₁ du condensateur (1) et comportant, à chaque extrémité, une électrode de connexion (21, 22), et, sur l'électrode de connexion (21) placée au plus proche de la base supérieure du condensateur (1), une gâchette (23) qui reçoit une impulsion électrique V_G commandant la décharge du condensateur (1).

5. Dispositif de mise à feu haute énergie selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'électrode (21) de l'éclateur située au plus proche de la base supérieure du condensateur (1) est connectée à l'électrode (11) en forme de couronne placée sur la base supérieure du condensateur, par l'intermédiaire d'une pièce de révolution métallique (5) comportant un trou (50) pour laisser le passage à la gâchette (23).

6. Dispositif de mise à feu haute énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détonateur (3) est placé à l'intérieur de l'évidement axial (10).

7. Dispositif de mise à feu haute énergie selon la revendication 6, caractérisé en ce que le détonateur (3) possède une connexion (48) réalisée sous forme d'un disque métallique centré sur l'axe longitudinal du détonateur, et en ce que la liaison électrique reliant le détonateur (3) aux moyens de commande (2) se fait par contact direct du disque métallique avec une électrode (22) des moyens de commande.

8. Dispositif de mise à feu haute énergie selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que le détonateur (3) comporte une connexion (47) comprenant des languettes souples repliées, et en ce que la liaison électrique reliant le détonateur (3) au condensateur (1) est une pièce de révolution ayant la forme d'un manchon évasé creux, constitué d'une partie cylindrique (60) qui vient s'emmancher dans l'évidement axial (10) sur une longueur suffisante pour être en contact avec les languettes (47), et d'une partie évasée (61) sensiblement plane qui vient en contact avec la couronne métallique (12) du condensateur (1) placée sur la base inférieure du condensateur.

9. Dispositif de mise à feu haute énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le détonateur est placé à l'extérieur de l'évidement axial (10).

10. Dispositif de mise à feu haute énergie selon la revendication 9, caractérisé en ce que la liaison électrique entre le détonateur (3) et les moyens de commande (2) est constituée d'une tige métallique (7).

Dessins