Separateur pyrotechnique et dispositif de separation equipe d'un tel separateur

Abstract

 Il comprend des premier (5₁) et deuxième (5₂) flancs d'assemblage de pièces (1; 2a, 2b), devant se séparer selon une direction prédéterminée. Les flancs enserrent entre eux un cordon pyrotechnique (7, 8, 9) écrasé, des première (14₁) et deuxième (14₂) zones d'affaiblissement courant sur lesdits premier (5₁) et deuxième (5₂) flancs respectivement, parallèlement et au voisinage du cordon (7, 8, 9), et des moyens (11) pour activer sélectivement ledit cordon (7, 8, 9) et provoquer ainsi la rupture desdits flancs (5₁, 5₂) au long desdites zones d'affaiblissement (14₁, 14₂). Suivant l'invention lesdites zones (14₁, 14₂) définissent ensemble une surface enveloppe de cassure (S) tangente au cordon (7, 8, 9) et inclinée sur ladite direction, ladite inclinaison étant orientée de manière à autoriser un dégagement mutuel des deux pièces (1; 2a, 2b) selon ladite direction sans interférence mécanique, à l'activation dudit cordon.
Application à l'éjection de la coiffe d'un lanceur spatial.

Description

[0001] La présente invention est relative à un séparateur pyrotechnique conçu pour être installé au long d'une ligne de jonction de deux pièces mécaniques temporairement assemblées et conçues pour se séparer selon une direction prédéterminée, et, plus particulièrement, à un tel séparateur comprenant des premier et deuxième flancs d'assemblage desdites pièces, enserrant entre eux un cordon pyrotechnique écrasé courant au long de ladite ligne de jonction, des première et deuxième zones d'affaiblissement courant sur lesdits premier et deuxième flancs respectivement, parallèlement et au voisinage dudit cordon, et des moyens pour activer sélectivement ledit cordon et provoquer ainsi la rupture desdits flancs au long desdites zones d'affaiblissement.

[0002] Un tel séparateur est bien connu, voir par exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 698 281 au nom de Brandt, et il trouve notamment application dans l'industrie aérospatiale, où on l'utilise en particulier pour assurer la séparation d'éléments de lanceurs spatiaux.

[0003] A titre d'exemple illustratif et non limitatif, on a représenté à la figure 1 du dessin annexé une première pièce mécanique 1,en forme de virole, cylindrique de révolution, constituant la partie supérieure de l'enveloppe d'un tel lanceur, cette première pièce étant surmontée d'une coiffe ovoïde constituée de deuxième et troisième pièces 2a, 2b en forme de demi-coiffes, cette coiffe ayant pour fonction de protéger une charge utile (non représentée) telle qu'un satellite artificiel par exemple, pendant la traversée des couches denses de l'atmosphère.

[0004] A l'approche de l'orbite nominale sur laquelle le satellite doit être installé, il convient naturellement d'éjecter latéralement les deux demi-coiffes 2a, 2b dans le sens des flèches f₁ et f₂ de sens opposés, définissant ensemble une direction D.

[0005] Pour permettre cette éjection, les demi-coiffes 2a, 2b et la virole 1 sont assemblées classiquement, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 453 960 au nom de Qualls, suivant des première et deuxième lignes de jonction respectivement, équipées de premier et deuxième séparateurs 3 et 4 respectivement.

[0006] Le premier séparateur, pyrotechnique, court au long d'une ligne de jonction circulaire sur laquelle s'appuie les deux demi-bases semi-circulaires des demi-coiffes 2a et 2b. C'est pourquoi ce premier séparateur peut aussi être constitué, comme représenté, de deux demi-séparateurs semi-circulaires.

[0007] Le deuxième séparateur 4 court au long d'une section de la coiffe par un plan passant par l'axe X du lanceur.

[0008] Ainsi les premier et deuxième séparateurs 3 et 4 sont-ils installés dans des plans P₁ et P₂ respectivement, le plan P₁ étant perpendiculaire à l'axe X du lanceur alors que le plan P₂ passe par cet axe, entre les deux demi-coiffes 2a et 2b symétriques par rapport à ce plan, lui-même perpendiculaire à la direction D suivant laquelle les demi-coiffes s'écartent l'une de l'autre pour dégager la charge utile portée par le lanceur.

[0009] Le séparateur 4 est d'un type connu, assurant le déboîtement latéral des deux demi-coiffes 2a, 2b suivant les flèches f₁, f₂ respectivement. Il peut être pyrotechnique, comme le premier ou, en variante, à ressort.

[0010] Le séparateur 3 est couramment de l'un ou de l'autre de deux types connus, dits "symétriques" et "asymétriques" respectivement. Un exemple de séparateur "symétrique" est décrit au brevet Brandt précité alors qu'un exemple de séparateur "dissymétrique" est représenté aux figures 3 et 4 du brevet Qualls également précité. Qu'il soit du type "symétrique" ou du type "dissymétrique", un séparateur pyrotechnique comprend classiquement un cordon pyrotechnique comprenant un tube expansible constitué d'une enveloppe métallique de section droite oblongue ou "écrasée", le tube étant rempli avec une charge explosive. Le tube est placé entre deux flancs, plaques, flasques ou épaulements, solidaires des deux pièces assemblées par le séparateur.

[0011] Quand le séparateur est asymétrique, l'un de ces flancs, plaques, flasques, etc est creusé d'une ligne d'affaiblissement, une rainure par exemple, au niveau du tube expansible. Quand le séparateur est symétrique, les deux flancs sont creusés d'une telle ligne d'affaiblissement, qui sont alors disposés symétriquement par rapport à un plan médian du séparateur.

[0012] A l'allumage de la charge explosive contenue dans le tube, celui-ci tend à prendre une forme circulaire et repousse alors les parois des flancs entre lesquelles il est pincé, ce qui provoque la rupture de la, ou des lignes d'affaiblissement, et donc la séparation physique des pièces auparavant assemblées.

[0013] Un séparateur asymétrique offre l'avantage, quand on l'utilise pour constituer le séparateur 3, de contribuer au déboîtement latéral des deux demi-coiffes, du fait même de son asymétrie. Par contre l'explosion de la charge contenue dans le cordon pyrotechnique applique aux structures assemblées des chocs de niveau élevé, qui se propagent dans ces structures et peuvent alors endommager les équipements montés sur celles-ci (notamment la charge utile du lanceur).

[0014] Un séparateur symétrique offre, sur un séparateur asymétrique, l'avantage d'appliquer aux structures des chocs de plus bas niveaux. Par contre, du fait de sa géométrie symétrique, il ne contribue pas au déboîtement latéral des deux demi-coiffes, qu'il peut même gêner.

[0015] La présente invention a donc pour but de réaliser un séparateur pyrotechnique propre à constituer, notamment, le séparateur 3 de la coiffe représentée à la figure 1, ce séparateur combinant les avantages des séparateurs des deux types examinés ci-dessus, sans en présenter les inconvénients.

[0016] La présente invention a aussi pour but de réaliser un dispositif de séparation pyrotechnique d'au moins des première, deuxième et troisième pièces mécaniques temporairement assemblées, comportant le séparateur suivant l'invention.

[0017] On atteint ces buts de l'invention ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un séparateur pyrotechnique conçu pour être installé au long d'une ligne de jonction de deux pièces mécaniques temporairement assemblées et conçues pour se séparer selon une direction prédéterminée, ce séparateur comprenant des premier et deuxième flancs d'assemblage desdites pièces enserrant entre eux un cordon pyrotechnique écrasé courant au long de ladite ligne de jonction, des première et deuxième zones d'affaiblissement courant sur lesdits premier et deuxième flancs respectivement, parallèlement et au voisinage dudit cordon, et des moyens pour activer sélectivement ledit cordon et provoquer ainsi la rupture desdits flancs au long desdites zones d'affaiblissement, ce séparateur étant remarquable en ce que lesdites zones définissent ensemble une surface enveloppe de cassure tangente audit cordon pyrotechnique et inclinée en tout point sur ladite direction prédéterminée, ladite inclinaison étant orientée de manière à autoriser un dégagement mutuel des deux pièces selon ladite direction prédéterminée, sans interférence mécanique, à l'activation dudit cordon.

[0018] Le séparateur suivant l'invention permet de constituer un dispositif de séparation pyrotechnique d'au moins des première, deuxième et troisième pièces mécaniques temporairement assemblées suivant des première et deuxième lignes de jonction équipées de premier et deuxième séparateurs pyrotechniques courant entre la première pièce et lesdites deuxième et troisième pièces, et entre lesdites deuxième et troisième pièces, respectivement, lesdites première et deuxième lignes de jonction se développant dans des premier et deuxième plans perpendiculaires entre eux et lesdites deuxième et troisième pièces étant symétriques par rapport au deuxième plan, ce dispositif étant remarquable en ce que ledit premier séparateur pyrotechnique est tel qu'énoncé ci-dessus et en ce que ledit deuxième séparateur pyrotechnique est équipé de moyens d'activation déclenchés en synchronisme avec ceux du premier séparateur pyrotechnique, pour coopérer à l'écartement desdites deuxième et troisième pièces selon ladite direction prédéterminée, perpendiculaire audit deuxième plan.

[0019] D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel :

• la figure 1 est une vue perspective schématique du dispositif de séparation suivant l'invention, appliqué à des pièces constituant la coiffe d'un lanceur spatial, ce dispositif étant partiellement décrit en préambule de la présente description,
• les figures 2 et 3 représentent des vues en coupe transversale du séparateur suivant l'invention, respectivement avant et après activation de la charge explosive contenue dans le cordon pyrotechnique de ce séparateur, et,
• la figure 4 est une vue, avec coupe partielle, de moyens d'activation de ladite charge.

[0020] On se réfère aux figures 2 et 3 du dessin annexé qui représentent un séparateur pyrotechnique conçu, notamment, pour constituer le séparateur 3 de la figure 1, cette application étant donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement.

[0021] Dans cet exemple, le séparateur 3 comprend deux moitiés semi-circulaires mises bout à bout. Les vues en coupe de ce séparateur représenté aux figures 2 et 3 sont prises dans le plan de coupe P₃ de la figure 1, où le séparateur établit une liaison frangible entre la pièce 1 en forme de virole et la pièce 2b en forme de demi-coiffe. On ne décrira dans la suite que la partie du séparateur 3 placée entre la virole 1 et la demi-coiffe 2b, l'autre partie de ce séparateur étant identique.

[0022] Comme représenté aux figures 2 et 3, le séparateur 3 comprend des premier et deuxième flancs 5₁, 5₂ débordant de la pièce 1 selon une section droite en forme de chape, une partie de bord de la coiffe 2b s'insérant entre ces deux flancs pour délimiter une chambre annulaire dans laquelle est logé un cordon pyrotechnique à section droite oblongue, ou "écrasée", serré entre les flancs 5₁, 5₂. La virole 1 et la demi-coiffe 2b sont assemblées par une série de boulons tels que celui référencé 6 qui traverse la virole 1 et les flancs 5₁, 5₂.

[0023] Le cordon pyrotechnique comprend, classiquement, un tube métallique expansible 7 garni intérieurement d'un cordon de matière pyrotechnique 8 centré dans le tube par un produit de calage 9, par exemple.

[0024] Chacun des deux cordons (7, 8, 9) formant partie du séparateur 3 est équipé, à chacune de ses deux extrémités sortant de la coiffe 2a, 2b par des fenêtres 10a, 10b visibles sur la figure 1, de moyens d'activation 11 classiques représentés en plus de détail à la figure 4.

[0025] Sur cette figure il apparaît que le tube 7 du cordon est maintenu, à sa sortie de la coiffe, par une bague 12 traversée par le tube 7 et fixée sur la virole 1 grâce à une vis 13.

[0026] Sur la figure 2 il apparaît que le séparateur suivant l'invention comprend deux zones d'affaiblissement 14₁, 14₂, définies par des entailles ou rainures (15a, 15b) et (16a, 16b) respectivement, creusées dans les deux faces en regard des flancs 5₁, 5₂ respectivement, à la base de ces flancs.

[0027] L'épaisseur des zones d'affaiblissement et la géométrie du séparateur au voisinage du tube expansible 7 sont définies de manière à minimiser le choc pyrotechnique lors de la mise à feu du cordon pyrotechnique(7, 8, 9) ainsi que le choc dû à la relaxation des pièces séparées.

[0028] L'optimisation réalisée porte sur la raideur et l'inertie de chacun des flancs 5₁, 5₂ ainsi que sur la disposition et l'épaisseur des zones d'affaiblissement.

[0029] L'épaisseur des flancs est optimisée de façon à faire travailler les zones d'affaiblissement le plus possible en cisaillement. Pour cela, l'épaisseur des flancs doit être au moins égale à celle du cordon pyrotechnique, comme représenté à la figure 2. On limite ainsi la déformation des flancs pendant et après fonctionnement. La cassure des zones d'affaiblissement s'obtient ainsi pour une faible déformation du cordon, et donc aussi des flancs qui s'appuient sur ce cordon.

[0030] Suivant la présente invention, ces deux zones d'affaiblissement sont disposées dissymétriquement par rapport au plan médian P₄ du séparateur (voir figure 2) de manière à définir, après leur rupture, une surface "enveloppe" de cassure S dont la trace, dans le plan de la figure 3, est inclinée sur la direction D suivant laquelle les deux demi-coiffes 2a, 2b doivent s'écarter l'une de l'autre (voir figure 1).

[0031] Cette trace est définie par une droite passant sensiblement par les milieux des zones d'affaiblissement. Comme cela est représenté dans la zone 14₁, la cassure dans ces zones n'est pas forcément parallèle à la trace de la surface S.

[0032] Sur la figure 3, qui représente le séparateur après la mise à feu du cordon pyrotechnique (7, 8, 9), il apparaît que la trace de la surface S dans le plan de la figure est inclinée de manière à permettre le glissement latéral de la demi-coiffe 2b, par exemple, dans le sens de la flèche f₂, sans risque d'accrochage ou d'autre interférence mécanique avec la virole 1. Il en est de même de l'autre demi-coiffe 2a.

[0033] Pour ce faire, la surface S prend une forme tronconique (quand la virole 1 est cylindrique de révolution), le sommet du cône tangent à cette forme se trouvant sur l'axe X, du côté de la coiffe (2a, 2b), par rapport au plan P₁. La zone d'affaiblissement 14₁ dont le rayon est plus petit que celui de la zone 14₂, se trouve alors au-dessus de la zone 14₂ quand on la repère par rapport à l'axe X, tel qu'il est orienté sur la figure 1.

[0034] Il apparaît aussi sur les figures 2 et 3 que la surface S tangente le cordon pyrotechnique (7, 8, 9) aussi bien avant la mise à feu de ce cordon, qu'après cette mise à feu (voir figure 3). On expliquera l'intérêt de cette disposition dans la suite de la présente description, consacrée au fonctionnement du séparateur et du dispositif de séparation suivant l'invention.

[0035] L'activation du séparateur pyrotechnique suivant l'invention s'opère comme on l'a vu plus haut, à l'aide de moyens 11 montés aux extrémités du cordon (7, 8, 9), moyens couramment appelés "détonateurs" ou "lignes de transmission pyrotechnique". Une centrale d'initiation (non représentée) coordonne et synchronise les activations des détonateurs ou des lignes de transmission associés aux divers cordons formant partie des séparateurs 3 et 4 du dispositif représenté à la figure 1, de manière à assurer la séparation et l'éjection des demi-coiffes 2a, 2b selon les flèches f₁ et f₂ respectivement.

[0036] L'impulsion nécessaire à cette éjection est obtenue par la mise à feu du séparateur 4. En effet la mise à feu du séparateur 3 ne développe pas un effort radial suffisant pour assurer cette éjection.

[0037] A la mise à feu du, ou des, cordons (7, 8, 9) du séparateur 3, la détonation de la charge pyrotechnique fait gonfler le tube expansible 7 qui transmet alors l'onde de choc produite par la détonation aux flancs 5₁, 5₂ sur lesquels il s'appuie. Cette onde de choc fait apparaître dans les zones d'affaiblissement 14₁, 14₂ des contraintes de cisaillement telles que ces zones se cassent en faisant apparaître la surface de cassure S.

[0038] Le gonflement du tube 7 lui fait perdre sa forme oblongue et lui donne une forme sensiblement elliptique (comme représenté à la figure 3) qui provoque le blocage du tube contre les faces en regard des flancs 5₁, 5₂. Cela est rendu possible par l'épaisseur des flancs 5₁, 5₂, qui limite leurs déformations permanentes, après activation du séparateur. Le tube 7 reste alors solidaire de la demi-coiffe 2a ou 2b éjectée, ce qui évite toute dispersion dangereuse de ses composants dans l'environnement du lanceur.

[0039] Après gonflement, le tube 7 reste aussi tangent à la surface de cassure S (voir figure 3), ce qui permet à la demi-coiffe dont il est solidaire de s'écarter librement du lanceur, grâce à l'impulsion fournie par le séparateur 4, et ceci sans aucun risque d'accrochage mécanique sur la surface en regard de la virole 1, conformément à un des buts de la présente invention.

[0040] Un choix approprié du demi-angle au sommet de la surface de cassure S, tronconique, par exemple entre 10° et 20° permet d'éliminer complètement ce risque d'accrochage. La géométrie d'ensemble du séparateur suivant l'invention restant proche de celle d'un séparateur dit "symétrique", on conserve en outre l'avantage de ce dernier, à savoir le faible niveau du choc appliqué à la structure attenante lors de la mise à feu du séparateur, notamment dans la bande de fréquence allant de 500 Hz à 10 000 Hz environ.

[0041] Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que le séparateur suivant l'invention n'est pas limité à son utilisation dans un dispositif du type de celui représenté à la figure 1 du dessin annexé.

[0042] Il peut trouver application, au contraire, à chaque fois qu'il faut, lors de la séparation pyrotechnique de deux pièces, supprimer tout risque d'interférence mécanique entre ces deux pièces tout en minimisant le niveau du choc pyrotechnique transmis aux pièces assemblées.

Revendications

1. Séparateur pyrotechnique conçu pour être installé au long d'une ligne de jonction de deux pièces mécaniques (1; 2a, 2b) temporairement assemblées et conçues pour se séparer selon une direction (D) prédéterminée, comprenant des premier (5₁) et deuxième (5₂) flancs d'assemblage desdites pièces (1; 2a, 2b) enserrant entre eux un cordon pyrotechnique (7, 8, 9) écrasé courant au long de ladite ligne de jonction, des première (14₁) et deuxième (14₂) zones d'affaiblissement courant sur lesdits premier (5₁) et deuxième (5₂) flancs respectivement, parallèlement et au voisinage dudit cordon (7, 8, 9), et des moyens (11) pour activer sélectivement ledit cordon (7, 8, 9) et provoquer ainsi la rupture desdits flancs (5₁, 5₂) au long desdites zones d'affaiblissement (14₁, 14₂), caractérisé en ce que lesdites zones (14₁, 14₂) définissent ensemble une surface enveloppe de cassure (S) tangente audit cordon pyrotechnique (7, 8, 9) et inclinée en tout point sur ladite direction (D) prédéterminée, ladite inclinaison étant orientée de manière à autoriser un dégagement mutuel des deux pièces (1; 2a, 2b) selon ladite direction (D) sans interférence mécanique, à l'activation dudit cordon.

2. Séparateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit cordon pyrotechnique (7, 8, 9) est, après activation, retenu entre lesdits flancs (5₁, 5₂), entièrement d'un même côté de ladite surface de cassure (S).

3. Séparateur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits flancs (5₁, 5₂) sont d'épaisseur au moins égale à celle dudit cordon pyrotechnique (7, 8, 9).

4. Séparateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la rupture des zones d'affaiblissement résulte essentiellement de l'application d'efforts de cisaillement.

5. Dispositif de séparation pyrotechnique d'au moins des première (1), deuxième (2a) et troisième (2b) pièces mécaniques temporairement assemblées suivant des première et deuxième lignes de jonction équipées de premier (3) et deuxième (4) séparateurs courant entre la première pièce (1) et lesdites deuxième (2a) et troisième (2b) pièces, et entre lesdites deuxième (2a) et troisième (2b) pièces, respectivement, lesdites première et deuxième lignes de jonction se développant dans des premier (P₁) et deuxième (P₂) plans perpendiculaires entre eux et lesdites deuxième (2_a) et troisième (2_b) pièces étant symétriques par rapport au deuxième plan (P₂), caractérisé en ce que ledit premier séparateur (3) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4 et en ce que ledit deuxième séparateur (4) coopère avec le premier séparateur (3), à l'écartement desdites deuxième (2a) et troisième (2b) pièces selon ladite direction (D) prédéterminée, perpendiculaire audit deuxième plan (P₂).

6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que ladite première pièce (1) forme partie de l'enveloppe d'un lanceur spatial, et en ce que lesdits deuxième (2a) et troisième (2b) pièces sont des demi-coiffes d'un tel lanceur.

7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une extrémité dudit cordon (7, 8, 9) est équipée desdits moyens d'activation (11) et en ce que ladite extrémité traverse ladite enveloppe dudit lanceur, et une bague (12) fixée sur cette enveloppe pour retenir ladite extrémité.

Dessins