Le domaine technique de l'invention est celui des dispositifs de sécurité et d'armement pour une chaîne pyrotechnique d'un projectile et notamment des dispositifs de sécurité et d'armement micro-usinés.
Les dispositifs de sécurité et d'armement (ou DSA) sont bien connus. Ils comportent généralement un écran obturant un canal de transmission qui relie un détonateur et une charge pyrotechnique.
L'écran s'interpose ainsi sur la transmission de l'onde détonique entre le détonateur et la charge et il empêche le fonctionnement de cette dernière.
Un des problèmes rencontrés avec les dispositifs classiques est leur encombrement. Les pièces sont relativement massives pour pouvoir assurer l'interruption de la chaîne pyrotechnique. Les moyens moteurs permettant de déplacer l'écran doivent donc être puissants. On utilise le plus souvent des ressorts qui restent bandés au cours des phases de stockage, ce qui peut conduire à une dégradation de leurs caractéristiques mécaniques et à une perte de la fiabilité de l'armement.
Depuis quelques années il a été proposé de réaliser tout ou partie des dispositifs de sécurité et d'armement à l'aide de puces incorporant des éléments électro mécaniques micro usinés ou micro gravés, soit dans un élément déposé sur un substrat, soit directement sur le substrat lui-même. Cette technologie connue sous le nom de MEMS (Micro Electro Mechanical System) permet en effet aujourd'hui de réaliser des micro mécanismes en mettant en oeuvre une technique proche de celle permettant de réaliser les circuits intégrés électroniques.
Le brevet EP2077431 décrit ainsi un dispositif de sécurité et d'armement micro usiné dans lequel l'armement est totalement mécanique tout en satisfaisant aux conditions de sécurité les plus exigeantes.
Ainsi un premier verrou ou verrou d'accélération est libéré lors du tir. Ce verrou recule contre l'action d'un ressort de rappel et il se dégage d'une tige solidaire du volet. Une fois dégagé du volet, le premier verrou s'immobilise par rapport au substrat grâce à des indentations appropriées.
Un deuxième verrou ou verrou centrifuge est libéré par le déplacement (sous l'effet de la rotation du projectile) d'une masselotte logée dans le volet.
Un tel dispositif de sécurité et d'armement permet donc d'utiliser pour assurer l'armement deux conditions d'environnement indépendantes : l'accélération longitudinale de tir et l'accélération centrifuge. Cette double sécurité permet à ce dispositif d'être conforme aux normes les plus exigeantes en matière de sécurité d'armement des projectiles (STANAG 4187).
Ce dispositif de sécurité et d'armement présente cependant des inconvénients.
Le premier verrou en particulier (verrou d'accélération) occupe une place non négligeable dans le dispositif. Il impose une augmentation des dimensions du substrat du composant et oblige par ailleurs à prévoir sur le volet mobile une tige coopérant avec ce premier verrou. Pour que cette tige ne reste pas saillante en position armée dans le canal de transmission pyrotechnique, il est nécessaire d'accroître la course du volet, ce qui pénalise encore les dimensions du dispositif.
L'invention a pour but de proposer un dispositif de sécurité et d'armement micro usiné, ne présentant pas un tel inconvénient.
Le dispositif proposé par l'invention incorpore un verrou d'accélération de structure simplifiée qui permet d'assurer à la fois compacité et fiabilité pour le dispositif.
Ainsi l'invention a pour objet un dispositif de sécurité et d'armement micro-usiné ou micro-gravé pour une chaîne pyrotechnique d'un projectile, dispositif comprenant un substrat sur lequel est disposé un volet assurant l'obturation d'un canal, volet qui est mobile en translation sur le substrat, dispositif dans lequel le volet est maintenu immobilisé en position de sécurité par au moins un verrou d'accélération qui est libéré comme suite à l'application de l'accélération axiale communiquée au projectile lors du tir, dispositif caractérisé en ce que le verrou d'accélération est constitué par au moins une languette cassable reliant le volet au substrat, languette orientée et dimensionnée de telle sorte que les efforts d'inertie axiaux développés lors du tir et s'exerçant sur le volet provoquent la rupture de ladite languette.
Au moins une languette pourra être orientée suivant l'axe du projectile de façon à être sollicitée en traction ou en compression.
Au moins une languette pourra être orientée perpendiculairement à l'axe du projectile de façon à être sollicitée en cisaillement.
Au moins une languette pourra être reliée au volet et/ou au substrat par un support de largeur croissante entre la languette et le volet et/ou le substrat.
D'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un projectile de moyen calibre équipé d'une fusée incorporant un dispositif de sécurité et d'armement selon l'invention,
- la figure 2 est une vue simplifiée d'un mode de réalisation du dispositif de sécurité et d'armement selon l'invention dans sa position de sécurité,
- les figures 3a et 3b sont des vues agrandies de deux exemples de réalisation d'une languette d'un verrou d'accélération,
- les figures 4a et 4b sont des vues agrandies de deux autres exemples de réalisation d'une languette d'un verrou d'accélération,
- les figures 5a et 5b sont des vues agrandies de deux autres exemples de réalisation d'une languette d'un verrou d'accélération.
La figure 1 montre un projectile 1 de moyen calibre (calibre inférieur à 50 mm), qui comprend un corps 2 d'axe 2a renfermant un chargement explosif 3. Le corps 2 reçoit à sa partie avant une fusée 4 qui est vissée dans un taraudage du corps 2. La fusée 4 comprend un boîtier 8 qui renferme une charge d'amorçage 5. La charge d'amorçage 5 est destinée à être initiée par une chaîne pyrotechnique comprenant un détonateur 6 et un relais 7 (alternativement ce relais 7 pourrait être omis et le détonateur 6 initierait alors directement la charge d'amorçage 5). Le détonateur 6 est ici un détonateur à percussion qui est initié par un percuteur 9 monté coulissant dans un nez 10 solidaire du boîtier 8 de la fusée 4. Lors de l'impact du projectile 1 sur une cible, le percuteur 9 est projeté sur le détonateur 6. Le percuteur est maintenu en place lors des phases de stockage et de tir par une rondelle cisaillable 11.
Il est bien entendu possible de mettre en oeuvre le dispositif selon l'invention avec un détonateur 6 électrique commandé par exemple par un moyen électronique de chronométrie ou un détecteur de proximité.
La fusée 4 renferme également un dispositif de sécurité et d'armement 12 qui permet d'interrompre la chaîne pyrotechnique au cours des phases de stockage et de début de tir du projectile 1.
Conformément à l'invention, ce dispositif de sécurité et d'armement est réalisé sous la forme d'un dispositif micro-usiné ou micro-gravé (MEMS). Il comprend ainsi un substrat 13 sur lequel est monté un volet coulissant 14 qui assure l'interruption de la chaîne pyrotechnique.
Le substrat 13 comporte deux orifices 15a et 15b disposés de part et d'autre du volet 14. L'axe de ces orifices 15a, 15b, donc la direction d'action de la chaîne pyrotechnique (6-7), est ainsi sensiblement parallèle au plan du volet 14. Cet axe est aussi confondu avec l'axe 2a du projectile.
Une telle disposition d'un volet d'interruption de chaîne pyrotechnique de telle sorte que la direction de la chaîne pyrotechnique se trouve en regard de l'épaisseur du volet 14 et non perpendiculaire au plan du volet (comme dans les dispositifs MEMS habituels) est connue notamment du brevet EP1780496.
L'Homme du Métier se reportera à ce brevet qui décrit les caractéristiques générales d'un tel type de chaîne d'amorçage et du volet qui lui est associé.
On note ainsi que le détonateur 6 devra avoir la taille minimale permettant d'assurer le fonctionnement et il sera couplé à un relais pyrotechnique 7 (ou 5) approprié. On a pu vérifier qu'en mettant en oeuvre un détonateur comportant un étage de sortie de 10 milligrammes d'Hexogène couplé à un relais très peu sensible, par exemple en HNS (hexanitrostilbène), il était possible de réaliser des orifices 15a, 15b (ou canaux de transmission) de moins de 1 mm2 de section (diamètre de canal de l'ordre du mm) tout en garantissant la transmission d'initiation souhaitée.
Il est ainsi possible d'assurer une interruption de l'effet pyrotechnique avec un volet de silicium ayant une longueur L de l'ordre de 3 mm ce qui est tout à fait réalisable avec les technologie MEMS. Cette longueur de silicium de l'ordre de 3mm correspond donc ici à la dimension L du volet 14 repérée sur les figures 1 et 2.
Le projectile 1 est par ailleurs doté d'une ceinture 2b qui prend les rayures du tube de l'arme (non représenté) et qui communique au projectile 1 un mouvement de rotation autour de son axe 2a lors du tir.
La figure 2 montre de façon simplifiée la structure interne d'un premier mode de réalisation du dispositif de sécurité et d'armement 12 selon l'invention.
Le dispositif comprend un substrat 13 sur lequel est disposé un volet 14 d'interruption de chaîne pyrotechnique qui est mobile en translation sur le substrat dans une cavité 31. On a représenté sur la figure 2 une flèche A qui indique la direction de déplacement du volet 14 lors de l'armement. Cette direction est perpendiculaire à l'axe 2a du projectile (qui est confondu avec l'axe 16 des orifices 15a et 15b).
Le volet 14 est réalisé par micro-usinage ou micro-gravure suivant les techniques de réalisation des MEMS qui sont bien connues de l'Homme du Métier.
On a représenté sur la figure 2 les orifices 15a et 15b qui sont disposés de part et d'autre du volet 14 ainsi que l'axe 16 de ces orifices (donc la direction d'action de la chaîne pyrotechnique). La dimension L du volet 14 assure l'interruption de la chaîne pyrotechnique dans la position de sécurité du dispositif 12.
Le volet 14 d'interruption de chaîne est maintenu immobilisé par au moins un verrou d'accélération 17.
Le dispositif comportera également de préférence un autre verrou du volet qui sera libéré grâce à la force centrifuge. Ce type de verrou ne fait pas l'objet de la présente invention. Il n'a donc pas été représenté pour simplifier la description. On pourra considérer par exemple la solution décrite par le brevet EP2077431 cité dans le préambule de la présente demande.
On notera également que des languettes 29 solidaires du substrat 13 viennent s'engager dans des encoches 30 aménagées sur une surface latérale du volet 14. Ces languettes n'interdisent pas le déplacement du volet suivant la direction d'armement A. Languettes et encoches constituent un moyen permettant d'interdire le retour du volet en position de sécurité à l'issue de son mouvement d'armement.
Le dispositif comprend ici un verrou d'accélération axiale 17 constitué par deux languettes cassables 18 qui relient le volet 14 au substrat 13. Chaque languette est solidaire d'un bord latéral 14a ou 14b du volet 14. La figure 3a montre de façon agrandie un exemple de réalisation d'une telle languette 18.
Les languettes 18 assurant la suspension du volet sont orientées parallèlement à l'axe du projectile, donc de telle sorte que les efforts d'inertie axiaux Fγ, qui sont parallèles à l'axe 2a du projectile, et qui s'exerceront sur le volet 14 lors du tir provoqueront leur rupture. On a représenté sur la figure 3a une flèche Fγ pour montrer l'orientation de ces efforts d'inertie.
Par ailleurs les languettes 18 seront dimensionnées de telle sorte que cette rupture n'intervienne que pour les efforts d'inertie liés au tir et non lors des chocs reçus par le dispositif lors des phases de manipulation ou bien au cours des opérations logistiques.
La largeur e de la languette 18 sera ainsi calibrée pour se rompre lors d'une accélération de l'ordre de 50000 m/s2, ce qui est l'ordre de grandeur des accélérations subies par les projectiles de moyen calibre (calibre inférieur ou égal à 40mm).
On remarque sur la figure 3a que la languette 18 est reliée au volet 14 d'une part et au substrat 13 d'autre part par des supports 20a et 20b dont la largeur est croissante entre la languette 18 et le volet 14 d'une part et le substrat 13 d'autre part. Ces supports 20a, 20b sont ici triangulaires. Une telle disposition permet de mieux maîtriser la localisation de la rupture sur la languette 18. En donnant des dimensions différentes aux supports élargis 20a, 20b on pourra en particulier rapprocher du volet ou du substrat la zone de rupture constituée par la languette 18.
Suivant l'architecture du dispositif 12 on pourra réaliser le verrou d'accélération axiale 17 sous la forme de languettes sollicitées en traction, en compression ou bien de languettes sollicitées en cisaillement ou bien d'une combinaison de plusieurs types de languettes.
On a représenté à titre d'exemple à la figure 3b un exemple de dispositif dans lequel la languette 18 est orientée perpendiculairement à l'axe du projectile (donc perpendiculairement à la direction de Fγ) de façon à être sollicitée en cisaillement.
Le fait de réaliser le premier verrou sous la forme de languettes cassables permet de rendre le dispositif plus compact. On n'est plus en effet obligé de définir un mécanisme de verrouillage spécifique associant verrous et ressorts de rappel. La simplification du mécanisme rend également le dispositif plus fiable.
Cette solution est particulièrement bien adaptée au domaine des projectiles de moyen calibre pour lequel la réversibilité du fonctionnement du dispositif (retour en position de sécurité) ne se pose pas.
La figure 2 montre des languettes du verrou d'accélération disposées entre volet 14 et substrat 13 au niveau des bords longitudinaux 14a et 14b qui sont parallèles à la direction d'armement A du volet 14. Sur cette figure 2, une des languettes (la languette du bord supérieur 14a) est donc sollicitée en traction et l'autre languette (celle du bord inférieur 14b) est sollicitée en compression.
A titre de variante il est possible de disposer une languette d'un verrou 17 selon l'invention au niveau du bord latéral 14c. Ce verrou pourra comprendre une languette 18 travaillant en cisaillement comme représentée à la figure 4a ou bien une languette travaillant en traction comme représentée à la figure 4b.
On pourrait aussi dans certains cas, et en fonction des contraintes d'intégration, réaliser des languettes simples sous la forme de barrettes rectangulaires.
Les figures 5a et 5b montrent de tels modes de réalisation de languettes 18 en forme de barrettes. La figure 5a montre une barrette 18 orientée relativement aux efforts d'inertie Fγ de façon à être cassée par traction. La figure 5b montre une barrette 18 orientée relativement aux efforts d'inertie Fγ de façon à être cassée par cisaillement.
On a décrit ici à titre d'exemple non limitatif le verrou d'accélération selon l'invention dans son application à un dispositif de sécurité et d'armement dans lequel la direction d'action de la chaîne pyrotechnique est sensiblement parallèle au plan du volet.
Il est clair pour l'Homme du Métier qu'il est possible de mettre en oeuvre l'invention pour tout autre type de dispositif de sécurité et d'armement à volet mobile.
On pourrait par exemple envisager un tel verrou d'accélération pour des dispositifs de sécurité et d'armement dans lesquels la direction d'action de la chaîne pyrotechnique est perpendiculaire au volet. De tels dispositifs sont décrits par exemple par EP1601926.
On pourrait aussi envisager ce verrou pour les dispositifs dans lesquels le volet n'assure pas l'interruption d'une chaîne pyrotechnique mais l'interruption d'un signal de commande optique (par exemple pour une initiation d'un explosif par un rayon laser). De tels dispositifs sont connus en particulier de EP1559986, EP1559987.
On pourrait aussi utiliser un verrou selon l'invention pour les dispositifs de sécurité et d'armement dans lesquels le volet interrompt un canal de passage d'une plaquette projetée par un détonateur (de type "slapper"), ce dispositif est décrit par exemple par US6173650.
On pourra enfin mettre en oeuvre l'invention dans les dispositifs de sécurité et d'armement pour lesquels le volet porte lui-même une composition pyrotechnique pour l'introduire dans une chaîne d'initiation, dispositifs tels que décrits par exemple par les brevets US6622629, US7552681 et US7490552.