Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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DETON~TEUR PYROTECHNIQUE A
CONNEXIONS COAXIALE S
La présente Invention se rapporte à un détonateur
pyrotechnique à corlnexlons coaxiales, du type à couche proJetée.
De tels détonateurs (encore connus sous le nom de
"slapper-détonator" ou "Exploldtng Eoll Initlator" dans la
littérature anglo-saxone), peuvent etre utllisés notamment pour
déclencher le fonctlonnement de charges militalres ou de
propulseurs de roquettes, de mlssiles et de tout autre
proJectile guldé ou des générateurs de gaz (dans ce cas, les
détonateurs sont dénommés inflanunateurs ~ cause de leur
emploi) .
Dans le domaine de la détonique c'est-à-dire le
domaine des explosifs, les charges militaires solides peuvent
être lnitiés, par exemple, par une proJectlon violente d'un
matériau sur une charge intermédlaire pour que l'impact du
matériau sur la charge intermédiaire provoque l'inltiatlon de
cel1e-ci. La proJection du matériau est provoquée par
I'explosion d'une peUicule métallique vaporisable, obtenue
généralement par deux procédés dif~érents:
- soit la circulatlon d'une impulsion de courant electrique;
- soit l'absorption d'une impulsion d'énergie lumlneuse générée
par un laser.
L'invention se rapporte plus particulièrement au
premier type de procédé dans lequel on utilise un élément
conducteur sur lequel on a placé le maté~iau devant être
pro~eté. Pour déclencher le fonctionnement, on envoie une
déchargs électrique, de très courte durée mais de très forte
intensité, dans l'élément électrlque. Le matériau se trouve
alors projeté contre lu charge intermédiaire et provoque son
initiation .
Une prernière catégorie de ce type de detonateur,
décrite dans la demande de brevet français N 87 08813 déposée
le 23 Juin 1987, est équipée d'un élement électrique constitué
~, - ,, .
' ' " , ' , '
1 7 ~
de deux brlns reliés ~ le-lr extrémité et placés suffisamment
près l'un de l'autre pour constltuer un conducteur peu selflque.
Cet élément electrlque sort latéralement au moins sur une des
parois de l'artlflce pour se connecter à une alimentatlon
électrlque exterieure. Cette connexion à plnt est di~icile à
mettre en oeuvre et est très fragile. D'autre part, la
réalisation d'un tel système pose des problèmes d'intégration,
d'encombrement, d'étanchéite et d'hermétlclté.
Une autre catégorle de détonateurs, décrlte dans la
même demande de brevet, possède un élément électrlque dont
l'alimentatlon est réalisée à l'aide de deux électrodes, placées
perpendlculairement par rapport à l'élément électrique. Dans ce
système, l'encombrement, même s'il est réduit par rapport à la
réalisation du premier type de détonateur, est toujours
l 5 important . Il existe également des problèmes d'étanchéité et
d'herméticité qui ne sont pas résolus dans ce système et qui
peuvent favoriser des evénements, par exemple corrosion de
l'élément conducteur, tendant à détériorer le système.
Pour remédier à cela, il a été proposé par la
demancleresse, dans la demande de brevet francals N 89 07675
déposée le 9 ~uin 1989, un inflammateur ou détonateur
pyrotechnique à couche pro~etée présentant des connexions
cylln~rique3 coaxiales. Une telle structure présente de nombreux
avantages, notamment l'étanchéité de la partie fusible
permettant des stockages prolongés, une construction riglde,
une assaz grande simplicité d'assemblage et de mise en oeuvre et
un coût relativement faible Un tel inPlarnrnateur remédie aux
inconvénients cités plus haut.
I,a presente invention a pour obJet un détonateur
partant des mêmes principes rnais améliorant notablement le
dispositif précédent du polnt de vue notarmnerlt de la simplicité,
de la robustesse et du coût, grâce à uné structure plus légère
et plus compacte.
Selon l'invention, il est donc prévu un détonateur
pyrotechnlque à connexlons coaxiales du type comportant des
: .
2~6~7~
moyens électrique~; de commande à couche projetée, composés
d'un cnnon, d'un premier élément cylindrique formant enclume et
d'un ensemble constitué d'un pont ~usible sur lequel est
positlonnée une mince couche d'un matériau et placé entre le
5 premier élément cylindrique et le canon, des moyens
d'nlimentation électrique desdits moyens de co~unande,
comprenant au moins une surface conductrice dlsposée sur le
~ond de l'enclume et des moyens de traversée électrlque
hermétlque rellant ladlte surface conductrlce et une extrémité
10 dudit pont fusible à travers ladite enclume, et des moyens
pyrotechniques déclenchés par lesdits moyens électriques de
co~unande ~ couctle pro~etée, ledit détonateur étant caractérisé
en ce qu'il comporte en outre un second élément cylindrique non
conducteur formant doui~le dont une extrémité s'appuie sur
15 ladite enclume et dont l'autra extrémité comporte un épaulement
de guidage, une pièce de contact cylindrique souple étant
enroulée autour de ladite douille entre ledit épaulement et le
bord clrculaire de l'enclume, en ce qu'il est prévu des moyens
ri'assemblage hermétique entre ladite douille et ladite enclume
20 et en ce qu'il est prévu des moyens de fermeture hermétique
dudit détonateur fixés à l'extrémité de ladite douilie portant
ledit épaulement et main-tenant les moyens pyrotechniques à
l'intérieur de la doui~le contre ledit canon.
Selon un autre aspect de l'invention, il est également
25 prévu un procédé de montage d'un détonateur tel que prévu
ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes
consistant à:
- - assembler la doui~le et un cylindre de fsrmeture par brasure à
haute température du cylindre sur la surface interne métallisée
30 de la douille;
- assembler la douille et une bague à collerette par brasure à
basse température de la bague sur la surface latérale externe
méta11isée de la douille;
- braser ladite douille assemblée sur ladite enclume par
35 l'intermédiaire de la collerette de la bague;
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- monter ladite pièce cle contact cylindrlque souple sur ladite
surface latérale externe de la doullle;
- mettre en place, à l'1ntérleur de la doulUe, successivement
ladite couche de matér~au, le canon et lesdits moyens
5 pyrotechnlques; et
- fermer 1'ensemb1e par un couvercle avec compression desdlts
éle~ents mls en place dans la douille, en soudant au laser ledit
couvercle sur le cyllndre cie ermeture.
L'lnvention sera misux comprlse et d'autres
l o caractéristiqu~s et avantages apparaîtront à l'aide de la
description cl-après et des dessins Joints où:
- la figure 1 montre, vu en coupe, un premier mode de
réalisation d'un détonateur selon l'lnventlon;
- la figure 2 est une vue de dessus de l'enclume du détonateur
15 de la figure 1; et
- la figure 3 est une vue en coupe d'un second mode de
réallsation d'un élément du détonateur selon l'inventlon.
Le détonateur selon l'invention est un detonateur à
couclle proJetée (7'slapper detonator" ou encore EFI "Explodlng
2Q ~oil Initlator" dans la littérature anglo-saxonne). Il comporte
de manière connue, comme on l'a brièvement indiqué
précédemment, un circult électrique tel qu'une impulslon de
courant de quelques milllars d'ampères générée en quelques
dizaines de nsnosecondes provoque la volatilisation d'une partie
25 d'un conducteur métaUlque (pont fusible) et la formation d'un
plasma méta111que. L'expansion tres brutale du plasma métalllque
confiné est utilisee pour pro3ster sur la face d'un chargement
exploslP secondaire un projectile constltué d'un disque de
matérlau plastique de quelques dizaines de micromètres
30 d'épaisseur et d'un diamètre de l'ordr0 du mi11imètre. La mise
en régime de détonatlon du chargement explosif secondaire du
détonateur est provoquée par le choc du proJectile sur
l'explosif avec une très grande vitesse d'impact.
La figure 1 représente en coupe un mode de réalisation
35 d'un détonateur selon l'invention basé sur ces principes de
:
. , : . . :
: '
:, -
2~170
fonctionnement. Ce détonateur comprend essentiellement une
~nclume métaUlsée 1 cylindriqua portant un pont fusible 112,
une doulLle 2 de révolutlon en matérlau diélectrique, des moyens
électriques de commande ~ couche proJetée comprenant le pont
5 fusible, une couche de matériau 13 et un confinement mécanique
obtenu à i'nicle d'un canon 3 comportant un trou 30, des moyens
pyrotechnlques ~1, 5, 6 et un couvercle B fermant l'ensemble.
L'ensemble douUIe-enclurne est assemblé à l'alde d'une plèce 12
en forme de ~ague cyllndrlque à collerette.
l O L'enclume 1 est par exemple une pièce cyllndrlque en
alumine qul comporte sur son fond une surface conductrice 10 en
forme par exemple de disque, servant de zons de contact
électrique. Sur la face opposee de l'enclume 1 est formé, comme
représenté sur la figure 2, le pont fusible 112 dont une
l 5 extrémité 111 est reliée à une surface conductrice circulaire
périphérique 110 et dont l'autre extrémité est reliée à la
surface conductrice 10 de contact par au moins une traversée
électrique hermétique 14, constituée par exemple par un trou
métallisé rempli ou obturé par un élément conducteur. L'ensemble
20 11 de la surface conductrice 110 et du pont fusible 111, 112 est
obtenu par exemple par métallisation.
La douille 2 (figure 1) est une pièce de révolution,
en alumine par exemple, ayant un corps cylindrlque et un
épaulement de guidage 20. La douille 2 est reliée à l'enclume 1
25 par la bague cylindrique à collarette 12, par exemple par
brasage, la collerette etant brasee sur la surface 110 de
l'enclume 1. La face supérieure (dans la position représentée
sur la flgura 1) de l'épaulement de guidage 20 porte une surface
d'appui 21 destinee à transmettre la pression de contact
30 nécessaire à la connexion plane 10 du détonateur avec un boîtier
extérieur non représenté. Dans l'ouverture de la douille 2 du
côté de l'épaulement 20 est fixé, par exemple par brasage, un
cylindre de fermeture 7. Ce cyUndra peut être notamment en
acier inoxydable.
2~617~
~ L'interiellr de la douiUe 2, on dispose un dIsque de
materiau 13, par exemple en polylrnlde (clIsque appelé l'~lyer"
dans la llttérature anglo-saxonne). Ce dlsque est malntenu en
place contre le pont fuslble sur l'enclume 1 par le canon 3 qul
5 peut être lul-aussl en alumlne.
Les rnoyens pyrotechnlques sont constltués par un étui
cyl~ndrlque 4 par exemple en acler lnoxydable dans lequel est
contenu un chargement exploslf composé de deux exploslfs
secondairss 5 et 6.
I 0 L'ensemble formé du matériau 13, du canon 3 et des
moyens pyrotechniques 4, 5, 6 est mis en compression contre
l'enclume 1 grâce au couvercle 8 rendu solldfllre du cylindre de
fermeture 7.
Autour du corps de la douille 2 et de la bague
cylindrlque 12 est disposee une pièce de contact cylindrique
souple 9. Cette pièce 9 comprend une partie cylindrique en
contact Otl brasée a la bague 12 et des languettes souples
repllées. La pièce 9 est clonc reliée électrlquement à
l'extrémité 111 du pont fusible par l'intermédiaire de la bague
l2 et de la surface conductrlce 110 sur l'enclume 1.
(: o~rune on le voit, le détonateur assemblé peut être
lntrodult très facUement dans un boîtier cylindrlque comportant
au fond et sur sa face latérale interne deux surfaces
conductrices constituant les arrivées d'alimentatlon électriques
du système d'initiation, et qui sont en contact re=pectivement
avec la surface de contact lO et les languettes die la pièce 9 du
détonateur. On peut aussi très facilement enlever le detonateur
du boîtier, par exemple pour effectuer cles tests.
On va maintenant décrire plus: préclsément la
réalisatlon de chacun des éléments constitutifs prlncipaux du
détonateur selon l'lnvention.
- ~ L'enclume 1 est obtenue à partir d'un substrat en
alumine de grandes dimensions. L~3 substrat est psrcé de trous
qul sont bouchés avec du cuivre pour réaliser les traversées
35 étanches 14. Pour boucher ces trous, on peut solt braser una
: ' . .: ,: .
2~5617~
broche en cuivre dans chaque trou après que la surface
interieure des trous alt été métaUisée, so~t rempllr les trous
par asplration d'une pAte de sérlgraphle. Après rectiflcatlon
des deux fsces du substrat en alumlne, celles-cl sont
5 métaUisées par pulvérlsation cathoclique. On peut déposer
d'abord une couche d'accrochage de chrome de quelques dlzaines
de nanomètres puls une couche de quelques micromètres de
culvre sur le côté du clrcult fuslble. Sur la ~ace opposée, la
metallisation comporte, de préférence, en plus une couche d'or
10 de qu21ques rnlcromètres pour la protectlon des contacts 1O. La
géométrie souhaitée pour les circuits des deux faces est ensuite
obtenue par gravure chimique. On découpe enfin chaque enclume
au laser dans le substrat. La douille 2 est également en alumine
qui peut être usinée dans la masse ou obtenue par frittage puis
15 rectification. La douiUe est métallisée sur sa face latérale
extérieure et sur son diamètre intérieur au niveau de
l'épaulement de guidage.
Le cyl~ndre de fermeture 7 est brasé à haute
temperature sur la douille puis la bague à collerette 12 est
20 brasée à basse température sur la douille.
:La plèce de contact cylindrique 9 peut être obtenue à
partir d'une bande en alliage cuivre-beryllium dans laquelle
sont découpées les languettes de contact. Les languettes sont
ensuite r0courbées par formage puis la bande est enroulée et
25 découpée à la bonne longueur. Lianneau ouvert ainsi obtenu
subit un recuit pour stabiliser ses propriétés mecaniques,
notamment son élasticité. On peut le dorer pour assurer une
meiUeure résistance à ln corrosion.
Les moyens pyrotechniques comprennent un étui
30 cylindrique 4 en acier inoxydable dan~ lequel est disposé le
chargement explosif. Celui-ci comprend un premier explosif
secondaire 6 recevant l'impact du pro~ectile en matériau
plastique et qui peut etre de l'hexanitro~tylbène. Sa détonation
est renforcée par un second explosif secondaire 5 qui peut être
35 de l'hexogène-cire par exemple. Le chargement de ces deux
, . . .
20a6170
explosifs est effectué par compression à hauteur constante dans
l'étul 4. NatureUement, l'utilisation de deux explosifs
secondalres n'est donnée qu'à tltre d'exemple.
Le montage du détonateur selon l'lnventlon s'efectue
5 en doux étapes: assernblage du corps Inerte (enclume, douille
plèce de contact, cyllndre de fermeture) puls montage du
matériau plastique 13, du CAnon et de l'étul chargé et 0rmeture
de l'ensemble grâce au couvercle.
Lors de la premlère étape, on brase d'abord à haute
température le cylindre de ~ermeture 7 sur la douille 2 puis on
brase à basse température la bague cylindrlque 12 sur la
douille. On brase ensuite l'ensemble sur l'enclume métaliisée
~brasage da la collerette de la bague 12 sur la surface 110). On
reporte ensulte la pièce cylindrique de contact 9 (anneau
l 5 ouvert) sur le corps de la douille 2 et de la bague 12 où elle
est maintenu en contact simplement par son élasticité ou par
brasure .
Lors de la seconde atape, le disque de matériau
plastique 13, le cans~n 3 et l'étui charge 4 sont successivement
20 introduits dans l'ensemble assemblé lors de la première étape.
Le couvercle 8 vient coiffer l'ensemble et assurar una
compression sufflsante des éléments 13, 3 et 4, 5, 6 contre
l'enclume 1 pour le confinem2nt du plasma de cuivre pendant le
fonctionnement du détonateur. Le couvercle 8 est rendu solidaire
25 du cylindre de fermeture 7 par soudure laser.
Grûce à la compression des éléments 13, 3 et 4, 5 6
par le couvercle 8, on évite tout jeu notan~nent de l'étui chargé
4 et donc une exceUente tenue du détonateur aux vibrations.
Par ailleurs, un des avantages majeurs du détonateur
30 selon l'invention est une totale herméticité. Cette herméticité
est assurée par les bra~ages de ~la bague 12 sur l'enclume 1 et
la doui11e 2, du cylindre de fermeture 7 sur la douille 2, par
la soudure laser du couvercle 8 sur le cylindre 7 et par les
traversées electriquQs hermétiques 14. Le~ parties actives du
détonateur (pont fusible 112, matériau plastlque 13 et
. .
.. .
. . -
,: . . -
. ~.
.. : :;
2 ~ 7 0
chargement exploslf 4, 5, 6) sont ainsi protégées de la
corrosion et du vieiLllssement dus à l'atmosphère ambiante, ce
qul permet des stockages prolongés.
L'architecture du détonateur permet, ainsl qu'on l'a
5 déJà mentionné, une mlse 0n place et un démontage alsés, ce qul
nutorlse des operntlons cle malntenance et de teæt des moyens
électronlqlles de mlse à Eeu.
La légèreté du détonateur et son archltecture
partlcullèrement compacte le rendent apte à support0r les
10 sollicitatlons mécaniques qu'il est susceptlble de rencontrer
dans divers types de munltions.
Un autre avantage ma3eur du détonateur selon
l'lnvention est la possibilité d'automatiser sa fabrication,
donc de diminuer son coût.
l 5 Avec en vue cat ob3ectif de diminutiorl des coûts de
fabrication, on a représenté sur la figure 3 une varlante de
réalisation de la douille. Sur la Pigure 3, la doui11e 2', le
cylindre de fermeture 7' et la bague 12' sont réalisés et
assembles en une seule opération. Pour cela, la douille 2' est
20 réalisée à partir d'un matériau plastique, par in~ection, le
cylindre 7' et la bague 12' étant des inserts noyés dans la
douille .
La figure 3 montre, à titre d'exemple, des formes
possibles pour la bague 12 ', recourbée en 120 vers l'intérieur
25 du côté opposé à la collerette, et pour le cylindre 7'
comportant des bourrelets 70 vers l'extérieur au niveau de son
insertion dans la douiUe 2'. Celle-ci comporte, comme la
douiUe 2 de la figure 1, un épaulement de guidage 20' avec une
surface de pression 21'. La douille 2' avec le cylindre 7' et la
30 bague 12' remplit exactement le~ mêmes fonctions que la douille
en alumine 2 assemblée avec le cyllndre de fermeture 7 ee la
bague 12 de la figure 1.
La douiUe 2 ' peut être réalisee en matériau polymère
hautes performances par exemple par in3ection d'un
35 polyétheréthercétone (PEEK) chargé de fibres de verre pour une
'' ' . " ~ " ~ . ' ' ~ ' ' "
~ - 2 0 ~ 0
bonne resistance mécanique. On peut aussi utiliser du
polyétharsulfone (PES) chargé de flbres de verre. Le materiau
choisl doit réslster AUX hautes températures (minimum 200C) et
être étanche même SOU8 falble épaisseur.
I:)e même, I'enclume 1 peut aussl être réalisée avec les
mêmas matérlaux selon la même technlque. Dans ce cas, les
traversées étnnches 1~ et la surface de contact plan 10 sont
alors réallsées sous forme d'lnserts. Seuls, le clrcult fusible
et la surface conductrlce 110 sont réallsés par pulvérisation
cathodique et gravure chimlque.
La fabrlcation du détonateur selon l'inventlon avec
una enclume et une douille en matériau plastique est encore plus
économique, tout en conservant les avantages déJà mentionnés
ci-dessus .
l 5 Bien entendu, les exemples de réalisatlon décrits ne
sont nullement limitatifs de l'inv0ntion. On pourrait imaginer
notamment, sans sortir du cadre de l'invention d'utiliser une
douille totalement cylindrique, la pièce 9 devant toutefols être
brasée à la bague 12 ou 12'.
, : ; '
