CA2507562C - Dispositif d'extinction de feu par injection d'un gaz genere par la combustion d'un bloc pyrotechnique - Google Patents

Abstract

Un dispositif d'extinction présente un générateur de gaz par combustion d'un bloc pyrotechnique connecté à des moyens de distribution du gaz généré sur la zone feu. Le dispositif comporte en outre des moyens de régulation de la pression générée afin d'imposer un profil de concentration en oxygène dans la zone feu. Ces moyens de régulations peuvent par exemple être une vanne commandée ou être issus de l'agencement du générateur pyrotechnique. Le dispositif est particulièrement adapté pour les feux de moteurs d'aéronef, car il n'utilise pas d'agent extincteur halogéné.

Description

DISPOSITIF D'EXTINCTION DE FEU PAR INJECTION D'UN GAZ
GENERE PAR LA COMBUSTION D'UN BLOC PYROTECHNIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIE~R
L'invention concerne les appareils de lutte contre l'incendie, autrement dït les extincteurs. En particulier, l'invention trouve son application dans les dispositifs d'extinction de feu à poste fixe qui peuvent étre déclenchés à distance.
L'invention porte plus particulièrement sur Ia gênération d'un gaz inerte par combustion d'une composition pyrotechnique et la diffusion de ce gaz dans la zone feu avec un dêbit coni~rôlé ~ 1°invention se rapporte à un extincteur comprenant une enceinte de combustion, un système de régulation et des moyens de diffusion dans la zone feu, en particulier utilisé dans le domaine de l'aéronautiques ÉTAT DE LA TECENIQUE ANTBRIEURE
La plupart du temps, les dispositifs d'extinction comprennent un réservoir contenant un agent extincteur qui est diffusé sur la zone du feu pour l'éteindre, mais aussi prévenir son extension.
Les extincteurs à réservoir d'agent sont classés en deux grandes catégories. La premiêre catégorie concerne des appareils à pressïon permanente dans lesquels un gaz assure la pressurisation permanente de l'agent au sein d'une bouteille unique lui servant de réservoir. L'agent extincteur est libéré
par une vanne, à la sortie de ladite bouteille. Dans la sP 25127 LP

2 deuxiême catégorie, un gaz propulseur n'est libéré qu'à
la mise en service de l'extincteur et propulse l'agent extincteur qui n'est donc pas stocké: sous pression.
A titre d' illustration, comme extincteur du premier type, on peut considérer les extincteurs actuellement utilisés pour éteindre un feu de moteur d'aéronef. Ces dispositifs utilisent du halon comme agent extincteur, stockë sous forme liquide du fait du niveau de pressurisation de la bouteille utilisée comme réservoir. En fonction des exigences de sécurité, deux extincteurs ou plus peuvent être installés. Une ou plusieurs canalisations de distribution connectées à
chaque bouteille permettent la distribution de l'agent vers la ou les zones â protéger. A l'extrémité
inférieure de 1a bouteille, un opercule calibrê permet d'obturer la canalisation de distribution pour maintenir le halon dans la bouteille. Un capteur de pression est également installé afin de vêrifi.er, de façon continue, la pressurisation de la bouteille.
Lorsqu'un feu est dêtecté, un détonateur. pyrotechnique est déclenché , l'onde de choc gênérée par ce détonateur vient percer l'opercule obturateur, ce qui entraîne la vidange de la bouteille et l'évacuation de l'agent extincteur sous l'effet de la pression vers les zones à. protéger via les canalisations de distributïan.
En ce qui concerne Ies extincteurs de la deuxième catégorie, ils utilisent un dispositif séparé
de mise sous pression. Ces appareils de lutte contre l'incendie sont généralement êqui.pés d'un premier réservoir de gaz comprimê et d'un second réservoir pour l'agent extincteur. Lorsque l'appareil est utilisé, le

3 gaz contenu dans le premier réservoir est mis en communication par l'intermédiaire d'un orifice avec le second réservoir, ce qui autorise l.a pressurisation de la bouteille contenant l'agent extincteur. Parfois, le premier réservoir de gaz comprimé est remplacé par un génêrateur de gaz comme décrit dans 1e document WO 98/02211. Dans tous les cas, lorsque l'agent extincteur est pressurisê, il est éjectê des extincteurs de deuxième catégorie pour lutter contre l'incendie, comme pour les appareils de la première catégorie.
L'inconvénient de ces extincteurs, quelle que soit la catégorie considérée, est le stockage en continu de l'agent extincteur, avec les nécessaires opérations de surveillance et de vérification, comme la pesée périodique. Pour les dispositifs utilisés pour les extinctions des feux à bord des aéronefs, appartenant à la première catégorie, s'ajoutent les impératifs liés au stockage sous pression de l'agent extincteur, et notamment les problèmes causés par leur sensibilité aux micro fuites.
EXPOSÉ DE L'INVENTTON
L'invention a pour objets de remédier aux inconvénients cités des extincteurs, notamment pour les feux dans les moteurs d'aéronef, entre autres avantages.
Pour ce faire, l'invent:ion concerne sous l'un de ses aspects un dispositif d'extinction de feu dont l'agent extincteur est un gaz inerte produit uniquement quand nécessaire, c'est-à-dire au moment de l'utilisation de l'extincteur, par la combustion d'un

4 matériau pyrotechnique choisi de façon adéquate. On peut ainsi générer une grande quantité de gaz inerte dont la composition dépend de la nature du matériau pyrotechnique ; en particulier, le gaz peut comprendre plus de 20 % d'azote ou plus de 20 ~, voire 40 %, d'un mélange de gaz neutres comme azote, monoxyde et/au dioxyde de carbone. De préférerice, le gaz inerte génêré sera composê essentiellement d°azote compte tenu de sa relative facilité de production par combustion pyrotechnique.
L'azote généré est injecté dans les zones oû le feu a été détecté. Pour assurer une extinction fiable, le gaz inerte est chassé du dispositif extincteur selon une pression rêgulée, afin de pouvoir notamment amener la quantité d'oxyc~éne dans les zones de feu à suivre un profil prédéterminé en fonction du temps, par exemple un palier de concentration quasi-constante pendant un laps de temps non nul.
Le dispositif selon 1~'invention comporte donc un générateur pyrotechnique de: gaz associé à des moyens de distribution du gaz généré comme agent extincteur et des moyens pour y réguler l.a pression.
De maniêre avantageuse, le générateur de gaz comprend une enceinte comprenant un bloc de propergol et un allumeur pyrotechnique. L°ignition de l'allumeur pyrotechnique par courant êlectrique autorise par exemple le démarrage c~e la combustion du propergol dont la décomposition permet la génération d'un gaz inerte.
De préférence, le dispositif d'extinction comporte des filtres situés dans l'enceinte de combustion ou dans les moyens de di:~tribution, pour que les suies et les cendres également produites par la combustion de la composition pyrotechnique n°atteignent pas la zone feu.

5 Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de refroidissement du gaz généré.
Le disposïtif d'extinct.ian peut comporter un nombre variable de générateurs de gaz, qui sont reliés à des mêmes moyens de distribution. Il est possible par ailleurs d'avoir plusieurs matériaux pyrotechniques de compositions di:Eférentes dans une même enceinte.
Les moyens de régulation. sont paramétrés de façon préalable par la détermination de la pression à
laquelle le gaz inerte est expulsé de l'enceinte, directement reliée au débit du gaz éjecté sur la zone feu et à la concentration, en oxygène ou autre composant, recherchée dans les zones à traiter. Suivant la géométrie du réseau de distribution, les dimensions et la ventilation des zones â traiter, en prenant en compte les pertes de charge ou 1°agencement des zones à
traiter, l'homme de l'art peut déterminer la pression requise. Ces calculs peuvent être affinés lors d'expérimentations.
Selon un mode de réalisation, les moyens de régulation de la pression consistent en au moins une vanne de régulation située dana les moyens de distribution, dont l'ouverture est commandée au cours de la séquence de déclenchement de l'extincteur, soit par un ordre extérieur, soit par la omise en pression de l'enceinte de combustion. La vanne de régulation est

6 avantageusement pilotée suivant 'une loi donnée et définie par l'utilisateur, éventue'Llement en utilisant les informations provenant de capteurs, qui mesurent par exemple la concentration en ox~rgène dans les zones à traiter ; ceci permet une régulation en boucle fermée, plus fine encore, de la pression du gaz.
L'ouverture de la vanne peut être contrôlée à distance, par commande manuelle, ou par ~un mécanisme de commande couplé aux moyens de mise à feu de la composition pyrotechnique.
La géométrie du bloc de matériau pyrotechnique permet également de générer des gaz de combustion suivant une loi prédéterminée. Les moyens de régulation peuvent ainsi, également ou alternativement, consister en une détermination des différents paramètres du générateur de gaz, et notamment de la géométrie du bloc de propergol, qui assure une génération contrôlée de gaz inerte injecté dans les zones à protéger.
Dans ce cas, il est passible de remplacer la vanne de régulation par un orifice calibré . une fois déclenchée, la combustion du bloc de matériau pyrotechnique ne nécessite plus de commande, et l'orifice calibré permet de contrôler la pression à
laquelle se fera la combustion du propergol de façon à
assurer le débit d'agent nécessaire pour la mise sous gaz inerte des zones feu.
La régulation peut également, alternativement ou en complément, être assurée par d'autres organes de régulation tels qu'un détendeur

7 associé ou non â un dispositif qui crée une diff ërence de pression (diaphragme, tuyêre).
Quels que soïent les moyens de régulation, ils permettent d'optimiser la durée pendant laquelle la concentration en agent inerte conduira par exemple â un taux d'oxygène inférieur à 12 ~ dans les zones feu considérêes. De cette façon, il est également possible de créer des créneaux de concentration de forme variable et de maîtriser précisément la durée et le niveau de protection de la zone con;sidêrée.
Sous un aspect de l'invention, 1°extincteur peut être déclenché par un opérateur à distance. I1 peut également être mis en opération directement par un dispositif d'allumage recevant le,s iwformations d'un capteur. qui détecte les conditions liêes à la probabilité d'un feu: Pour éviter des déclenchements non souhaités, en particulier lors des opérations d°entretien, le dispositif pourra être équipé de moyens de neutralisation.
Le dispositif d'extinction selon l'invention est de préfêrence utilisé dans les aéronefs, plus particulièrement dans les turboréacteurs où il permet de s'affranchir des agents extincteurs halogénés actuellement utilisês. ' BR~VE DESCRIPTION DES DESSINS
Les figures et dessins annexês permettront de mieux comprendre l'invention, mais ne sont donnés qu'â titre indicatif et ne sont nul:Lement restrictives.
La figure 2 représente un dispositif d'extinction conforme â l'un des modes de réalisation âe l'invention.

SP 25.27 LP

8 La figure 2 montre une alternative au dispositif d'extinction selon l'invention.
La figure 3 montre un autre mode de réalisation de l'extincteur selon l'invention.
La figure 4 montre schématiquement le montage â bord d'un aêronef d'un dispositif d'extinction feu moteur selon l'invention.
Les figures 5 représentent' les courbes d'évolution de la concentration erg oxygène dans deux zones feu équipées d'un dispositif d'extinction suivant l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILL~ DE MODES DE R~ALISAT'ION PARTICULIERS
Ainsi que le montre la figure 1, le dispositif d'extinction ou extincteur 1, comprend un générateur de gaz inerte 2 associé à des moyens de distribution du gaz 4. Les moyens de di tribution du gaz 4 peuvent consister en une conduite suffisamment longue pour atteindre la zone feu 6, ou être couplés â
tout dispositif de distribution 8 connu, tel que par exemple une conduite à sorties multiples.
Le générateur de gaz 2 est constitué par une chambre de combustion 10, par exemple cylindrique, dans laquelle est placée une cartouche pyrotechnique 12, composée en génêral de propergol. La combustïon du propergol, initiée par le dispositif d'allumage 14, génère un gaz inerte qui s'écoule dans les moyens de distribution 4 par un orifice de sortis Le gaz inerte, composé en grande partie d'azote et/ou d'oxyde de carbone,, produit par la décomposition par combustion de compositions pyrotechniques, se trouve â haute ~~empérature, et un g refroidissement rapide peut s'avérer nécessaire, avant introduction dans les zones feu. Des moyens de refroidissement peuvent ainsi être prévus, par exemple un filtre « actif ~, c'est-à-dire un composé chimique introduit dans ou à l'extérieur de la chambre de combustion 10 et absorbant une partie de la chaleur de combustion, ou un filtre métallique. Pa,r ailleurs, il peut être souhaitable que des filtres, chimiques et/ou mécaniques, soient présents afin de filtrer les suies.
Ces différents filtres 18 peuvent être localisés en amont et/ou en aval de l'orifice 16 de sortie des gaz, dans l'enceinte 10 ou dans les moyens de distribution 4.
Avantageusement, l'orifice de sortie 16 de la chambre de combustion 10 peut être obturé par un dispositif de fermeture 20, afin d'isoler le propergol de l'environnement extérieur tant que son action n'est pas sollicitée. En particulier le dispositif de fermeture 20 peut être un opercule taré, c'est-à-dire une membrane qui se rompt ou s'ouvre après l'ignition dês que la pression à l'intérieur de la chambre de combustion 10 atteint un~certai:n seuil.
La pression à l'intérieur de l'enceinte 10 est avantageusement la pression at:mosphêrique lorsque le dispositif d'extinction l n'est pas utilisé. Dès que le dispositif d'allumage 14 est déclenché, le bloc de propergol 12 commence à brûler et à générer une pression dans l'enceinte 10: Le dispositif d'allumage 14 peut consister en tout dispositif connu. I1 peut être déclenchê manuellement, par action directe sur le dispositif 14.

De préférence, le dispositif d'allumage 14 est déclenché à distance par l':intermédiaire d'une ligne de cômmande 22,, qui peut être couplée â une unité
de commande 24. Avantageusement, un signal 26 issu d'un 5 détecteur d'incendie peut être utilisé comme déclencheur automatique par l'intermédiaire de l'unité
de commande 24. Dans ce cas de déclenchement automatique, il peut être préférable de prévoir un dispositif de neutralisation 28 des mo~ens de commande 10 22. I1 peut également être utile de prévoir un dispositif de déclenchement manuel 30 sur le boîtier de commande 24 et/ou le dispositif d'a7.lumage 14.
Afin d'éteindre le feu, on restreint l'apport en oxygëne dans la zone incendiêe 6. A cet effet, le gaz génêrê par la combustion du bloc pyrotechnique 12 et éjectê par le dispositif de distribution 8 permet une diminution de la concentration relative d'oxygéne. I1 est souhaitable que le gaz généré soit inerte, mais aussi qu'il ne soit pas polluant ou corrosif, notamment dans Ie cadre d'une zone de feu 6 située dans un moteur d'aéronef. A cet égard, le gaz généré comprend donc une part d'azote, au moins 20 % voire 40 %, obtenue par la combustion d'une composition pyrotechnique fortement « nitrogénée » ; il est possible également d'associer l'azote par exemple à
du dioxyde de carbone pour augmenter la concentration en gaz neutre injecté et atteindre les seuils voulus.
I1 est communément admis par exemple que, en dessous d'une concentration en oxygéna de 12 %, aucun feu ne peut subsister. I1 est possible de déterminer la quantité de gaz devant être injecté dans la zone feu 6 afin d'atteindre ce taux en OZ ; en cas de ventilation des zones de feu, le taux de renouvellement de l'air est pris en compte pour le calcul de la quantité de gaz à injecter. Ceci permet de déterminer de la quantité de produit pyrotechnique l2 à
placer dans l'extincteur considéré.
Afin d'optimiser les capacités d'extinction, il est prévu dans un extincteur 1 selon l'invention un système pour réguler le débit de gaz en sortie de conduite 8 dans la zone feu 6, c'est-à-dire des moyens de régulation de la pression rëgnant dans les moyens de distribution 4. Grâce à un tel contrôle de pression, il est possible de minimiser la quantité
de matëriau pyrotechnique 12 et/ou la taille de l'enceinte 10 tout en s'assurant que les feux seront éteints. Par exemple, Ies moyens de régulation de la pression permettent d'obtenir un profil prédéterminé de la concentration en oxygène dans la zone feu, comme un palier pendant un laps de temps non nul, ou un profil en créneau ; il est clair que chacune des concentrations peut avoir une marge d'erreur par rapport â la valeur fixe théorique du palier. Ainsi, un palier peut être une « gaussienne aplatie ~, ou une courbe comprise entre deux valeurs séparées de moins de 10 ~ de Ia valeur du palier.
Selon un mode de réalisation proféré, le dispositif de fermeture 20 du générateur de gaz 2 peut ainsi être une vanne de régulation, avantageusement contrôlée â distance par des premiers moyens de commande 32. De telles vannes de régulation sont connues par exemple de WO 93/25950 ou US-A-4 877 05I, et disponibles dans le commerce.
Les premiers moyens de commande 32 peuvent étre une ligne de commande issue d'une unité de commande 24, avantageusement confondue avec celle qui est utilisée pour dëclencher le dispositif d'allumage 14. Les informatïons entrées dans l'unité de commande 24 permettent de modifier, manuellement ou automatiquement, selon une séquence prédéterminée ou en fonction de paramëtres mesurés, le degré d'ouverture et/ou de fermeture de la vanne 20.
Ainsi par exemple, il est possible de prêvoir un capteur mesurant la concentratïon en oxygêne dans la zone feu 6 . par la ligne de camrnande 34, l'unité 24 peut modifier le signal envoyê par les premiers moyens de commande 32 pour réguler l'ouverture de la vanne 20.
Des dispositifs d'extinction 1 selon l'invention peuvent être mis en parallële et par exemple être reliés à un même dispositif de distribution 8. Un autre mode de réalisation, prêsenté
sur Ia figure 2, concerne la présence de plusieurs générateurs 2a-2e de gaz inerte au sein du même dispositif d'extinction 1. Les blocs de matériau pyrotechnique 12a-12e de chacun de ces générateurs peuvent être de nature (composition, géométrie, tel qu'il sera explicité plus tard) similaire ou différente. Les dïspositifs d°allumage 14a-14e de chacun des générateurs 2a-2e peuvent être déclenchés indêpendamment ou simultanêment. Avantageusement, des moyens de commande permettent de déclencher slectivement la combustion et ainsi d'optimiser le nombre de gnrateurs 2a-2e utilis; selon la. dtection et les paramtres du feu, ou de choisir le gnrateur le plus appropri si la nature des blcs de propergol 12 est diffrente.

Dans ce mode de ralisation, il est possible que chaque gnrateur de gaz 2a, 2b soit mis en communication avec les moyens de: distribution 4 par son propre conduit 4a, 4b muni de sa valve de ZO rgulation 20a, 20b. I1 est ga.lement possible de prvoir une seule valve 20f lacalis sur un conduit 4f menant aux gnrateurs 2c, 2d, 2e coupls entre eux par l'intermdiaire de conduits 4c, 4d, 4e. De mme que pour le mode de ralisation prsent en figure 1, la rgulation peut tre effectue en boucle ouverte ou ferme .

Une autre possibilit pour raliser la rgulation de la pression selon l'invention est de calibrer le bloc de matriau pyrotechnique af in de gnrer une pression dans l'encein.te 10 conforme un profil dfini. Cette pression P (pression d'arrt? est transmise directement, et de faon paramtre et contrle, aux moyens de distribution 4 et donc la zone feu 6.

Tel qu'il l'est connu par exemple de la propulsion des fuses, il est en effet: possible, en choisissant judicieusement la nature du propergol et la gomtrie du bloc, d'obtenir un dbit contrl en gaz gnr, et donc une pression rgule dans l'encei nte 10. Dans ce cas, mme si une varme de rgulation 20 peut tre prvue, il est possible de ne disposer en tre la chambre de combustion 10 et les moyens de distribution 4 que d'un simple dispositif de fermeture tel qu'un opercule taré, voire de connecter directement l'orifice de sortie 16 aux moyens de distribution 4. Un .
exemple dè réalisation d'un tel dispositif d'extinction est présenté dans la figure 3.
De façon avantageuse, l'orifice de sortie 16 est muni d'une tuyère 36, conformée si possible de manière à ce que la vitesse du son soit atteinte au minimum de section de la tuyère 36. Ceci permet d'isoler Ie générateur de gaz 2 des moyens de distribution 4 ; les fluctuations de pression dans la canalisation de distribution 4 ne perturbent donc pas la combustion du matériau pyrotechnique 12, c,e qui permet un meilleur contrôle des paramètres.
En particulier, il est possible de calibrer le bloc de matériau combustible 12 de façon à obtenir un débit de gaz sortant de l'enceinte 10- par l'ouverture 16 égal â une valeur déterminée. Les moyens de régulation de la pression, et donc du débit d'agent inerte en zone feu 6, sont alors directement intégrés au générateur de gaz 2 . une simple commande sur le dispositif d'allumage 14, permet d'assurer ce débit préalablement fixé.
En effet, des formules mathématiques permettent de relier entre eux les différents paramêtres (pression, vitesse et surface de combustion, débit de gaz généré,...) afin d'optimiser la géométrie d'un bloc de matériau combustible, de son enceinte de combustion, et les conditions initiales pour un matériau pyrotechnique donné afin d'aboutir au débit de gaz inerte souhaité. Ainsi le débit de gaz engendré par la combustion d'un matériau pyrotechnique 12 comme le propergol est .
(1) Q = p Sc Vc~ avec 5 Q . débit (kg/s);
p . masse volumique du propergol (kg/m3) ;
S~ . surface de combustion du propergol (m2) ;
V~ . vitesse de combustion du propergol (m/s).
Il est à noter que la ~~urface S~ dépend de 10 la forme du bloc ; en particulier, elle peut être évolutive au cours de la combustion.
D°autre part, la vitesse de combustion du propergo2 V~ est fonction de la pression régnant dans la chambre de combustion, soit .
15 (2) Vc = a. Pn, avec .
a,n . coefficients dépendant de la composition du propergol et déterminés expérïmentalement ;
P . pression d'arrêt (Pa) régnant dans la chambre de combustion 10.
Enfin, le débit de gaz passant à travers une tuyère s'exprime par .
(3) Q =PAt .Cd , avec cet P , pression d'arrét (Pa) ;
At , surface de la tuyère 36 au col (m2) 1/C~t : coefficient de dëbit (s/m); dépendant de la nature du gaz généré ;
Cd . coef f icient inhérent à la nature de 1a tuyère .
I1 suffit de résoudre ces équations en fonction des caractéristiques intrinsêque~ du propergol choisi (p, a, n, Cet) et des conditions d'éjection du gaz souhaitées (At, P, Vue) pour déf finir la géométrie du générateur de gaz permettant d'a~;surer le profil de dêbit souhaité pendant la durée reqaxise.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement indiqué pour une application dans les aêronefs. La figure 4 montre schématiquement le montage à bord d'un turbomoteur 40 d°un avion d'un dispositif 1 d'extinction de feu moteur selon l'invention, qui peut être déclenché à la détection d'incendie et/ou de fumée.
Exemple . Application de l'invention à
l'extinction feu moteur pour aéronef.
La génération de gaz inerte, préférentiellement de l'azote, et à plus de 20 %, voire 30 % ou 40 %, est obtenue par la combustion d'une composition pyrotechnique « fortement nitrogénée ». Les principales caractéristiques à considérer pour le choix d'une composition pyrotechnique sont l'efficacité en termes de production de gaz, la densité du matériau, la température de combustion, et lesespèces secondaires génêrées par la combustion. L'aspect toxique ou/et corrosif des fumées, doit être également pris en compte, ce qui conduit à éliminer d'office certaines compositions. En particulier, une composition préconisée dans le cadre dès aéx-anefs concerne un mélange d'azoture de sodium et d'oxyde de cuivre (NaN3/Cu0) qui donne par combustion 40,1 % d'azote. Une autre possibilité concerne le nitrate de guanidine associé au nitrate de strontium (Nc;/Sr(N03)2) dont la combustion donne 32,5 % d'azote et 20 % cïe dioxyde de carbone. Est également envisageable l'association de nïtrate de cuïvre basique et de nitrate de guanidine (BCN/NG) pour produire un gaz contenant 24,7 % de Nz et 16 , 9 % de COZ .
Pour évaluer la quantïté d'azote à
injecter, le taux de ventilation et la taille de la (des) zones) concernées) sont pris en compte. A titre d'exemple, on considérera un moteur 40 selon la figure 4 avec les deux zones feu A et B ayant les caractéristiques suivantes .
Volume Ventilation QR (m3/s) V (m3) (dbit de renouvellement d'air) Zone A 1,415 0,212 Zone B 0,476 0,285 Le générateur d'agent ïnerte est constitué
comme décrit précédemment par une enceinte de combustion 10, munï d'un bloc 12 de produit pyrotechnique tel que précisé plus haut, d'un dispositif d'allumage 14 et d'un filtre 18, équipée à
une extrémité d'une tuyère 36 conformée de telle sorte que la vitesse du son soit atte:ïnte au minimum de section de la tuyére. w On souhaite que la mise sous atmosphère inerte des zones feu 6, dure 5 secondes. D'autres paramétrages sur la durêe sont souvent préférés, voire imposés par la réglementation, et natamment dans ce cas, on souhaite .
- une phase d'extinction E (phase ~< booster ») diminution du taux d'oxygène de 21 % (concentration nominale en oxygêne de l'air en volume) à 11 % en 1, 5 s .
- une phase de maintien M (phase « d'inertage », ou « sustainer »} maintien de la concentration en oxygêne à 11 °s pendant 3,5 s.
On peut ainsi noter que' durant la phase de maintien M, le débit d'azote (ou de gaz inerte) est plus faible que pendant la phase d'extinction E. Ce régime en deux phases peut être obtenu de diverses manières comme l'utilisation de deux compositions pyrotechniques différentes. De préfêrence, et tel que décrit ci-après, l'évolution du profil de combustion du bloc de propergol (évolution géométrique de la surface en combustion) permet d'obtenir un tel régïme.
L°évolution dans le' temps de la concentration en oxygène C(t) dans une zone feu 6 telle que schématisée en figure 3 en fonction du dêbit en air frais (renouvellement d'air dans la Zone) QR, du débit issu du générateur de gaz injecté dans la zone feu QI
(ces deux dêbits étant êvacués de l.a zone feu 6 par le débit QS = QR + Qg} , et des concentx°ations relatives en oxygène cR et cI de ces deux dÉ:bits d'entrée peut s°exprimer par l'ëquation différentielle .
c ( t + dt ) =c ( t ) + cRQR +CI~~I dt -c ( t } . Qs dt v v ce qui donne (par définition, le débit du générateur ne contient pas d'oxygène et C= = 0} .
c ( t ) _ k . exp - QR + QI t + ~T ~I + QR cR =_ ~ç . exp - QS t -~- QR CR
QR + "I ~ QS
Dans la phase d'extinction E, on veut qu'en un temps bien défini (dans l'exem;ple 1;5 s), on ait atteint une concentration de 11 ô (en volume) en oxygène . Or, CR = 0 , 21, et quand t - 0 , C ( t ) - CR, d' où
CR. (QS - S~R) /1GS~
On a donc CE ( t ) = CR 1- ~F~ . exp - QS t + ~R CR .
~% ~S
Dans la phase de maintien M, on veut que pendant un temps bien défini (dans l'exemple 3,5 s), on maintienne la concentration en oxyç~ène à un niveau très voisin de celui atteint en fin de phase booster et inférieur au taux minimal nécessaire â une combustion.
De la même façon, CR = 0,21, e:t à tout instant, CM ( t ) - Cmin = ~ , 11, d' oû k = Cmin ' ( 1CR ~ CR ) / Q& .
On obtient donc directement la quantité de gaz inerte à injecter durant cette phase .
QIM = ( QR/ Cmin ) . ( cR ' Cmin ) Tous calculs faits, on obtient les valeurs suivantes pour le débit volumique de gaz inerte â
injecter dans les zones feu .
Dure ~7I (m3/s) QI (m3/s) Total total Rgime (s) Zone A Zone B (m3/s) (m~) Booster E 2,5 0,7 0,3Gi 1,05 1,58 Maintien M 3,5 0,192 ! 0,259 0,45 1,58 3,16 L'évolution de la concentration en oxygène en un point pour ces deux zones feu est montrée en f figure 5A pour la zone A et en figure 5B pour la zone B, où la droite horizontale repr~:sente le niveau c~e cor_centration en oxygène à atteindre pour sécuriser la zone feu considérée, soit 12 I1 est clair qu'il serait également possible avec un dispositif d'extinction suivant l'invention de gérer le débit d'agent inerte de maniëre â avoir une concentration en oxyg~~ne dans la zone feu 5 évolutive suivant un profil donné, par exemple en créneaux.
I1 existe de nombreuses compositions pyrotechniques dont la combustion génère une ~ large quantité de gaz inerte composé principalement d'azote ZO et/ou dioxyde de carbone et/ou m.onoxyde de carbone, dans l'exemple présenté 3,16 m3, tout en. limitant trës fortement la production de composés additionnels non souhaités (voir par exemple plus haut). L'homme de l'art, spécialiste du propergol, sera en mesure de 15 faire le choix le plus approprié ou de définir de nouvelles compositions en fonction de l'application visée.
Pour l'exemple traité ici, les calculs de dimensionnement seront effectués avec un propergol, 20 choisi uniquement â titre illustrat:if et non limitatif, dont les caractéristiques balistiques sont les suivantes .
Cet = 10 3 4 m/ s p = 1600 Kg/m3 a = 1, 7. 10-6 n = 0, 5 rendement gazeux de gaz génêré par masse brûlée â la température de combustion . 1,2 1/g.
Par ailleurs, la différence de débit entre les deux phases E et M est dans un rapport de 20 ; or l'orifice de sortie 16 (tuyère calibrée 36) de la chambre de combustion 10 est identique dans les deux cas. La pression de fonctionnement: P du générateur de gaz 10 va donc, elle aussi, évoluer dans un rapport de 20.
Autrement dit, pour ~~viter de descendre trop en pression dans la chambre cle combustion pendant la phase de maintien M, ce qui serait préjudiciable aux conditions d'éjection, on peut se fixer une pression de fonctionnement pour cette phase, par exemple 5 bars (5.105 Pa). Pour la phase d'extinction E, la pression atteindra alors 100 bars (100.105 Pa).
Le débit volumique que 1°on dêsire pour la phase booster E est de QI = 1, 05 rn3/s = 1050 1/s, soit un dêbit massique de gaz sortant du générateur 875 g/s.
La vitesse de combustion du propergol â 100 bar est VIE = a. Pn - 1, 7 . 106. (100. 105) ~'S - 5, 4 . 10-3 m/S.
L'épaisseur de propergol â brûler pendant cette phase booster E de 1,5 s est donc EpE = 8,l mm.
La surface en combustion S~ se clêduit de l'équation (1) , soit STE = 0, 1 m2.
Le dimensionnement de la tuyëre utilise l'équation (3) , soit At _ (ç>I~,.Ce~) / (P.Cd) , avec Cd = 0, 99, soit une surface d~e passage au col At = 91, 4 . 106 m2, ou un dïamètre d = 10, 8 mm.
Pour la phase de ma_Lntien M, le débit volumique souhaité est de 0,05 rn3/s soit 50 1/s, ce qui donne un débit massique de gaz sortant du générateur Q=m = 42 g/s pour une pression de 5 bars. La vitesse de combustion est de VCM - a. Pn - 1, 2 . 10-3 m/s, et l'épaisseur de propergol â brûler pendant cette phase de 3,5 s est EpM - 4,2 mm, sait une surface en combustion S~M = 0, 022 m2.
Les surfaces en combustion, différentes suivant les phases booster E et maintien M (d'un rapport de 4,55, peuvent être obtenues de plusieurs façons, avec des blocs brûlant sur une seule face « en cigarette », sur plusieurs face~~, etc. La forme à
donner au bloc dépend des conditions de manufacture, de l' évolution de surface, mais aussi du mode d' allumage .
I1 est possible d'optimiser l'évolution de la surface de combustion au cours du temps pour obtenir une loi de débit souhaitée.
Comme spécifié plus haut, il est également possible de prévoir deux types de propergols différents, pour les deux phases de combustion.
La description présentée ci-dessus n'exclut pas toutes les alternatives que L'homme du métier ne manquera pas de relever pour réaliser un dispositif suivant l'invention. En particulier, diverses combinaisons sont possibles entre les différents modes de réalisation présentés. Il est clair par exemple qu'il est envisageable de ne pas avoir de boîtier de commande 24, mais des capteurs et des commandes séparées pour chaque dispositif à commander. De même, pour un dispositif 1 comprenant plusieurs générateurs de gaz 2, on peut envisager que certains générateurs sont conçus de façon à avoir unes production de gaz régulée, alors que d'autres, reliés aux mêmes moyens de distribution, ont une génération de gaz régulée par des vannes 20. Par ailleurs, suivant les profils recherchés, il est possible d'avoir plus de deux compositions différentes dans un bloc de propergol 12.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'extinction (1) comprenant :
- un générateur de gaz (2) comprenant une enceinte (10) munie d'un orifice de sortie de gaz (16) et un bloc de matériau pyrotechnique (12) générateur de gaz propulseur ;
- des moyens de distribution (4) du gaz généré
couplés à l'orifice de sortie de gaz (16) ;

- des moyens de régulation (12, 20, 36) de la pression créée par le gaz généré dans les moyens de distribution (4).

2. Dispositif selon la revendication 1 comprenant une pluralité de générateurs de gaz (2a-2e) comprenant chacun une enceinte (10) munie d'un orifice de sortie de gaz (16), un bloc de matériau pyrotechnique (12a-12e) générateur de gaz propulseur et des moyens de connexion (4a-4e) pour coupler chaque orifice de sortie de gaz (16) aux moyens de distribution (4).

3. Dispositif selon la revendication 2 comprenant au moins une vanne de régulation (20a, 20b) dans les moyens de connexion (4a, 4b).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 comprenant au moins une vanne de régulation (20, 20f) dans les moyens de distribution (4).

5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4 comprenant des premiers moyens de commande (32) susceptibles de commander la vanne de régulation (20) en fonction de paramètres de commande.

6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel les premiers moyens de commande (26) comprennent des moyens pour mesurer la concentration d'oxygène dans la zone à traiter et ladite concentration (36) est l'un des paramètres de commande.

7. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 6 comprenant au moins une unité de commande (24) connectée aux premiers moyens de commande (32).

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 comprenant au moins un déclencheur (14) de combustion d'au moins un bloc de matériau pyrotechnique (12).

9. Dispositif selon la revendication 8 comprenant des deuxièmes moyens de commande (22) pour actionner le déclencheur de combustion (14).

10. Dispositif selon la revendication 7 comprenant au moins un déclencheur de combustion d'au moins un bloc de matériau pyrotechnique et des deuxièmes moyens de commande (22) pour actionner le déclencheur de combustion (14) connectés à l'unité de commande (24).

11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10 dans lequel les deuxièmes moyens de commande (22) comprennent des moyens pour détecter un feu, et ladite détection (34) est l'un des paramètres de commande du déclencheur (14).

12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à il dans lequel les deuxièmes moyens de commande (22) comprennent des moyens de déclenchement manuel, et le déclenchement manuel (30) est l'un des paramètres de commande.

13. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12 dans lequel les deuxièmes moyens de commande (22) comprennent des moyens de neutralisation (28).

14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13 dans lequel les moyens de régulation sont partie intégrante d'au moins un premier générateur de gaz (2) et les paramètres suivants du premier générateur (2) sont sélectionnés pour que la loi de débit de gaz (Q) issu de la combustion de son bloc de matériau pyrotechnique (12) dans les moyens de distribution (4) suive un profil prédéterminé et contrôlé : pression (P) d'arrêt dans l'enceinte (10), taille (A t) de l'orifice (16) et surface (S c) du bloc de matériau pyrotechnique (12).

15. Dispositif selon la revendication 14 comprenant une tuyère (36) à l'orifice (16) de sortie de l'enceinte (10) du premier générateur de gaz (2).

16. Dispositif selon la revendication 15 dans lequel la tuyère (36) est conformée de manière à
ce qu'au minimum de section de tuyère (36), les gaz générés par la combustion de matériau pyrotechnique (12) du premier générateur (2) aient une vitesse égale à la vitesse du son.

17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16 dans lequel au moins un bloc de matériau pyrotechnique (12) comprend deux matériaux de compositions différentes.

18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17 comprenant au moins un opercule taré (20) au niveau d'un orifice de sortie (16).

19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, comprenant au moins un filtre (18) de retenue de particules.

20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19 comprenant des moyens de refroidissement (18) du gaz généré.

21. Turboréacteur comprenant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 20.