EP0030580B1 - Dispositif électrique d'allumage d'une substance pyrotechnique par induction électromagnétique - Google Patents
Dispositif électrique d'allumage d'une substance pyrotechnique par induction électromagnétique Download PDFInfo
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- EP0030580B1 EP0030580B1 EP79400943A EP79400943A EP0030580B1 EP 0030580 B1 EP0030580 B1 EP 0030580B1 EP 79400943 A EP79400943 A EP 79400943A EP 79400943 A EP79400943 A EP 79400943A EP 0030580 B1 EP0030580 B1 EP 0030580B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
- F41A19/00—Firing or trigger mechanisms; Cocking mechanisms
- F41A19/58—Electric firing mechanisms
- F41A19/63—Electric firing mechanisms having means for contactless transmission of electric energy, e.g. by induction, by sparking gap
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
- F42B3/10—Initiators therefor
- F42B3/18—Safety initiators resistant to premature firing by static electricity or stray currents
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
- F42C19/00—Details of fuzes
- F42C19/08—Primers; Detonators
- F42C19/12—Primers; Detonators electric
Definitions
- the invention relates to the technical field of devices for igniting pyrotechnic substances; it relates more precisely to an electrical device which operates by electromagnetic induction.
- the invention as described relates more particularly, but not exclusively, to a device for igniting propellant charges of artillery and missiles, or of devices such as for example illuminating, tracing, smoke, incendiary and gas generators.
- the subject of the invention is therefore an electrical device for igniting, by magnetic induction, a pyrotechnic substance placed in the device to be ignited, by means of a weapon, comprising an inductor secured to the firing plate of said weapon and connected to a current generator located opposite an armature placed in contact with the pyrotechnic substance, said armature being provided with a conductive protective screen, characterized in that the armature consists of at least one open turn made made of a material whose specific conductivity is high, at least one resistive filament being connected in the opening of the coil, and in that the inductor is trapped between a shield and a block.
- the turn (s) can be placed on an insulating pad.
- the turn can be performed on an insulating support using the printed circuit technique.
- the armature may include two independent open turns or having a common point, each connected to a resistive filament.
- the two turns can be concentric.
- the two turns can be adjacent.
- the screen may consist of a conductive grid disposed on the free face of the insulating patch and such that its surface completely or partially masks the turn.
- the value of the inductive reactance of the coil can be of the same order of magnitude as the ohmic resistance of the resistive filament.
- the inductor may include a spiral winding, and includes a mechanical protection means, a thermal protection means and sealing means.
- the inductor can be housed in a steel cavity which comprises a means making it possible to increase the electrical conductivity of its walls, constituted for example by a film deposit of a metal whose specific conductivity is high.
- the inductor winding wire can be an insulated multi-strand wire.
- the inductor winding wire can be an insulated single-strand wire.
- the inductor can be tuned by a cavity connected to the terminals of the winding whose tuning frequency defines the operating frequency of the generator.
- the inductor can be securely locked in a material transparent to electromagnetic radiation, resistant to a temperature between 800 and 1000 ° C for 5 milliseconds, whose compressive strength is greater than 1000 daN / cm 2 and whose rate elongation is greater than 2%, this material closely matching the shape of the cavity formed in the ignition plate.
- the material may consist of an organic matrix resistant to a temperature below 500 ° C., reinforced with the aid of filler such as fibers or fabrics.
- the organic matrix can be chosen from the group: cresyl, phenolic resin, phenoplast, polyamide, polyimide or silicone.
- the filler can be chosen from the group: short fibers of asbestos, glass or silica or an asbestos or silica fabric, or non-whiskers metallic.
- the inductor can be trapped between a shield and a block, the assembly formed by the shield, the inductor and the block being secured to the ignition plate by a retaining ring, sealing means being arranged on the one hand between the retaining ring and the ignition plate, and on the other hand, between the retaining ring and the shield.
- the turn constituting the armature can be secured to a flat and thin support to cooperate with an inductor comprising a planar spiral winding and disposed in the immediate vicinity of the armature.
- a more specific advantage of the electromagnetic induction ignition device according to the invention lies in the production of an inductor which, placed in the environment of the barrel chamber, resists the thermal and mechanical effects produced essentially by the combustion of propellant charge.
- Another advantage lies in the fact that the high probability of controlled ignition is satisfied despite the mechanical and geometric imperfections of the system to be ignited.
- FIG. 1 represents, according to the prior art, a device for igniting a pyrotechnic charge applied to artillery, as described for example in the aforementioned patent No. 2,159,787.
- Figure 1a shows the entire device and Figure 1b the details of the initiator placed in the artillery cartridge.
- FIG. 1a the socket 4 of an artillery cartridge is engaged in the chamber 5 of a barrel, this cartridge contains a propellant charge 6 and an initiator 7 with electromagnetic induction.
- FIG. 1 b shows the details of construction of the initiator 7 with electromagnetic induction.
- This initiator comprises an envelope 1 made of an insulating material and which contains a pyrotechnic substance 2 sensitive to heating.
- a metallic element 3 which constitutes the armature is placed inside this envelope, in contact with or near the pyrotechnic substance.
- FIG. 2 shows, according to the invention, an embodiment of an electric device for igniting the propellant charge of a projectile fired by a cannon; only the parts concerned by the invention, the inducing part and the induced part of the device are shown.
- the bottom of the socket 20 of the cartridge of non-conductive material has in its central region, a circular cover 21 inside which is disposed the element 22 which constitutes the armature of the device.
- a cylindrical cavity 24 is formed in which the element which constitutes the inductor of the device is disposed.
- This inductor comprises a spiral coil 25, with low losses and a ferrite core 26 located along the axis of the coil; the role of this nucleus is to concentrate the electromagnetic flux of the inductor in the induced region.
- the walls 29 of the cavity 24 are made conductive by depositing a thin layer of a metal characterized by a high specific conductivity, for example, copper, silver, etc .; the thickness of this metal layer is greater than the penetration depth of the electric current induced at the operating frequency of the high frequency signal which supplies the inductor.
- the cavity can be jacketed by a metal socket made of a metal with high electrical conductivity; the interior walls of this cavity can be machined so as to increase its adhesion properties to the filling materials.
- outlet connections 27 of the winding 25 are directed towards the rear of the firing plate, then twisted inside an outlet duct 28.
- the inductor is thermally and mechanically protected by advantageously arranged coating materials: an upper layer of material transparent to electromagnetic radiation and with high mechanical and thermal resistance which constitutes a shield, and underlying layers which constitute a means of mechanical protection of the inductor.
- the dimensions, in particular the depth D and the diameter 0 c of the cavity, must be minimized in order to significantly reduce the geometric and mechanical stresses. However, they must be sufficiently large, so that the losses constituted by the power dissipated in the metallic mass are acceptable.
- the distance D 1 between the bottom of the sleeve 20 and the winding must be sufficient so that the coating layer which constitutes the heat shield retains full mechanical and thermal efficiency while not attenuating the magnetic field too much.
- the winding is advantageously built in the form of a "cake with one or more layers of wire.
- FIG. 3 represents, according to the invention, the electrical model of the device described in FIG. 2.
- the inductive or primary part is located to the left of the axis simulating the plane of the shooting plate, the induced or secondary part, is located to the right of this axis.
- the winding of the inductor has a self of value Lp, greater than the self self Le of the inductor-generator link G, for example, four to ten times greater, depending on the length of the link.
- a power capacity of value Cp is connected to the terminals of the winding to constitute an anti-resonant circuit whose tuning frequency is advantageously chosen to ensure the inductor-induced couple an excellent coupling combined with good efficiency.
- the tuning frequency constitutes the optimum operating frequency of the generator, that is to say the frequency for which the current delivered by it is minimal.
- the resistance Rp represents a fictitious resistance, equivalent to the losses of the inductor and comprising in particular the chemical resistance of the winding, the losses induced in the walls of the cavity, etc.
- the winding can be carried out in divided wires, such as Litz wire, or single-strand wire, and the walls of the cavity are made highly conductive by depositing a metallic layer with high conductivity.
- the element which constitutes the armature can be represented by a choke of value Lg electromagnetically coupled to the inductor; at the terminals of this choke is connected a resistive filament of value A s .
- the impedance of the choke L is advantageously of the same order of magnitude as the resistance R s while remaining very low, less than 1 il, so as to make the system very insensitive to external radiation.
- the coupling M of the primary and secondary parts is increased, by minimizing their relative distance and by inserting a ferrite core in the winding of the inductor.
- the generator G which supplies the inductive energy must operate on a frequency situated beyond the industrial frequencies, the operating frequency must be sufficiently high, of the order of MHz, in order to reduce the physical dimensions of the device and to improve the coupling between the inductor and the armature, but not too high to avoid dielectric losses in the coating material.
- the generator G is of the triggerable type at the time of the firing and provides a signal with a duration of the order of 10 to 100 milliseconds.
- FIGS. 4a, 4b, 4c and 4d show construction details of the element which constitutes the armature 22 shown in FIG. 2.
- the armature is produced according to the technique of printed circuits on the surface of a thin insulating pad 30, for example, made of epoxy glass; this armature is composed of an open turn 31 made of a material characterized by a high specific conductivity and, at least one resistant filament 32 disposed in the center of the patch, the ends of this filament are connected to the turn by two connections radial 33a and 33b.
- the filament which constitutes the heating element is made of a material whose specific resistivity is high and which has mechanical properties which allow it to be welded to the connections of the coil.
- An example of such a material is a yarn marketed in France under the name "PHYNOX •.
- the diameter of this filament is of the order of a tenth of a millimeter.
- the electrical energy required to bring this filament to the ignition temperature of the pyrotechnic substance depends on the nature of this substance and on the filament-pyrotechnic substance connection.
- the energy supplied to the filament under normal conditions of use must be very much greater than that which the armature can normally capture when the ammunition is accidentally placed in a strong electromagnetic field of radars or radio transmitters.
- the invention is akin to the technique of igniting pyrotechnic substances by heating which is perfectly known to those skilled in the art.
- the armature may comprise two independent turns, each of these turns comprising a heating filament.
- turns 31a and 31b which can be electrically isolated or brought into contact by a bridge 31c, are arranged concentrically on the surface of the insulating pad 30. These turns 31a and 31b are connected respectively to heating filaments 32a and 32b located in the central part of the patch.
- turns 31a and 31b are arranged adjacent to the surface of the insulating pad 30. These turns 31a and 31b are connected respectively to heating filaments 32a and 32b located in the central part of the patch.
- the patch 30 can receive a means of protection against electromagnetic radiation produced by radars (FIG. 4d), so as to prevent inadvertent firing under their influence, a risk which is all the greater the higher the frequency, because the power transmitted by induction to a surface increases like the square root of the frequency.
- This protection means can be arranged on the free face of the patch, and can be constituted, for example, by a solid conductive screen 31c c of uniform thickness, completely or partially masking the turn, or by a conductive grid.
- This mode of protection against electromagnetic radiation is advantageous because it acts regardless of the position of the radar illuminator relative to the initiator and the induced turn.
- the screen acts as a filter, that is to say that it has an effect negligible at the operating frequency (1 MHz), but it acts all the more as the signal frequency is higher than the screen cutoff frequency; its thickness is chosen as a function of the resistivity, the permeability of the material constituting it, and the frequency for which one wishes to protect oneself, so that this thickness is of the order of magnitude of the depth of the current induced at this frequency.
- the turn acts according to another phenomenon.
- the radar illuminator induces eddy currents in the screen which themselves create a secondary field opposite to the incident field.
- the resulting field is the vector sum of the field produced by the illuminator and the field produced by the eddy currents. In the vicinity of the screen, the resulting field is almost zero and increases as one moves away from it. Consequently, the induced turn must be placed as close as possible to the screen so that it is most effectively protected from the field produced by the radar.
- the shape of the screen has been adjusted so as to artificially increase the resistance of the electrical circuit and also to decrease the attenuation at the operating frequency of the inductor.
- a copper grid 70 kt m thick, 6 mm in mesh width and 0.3 mm in line width was used.
- FIG. 5 shows an assembly method according to which the armature 30 is embedded in a housing 34 made of combustible or non-combustible insulating material.
- This housing comprises a cavity 35 opening onto the filament or filaments 32, this cavity being filled with a pyrotechnic composition 36 sensitive to hot wire.
- a hole 38 is made in the bottom of the socket 37 and opens inside the socket towards the propellant charge 39.
- this hole comprises a countersink 40 in which is housed the housing 34 which is held there by bonding .
- FIG. 6a represents an assembly method according to which the inductor 25 is disposed between a shield 41 and a block 42 held in abutment on a support plate 43.
- the shield 41 is preferably made of DURESTOS material consisting of short asbestos fibers coated in a cresyl resin, or in 2 D consisting of a glass fabric coated in a phenolic resin, sold by SNIAS. It can also consist of one or more layers of DURESTOS interposed between one or more layers of 2 D, the side facing the shooting chamber being made of DURESTOS.
- Block 42 is made of DURESTOS; it comprises on the one hand a cylindrical cavity 44 in which is held by araldite adhesive the spiral winding 25 of the inductor, and on the other hand, a housing 45 for the ferrite core 26. Two holes 46a and 46b allow wires 47a and 47b to escape towards the rear of the shooting plate 23.
- the shield 41 and the block 42 are bonded with CAF silicones sold by the company RHODOR SIL SILICONES, and are arranged in a retaining ring in steel 48 screwed into the firing plate 23 via the thread 49.
- This retaining ring comes to bear on a support plate 43 made of DURESTOS material.
- This support plate 43 is disposed at the bottom of the cavity of the firing plate in which a groove 50 is practiced in which is housed a washer 51 made of silicone coated cotton which ensures the rear sealing of the mounting.
- a washer 52 preferably made of copper, in intimate contact with the retaining ring and, a copper stuffing 53 formed in a dovetail-shaped groove between the retaining ring 48 and the pulling ring 23 ensure the front seal.
- the wires 47a and 47b can be embedded in silicones or araldite 54, moreover, they are electrically protected by a heat-shrinkable sheath 55.
- FIG. 6b represents a variant of the previous assembly in which the shield 41 is extended by a cylindrical part 41a and a shoulder 41b which is held in abutment on the bottom of the cavity of the firing plate by the retaining ring 48.
- the block 42 holding the coil 25 and the ferrite core 26.
- the interior of the retaining ring receives a metallic deposit identical to that produced on the walls of the cavity.
- the turn constituting the armature can be secured to a flat and thin support, it can also be the inductor produced in the form of a planar spiral winding disposed in the immediate vicinity of the armature.
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Description
- L'invention se rapporte au domaine technique des dispositifs d'allumage des substances pyrotechniques ; elle concerne plus précisément un dispositif électrique qui opère par induction électromagnétique.
- L'invention telle que décrite, se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement, à un dispositif d'allumage de charges propulsives d'artillerie et de missiles, ou d'artifices tels que par exemple des engins éclairants, traçants, fumigènes, incendiaires et générateurs de gaz.
- Un dispositif électrique d'allumage d'une substance pyrotechnique qui opère par induction électromagnétique comprend deux éléments :
- - un premier élément qui constitue un inducteur et qui est parcouru par un courant électrique fourni par une source d'énergie impulsionnelle ou alternative haute fréquence de durée limitée, déclenchée à l'instant de la mise à feu,
- - un second élément, qui constitue l'induit et qui est couplé électroniquement à l'inducteur, cet enduit étant disposé au contact ou au voisinage de la substance pyrotechnique sensible à l'échauffement, laquelle sert éventuellement d'amorce primaire à une charge pyrotechnique plus importante.
- On connaît déjà, par les brevets français 2159787 anglais 1235844 et allemand 2421 908, un dispositif fonctionnant sur le principe du chauffage par induction d'un matériau résistif placé dans une substance pyrotechnique.
- Les avantages que procure un dispositif d'allumage par induction électromagnétique, en regard des dispositifs conventionnels opérant au moyen de liaisons électriques sont multiples. Parmi ces avantages, on peut citer notamment :
- - l'absence de liaison matérielle entre la source d'énergie électrique et l'élément chauffant contenu dans la substance pyrotechnique, ce qui évite d'une part les mauvais contacts électriques et d'autre part d'avoir à positionner, de façon précise, ces contacts,
- - la possibilité de réaliser un initiateur combustible, ce qui est nécessaire dans les applications dans lesquelles on désire éviter les résidus solides en cours ou après le fonctionnement de l'amorce,
- - un degré élevé d'immunité aux charges électrostatiques, lesquelles ont pour effet d'entraîner un éventuel allumage intempestif.
- Les brevets américains 3185093 et 3 038 384 décrivent des écrans métalliques protecteurs de bobines inductrices réalisés sous forme d'enveloppes cylindriques.
- L'invention a donc pour objet un dispositif électrique d'allumage, par induction magnétique, d'une substance pyrotechnique placée dans l'engin à allumer, au moyen d'une arme, comprenant un inducteur solidaire de la plaque de tir de ladite arme et raccordé à un générateur de courant situé en regard d'un induit placé au contact de la substance pyrotechnique, ledit induit étant muni d'un écran conducteur de protection, caractérisé en ce que l'induit est constitué par au moins une spire ouverte réalisée en un matériau dont la conductibilité spécifique est élevée, au moins un filament résistif étant connecté dans l'ouverture de la spire, et en ce que l'inducteur est emprisonné entre un bouclier et un bloc.
- La ou les spires peuvent être disposées sur une pastille isolante.
- La spire peut être réalisée sur un support isolant suivant la technique des circuits imprimés.
- L'induit peut comporter deux spires ouvertes indépendantes ou ayant un point commun, connectée chacune à un filament résistif. Les deux spires peuvent être concentriques. Les deux spires peuvent être adjacentes.
- L'écran peut être constitué par une grille conductrice disposée sur la face libre de la pastille isolante et tel que sa surface masque entièrement ou partiellement la spire.
- La valeur de la réactance selfique de la spire peut être du même ordre de grandeur que la résistance ohmique du filament résistif.
- L'inducteur peut comprendre un bobinage spiroïdal, et comporte un moyen de protection mécanique, un moyen de protection thermique et des moyens d'étanchéité.
- L'inducteur peut être logé dans une cavité en acier qui comporte un moyen permettant d'accroître la conductibilité électrique de ses parois, constitué par exemple par un dépôt pelliculaire d'un métal dont la conductivité spécifique est élevée.
- Le fil du bobinage de l'inducteur peut être un fil multibrins isolés.
- Le fil du bobinage de l'inducteur peut être un fil monobrin isolé.
- L'inducteur peut être accordé par une cavité connectée aux bornes du bobinage dont la fréquence d'accord définit de fréquence de fonctionnement du générateur.
- L'inducteur peut être solidement bloqué dans un matériau transparent aux rayonnements électromagnétiques, résistant à une température comprise entre 800 et 1 000 °C durant 5 millisecondes, dont la résistance à la compression est supérieure à 1 000 daN/cm2 et dont le taux d'allongement est supérieur à 2 %, ce matériau épousant intimement la forme de la cavité pratiquée dans la plaque d'allumage.
- Le matériau peut être constitué par une matrice organique résistant à une température inférieure à 500 °C, renforcée à l'aide de charge telle que des fibres ou des tissus.
- La matrice organique peut être choisie dans le groupe: résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone. La charge peut être choisie dans le groupe: fibres courtes d'amiante, de verre ou de silice ou d'un tissu d'amiante ou de silice, ou de whiskers non métalliques.
- L'inducteur peut être emprisonné entre un bouclier et un bloc, l'ensemble formé par le bouclier, l'inducteur et le bloc étant solidarisé à la plaque d'allumage par une bague de retenue, des moyens d'étanchéité étant disposés d'une part entre la bague de retenue et la plaque d'allumage, et d'autre part, entre la bague de retenue et le bouclier.
- La spire constituant l'induit peut être solidaire d'un support plan et mince pour coopérer avec un inducteur comportant un bobinage spiroïdal plan et disposé à proximité immédiate de l'induit.
- Un avantage plus spécifique du dispositif d'allumage par induction électromagnétique selon l'invention réside dans la réalisation d'un inducteur qui, placé dans l'environnement de la chambre d'un canon résiste aux effets thermiques et mécaniques produits essentiellement par la combustion de la charge propulsive.
- Un autre avantage réside dans le fait que la probabilité élevée d'allumage commandé est satisfaite en dépit des imperfections mécaniques et géométriques du système à allumer.
- D'autres caractéristiques et avantages que procure l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui représentent, à titre illustratif mais non limitatif, diverses variantes d'exécution d'un dispositif d'allumage par induction d'une substance pyrotechnique contenue dans une cartouche d'artillerie de gros ou moyen calibre, la plaque d'allumage étant la culasse ou plaque de tir du canon. Sur ces dessins :
- la figure 1 représente un dispositif d'allumage selon l'art antérieur,
- la figure 2 représente un dispositif d'allumage selon l'invention,
- la figure 3 représente un modèle électrique du dispositif selon l'invention,
- la figure 4 représente quatre modes d'exécution de l'élément que constitue l'induit,
- la figure 5 représente le montage de l'induit dans une cartouche d'artillerie,
- la figure 6 représente deux variantes d'exécution d'un dispositif d'allumage.
- La figure 1 représente, selon l'art antérieur, un dispositif d'allumage d'une charge pyrotechnique appliqué à l'artillerie, comme décrit par exemple dans le brevet N° 2 159 787 sus mentionné.
- La figure 1a représente l'ensemble du dispositif et la figure 1 b les détails de réalisation de l'initiateur placé dans la cartouche d'artillerie.
- Sur la figure 1a, la douille 4 d'une, cartouche d'artillerie est engagée dans la chambre 5 d'un canon, cette cartouche renferme une charge propulsive 6 et un initiateur 7 à induction électromagnétique. Un inducteur 8, disposé dans la culasse 9 du canon, est parcouru par un courant alternatif fourni par un générateur électrique connecté aux bornes d'entrée 10 et 11 de cet inducteur et déclenché à l'instant de la mise à feu.
- La figure 1 b montre les détails de réalisation de l'initiateur 7 à induction électromagnétique. Cet initiateur comporte une enveloppe 1 réalisée en un matériau isolant et qui contient une substance pyrotechnique 2 sensible à l'échauffement. Un élément métallique 3 qui constitue l'induit est placé à l'intérieur de cette enveloppe, au contact ou à proximité de la substance pyrotechnique.
- La figure 2 représente, selon l'invention, un mode de réalisation d'un dispositif électrique d'allumage de la charge propulsive d'un projectile tiré par un canon ; seules, les parties concernées par l'invention, la partie inductrice et la partie induite du dispositif sont représentées.
- Le fond de la douille 20 de la cartouche en matériau non conducteur comporte dans sa région centrale, une couverture circulaire 21 à l'intérieur de laquelle est disposé l'élément 22 qui constitue l'induit du dispositif. Dans l'épaisseur de la plaque de tir en acier 23 et, en regard de l'induit, est pratiquée une cavité cylindrique 24 dans laquelle est disposé l'élément qui constitue l'inducteur du dispositif. Cet inducteur comprend un bobinage spiroïdal 25, à faibles pertes et un noyau de ferrite 26 situé selon l'axe du bobinage; le rôle de ce noyau est de concentrer le flux électromagnétique de l'inducteur dans la région induite.
- Les parois 29 de la cavité 24 sont rendues conductrices par dépôt d'une couche, de faible épaisseur, d'un métal caractérisé par une conductibilité spécifique élevée, par exemple, du cuivre, de l'argent etc... ; l'épaisseur de cette couche métallique est supérieure à la profondeur de pénétration du courant électrique induit à la fréquence de fonctionnement du signal haute fréquence qui alimente l'inducteur.
- Selon une autre variante de réalisation, la cavité peut être chemisée par une douille métallique réalisée dans un métal à haute conductibilité électrique; les parois intérieures de cette cavité peuvent être usinées de manière à accroître ses propriétés d'adhérence aux matériaux de remplissage.
- Les connections de sortie 27 du bobinage 25 sont dirigées vers l'arrière de la plaque de tir, puis torsadées à l'intérieur d'un conduit de sortie 28.
- L'inducteur est protégé thermiquement et mécaniquement par des matériaux d'enrobage avantageusement disposés : une couche supérieure en matériau transparent aux rayonnements électromagnétiques et à haute résistance mécanique et thermique qui constitue un bouclier, et des couches sous jacentes qui constituent un moyen de protection mécanique de l'inducteur.
- Les dimensions, notamment la profondeur D et le diamètre 0c de la cavité, doivent être minimisées afin de réduire notablement les contraintes géométriques et mécaniques. Toutefois, elles doivent être suffisamment grandes, de façon à ce que les pertes constituées par la puissance dissipée dans la masse métallique soient acceptables. La distance D1 entre le fond de la douille 20 et le bobinage doit être suffisante afin que la couche d'enrobage qui constitue le bouclier thermique conserve une pleine efficacité mécanique et thermique tout en atténuant pas trop le champ magnétique. Le bobinage est avantageusement construit en forme de « galette comportant une ou plusieurs couches de fils.
- La figure 3 représente, selon l'invention, le modèle électrique du dispositif décrit à la figure 2. La partie inductrice ou primaire est située à gauche de l'axe simulant le plan de la plaque de tir, la partie induite ou secondaire, est située à droite de cet axe. Le bobinage de l'inducteur possède une self de valeur Lp, supérieure à la self propre Le de la liaison inducteur-générateur G, par exemple, quatre à dix fois supérieure, selon la longueur de la liaison. Une capacité de puissance de valeur Cp est connectée aux bornes du bobinage pour constituer un circuit antirésonnant dont la fréquence d'accord est avantageusement choisie pour assurer au couple inducteur-induit un excellent couplage conjugué avec un bon rendement. La fréquence d'accord constitue la fréquence optimale de fonctionnement du générateur, c'est-è-dire celle pour laquelle le courant débité par celui-ci est minimal.
- La résistance Rp représente une résistance fictive, équivalente aux pertes de l'inducteur et comprenant notamment la résistance chimique du bobinage, les pertes induites dans les parois de la cavité, etc... Le bobinage peut être réalisé en fils divisés, tels que du fil de Litz, ou en fil monobrin, et les parois de la cavité sont rendues fortement conductrices par dépôt d'une couche métallique à haute conductibilité.
- L'élément qui constitue l'induit peut être représenté par une self de valeur Lg couplée électro- magnétiquement à l'inducteur ; aux bornes de cette self est connecté un filament résistif de valeur As. Pour accroître le transfert de l'énergie haute fréquence induite dans la self L,, dans la résistance d'utilisation Rs, l'impédance de la self L, est avantageusement du même ordre de grandeur que la résistance Rs tout en restant très faible, inférieure à 1 il, de manière à rendre le système très peu sensible aux rayonnements extérieurs. Le couplage M des parties primaires et secondaires est accru, en minimisant leur distance relative et en insérant un noyau de ferrite dans le bobinage de l'inducteur.
- Le générateur G qui fournit l'énergie inductrice doit opérer sur une fréquence située au-delà des fréquences industrielles, la fréquence de fonctionnement doit être suffisamment élevée, de l'ordre du MHz, afin de réduire les dimensions physiques du dispositif et d'améliorer le couplage entre l'inducteur et l'induit, mais pas trop élevée pour éviter les pertes diélectriques dans le matériau d'enrobage. Le générateur G est du type déclenchable à l'instant du tir et fournit un signal d'une durée de l'ordre de 10 à 100 millisecondes.
- Les figures 4a, 4b, 4c et 4d représentent des détails de réalisation de l'élément qui constitue l'induit 22 représenté à la figure 2.
- A la figure 4a, l'induit est réalisé selon la technique des circuits imprimés sur la surface d'une mince pastille isolante 30, par exemple, en verre époxy ; cet induit est composé d'une spire ouverte 31 réalisée dans un matériau caractérisé par une conductibilité spécifique importante et, d'au moins un filament résistant 32 disposé au centre de la pastille, les extrémités de ce filament sont reliées à la spire par deux connections radiales 33a et 33b. Le filament qui constitue l'élément chauffant est réalisé en un matériau dont la résistivité spécifique est importante et qui possède des propriétés mécaniques qui permettent de la souder aux connexions de la spire. Un exemple d'un tel matériau est un fil commercialisé en France sous la dénomination « PHYNOX •. Le diamètre de ce filament est de l'ordre du dixième de millimètre. L'énergie électrique nécessaire pour porter ce filament à la température d'allumage de la substance pyrotechnique est fonction de la nature de cette substance et de la liaison filament-substance pyrotechnique. L'énergie fournie au filament dans les conditions normales d'utilisation doit être très nettement supérieure à celle que peut normalement capter l'induit lorsque la munition est placée accidentellement dans un champ électromagnétique puissant de radars ou radioémetteurs. A ce stade, l'invention s'apparente à la technique de l'allumage des substances pyrotechniques par échauffement qui est parfaitement connue de l'homme de l'art.
- Pour atteindre une probabilité élevée de fonctionnement commandé, l'induit peut comporter deux spires indépendantes, chacune de ces spires comportant un filament chauffant.
- A la figure 4b, deux spires 31a et 31b, qui peuvent être isolées électriquement ou mises en contact par un pont 31c sont disposées concentriquement sur la surface de la pastille isolante 30. Ces spires 31a et 31 b sont connectées respectivement à des filaments chauffants 32a et 32b situés dans la partie centrale de la pastille.
- A la figure 4c, deux spires 31a et 31b, isolées électriquement ou ayant un point commun, sont disposées de façon adjacente sur la surface de la pastille isolante 30. Ces spires 31a et 31 b sont connectées respectivement à des filaments chauffants 32a et 32b situés dans la partie centrale de la pastille.
- La pastille 30 peut recevoir un moyen de protection contre les rayonnements électromagnétiques produits par les radars (fig. 4d), de façon à interdire une mise à feu intempestive sous leur influence, risque qui est d'autant plus grand que la fréquence est élevée, car la puissance transmise par induction à une surface augmente comme la racine carrée de la fréquence. Ce moyen de protection peut être disposé sur la face libre de la pastille, et peut être constitué, par exemple, par un écran conducteur plein 31c c d'épaisseur uniforme, masquant entièrement ou partiellement la spire, ou par une grille conductrice.
- Ce mode de protection contre les rayonnements électromagnétiques et avantageux car il agit quelle que soit la position de l'illuminateur radar par rapport à l'initiateur et la spire induite.
- En effet, dans le cas où l'écran est situé entre la spire induite et l'illuminateur radar, l'écran agit comme un filtre, c'est-à-dire qu'il a un effet négligeable à la fréquence de fonctionnement (1 MHz), mais il agit d'autant plus que la fréquence du signal est supérieure à la fréquence de coupure de l'écran ; son épaisseur est choisie en fonction de la résistivité, de la perméabilité du matériau le constituant et, de la fréquence pour laquelle on veut se protéger, de façon telle que cette épaisseur soit de l'ordre de grandeur de la profondeur du courant induit à cette fréquence.
- Dans le cas où la spire est située entre le radar et l'écran ce dernier agit selon un autre phénomène. En effet, l'illuminateur radar induit des courants de Foucault dans l'écran qui eux- mêmes créent un champ secondaire opposé au champ incident. Le champ résultant est la somme vectorielle du champ produit par l'illuminateur et du champ produit par les courants de Foucault. Au voisinage de l'écran, le champ résultant est presque nul et augmente au fur et à mesure que l'on s'en éloigne. En conséquence, la spire induite doit être disposée le plus près possible de l'écran de manière à ce qu'elle soit protégée le plus efficacement possible du champ produit par le radar.
-
- Dans une autre réalisation on a ajusté la forme de l'écran de façon à augmenter artificiellement la résistance du circuit électrique et aussi à diminuer l'atténuation à la fréquence de fonctionnement de l'inducteur. Pour ce faire on a utilisé une grille en cuivre de 70 ktm d'épaisseur, de 6 mm de largeur de maille et de 0,3 mm de largeur de trait.
- La figure 5 représente un mode de montage selon lequel l'induit 30 est noyé dans un boîtier 34 réalisé en matériau isolant combustible ou non. Ce boîtier comporte une cavité 35 débouchant sur le ou les filaments 32, cette cavité étant remplie par une composition pyrotechnique 36 sensible au fil chaud. Un percement 38 est pratiqué dans le fond de la douille 37 et débouche à l'intérieur de la douille vers la charge propulsive 39. De plus, ce percement comporte un lamage 40 dans lequel vient se loger le boîtier 34 qui y est maintenu par collage.
- La figure 6 représente deux variantes de montage de l'inducteur dans la culasse (ou plaque de tir). L'inducteur est solidement bloqué dans un matériau transparent aux rayonnements électromagnétiques résistant à une température comprise entre 800 et 1 000 °C durant 10 millisecondes, résistant à une pression de l'ordre de 3 000 bars durant 5 millisecondes, dont la résistance à la compression est supérieure à 1 000 daN/cm2 et dont le taux d'allongement est supérieur à 2 %. Ce matériau peut être une matrice organique résistant à une température inférieure à 500 °C, renforcée à l'aide de charges telles que des fibres ou tissus. Ce matériau peut être constitué par exemple :
- - de fibres courtes d'amiante, de verre ou de silice ou d'un tissu d'amiante ou de silice enrobés dans une résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone,
- - de « whiskers c'est-à-dire de monocristaux filamentaires non métalliques de longueur inférieure à 50 mm et de diamètre inférieur à 100 ¡.t.m (trichites), tels que par exemple des trichites de corindon (AI203), enrobés dans une résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone.
- La figure 6a représente un mode de montage selon lequel l'inducteur 25 est disposé entre un bouclier 41 et un bloc 42 maintenu en appui sur une plaque support 43.
- Le bouclier peut être constitué par exemple par les matériaux précités. Le bloc 42 et la plaque support 43 peuvent être constitués par exemple par:
- - des matériaux précités,
- - un tissu de verre ou de coton enrobé dans une résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone,
- - un stratifié tridimensionnel d'amiante, de verre ou de silice enrobé dans une résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone.
- Le bouclier 41 est, de façon préférentielle, réalisé en matériau DURESTOS constitué par des fibres courtes d'amiante enrobées dans une résine crésylique, ou en 2 D constitué par un tissu de verre enrobé dans une résine phénolique, commercialisés par la SNIAS. Il peut aussi être constitué d'une ou de plusieurs couches de DURESTOS intercalées entre une ou plusieurs couches de 2 D, la face tournée vers la chambre de tir étant en DURESTOS. Le bloc 42 est réalisé en DURESTOS ; il comporte d'une part une cavité cylindrique 44 dans laquelle est maintenu par de la colle araldite le bobinage spiroïdal 25 de l'inducteur, et d'autre part, un logement 45 pour le noyau de ferrite 26. Deux percements 46a et 46b permettent aux fils 47a et 47b de s'échapper vers l'arrière de la plaque de tir 23. Le bouclier 41 et le bloc 42 sont collés avec des silicones CAF commercialisés par la société RHODOR SIL SILICONES, et sont disposés dans une bague de retenue en acier 48 vissée dans la plaque de tir 23 par l'intermédiaire du filetage 49. Cette bague de retenue vient prendre appui sur une plaque support 43 en matériau DURESTOS. Cette plaque support 43 est disposée au fond de la cavité de la plaque de tir dans lequel est pratiquée une gorge 50 où est logée une rondelle 51 en coton enduite de silicones qui assure l'étanchéité arrière du montage. Une rondelle 52, de préférence en cuivre, en contact intime avec la bague de retenue et, un bourrage en cuivre 53 pratiqué dans une gorge en forme de queue d'aronde entre la bague de retenue 48 et la bague de tir 23 assurent l'étanchéité avant. A l'arrière de la plaque, les fils 47a et 47b peuvent être noyés dans des silicones ou de l'araldite 54, de plus, ils sont protégés électriquement par une gaine thermorétractable 55.
- La figure 6b représente une variante du montage précédent dans laquelle le bouclier 41 se prolonge par une partie cylindrique 41a et un épaulement 41b qui est maintenu en appui sur le fond de la cavité de la plaque de tir par la bague de retenue 48. A l'intérieur de la partie cylindrique 41a est logé le bloc 42 maintenant le bobinage 25 et le noyau de ferrite 26.
- Dans ces deux variantes, l'intérieur de la bague de retenue reçoit un dépôt métallique identique à celui réalisé sur les parois de la cavité.
- Comme mentionné précédemment, la spire constituant l'induit peut être solidaire d'un support plan et mince, il peut être de même de l'inducteur réalisé sous la forme d'un bobinage spiroïdal plan disposé à proximité immédiate de l'induit.
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