EP0204623B1 - Allumeur destiné aux chargements générateurs de gaz des obus - Google Patents

Allumeur destiné aux chargements générateurs de gaz des obus Download PDF

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EP0204623B1
EP0204623B1 EP86401149A EP86401149A EP0204623B1 EP 0204623 B1 EP0204623 B1 EP 0204623B1 EP 86401149 A EP86401149 A EP 86401149A EP 86401149 A EP86401149 A EP 86401149A EP 0204623 B1 EP0204623 B1 EP 0204623B1
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igniter
charge
ignition
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EP86401149A
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EP0204623A1 (fr
Inventor
Jean-Philippe Godfrin
Bernard Landrevie
Gérard Escache
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Societe Nationale des Poudres et Explosifs
Original Assignee
Societe Nationale des Poudres et Explosifs
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    • 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
    • F42C19/0807—Primers; Detonators characterised by the particular configuration of the transmission channels from the priming energy source to the charge to be ignited, e.g. multiple channels, nozzles, diaphragms or filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/32—Range-reducing or range-increasing arrangements; Fall-retarding means
    • F42B10/38—Range-increasing arrangements
    • F42B10/40—Range-increasing arrangements with combustion of a slow-burning charge, e.g. fumers, base-bleed projectiles

Definitions

  • the invention relates to a pyrotechnic igniter usable on shells with additional propulsion and drag reduction shells, this igniter comprising a resistant outer casing the bottom of which is provided with divergent peripheral orifices and an ignition charge placed in this casing.
  • Igniters having such a structure have been known for many years as regards the firing of propellant charges used for the additional propulsion of shells, and these charges are most often of the “central channel” type and have a great length. It is also known that the use of an igniter generally causes a little more dispersion of the impacts of shells during shots, and this is one of the main reasons why after having used igniters placed upstream of the propellant charge , as described for example in patent US-A-3, 698, 321, direct firing techniques have been developed without using an igniter, one of these techniques being described in US-A-4197800.
  • the patents FR-A-2 328 938 and FR-A-2 365 777 describe such igniters according to different configurations, the preamble of claim 1 being based on one of these documents.
  • the igniter is placed entirely in the bottom of the shell and the orifices for ejection of the ignition gases and of incandescent particles are drilled in the bottom of the housing, theoretically this configuration is the best since the gases charged with hot particles do not tend to erode the surface of the gas generator block, but it has been found that under the special conditions of cannon fire many blocks do not even ignite whereas such a configuration would be perfectly suitable for a propellant or gas generator not integrated into a shell.
  • the igniter is placed at the level of the propellant block, which saves space, but the short length of the central channel implies a lateral or oblique ejection of the gases from ignition so that the block can be ignited regardless of the propellant composition.
  • lateral ejection causes localized erosive combustion which is not very reproducible of the propellant block generating gas.
  • All the igniters intended for the loadings generating gas of the shells, that this generation is limited to obtain a reduction of drag or that this generation is important to obtain a propulsive effect, are compact igniters whose box is completely filled by the loading of ignition.
  • This charge contains either pyrotechnic elements, or a monolithic block obtained by molding or by compression, which are supported on the downstream bottom of the ignition box which makes it possible to maintain this charge during the acceleration phase of the shell in the Canon.
  • the object of the present invention is to obtain, on the one hand, total reliability of the ignition of the gas generator charge whatever the propellant composition used, in particular with the compositions at very low combustion speed at low pressure which are difficult to ignite in the special conditions of firing shells, and on the other hand an improvement in the reproducibility of ignition which directly influences the accuracy of long-range shots, one of the causes of the dispersions observed with the drag reduction shells compared to normal shells being the irregularity of the ignition conditions.
  • the invention is characterized in that the internal surface of the igniter box comprises a means for axial positioning of the charge which provides a free space between the downstream face of the charge and the bottom of the box, the ignition charge being constituted by a pyrotechnic unit secured to a peripheral ferrule in support on said axial positioning means.
  • the axial positioning means consists of an internal shoulder of the box on which the peripheral shell of the ignition charge bears
  • this axial positioning means consists of the internal surface of the igniter box which is tapered, the bottom of this box being connected to the small base of the trunk of the cone and the ignition charge itself being tapered with the same opening angle.
  • the internal central zone of the bottom of the housing has a projection whose thickness decreases from the center towards the periphery, such a deflector having a real efficiency variable over time as a function of the instantaneous distance which exists between the combustion surface of the ignition pyrotechnic composition and the bottom of the housing, which makes it possible to limit the erosion of the propellant block of the gas generator load while having a very efficient lateral diffusion of the ignition gases, especially at the start of ignition.
  • this projection can be constituted by a conical element, a truncated cone shape or a complete cone allowing good deflection when the base circle of the conical element is substantially tangent to the internal part of the openings, the angle at the top of the cone preferably being between 120 ° and 160 °.
  • this projection is truncated, it is then advantageous for the height to be substantially equal to the height of the free space provided by the axial positioning means, so that this projection constitutes both a deflector and a support stop for the ignition charge.
  • the peripheral shell of the ignition charge belongs to a cup whose bottom has a peripheral flange, and advantageously this flange is constituted by a rim whose two superimposed thicknesses form a metallic seal.
  • the pyrotechnic block of the ignition charge has a combustion duration greater than 0.8 seconds, this duration being more particularly between 1.5 and 2.5 seconds, and on the other hand this block is produced from a composition comprising from 16 to 25% of magnesium, an inorganic oxidant, and from 2.5% to 6% of an organic binder such as a polymer.
  • the advantages obtained thanks to this invention consist essentially in that at the beginning of the combustion of the pyrotechnic ignition block the heat flow, constituted by the combustion gases and the incandescent particles, is essentially directed laterally which allows this flux to be concentrated. thermal on a restricted surface of the gas generator load, the annular zone of maximum effect of the thermal flux moving progressively downstream of the channel of the gas generator load while retaining sufficient lateral diffusion to be effective on the surface of this channel.
  • the creation of a free space which has proved possible despite the thermodynamic and kinetic conditions of a cannon shot, allows to benefit from a much larger initial surface, all of these operating conditions making it possible to obtain a high reproducibility of the ignition conditions of the gas-generating charges, in particular those used for the reduction of drag, which makes it possible to considerably increase the accuracy of long-range shots by reducing the dispersion of the impact points.
  • the shell (2) is extended towards the rear by a peripheral skirt (2a) on which is attached a bottom (not shown) comprising a large axial opening of exhaust of the combustion gases generated by the gas generator charge (1) which is constituted by a block of propellant with an externally inhibited central channel and which is placed in the combustion chamber internal to the skirt.
  • the igniter of the gas generator load has an outside diameter slightly smaller than the diameter of the internal channel, and the steel casing (3) of the igniter is directly screwed into the rear boss of the bottom (2b) of the shell.
  • the internal surface of this box has a shoulder (8) whose width is slightly greater than the thickness of the peripheral shell (7) of the ignition charge, which is constituted by a light alloy bucket and by the monolithic pyrotechnic block (11).
  • This pyrotechnic block is directly formed in this cup by compression of a pulverulent composition containing 16% of magnesium, 26% of barium peroxide, 50% of another oxide or alkaline or alkaline-earth peroxide and 8% of a binder polyester.
  • the ignition charge with a total mass of 40 grams must under the kinetic conditions of a cannon fire withstand an effort of approximately 500 to 800 daN, and the use of a thin ferrule (7) requires that the bucket is provided with a peripheral fixing flange (10) which is constituted by a laterally stamped rim whose two superimposed thicknesses form a metallic seal, such a fixing flange being useless in the case where the internal surface of the box is frustoconical and receives a charge of ignition itself frustoconical, the entire lateral surface of the load participating in the maintenance of this charge during firing with the gun.
  • the pyrotechnic block has a free surface which is slightly frustoconical and is supported on the small base of the truncated cone (9) which is formed inside the igniter housing, the large base of this projection being tangent to the ejection orifices (4) and (4 ') which are radial slots which cut the bottom and the tubular wall of the housing, this form of slot contributing to the progressive modification of the orientation of the cone d maximum effect of the heat flux generated by the igniter, the combustion time of which is 2.5 seconds.
  • all the samples of propellant gas generator of different compositions were ignited under satisfactory conditions of reproducibility, and the stable combustion of most of the samples under a pressure of 5 to 10 bars was obtained after a duration of the order of 0.6 to 0.8 seconds.

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Description

  • L'invention concerne un allumeur pyrotechnique utilisable sur les obus à propulsion additionnelle et les obus à réduction de traînée, cet allumeur comportant un boîtier extérieur résistant dont le fond est muni d'orifices périphériques divergents et un chargement d'allumage placé dans ce boîtier.
  • Des allumeurs présentant une telle structure sont connus depuis de nombreuses années en ce qui concerne la mise à feu des chargements propulsifs utilisés pour la propulsion additionnelle des obus, et ces chargements sont le plus souvent de type « à canal central et présentent une grande longueur. Il est également connu que l'utilisation d'un allumeur entraîne généralement un peu plus de dispersion des impacts des obus lors des tirs, et c'est l'une des principales raisons pour lesquelles après avoir utilisé des allumeurs placés en amont du chargement propulsif, tel que cela est décrit par exemple dans le brevet US-A-3, 698, 321, il a été mis au point des techniques de mise à feu directe sans utiliser d'allumeur, l'une de ces techniques étant décrite dans le brevet US-A-4197800.
  • Actuellement la mise à feu des chargements générateurs de gaz à canal central, qui sont placés au culot des obus et qui sont destinés à réduire la traînée de culot de ces obus, est réalisée au moyen d'allumeurs semblables à ceux utilisés pour la propulsion additionnelle, mais les résultats obtenus sont encore insuffisamment reproductibles, et plusieurs techniques de mise à feu directe de ces chargements, sans utiliser d'allumeur placé en amont du chargement générateur de gaz, ont été développées et sont décrites notamment dans le brevet US-A-4 130 061 et dans le brevet GB-A-2131926. De telles techniques d'allumage, totalement directe (GB-A-2 131 926) ou en utilisant une première composition plus sensible (US-A-4130 061) limitent considérablement le choix de la composition du chargement propulsif ou du chargement générateur de gaz et ne permettent pas d'utiliser les compositions les plus adaptées notamment à la réduction de traînée de culot qui nécessite des compositions brûlant à très faible pression tout en générant un grand volume de gaz de combustion.
  • En ce qui concerne plus particulièrement les allumeurs qui sont placés en amont des chargements générateurs de gaz et qui permettent de réduire la traînée de culot des obus, les brevets FR-A-2 328 938 et FR-A-2 365 777 décrivent de tels allumeurs selon différentes configurations, le préambule de la revendication 1 se basant sur un de ces documents. Selon le premier brevet, l'allumeur est placé entièrement dans le fond de l'obus et les orifices d'éjection des gaz d'allumage et des particules incandescentes sont percés dans le fond du boîtier, théoriquement cette configuration est la meilleure puisque les gaz chargés de particules chaudes ne tendent pas à éroder la surface du bloc générateur de gaz, mais il a été constaté que dans les conditions particulières de tir au canon de nombreux blocs ne s'allumaient même pas alors qu'une telle configuration conviendrait parfaitement pour un propulseur ou un générateur de gaz non intégré dans un obus.
  • La différence qui semble la plus importante réside dans.le fait que la mise à feu d'un engin autopropulsé classique se fait alors que la tuyère de l'engin est obturée par un opercule jusqu'à ce qu'une pression suffisante soit atteinte, alors que, dans le mode de fonctionnement d'un chargement placé sur un obus, si une pression de plusieurs milliers de bars règne initialement dans le canal du chargement générateur de gaz, dès la sortie de la bouche du canon, il se produit une vidange brutale du canal qui tend à éteindre la surface en combustion du propergol même si celui-ci était déjà partiellement mis à feu. Selon le second brevet français FR-A-2 365 777, l'allumeur est placé au niveau du bloc de propergol, ce qui permet un gain de place, mais la faible longueur du canal central implique une éjection latérale ou oblique des gaz d'allumage afin que la mise à feu du bloc puisse être réalisée quelle que soit la composition de propergol. Par contre une telle éjection latérale entraîne une combustion érosive localisée et peu reproductible du bloc de propergol générateur de gaz.
  • Tous les allumeurs destinés aux chargements générateurs de gaz des obus, que cette génération soit limitée pour obtenir une réduction de traînée ou que cette génération soit importante pour obtenir un effet propulsif, sont des allumeurs compacts dont le boîtier est totalement rempli par le chargement d'allumage. Ce chargement contient soit des éléments pyrotechniques, soit un bloc monolithique obtenu par moulage ou par compression, qui sont en appui sur le fond aval du boîtier d'allumage ce qui permet de maintenir ce chargement durant la phase d'accélération de l'obus dans le canon.
  • La présente invention a pour but d'obtenir, d'une part une fiabilité totale de l'allumage du chargement générateur de gaz quelle que soit la composition de propergol utilisée, notamment avec les compositions à très basse vitesse de combustion à faible pression qui sont difficiles à mettre à feu dans les conditions particulières de tir des obus, et d'autre part une amélioration de la reproductibilité de l'allumage qui influe directement sur la précision des tirs à grande distance, l'une des causes des dispersions observées avec les obus à réduction de traînée par rapport aux obus normaux étant l'irrégularité des conditions d'allumage.
  • L'invention se caractérise en ce que la surface interne du boîtier de l'allumeur comporte un moyen de positionnement axial du chargement qui ménage un espace libre entre la face aval du chargement et le fond du boîtier, le chargement d'allumage étant constitué par un bloc pyrotechnique solidaire d'une virole périphérique en appui sur ledit moyen de positionnement axial.
  • Selon un premier mode de réalisation le moyen de positionnement axial est constitué par un épaulement interne du boîtier sur lequel porte la virole périphérique du chargement d'allumage, et selon un second mode de réalisation ce moyen de positionnement axial est constitué par la surface interne du boîtier de l'allumeur qui est tronconique, le fond de ce boîtier étant raccordé à la petite base du tronc du cône et le chargement d'allumage étant lui-même tronconique avec le même angle d'ouverture. Ces deux modes de réalisations préférentiels permettent de ménager un espace libre situé entre la face aval du chargement d'allumage et le fond du boîtier, le volume de cet espace libre et surtout sa hauteur étant optimisé en fonction de la nature de la composition du bloc pyrotechnique d'allumage, du dimensionnement des orifices périphériques divergents du boîtier, et de la composition de propergol du chargement générateur de gaz.
  • Avantageusement, surtout lorsque le canal du chargement générateur de gaz présente une faible longueur, comme cela est le cas pour les chargements de réduction de traînée des obus, la zone centrale interne du fond du boîtier comporte une saillie dont l'épaisseur décroît du centre vers la périphérie, un tel déflecteur ayant une efficacité réelle variable au cours du temps en fonction de la distance instantanée qui existe entre la surface de combustion de la composition pyrotechnique d'allumage et le fond du boîtier, ce qui permet de limiter l'érosion du bloc de propergol du chargement générateur de gaz tout en ayant une diffusion latérale des gaz d'allumage très efficace surtout au début de l'allumage. Plus particulièrement, cette saillie peut être constituée par un élément conique, une forme en tronc de cône ou un cône complet permettant une bonne déflection lorsque le cercle de base de l'élément conique est sensiblement tangent à la partie interne des ouvertures, l'angle au sommet du cône étant préférentiellement compris entre 120° et 160°. Lorsque cette saillie est tronquée il est alors avantageux que la hauteur soit sensiblement égale à la hauteur de l'espace libre ménagé par le moyen de positionnement axial, de manière à ce que cette saillie constitue à la fois un déflecteur et une butée de soutien du chargement d'allumage. L'obtention d'un jet de gaz d'allumage largement étalé transversalement est particulièrement nette dans la phase initiale d'allumage lorsque le fond du boîtier comporte des orifices qui se prolongent dans l'épaisseur latérale de ce boîtier au niveau de l'espace libre, cette position relative par rapport au déflecteur central permettant d'obtenir une importante composante latérale d'éjection qui s'atténue progressivement et évite toute combustion érosive localisée et prolongée.
  • Selon une forme particulière d'exécution, la virole périphérique du chargement d'allumage appartient à un godet dont le fond présente une collerette périphérique, et avantageusement cette collerette est constituée par un rebord dont les deux épaisseurs superposées forment un joint métallique d'étanchéité.
  • Avantageusement, d'une part le bloc pyrotechnique du chargement d'allumage présente une durée de combustion supérieure à 0,8 seconde, cette durée étant plus particulièrement comprise entre 1,5 et 2,5 secondes, et d'autre part ce bloc est réalisé à partir d'une composition comportant de 16 à 25 % de magnésium, d'un oxydant minéral, et de 2,5 % à 6 % d'un liant organique tel qu'un polymère.
  • Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiellement en ce qu'au début de la combustion du bloc pyrotechnique d'allumage le flux thermique, constitué par les gaz de combustion et les particules incandescentes, est essentiellement dirigé latéralement ce qui permet de concentrer ce flux thermique sur une surface restreinte du chargement générateur de gaz, la zone annulaire d'effet maximal du flux thermique se déplaçant progressivement vers l'aval du canal du chargement générateur de gaz tout en conservant une diffusion latérale suffisante pour être efficace sur la surface de ce canal. De plus, la création d'un espace libre, qui s'est avéré possible malgré les conditions thermodynamiques et cinétiques d'un tir au canon, permet de bénéficier d'une surface initiale beaucoup plus importante, l'ensemble de ces conditions de fonctionnement permettant d'obtenir une grande reproductibilité des conditions d'allumage des chargements générateurs de gaz notamment ceux utilisés pour la réduction de traînée, ce qui permet d'augmenter considérablement la précision des tirs à longue distance en réduisant la dispersion des points d'impact.
  • Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail à l'aide d'un dessin représentant l'un des deux modes préférentiels de réalisation de l'invention pour lequel :
    • - la figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale axiale d'un obus, au niveau de l'allumeur d'un chargement générateur de gaz permettant de réduire la traînée de culot de l'obus (basebleed).
    • - la figure 2 est une section transversale selon II-II du boîtier extérieur de l'allumeur.
  • Selon ce dessin qui se rapporte à un obus de calibre 155 millimètres, l'obus (2) est prolongé vers l'arrière par une jupe périphérique (2a) sur laquelle est rapporté un fond (non représenté) comportant une large ouverture axiale d'échappement des gaz de combustion générés par le chargement générateur de gaz (1) qui est constitué par un bloc de propergol à canal central inhibé extérieurement et qui est placé dans la chambre de combustion interne à la jupe.
  • L'allumeur du chargement générateur de gaz présente un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre du canal interne, et le boîtier (3) en acier de l'allumeur est directement vissé dans le bossage arrière du fond (2b) de l'obus. La surface interne de ce boîtier comporte un épaulement (8) dont la largeur est légèrement supérieure à l'épaisseur de la virole périphérique (7) du chargement d'allumage, qui est constitué par un godet en alliage léger et par le bloc pyrotechnique monolithique (11). Ce bloc pyrotechnique est directement formé dans ce godet par compression d'une composition pulvérulente contenant 16% de magnésium, 26% de peroxyde de baryum, 50 % d'un autre oxyde ou peroxyde alcalin ou alcalino-terreux et 8 % d'un liant polyester. Le chargement d'allumage d'une masse totale de 40 grammes doit dans les conditions cinétiques d'un tir au canon résister à un effort d'environ 500 à 800 daN, et l'utilisation d'une virole (7) mince nécessite que le godet soit muni d'une collerette périphérique (10) de fixation qui est constituée par un rebord embouti latéralement dont les deux épaisseurs superposées forment un joint métallique d'étanchéité, une telle collerette de fixation étant inutile dans le cas où la surface interne du boîtier est tronconique et reçoit un chargement d'allumage lui-même tronconique, la totalité de la surface latérale du chargement participant au maintien de ce chargement lors du tir au canon. Selon l'exemple décrit, le bloc pyrotechnique présente une surface libre qui est légèrement tronconique et se trouve en appui sur la petite base du tronc de cône (9) qui est ménagé à l'intérieur du boîtier de l'allumeur, la grande base de cette saillie étant tangente aux orifices d'éjection (4) et (4') qui sont des fentes radiales qui entaillent le fond et la paroi tubulaire du boîtier, cette forme de fente contribuant à la modification progressive de l'orientation du cône d'effet maximal du flux thermique généré par l'allumeur dont la durée de combustion est de 2,5 secondes. Au cours des essais statiques, tous les échantillons de propergol générateur de gaz de différentes compositions ont été mis à feu dans des conditions satisfaisantes de reproductibilité, et la combustion stable de la plus grande partie des échantillons sous une pression de 5 à 10 bars a été obtenue après une durée de l'ordre de 0,6 à 0,8 seconde.

Claims (12)

1. Allumeur destiné aux chargements générateurs de gaz (1) à canal central contenus dans les obus (2), comportant d'une part un boîtier extérieur résistant (3) dont le fond est muni d'orifices périphériques divergents (4, 4') et d'autre part un chargement d'allumage (5) placé dans ce boîtier, caractérisé en ce que la surface interne du boîtier comporte un moyen de positionnement axial du chargement qui ménage un espace libre (6) entre la face aval du chargement et le fond du boîtier, le chargement d'allumage (5) étant constitué par un bloc pyrotechnique (11) solidaire d'une virole périphérique (7) en appui sur ledit moyen de positionnement axial.
2. Allumeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de positionnement axial est constitué par un épaulement interne (8) du boîtier sur lequel porte la virole périphérique (7) du chargement d'allumage.
3. Allumeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de positionnement axial est constitué par la surface interne du boîtier (3) qui est tronconique, le fond du boîtier étant raccordé à la petite base du tronc du cône.
4. Allumeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone centrale interne du fond du boîtier comporte une saillie (9) dont l'épaisseur décroît du centre vers la périphérie.
5. Allumeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la saillie (9) est un élément conique dont le cercle de base est sensiblement tangent à la partie interne des orifices (4, 4').
6. Allumeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle au sommet du cône est compris entre 120° et 160°.
7. Allumeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la hauteur de la saillie (9) est sensiblement égale à la hauteur de l'espace libre (6) ménagé par le moyen de positionnement axial.
8. Allumeur selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les orifices (4, 4') se prolongent dans l'épaisseur latérale du boîtier (3) au niveau de l'espace libre (6).
9. Allumeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la virole périphérique (7) fait partie d'un godet dont le fond présente une collerette périphérique (10).
10. Allumeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la collerette (10) est constituée par un rebord dont les deux épaisseurs forment un joint métallique d'étanchéité.
11. Allumeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc pyrotechnique (11) présente une durée de combustion supérieure à 0,8 seconde.
12. Allumeur selon l'une des revendications 1 ou 11, caractérisé en ce que le bloc pyrotechnique (11) est réalisé à partir d'une composition comportant de 16 à 25% de magnésium, d'un oxydant minéral, et de 2,5 % à 6 % de liant organique.
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