EP0411992A1 - Composition d'allumage pour retard pyrotechnique - Google Patents

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EP0411992A1
EP0411992A1 EP90402149A EP90402149A EP0411992A1 EP 0411992 A1 EP0411992 A1 EP 0411992A1 EP 90402149 A EP90402149 A EP 90402149A EP 90402149 A EP90402149 A EP 90402149A EP 0411992 A1 EP0411992 A1 EP 0411992A1
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composition
ignition
pyrotechnic
delay
titanium
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André Espagnacq
René Laurensou
Philippe Morand
Jean-François Vega
Chaumet Nicole Forichon
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Direction General pour lArmement DGA
Giat Industries SA
Etat Francais
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B43/00—Compositions characterised by explosive or thermic constituents not provided for in groups C06B25/00 - C06B41/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C15/00—Pyrophoric compositions; Flints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C7/00—Non-electric detonators; Blasting caps; Primers

Definitions

  • the technical sector of the present invention is that of ignition compositions for pyrotechnic delays incorporated in an ammunition or in a security and arming device (DSA).
  • DSA security and arming device
  • Pyrotechnic delays of the delay cord type, include an ignition composition, a retarding pyrotechnic composition confined in a metal sheath, and possibly an explosive output relay. They are used in a pyrotechnic chain to induce a time delay.
  • the solution usually adopted consists in defining a delay specific to the system studied, generally a tube containing a retarding composition loaded by compression. Such a delay is reliable and precise, but relatively bulky. Thus, when an adjustment of the duration of the delay is necessary (as for certain rockets of mortar projectiles), the constraints of the size lead to provide for the possibility of initiating the retarded composition compressed more or less close to the relay. ignition, by mechanical displacement of one of the elements of the rocket (delay carrier or relay carrier). Such a solution is not satisfactory, because it leads to a certain imprecision.
  • timing problems do not have a pyrotechnic solution, and one has to resort to more complex timing techniques (watchmaking for example), often more bulky and more expensive.
  • the aim of the present invention is therefore to propose an ignition composition for pyrotechnic delay which can be initiated by percussion, capable of being integrated into ammunition or into an arming and security device, of reduced diameter and of low cost.
  • the subject of the invention is therefore an ignition composition that can be initiated by percussion for pyrotechnic delay, characterized in that it comprises a first composition for ignition by percussion and a second composition consisting of a mixture of titanium and boron powders. .
  • the first composition can be a tablet of potassium chlorate, lead thyocianate, antimony sulfide and lead styphnate.
  • the second composition can comprise 80% by mass of titanium powder and 20% by mass of boron powder.
  • the first composition can be compressed at a pressure between 0.5.108 and 2.1O8 Pa and the second composition at a pressure between 0.5.108 and 2.5.108 Pa.
  • the invention also relates to the application of the ignition composition to the production of a delay cord, integrated in a metal sheath with an external diameter less than or equal to 3 mm, containing a pyrotechnic composition burning at a lower speed or equal to 4 mm / s.
  • An advantage of the present invention lies in obtaining an ignition composition of small dimensions, simple to implement and to manufacture.
  • initiation composition initiates delay cords of small diameter, that is to say less than or equal to 3 mm.
  • Another advantage lies in the fact that the delay composition is initiated without disorganization or destruction of the cell which contains it, thus avoiding a disturbance of the pyrotechnic chain.
  • the delay composition in itself is well known to those skilled in the art. It consists of tungsten, barium chromate and potassium perchlorate distributed according to the following respective percentages by mass and this by way of example: 28, 62, and 1O.
  • We take advantage of the properties of this composition namely: - weakly gaseous combustion with a reduced risk of ejection of residues and disorganization of any of the constituents of the pyrotechnic chain, or even damage to the DSA, - security of use and storage due to the low sensitivity, - excellent resistance to aging (lifespan) 20 years at 20 ° C, greatly exceeding the average storage period of most munitions and therefore requiring no visit during this same period.
  • This igniter comprises a percussion ignition composition combined with a titanium-boron composition.
  • the titanium-boron composition has certain qualities which make it particularly suitable for the intended use: - high calorific value, - combustion rigorously without gas and therefore without risk of projection of residues, disorganization of the titanium-boron tablet which can cause poor contact between this same composition and the retarding composition, and thus prevent the transmission of combustion, - non pyrotechnic basic products (titanium and boron), easy and safe to use, which improves manufacturing safety, - Production of an ignition of the delayed composition by combustion front.
  • the particle size of titanium and boron has no significant influence on the performance of the ignition composition.
  • the titanium powder has an average particle size of the order of 15 ⁇ m and the boron powder of 1.2 ⁇ m.
  • the titanium-boron composition being impossible to ignite by percussion, it is essential to provide a priming composition.
  • the latter consists of a tablet of potassium chlorate, lead thyocianate, antimony sulfide and lead styphnate.
  • This composition is known and is easy to initiate by percussion. It is sufficiently energetic to initiate the hot titanium-boron composition, without disorganizing it or destroying the cell. Its percussion energy is around 0.1 Joule and it generates a high output energy, around 100 Joules. Finally, the deflagration of this composition is transmitted neither to the titanium-boron composition, nor to the pyrotechnic delay composition.
  • a delay is therefore produced comprising a head primer crimped onto one end of a metal sheath.
  • This sheath can for example be a lead or tin sheath of about 3 mm internal diameter.
  • the other end of this cord carries an output relay, produced in a known manner and which will not be the subject of a more detailed description.
  • the head primer consists of a cell in which the first priming composition and the second composition are compressed.
  • the alveolus has at its end a passage hole for a striker, closed by a thin paillet ensuring sealing.
  • the delay cord is obtained from a large diameter tube which is cut to a determined length and which is then filled with retarding composition. After sealing the ends, this tube is introduced into a machine which will roll it between rollers until the desired diameter is obtained, the length of the cord being of course a function of this diameter.
  • the retarding composition has been the subject of aging tests which suggest a lifetime greater than 20 years at 30 ° C. and 1O years at 60 ° C.
  • the delay according to the invention can be used whenever the following characteristics are desired: - very slow combustion (2 mm / s) inducing long delay times for a short length of cord and therefore a reduced mass, which is important in the case of on-board devices, - ease of integration into a system thanks to the flexibility of the cord and its ability to function despite kinks, - good reproducibility of the performances which are practically not affected by the conditions of use, - conservation of performance at low temperature, - good resistance to aging.

Abstract

L'invention concerne une composition d'allumage initiable par percussion pour retard pyrotechnique. Elle comprend une première composition d'amorçage par percussion et une seconde composition constituée d'un mélange de poudres de titane et de bore. La première composition est un comprimé de chlorate de potassium, de thyocianate de plomb, de sulfure d'antimoine et de styphnate de plomb. La seconde composition comprend 8O% en masse de poudre de titane et 2O% en masse de poudre de bore. La première composition est comprimée à une pression comprise entre 0,5.10<8> et 2.1O<8> Pa et la seconde composition a une pression comprise entre 0,5.10<8> et 2,5.10<8> Pa. Application de la composition d'allumage à l'initiation d'un cordeau retard intégré dans une gaine métallique d'un diamètre extérieur inférieur ou égale à 3 mm, renfermant une composition pyrotechnique brulant a une vitesse inférieure ou égale à 4 mm/s.

Description

  • Le secteur technique de la présente invention est celui des compositions d'allumage pour retards pyrotechniques incorporés dans une munition ou dans un dispositif de sé­curité et d'armement (DSA).
  • Les retards pyrotechniques, du type cordeau-retard, conprennent une composition d'allumage, une composition pyro­technique retardatrice confinée dans une gaine métallique, et éventuellement un explosif relais de sortie. Ils sont utili­sés dans une chaîne pyrotechnique pour induire une temporisa­tion.
  • De nombreux retards pyrotechniques ont été propo­sés pour obtenir une vitesse de combustion de l'ordre de quelques centimètres à la seconde. A ce titre, on peut citer les brevets US-A-4 144 814 et FR-A-2 464 932 qui décrivent tout particulièrement des compositions retards. Toutefois, ces compositions sont toujours initiées électriquement par fil chaud et non pas par percussion, ce qui les rend inappli­cables dans les munitions ou dans les dispositifs de sécurité et d'armement. D'autre part, il est à ce jour impossible d'initier les compositions retards lorsqu'elles ont un diamé­tre inférieur à 3 mm.
  • Lors de la conception d'une munition ou d'un DSA, il est souvent avantageux de recourir à une temporisation par retard pyrotechnique. La solution habituellement adoptée consiste à définir un retard propre au système étudié, géné­ralement un tube contenant une composition retardatrice char­gée par compression. Un tel retard est fiable et précis, mais relativement encombrant. Ainsi, lorsqu'un réglage de la durée de la temporisation est nécessaire (comme pour certaines fu­sées de projectiles de mortier), les contraintes l'encombrement amènent à prévoir la possibilité d'initier la composition retardatrice comprimée plus ou moins près du re­lais d'amorçage, par déplacement mécanique d'un des éléments de la fusée (porte-retard ou porte-relais). Une telle solu­tion n'est pas satisfaisante, car elle entraîne une certaine imprécision.
  • Ainsi, à l'heure actuelle, bien des problèmes de temporisation n'ont pas de solution pyrotechnique, et on doit recourir à des techniques de temporisation plus complexes (horlogères par exemple), souvent plus encombrantes et plus coûteuses.
  • Le but de la présente invention est donc de propo­ser une composition d'allumage pour retard pyrotechnique amorçable par percussion, apte à s'intégrer dans une munition ou dans un dispositif d'armement et de sécurité, de diamètre réduit et de faible coût.
  • L'invention a donc pour objet une composition d'allumage initiable par percussion pour retard pyrotechni­que, caractérisée en ce qu'elle comprend une première compo­sition d'amorçage par percussion et une seconde composition constituée d'un mélange de poudres de titane et de bore.
  • La première composition peut être un comprimé de chlorate de potassium, de thyocianate de plomb, de sulfure d'antimoine et de styphnate de plomb.
  • La seconde composition peut comprendre 80% en masse de poudre de titane et 20% en masse de poudre de bore.
  • La première composition peut être comprimée à une pression comprise entre 0,5.10⁸ et 2.1O⁸ Pa et la seconde composition à une pression comprise entre 0,5.10⁸ et 2,5.10⁸ Pa.
  • L'invention concerne également l'application de la composition d'allumage à la réalisation d'un cordeau retard, intégré dans une gaine métallique d'un diamètre extérieur in­férieur ou égal à 3 mm, renfermant une composition pyrotech­nique brûlant a une vitesse inférieure ou égale à 4 mm/s.
  • Un avantage de la présente invention réside dans l'obtention d'une composition d'allumage de faibles dimen­sions, simple à mettre en oeuvre et à fabriquer.
  • Un autre avantage réside dans le fait que la compo­sition d'amorçage initie des cordeaux retards de faible dia­mètre, c'est-à-dire inférieur ou égal à 3 mm. On peut donc mettre à profit les propriétés des compositions retards connues dans des dispositifs dans lesquels il était impossi­ble de les utiliser jusqu'alors.
  • Un autre avantage réside dans le fait que la compo­sition retard est initiée sans désorganisation ou destruction de l'alvéole qui la renferme, évitant ainsi une perturbation de la chaîne pyrotechnique.
  • D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture du complément de description donné ci-après.
  • La composition retard en elle-même est bien connue de l'homme de l'art. Elle est constituée de tungstène, de chromate de baryum et de perchlorate de potassium répartis suivant les pourcentages en masse respectifs suivants et ce à titre d'exemple : 28, 62, et 1O. On met à profit les proprié­tés de cette composition à savoir :
    - une combustion faiblement gazeuse avec un risque atténué d'éjection de résidus et de désorganisation de l'un quelconque des constituants de la chaîne pyrotechnique, voire d'endommagement du DSA,
    - une sécurité d'emploi et de stockage du fait de la faible sensibilité,
    - une excellente tenue au vieillissement (durée de vie) 20 ans à 20°C, excédant largement la période de stockage moyenne de la plupart des munitions et n'imposant donc pas de visite durant cette même période.
  • Toutefois, il est bien connu que cette composition présente l'inconvénient d'être difficile à allumer, car elle requiert une quantité de chaleur importante.
  • Il a donc fallu définir une composition d'allumage spécifique présentant toutes les garanties de fiabilité et de sécurité et ayant un pouvoir calorifique élevé durant un laps de temps relativement important de quelques millisecondes.
  • Cet allumeur comprend une composition d'amorçage par percussion combinée à une composition titane-bore. Ces deux compositions sont connues en elles-mêmes, mais elles n'ont jamais été associées et de plus on ne connaît aucune utilisation industrielle de la composition titane-bore en py­rotechnie.
  • La composition titane-bore présente certaines qua­lités qui la rendent particulièrement apte à l'usage envisagé :
    - pouvoir calorifique élevé,
    - combustion rigoureusement sans gaz et donc sans risques de projection de résidus, de désorganisation du com­primé de titane-bore pouvant entraîner un mauvais contact en­tre cette même composition et la composition retardatrice, et empêcher ainsi la transmission de la combustion,
    - produits de base (titane et bore) non pyrotechni­ques, de mise en oeuvre aisée et sûre, ce qui améliore la sé­curité en fabrication,
    - production d'un allumage de la composition retard par front de combustion.
  • La granulométrie du titane et du bore n'a pas d'influence notable sur les performances de la composition d'allumage. La poudre de titane a une granulométrie moyenne de l'ordre de 15 µm et la poudre de bore de 1,2 µm.
  • La composition titane-bore étant impossible à allu­mer par percussion, il est indispensable de prévoir une com­position d'amorçage. Cette dernière est constituée par un comprimé de chlorate de potassium, de thyocianate de plomb, de sulfure d'antimoine et de styphnate de plomb. Cette compo­sition est connue et est facile à initier par percussion. Elle est suffisamment énergétique pour initier la composition chaude de titane-bore, sans pour autant la désorganiser ni détruire l'alvéole. Son énergie de percussion est de l'ordre de 0,1 Joule et elle engendre une forte énergie de sortie, de l'ordre de 100 Joules. Enfin, la déflagration de cette compo­sition n'est transmise ni à la composition titane-bore, ni à la composition pyrotechnique retard.
  • Ces deux compositions permettent d'obtenir un allu­meur de dimension très réduite, de 4 mm de diamètre et de 5 mm de hauteur.
  • On réalise donc un retard comprenant une amorce de tête sertie sur une extrémité d'une gaine métallique. Cette gaine peut être par exemple une gaine de plomb ou d'étain d'environ 3 mm de diamètre interne. L'autre extrémité de ce cordeau porte un relais de sortie, réalisé de manière connue et qui ne fera pas l'objet d'une description plus détaillée.
  • L'amorce de tête est constituée par une alvéole dans laquelle on a comprimé la première composition d'amorçage et la seconde composition. L'alvéole présente à son extrémité un trou de passage pour un percuteur, obturé par un paillet mince assurant l'étanchéité.
  • Industriellement, le cordeau retard est obtenu à partir d'un tube de grand diamètre que l'on coupe à une lon­gueur déterminée et que l'on remplit ensuite de composition retardatrice. Après scellement des extrémités, on introduit ce tube dans une machine qui va le rouler entre des galets jusqu'à obtention du diamètre désiré, la longueur du cordeau étant bien sûr fonction de ce diamètre.
  • A titre d'exemple, on peut obtenir des cordeaux sous gaine étain de 3 mm de diamètre externe, à partir d'un tube de 17 mm de diamètre extérieur. Au cours de cette opéra­tion, la composition retardatrice subit une compression pou­vant aller jusqu'à plusieurs centaines de Pascal. Il faut noter cependant que le taux de compression de cette composi­tion est pratiquement sans influence sur la vitesse de com­bustion comme l'ont montré les essais effectués.
  • Divers essais de fonctionnement ont permis de véri­fier la fiabilité d'un ensemble retard pyrotechnique, de dé­finir précisément les composants pyrotechniques et d'en optimiser les masses. Il en résulte les compositions suivan­tes (% exprimés en masse) :
    chlorate de potassium ..... 52 %
    thiocyanate de plomb..... 25 %
    sulfure d'antimoine ..... 13 %
    styphnate de plomb..... 10 %
    - seconde composition: 80 mg, comprimée à 1,5.10⁸ Pa,
    titane ..... 81,6%
    bore ..... 18,4%
    - paillet en étain de 0,05 mm d'épaisseur, - cordeau à gaine étain ou plomb de diamètre exté­rieur 3 mm, - composition retardatrice :
    tungstène ..... 28%
    chromate de baryum ..... 62%
    perchlorate de potassium ..... 10%
    La granulométrie du tungstène est inférieure à 20 µm.
  • Une cinquantaine de retards réalisés avec les pro­portions ci-dessus ont été tirés. Aucun raté d'allumage n'est observé bien que l'énergie de percussion soit de l'ordre de 0,1 Joule et on obtient les résultats suivants sur un cor­deau de 10 cm de longueur :
    - durée maximale 15,9 s
    - durée minimale 14,O3 s
    - durée moyenne 14,8 s
    - écart type 0,45.
  • Cette réalisation donne satisfaction sur le plan des performances. On teste l'ensemble en imposant des rayons de courbure minimaux. Il n'y a pas de ratés d'allumage et les temps de fonctionnement oscillent alors entre 14,54 et 15,98 s, valeurs comparables à celles obtenues avec un cordeau rec­tiligne. Ces essais mettent en évidence l'intéret de l'usage de compositions sans gaz, qui n'engendrent ni projections, ni destruction de la gaine du cordeau, ni non fonctionnement. Il est par ailleurs intéressant de constater une parfaite trans­mission de la combustion dans des conditions aussi défavora­bles, malgré les cassures engendrées par les pliages à courbure très faible.
  • Une autre série d'essais a porté sur le fonctionne­ment à basse température, conditions les plus contraignantes, de quatre retards pyrotechniques mis en enceinte climatique pendant 2H3O à -4O°C. Les durées de fonctionnement varient de 14,9O s à 15,83 s, durées tout à fait comparables avec celles obtenues à température ambiante.
  • Enfin, la composition retardatrice a fait l'objet d'essais de vieillissement qui laissent présager une durée de vie supérieure à 2O ans à 3O°C et 1O ans à 6O°C.
  • Le retard selon l'invention peut être utilisé cha­que fois que l'on désire les caractéristiques suivantes :
    - combustion très lente (2 mm/s) induisant des durées de temporisation importantes pour une faible longueur de cordeau et donc une masse réduite, ce qui est important dans le cas de dispositifs embarqués,
    - facilité d'intégration dans un système grâce à la flexibilité du cordeau et à son aptitude à fonctionner malgré les pliures,
    - bonne reproductibilité des performances qui ne sont pratiquement pas affectées par les conditions d'utilisation,
    - conservation des performances à basse température,
    - bonne tenue au vieillissement.
  • On a testé avec succès d'autres compositions d'allumage dans lesquelles les pourcentages respectifs de ti­tane et de bore variaient entre 68% et 32% d'une part, et 81,6% et 18,4% d'autre part. Le remplacement du titane par le zirconium permet d'obtenir les mêmes résultats.

Claims (5)

1 - Composition d'allumage initiable par percussion pour retard pyrotechnique, caractérisée en ce qu'elle com­prend une première composition d'amorçage par percussion et une seconde composition constituée d'un mélange de poudres de titane et de bore.
2 - Composition d'allumage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première composition est un com­primé de chlorate de potassium, de thyocianate de plomb, de sulfure d'antimoine et de styphnate de plomb.
3 - Composition d'allumage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la seconde composition comprend 8O% en masse de poudre de titane et 2O% en masse de poudre de bo­re.
4 - Composition d'allumage selon la revendication 3, caractérisée en ce que la première composition est compri­mée à une pression comprise entre 0,5.10⁸ et 2.1O⁸ Pa et la seconde composition à une pression comprise entre 0,5.10⁸ et 2,5.10⁸ Pa.
5 - Application de la composition d'allumage selon l'une quelconque des revendications précédentes à la réalisa­tion d'un cordeau détonant intégré dans une gaine métallique d'un diamètre extérieur inférieur ou égale à 3 mm, renfermant une composition pyrotechnique brûlant à une vitesse inférieu­re ou égale à 4 mm/s.
EP19900402149 1989-08-01 1990-07-26 Composition d'allumage pour retard pyrotechnique Expired - Lifetime EP0411992B1 (fr)

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