EP1067357B1 - Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation - Google Patents
Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation Download PDFInfo
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- EP1067357B1 EP1067357B1 EP00401936A EP00401936A EP1067357B1 EP 1067357 B1 EP1067357 B1 EP 1067357B1 EP 00401936 A EP00401936 A EP 00401936A EP 00401936 A EP00401936 A EP 00401936A EP 1067357 B1 EP1067357 B1 EP 1067357B1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
- C06C7/00—Non-electric detonators; Blasting caps; Primers
-
- 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
- F42B3/113—Initiators therefor activated by optical means, e.g. laser, flashlight
Definitions
- the present invention relates to a detonator optical two-stage and shock-detonation transition.
- a metal membrane which under the action of the combustion pressure of the 1st stage is cut into a straw which acts as a piston and will compact the porous explosive of the 2nd stage and initiate a combustion that, given the confinement will trigger a process of transition deflagration-detonation.
- the purpose of the present invention is to remedy to the disadvantages above.
- an optical detonator is being considered two stages and shock-detonation transition, in which the first floor includes a pyrotechnic composition and an optical fiber whose one end is connected to a source of laser radiation, the other end adjacent to the pyrotechnic composition being engaged in a connector, means being inserted between the end of the optical fiber and the composition pyrotechnics to transmit laser radiation to the pyrotechnic composition, detonator in which the second floor includes a pyrotechnic composition placed in alignment with the pyrotechnic composition from the first floor and separated from the latter by means of transmitting the shock wave generated by the ignition of the pyrotechnic composition of the first floor.
- this optical detonator is characterized in that the means separating the pyrotechnic composition of the first floor of that of the second floor include a metal plate one side is in contact with the composition pyrotechnics of the first floor and whose other face is adjacent to a cavity that separates it from the composition second stage pyrotechnic and is supported by its periphery against the end of an element of confinement of the pyrotechnic composition of the second floor.
- the plate metal above is propelled at high speed on the bare surface of the pyrotechnic composition of the second floor.
- this wafer When it impacts, this wafer starts in the pyrotechnic composition a shock-detonation transition.
- This shock-detonation transition is favored by a focusing effect of the shock wave.
- This shock-detonation transition allows make a shorter detonator, containing less pyrotechnic composition, more insensitive, more reproducible and with a shorter response time than in the case of the solution mentioned at the beginning of this description.
- the improvement of the present invention with respect to current technique involves that the diameter of the cavity is superior to that of the pyrotechnic composition, the end face of the pyrotechnic composition adjacent to the cavity being merged with the face constituting the bottom of said cavity.
- FIG. 1 represents an optical detonator at two stages and shock-detonation transition, in which the first floor 1 comprises a composition pyrotechnic 2 and an optical fiber 3, one of which end is connected to a radiation source laser such as a laser diode.
- a radiation source laser such as a laser diode.
- the other end of the optical fiber 3 adjacent to the pyrotechnic composition 2 is engaged in a connector 4.
- Means that will be described later, are inserted between the end 3a of the optical fiber 3 and the pyrotechnic composition 2 to transmit the laser radiation to the pyrotechnic composition 2.
- the second stage of the detonator comprises a pyrotechnic composition 6 placed in the alignment of the pyrotechnic composition 2 of the first stage 1 and separated from the latter by transmission means of the shock wave generated by the ignition of the pyrotechnic composition 2 of the first stage 1.
- the means separate the pyrotechnic composition 2 from the first stage 1 of the second stage 5 include a plate 7 of which one face is in contact with the pyrotechnic composition 2 of the first floor 1 and the other face is adjacent to a cavity 8 which separates it the pyrotechnic composition 6 of the second stage 5.
- This metal plate 7 is supported by its periphery against the end 9a of an element of containment 9 of the pyrotechnic composition 6 of the second floor 5.
- the pyrotechnic composition 2 of the first floor 1 is confined in a containment element 10 which is connected axially and removably to the element of containment 9 of the pyrotechnic composition 6 of the second floor 5.
- the plate 7 may be in steel and has a thickness of between 100 and 250 micrometers.
- the laser energy transmitted to the composition pyrotechnic 2 of the first floor 1 and the characteristics of this composition must be preferably be such that the wafer 7 can be propelled into the cavity 8 at a speed of at least at 500 m / s under the effect of the pressure developed after ignition of the pyrotechnic composition 2.
- the composition pyrotechnic 2 comprises octogen with loading density of the order of 1.65 g / cm3 and a particle size of the order of 3 micrometers.
- Octogen can be mixed with about 1% of ultra-thin carbon black to promote absorption in the near infra-red.
- the pyrotechnic composition 6 of second stage 5 comprises octogen or hexogen in granular form and having a density greater than 1.4 g / cm3.
- Figure 1 shows, on the other hand, that the means to transmit laser radiation from the fiber optical 3 to the pyrotechnic composition 2 of the first floor 1 include a ring 11 in the recess of which is housed a glass ball 12.
- This ring 11 is in contact with the end of the connector 4 of the optical fiber 3 and with a glass plate 13 itself in contact with the pyrotechnic composition 2 of the first stage 1.
- This provision allows a transmission of the laser radiation to the pyrotechnic composition 2, without loss of surface energy.
- the means to transmit the laser radiation between the optical fiber 3 and the pyrotechnic composition 2 of first floor 1 include a glass bar 14 to gradient of index housed in an element 15 in matter little thermally conductive.
- This glass bar 14 is able to focus the laser radiation from the optical fiber 3 on the face of the composition pyrotechnic 2 of the first floor 1 with which this glass bar 14 is in contact.
- This glass bar 14 can be in two parts.
- the laser radiation conveyed by the fiber Optical 3 transmits its energy to the composition pyrotechnic 2 and generates the combustion thereof.
- the pressure developed by the combustion of this composition 2 propels the wafer 7 to a velocity greater than 500 m / s in the cavity 8 towards the bare surface 6a of the pyrotechnic composition 6 of second floor.
- the shock wave generated at the impact of this wafer 7 on the surface 6a of the composition pyrotechnic initiates the detonation of it.
- the reduction of the total mass of the pyrotechnic composition is important, especially when of the application of the detonator according to the invention for order the separation of two floors of a vessel space, because it reduces the intensity of pyrotechnic shocks transmitted to this vessel.
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Description
La présente invention concerne un détonateur
optique à deux étages et à transition choc-détonation.
Pour réaliser un détonateur optique avec des
sources laser de faible puissance telles que les diodes
laser envisagées dans les applications spatiales, on a
recours à l'heure actuelle à un détonateur à deux
étages : le premier étant utilisé pour l'allumage
thermique par le laser d'une combustion et le second
étage étant dédié à une transition déflagration-détonation.
A l'interface entre les deux étages, est placée
une membrane métallique qui sous l'action de la pression
de combustion du 1er étage se découpe en paillet qui
agit comme un piston et va compacter l'explosif poreux
du 2ème étage et initier une combustion qui, compte tenu
du confinement va déclencher un processus de transition
déflagration-détonation.
Les inconvénients de ce concept sont liés à
l'utilisation du processus de transition déflagration-détonation.
Cela nécessite :
- l'utilisation d'un explosif à basse densité de chargement (1.1 g/cm3), en fait proche de la densité de tassement pour avoir une porosité importante et aussi des grosses granulométries : ceci augmente la sensibilité du composant pyrotechnique et est peu favorable pour assurer une bonne reproductibilité de chargement dans ses petits composants ;
- une longueur suffisante du 2ème étage afin d'atteindre le point de transition à la détonation : ce qui en pratique augmente notablement la quantité d'explosif utilisé.
Le but de la présente invention est de remédier
aux inconvénients ci-dessus.
Dans la technique courante, voir le document US-A-4848095,
on envisage un détonateur optique à
deux étapes et à transition choc-détonation, dans lequel
le premier étage comprend une composition pyrotechnique
et une fibre optique dont une extrémité est raccordée à
une source de rayonnement laser, l'autre extrémité
adjacente à la composition pyrotechnique étant engagée
dans un connecteur, des moyens étant insérés entre
l'extrémité de la fibre optique et la composition
pyrotechnique pour transmettre le rayonnement laser vers
la composition pyrotechnique, détonateur dans lequel le
second étage comprend une composition pyrotechnique
placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique
du premier étage et séparée de cette dernière par des
moyens de transmission de l'onde de choc générée par
l'allumage de la composition pyrotechnique du premier
étage.
Suivant l'invention, ce détonateur optique est
caractérisé en ce que les moyens qui séparent la
composition pyrotechnique du premier étage de celle du
second étage comprennent une plaquette métallique dont
une face est en contact avec la composition
pyrotechnique du premier étage et dont l'autre face est
adjacente à une cavité qui la sépare de la composition
pyrotechnique du second étage et est en appui par sa
périphérie contre l'extrémité d'un élément de
confinement de la composition pyrotechnique du second
étage.
Grâce à la pression de la combustion vive
générée lors de l'allumage de la combustion de la
composition pyrotechnique du premier étage, la plaquette
métallique ci-dessus est propulsée à grande vitesse sur
la surface nue de la composition pyrotechnique du second
étage.
Lors de son impact, cette plaquette amorce dans
la composition pyrotechnique une transition choc-détonation.
Cette transition choc-détonation est favorisée
par un effet de focalisation de l'onde de choc.
Cette transition choc-détonation permet de
réaliser un détonateur moins long, contenant moins de
composition pyrotechnique, plus insensible, plus
reproductible et avec un temps de réponse plus court que
dans le cas de la solution évoquée au début de cette
description.
L'amélioration de la présente invention par rapport à la
technique courante comporte que le diamètre de la cavité est
supérieur à celui de la composition pyrotechnique, la
face d'extrémité de la composition pyrotechnique
adjacente à la cavité étant confondue avec la face
constituant le fond de ladite cavité.
De ce fait, la plaquette lors de son impact
entre en collision simultanément avec la composition
pyrotechnique et avec la face d'extrémité de la cavité.
Cette disposition permet de focaliser l'onde de choc sur
la composition pyrotechnique.
D'autres particularités et avantages de
l'invention apparaítront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples
non limitatifs :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un détonateur optique à deux étages selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle, montrant une variante de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente un détonateur optique à
deux étages et à transition choc-détonation, dans lequel
le premier étage 1 comprend une composition
pyrotechnique 2 et une fibre optique 3 dont une
extrémité est raccordée à une source de rayonnement
laser telle qu'une diode laser.
L'autre extrémité de la fibre optique 3
adjacente à la composition pyrotechnique 2 est engagée
dans un connecteur 4.
Des moyens qui seront décrits plus loin, sont
insérés entre l'extrémité 3a de la fibre optique 3 et la
composition pyrotechnique 2 pour transmettre le
rayonnement laser vers la composition pyrotechnique 2.
Le second étage 5 du détonateur comprend une
composition pyrotechnique 6 placée dans l'alignement de
la composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et
séparée de cette dernière par des moyens de transmission
de l'onde de choc générée par l'allumage de la
composition pyrotechnique 2 du premier étage 1.
Conformément à l'invention, les moyens qui
séparent la composition pyrotechnique 2 du premier étage
1 de celle du second étage 5 comprennent une plaquette
métallique 7 dont une face est en contact avec la
composition pyrotechnique 2 du premier étage 1 et dont
l'autre face est adjacente à une cavité 8 qui la sépare
de la composition pyrotechnique 6 du second étage 5.
Cette plaquette métallique 7 est en appui par sa
périphérie contre l'extrémité 9a d'un élément de
confinement 9 de la composition pyrotechnique 6 du
second étage 5.
La composition pyrotechnique 2 du premier étage
1 est confinée dans un élément de confinement 10 qui est
raccordé axialement et de façon amovible à l'élément de
confinement 9 de la composition pyrotechnique 6 du
second étage 5.
Dans l'exemple représenté, les deux éléments de
confinement 9, 10 sont raccordés ensemble par vissage.
On voit également sur la figure 1 que la face
d'extrémité 6a de la composition pyrotechnique 6
adjacente à la cavité 8 est confondue avec la face
constituant le fond de la cavité 8 dont le diamètre est
supérieur à celui de la composition pyrotechnique 6.
A titre d'exemple, la plaquette 7 peut être en
acier et présente une épaisseur comprise entre 100 et
250 micromètres.
L'énergie laser transmise à la composition
pyrotechnique 2 du premier étage 1 et les
caractéristiques de cette composition doivent de
préférence être telles que la plaquette 7 puisse être
propulsée dans la cavité 8 à une vitesse au moins égale
à 500 m/s sous l'effet de la pression développée après
l'allumage de la composition pyrotechnique 2.
De préférence également, la composition
pyrotechnique 2 comprend de l'octogène présentant une
densité de chargement de l'ordre de 1,65 g/cm3 et une
granulométrie de l'ordre de 3 micromètres.
L'octogène peut être mélangé avec environ 1% de
noir de carbone ultra fin pour favoriser l'absorption
dans le proche infra-rouge.
De préférence, la composition pyrotechnique 6 du
second étage 5 comprend de l'octogène ou de l'hexogène
sous forme granulaire et présentant une densité
supérieure à 1,4 g/cm3.
La figure 1 montre d'autre part que les moyens
pour transmettre le rayonnement laser depuis la fibre
optique 3 vers la composition pyrotechnique 2 du premier
étage 1 comprennent une bague 11 dans l'évidement de
laquelle est logée une bille en verre 12.
Cette bague 11 est en contact avec l'extrémité
du connecteur 4 de la fibre optique 3 et avec une
plaquette en verre 13 elle-même en contact avec la
composition pyrotechnique 2 du premier étage 1.
Cette disposition permet une transmission du
rayonnement laser vers la composition pyrotechnique 2,
sans perte d'énergie surfacique.
Dans la variante représentée sur la figure 2,
les moyens pour transmettre le rayonnement laser entre
la fibre optique 3 et la composition pyrotechnique 2 du
premier étage 1 comprennent un barreau en verre 14 à
gradient d'indice logé dans un élément 15 en matière peu
conductrice thermiquement. Ce barreau en verre 14 est
capable de focaliser le rayonnement laser issu de la
fibre optique 3 sur la face de la composition
pyrotechnique 2 du premier étage 1 avec laquelle ce
barreau en verre 14 est en contact. Ce barreau en verre
14 peut être en deux parties.
Le dispositif que l'on vient de décrire
fonctionne de la façon suivante.
Dans le cas du détonateur représenté sur la
figure 1, le rayonnement laser véhiculé par la fibre
optique 3 transmet son énergie à la composition
pyrotechnique 2 et génère la combustion de celle-ci.
La pression développée par la combustion de
cette composition 2 propulse la plaquette 7 à une
vitesse supérieure à 500 m/s dans la cavité 8 vers la
surface nue 6a de la composition pyrotechnique 6 du
second étage.
L'onde choc engendrée à l'impact de cette
plaquette 7 sur la surface 6a de la composition
pyrotechnique amorce la détonation de celle-ci.
L'ensemble des dispositions ci-dessus permet de
réaliser un détonateur moins long, contenant moins de
composition pyrotechnique, plus insensible, plus
reproductible et avec un temps de réponse plus court que
dans le cas de la solution évoquée au début de cette
description.
La réduction de la masse totale de la
composition pyrotechnique est importante, notamment lors
de l'application du détonateur selon l'invention pour
commander la séparation de deux étages d'un vaisseau
spatial, car elle permet de réduire l'intensité des
chocs pyrotechniques transmis à ce vaisseau.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à
l'exemple que l'on vient de décrire et on peut apporter
à celui-ci de nombreuses modifications sans sortir du
cadre de l'invention.
Claims (10)
- Détonateur optique à deux étages et à transition choc-détonation, dans lequel le premier étage (1) comprend une composition pyrotechnique (2) et une fibre optique (3) dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser, l'autre extrémité adjacente à la composition pyrotechnique (2) étant engagée dans un connecteur (4), des moyens étant insérés entre l'extrémité de la fibre optique (3) et la composition pyrotechnique (2) pour transmettre le rayonnement laser vers la composition pyrotechnique (2), détonateur dans lequel le second étage (5) comprend une composition pyrotechnique (6) placée dans l'alignement de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et séparée de cette dernière par des moyens de transmission de l'onde de choc générée par l'allumage de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1),ces moyens comprenant une plaquette métallique (7) qui est en appui par sa périphérie contre l'extrémité (9a) d'un élément de confinement (9) de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5), plaquette métallique (7) dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et dont l'autre face est adjacente à une cavité (8) qui la sépare de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5), caractérisé en ce que le diamètre de la cavité (8) est supérieur à celui de la composition pyrotechnique (6), la face d'extrémité (6a) de la composition pyrotechnique (6) adjacente à la cavité (8) étant confondue avec la face constituant le fond de ladite cavité (8).
- Détonateur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) est confinée dans un élément de confinement (10) qui est raccordé axialement et de façon amovible à l'élément de confinement (9) de la composition pyrotechnique (6) du second étage (5).
- Détonateur optique conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les deux éléments de confinement (9, 10) sont raccordés ensemble par vissage.
- Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette (7) est en acier et présente une épaisseur comprise entre 100 et 250 micromètres.
- Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'énergie laser transmise à la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) et les caractéristiques de cette composition sont telles que la plaquette (7) est propulsée dans la cavité (8) à une vitesse au moins égale à 500 m/s après l'allumage de la composition pyrotechnique (2) ci-dessus.
- Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1), comprend de l'octogène présentant une densité de chargement de l'ordre de 1,65 g/cm3 et une granulométrie de l'ordre de 3 micromètres.
- Détonateur optique conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que l'octogène est mélangé avec environ 1% de poudre de noir de carbone ultra fin.
- Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique (6) du second étage (5) comprend de l'octogène ou de l'hexogène sous forme granulaire et présentant une densité supérieure à 1,4 g/cm3.
- Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour transmettre le rayonnement laser depuis la fibre optique (3) vers la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) comprennent une bague (11) dans l'évidement duquel est logée une bille en verre (12), cette bague (11) étant en contact avec l'extrémité du connecteur (4) de la fibre optique (3) et avec une plaquette en verre (13) elle-même en contact avec la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1).
- Détonateur optique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour transmettre le rayonnement laser entre la fibre optique (3) et la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) comprennent un barreau en verre (14) à gradient d'indice logé dans un élément (15) en matière peu conductrice thermiquement, ce barreau en verre (14) étant capable de focaliser le rayonnement laser issu de la fibre optique (3) sur la face de la composition pyrotechnique (2) du premier étage (1) avec laquelle ce barreau en verre (14) est en contact.
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