EP1172628A2 - Initiateur électro-pyrotechnique sécurisé a haute énergie - Google Patents

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EP1172628A2
EP1172628A2 EP01401888A EP01401888A EP1172628A2 EP 1172628 A2 EP1172628 A2 EP 1172628A2 EP 01401888 A EP01401888 A EP 01401888A EP 01401888 A EP01401888 A EP 01401888A EP 1172628 A2 EP1172628 A2 EP 1172628A2
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EP
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initiator
sheet
fuse circuit
base
pyrotechnic
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Christophe Thales Intellectual Property Riviere
Eric Thales Intellectual Property Poulard
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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
    • F42B3/12—Bridge initiators
    • F42B3/124—Bridge initiators characterised by the configuration or material of the bridge

Definitions

  • the present invention relates to an electro-pyrotechnic initiator high energy secure.
  • the high energy electro-pyrotechnic initiator works according to the well-known principle of the “slapper” or “exploding foil initiator” (EFI).
  • EFI explosive foil initiator
  • finished gun slapper it has an electrical circuit such as a current pulse of a few thousands of amps generated in a few tens of nanoseconds causes the volatilization of part of the conductor (fuse bridge) and the formation of a metallic plasma.
  • the very brutal expansion of the plasma confined metal is used to project onto the face of a load pyrotechnic (secondary explosive or low pyrotechnic composition sensitive) a projectile consisting of a plastic disc of a few tens of micrometers thick and with a diameter on the order of millimeter.
  • This disc is produced by cutting through a piece bored (barrel) of plastic film.
  • the initiation of the pyrotechnic charge (detonation of the secondary explosive or explosion of the composition pyrotechnic) is caused by the impact of the projectile animated by a speed impact of several kilometers per second.
  • bubble slapper In another version of the high electro-pyrotechnic initiator energy, called "bubble slapper", the plastic film is not cut to through the barrel, but forms a bubble whose diameter is limited by the gun. It is the impact of the top of the bubble which initiates the loading pyrotechnic.
  • a high energy electro-pyrotechnic initiator of the EFI type is usually consisting of a connection device comprising two contact pads or two pins electrically connected by the circuit fuse.
  • the fuse bridge and the plastic film to be projected are confined between the cannon and anvil.
  • the compressed pyrotechnic charge is placed in a case in front of the barrel.
  • the assembly thus formed can be hermetic (French patent 2,669,725).
  • Parasitic electric currents can be induced in the electronic control circuits connected upstream of the initiator, due to that these circuits are generally not shielded, or are poorly shielded. Of due to the low electrical resistance of the fuse circuit (a few tens of milliohms), said parasitic electric current arriving through the ranges of connection may degrade the fuse bridge or cause it to melt, thereby affecting the reliability of the initiator.
  • the present invention relates to an electro-pyrotechnic initiator of slapper type whose reliability is not affected by parasitic currents induced in the circuits connected to it, initiator whose components are simple to manufacture and assemble, inexpensive, and whose trigger characteristics are precise and independent of surrounding conditions (atmospheric pressure, temperature, humidity, ).
  • the initiator according to the invention of “slapper” type, with device for connection to control circuits, fuse circuit, gun and pyrotechnic charge, is characterized in that it comprises between the connection device and the fuse circuit a discontinuity device electric calibrated.
  • the initiator described below is of the type with connection base to two pins and fuse arranged in a plane transverse to its axis, but it is understood that the invention relates to other types of connections and to fuses arranged differently.
  • the electro-pyrotechnic initiator of the invention can as well be of the detonator type with an explosive charge than of the type igniter with a charge comprising a pyrotechnic composition. he can be used to initiate the operation of a military charge, a missile or rocket propellant, or gas generator.
  • the embodiment of the initiator 1 shown in Figures 1 to 3 basically contains the following elements, in order: a base connection 2 with two connection pins 3, 4 isolated between them and arriving flush with the rear face of the base (see FIG. 2), a first sheet of dielectric material 5 in which two holes are drilled holes 6, 7 which are opposite the rear ends of pins 3, 4 when this sheet is applied against the rear face of the base, the diameter of these holes being substantially equal to that of pins 3, 4, a metal fuse circuit 8 being fixed or formed on the rear face of the sheet 5, a second sheet 9 of dielectric material on the face anterior (the one opposite sheet 5) to which are attached or formed two metal pellets 10, 11, a "barrel" 12, and the body 13 of the initiator comprising on its front face a pyrotechnic charge coaxial 14.
  • the body 13 is in the form of a cylindrical bowl whose internal diameter is practically equal to the external diameter of the base 2.
  • the elements 2 and 8 to 14 are produced in a known manner in itself, and are only described briefly.
  • the base 2 essentially comprises an annular body 15 in which is hermetically sealed a central glass disc 16, through which pass tightly pins 3, 4.
  • the rear face of the disc 16 is planar, and the posterior ends of pins 3, 4 arrive flush with this face, as specified above.
  • Sheet 5 which is one of the important and new elements of the invention has a well-defined thickness, which is a function of the tension of initiator trigger, as described below. According to an example of realization, this film has a thickness of several tens of micrometers, by example of around 50 ⁇ m.
  • the holes 6, 7 made in the sheet 5 are face the rear ends of pins 3, 4 when the sheet 5 is mounted in place in the initiator and applied firmly against the rear face of the disc 16.
  • the fuse circuit 8 has, for example, a oblong shape have a constriction 17 in the middle of its length, and two openings 18, 19 made at its ends, in correspondence with the holes 6, 7. The diameters of the openings 18, 19 are substantially equal to those of holes 6, 7.
  • the pads 10, 11 are coaxial with respect to holes 6, 7 respectively (when the initiator is mounted), and their diameter is greater than that of these holes.
  • the diameter of the pellets 10, 11 is equal to or slightly greater than the width of the oblong shape (measured perpendicular to the line joining the centers of the openings 18, 19) of the fuse circuit 8.
  • each of these sheets for example two diametrically opposite notches 20, in which engage in mounting the clip tabs 21, in the form corresponding to that of the notches 20.
  • the clip tabs 21 engage, during assembly, on flats 22 formed on the periphery of the base 2 so as to align the pins 3, 4 with the holes 6, 7 of the sheet 5 and the tablets 10, 11 of the sheet 9.
  • the sheet 5 is made of material flexible dielectric, in polyimide for example, of a few tens of ⁇ m thick, for example 50 ⁇ .
  • the fuse circuit 8 is a metallic layer a few ⁇ m thick, for example copper 5 ⁇ m thick.
  • the sheet 9 is made with the same material as that of sheet 5, and has a thickness of the same order of magnitude as that of sheet 5, for example 25 ⁇ m.
  • the two pads 10, 11 are each produced by a layer metallic a few ⁇ m thick, for example in copper of thickness 5 .mu.m.
  • the barrel 12 is a piece of insulating or conductive material of a thickness of about 0.2 mm, and it is drilled with a central hole 12A of a diameter of about 1 mm.
  • the pyrotechnic charge 14 is made up secondary explosive or a pyrotechnic composition. It is placed in the body 13 or compressed in situ.
  • the assembly of the elements shown in Figure 1 consists of arrange the sheets 5 and 9 between the barrel 12 and the base 2 by aligning their notches 20 with the corresponding flats 22, the pads 10, 11 being applied against the fuse circuit 8, then firmly apply the barrel against the base, which clips the tabs 21 of the barrel onto the flats 22.
  • the assembly thus formed is mounted with prestress in the body 13 in which the load 14 has been mounted previously.
  • the body 13 is then hermetically welded to base 2, for example by laser welding. We then obtains the device shown in FIGS. 2 and 3.
  • the operation of the device described above is as follows.
  • the electric ignition pulse produced in a manner known per se by circuits connected upstream of the initiator, arrives at connection pins 3, 4.
  • An electric arc immediately forms between the posterior planar faces of the pins 3, 4 and the metallized pads 10, 11. These pads being in contact galvanic with fuse circuit 8, the firing current flows in the throttle 17 of this fusible circuit by sublimating it.
  • Metallic plasma thus formed propels the central part of the sheet 9 through the hole 12A of the gun 12 at a very high speed (of the order of 3000 to 4000 m / s).
  • the impact of this part of the sheet 9 on the pyrotechnic charge 14 causes its initiation.
  • the initiator being hermetically sealed during assembly, it is easy to control the quality of the atmosphere it contains (dry air, at a pressure and a well-defined composition). Because, furthermore, the distance between pads 10, 11 and the rear end of pins 3, 4 is perfectly defined by the thickness of the sheet 5, the electric arc produced inside the initiator appears for a voltage, sent to pins 3, 4, well defined, and these conditions are reproducible for all initiators. Considering the small thickness of the sheet 5 (a few tens of ⁇ m in general), the energy absorbed by the discontinuity of the firing circuit (no electrical contact between pins 3, 4 and the fuse circuit 8) is weak and the operation of the initiator remains very reliable.
  • the other advantages of the initiator of the invention are: rigid and robust construction (high mechanical resistance of the body 13 and of the base 2), the hermeticity of the enclosure formed by the body and the base, this which ensures a long service life for the initiator and characteristics of stable release over time and regardless of the environment (humidity and altitude), simple manufacturing of the various components and assembly and implementation.

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Abstract

L'initiateur de l'invention, du type « slapper » comporte essentiellement : une embase (2) à deux broches de connexion (3, 4), une première feuille diélectrique (5) percée de deux trous (6, 7) sur la face postérieure de laquelle est formé un fusible (8), une deuxième feuille diélectrique (9) sur la face antérieure de laquelle sont formées des pastilles métallisées (10, 11) en regard desdits trous, un canon (12) et un corps (13) contenant une charge pyrotechnique. L'ensemble est scellé hermétiquement. La première feuille diélectrique introduit une discontinuité galvanique qui garantit une tension de mise à feu bien définie, de valeur suffisamment élevée pour éviter les courants parasites induits. <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte à un initiateur électro-pyrotechnique sécurisé à haute énergie.
L'initiateur électro-pyrotechnique haute énergie fonctionne suivant le principe bien connu du « slapper » ou « exploding foil initiator » (EFI). Dans sa version la plus classique, appelée « slapper à canon fini », il comporte un circuit électrique tel qu'une impulsion de courant de quelques milliers d'ampères générée en quelques dizaines de nanosecondes provoque la volatilisation d'une partie du conducteur (pont fusible) et la formation d'un plasma métallique. L'expansion très brutale du plasma métallique confiné est utilisée pour projeter sur la face d'un chargement pyrotechnique (explosif secondaire ou composition pyrotechnique peu sensible) un projectile constitué d'un disque de matière plastique de quelques dizaines de micromètres d'épaisseur et d'un diamètre de l'ordre du millimètre. Ce disque est produit par la découpe au travers d'une pièce alésée (canon) d'un film plastique. L'initiation du chargement pyrotechnique (détonation de l'explosif secondaire ou déflagration de la composition pyrotechnique) est provoquée par le choc du projectile animé d'une vitesse d'impact de plusieurs kilomètres par seconde.
Dans une autre version de l'initiateur électro-pyrotechnique haute énergie, appelée « slapper à bulle », le film plastique n'est pas découpé à travers le canon, mais forme une bulle dont le diamètre est limité par le canon. C'est l'impact du sommet de la bulle qui initie le chargement pyrotechnique.
Un initiateur électro-pyrotechnique haute énergie de type EFI est habituellement constitué d'un dispositif de connexion comportant deux plages de contact ou deux broches reliées électriquement par le circuit fusible. Le pont fusible et le film plastique à projeter sont confinés entre le canon et une enclume. Le chargement pyrotechnique comprimé est placé dans un boítier en face du canon. L'ensemble ainsi formé peut être hermétique (brevet français 2 669 725).
Des courants électriques parasites peuvent être induits dans les circuits électroniques de commande branchés en amont de l'initiateur, du fait que ces circuits ne sont généralement pas blindés, ou sont mal blindés. Du fait de la faible résistance électrique du circuit fusible (quelques dizaines de milliohms), ledit courant électrique parasite arrivant par les plages de connexion peut dégrader le pont fusible ou le faire fondre et affecter ainsi la fiabilité de l'initiateur.
La présente invention a pour objet un initiateur électro-pyrotechnique de type « slapper » dont la fiabilité ne soit pas affectée par des courants parasites induits dans les circuits qui lui sont reliés, initiateur dont les composants soient simples à fabriquer et à assembler, peu onéreux, et dont les caractéristiques de déclenchement soient précises et indépendantes des conditions environnantes (pression atmosphérique, température, taux d'humidité de l'air, ...).
L'initiateur conforme à l'invention, de type « slapper », à dispositif de connexion à des circuits de commande, circuit fusible, canon et chargement pyrotechnique, est caractérisé par le fait qu'il comporte entre le dispositif de connexion et le circuit fusible un dispositif à discontinuité électrique calibrée.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel :
  • la figure 1 est une vue éclatée d'un premier mode de réalisation d'un initiateur conforme à l'invention ; et
  • les figures 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinale de l'initiateur de la figure 1, selon des plans de coupe orthogonaux entre eux et passant tous deux par l'axe de l'initiateur.
L'initiateur décrit ci-dessous est du type à embase de connexion à deux broches et fusible disposé dans un plan transversal à son axe, mais il est bien entendu que l'invention se rapporte à d'autres types connexions et à des fusibles disposés différemment.
L'initiateur électro-pyrotechnique de l'invention peut aussi bien être du type détonateur avec une charge explosive que du type inflammateur avec une charge comportant une composition pyrotechnique. Il peut être utilisé pour initier le fonctionnement d'une charge militaire, d'un propulseur de missile ou de roquette, ou d'un générateur de gaz.
Le mode de réalisation de l'initiateur 1 représenté en figures 1 à 3 comporte essentiellement les éléments suivants, dans l'ordre : une embase de connexion 2 comportant deux broches de connexion 3, 4 isolées entre elles et arrivant au ras de la face postérieure de l'embase (voir figure 2), une première feuille de matériau diélectrique 5 dans laquelle sont percés deux trous 6, 7 qui sont en regard des extrémités postérieures des broches 3, 4 lorsque cette feuille est appliquée contre la face postérieure de l'embase, le diamètre de ces trous étant sensiblement égal à celui des broches 3, 4, un circuit fusible métallique 8 étant fixé ou formé sur la face postérieure de la feuille 5, une deuxième feuille 9 en matériau diélectrique sur la face antérieure (celle en vis-à-vis de la feuille 5) de laquelle sont fixées ou formées deux pastilles métalliques 10, 11, un « canon » 12, et le corps 13 de l'initiateur comportant sur sa face antérieure une charge pyrotechnique coaxiale 14. Le corps 13 se présente sous forme d'une cuvette cylindrique dont le diamètre intérieur est pratiquement égal au diamètre extérieur de l'embase 2. Les éléments 2 et 8 à 14 sont réalisés de manière connue en soi, et ne sont décrits que succinctement.
L'embase 2 comporte essentiellement un corps annulaire 15 dans lequel est scellé hermétiquement un disque central 16 en verre, à travers lequel passent hermétiquement les broches 3, 4. La face postérieure du disque 16 est plane, et les extrémités postérieures des broches 3, 4 arrivent au ras de cette face, comme précisé ci-dessus.
La feuille 5, qui est l'un des éléments importants et nouveaux de l'invention, a une épaisseur bien déterminée, qui est fonction de la tension de déclenchement de l'initiateur, comme décrit ci-dessous. Selon un exemple de réalisation, ce film a une épaisseur de plusieurs dizaines de micromètres, par exemple d'environ 50 µm. Les trous 6, 7 pratiqués dans la feuille 5 se trouvent en vis-à-vis des extrémités postérieures des broches 3, 4 lorsque la feuille 5 est montée en place dans l'initiateur et appliquée fermement contre la face postérieure du disque 16. Le circuit fusible 8 a, par exemple, une forme oblongue comportent un étranglement 17 au milieu de sa longueur, et deux ouvertures 18, 19 pratiquées à ses extrémités, en correspondance avec les trous 6, 7. Les diamètres des ouvertures 18, 19 sont sensiblement égaux à ceux des trous 6, 7. Les pastilles 10, 11 sont coaxiales par rapport aux trous 6, 7 respectivement (lorsque l'initiateur est monté), et leur diamètre est supérieur à celui de ces trous. Avantageusement, le diamètre des pastilles 10, 11 est égal ou légèrement supérieur à la largeur de la forme oblongue (mesurée perpendiculairement à la ligne joignant les centres des ouvertures 18, 19) du circuit fusible 8.
Pour assurer le montage correct des feuilles 5 et 9 par rapport à l'embase 2 et au canon 12, on pratique à la périphérie de chacune de ces feuilles par exemple deux encoches 20 diamétralement opposées, dans lesquelles s'engagent au montage des languettes de clipsage 21, de forme correspondant à celle des encoches 20. Les languettes de clipsage 21 s'engagent, au montage, sur des méplats 22 pratiqués à la périphérie de l'embase 2 de façon à aligner les broches 3, 4 avec les trous 6, 7 de la feuille 5 et les pastilles 10, 11 de la feuille 9.
Selon un exemple de réalisation, la feuille 5 est en matériau diélectrique souple, en polyimide par exemple, de quelques dizaines de µm d'épaisseur, par exemple 50 µ. Le circuit fusible 8 est une couche métallique de quelques µm d'épaisseur, par exemple en cuivre d'épaisseur 5 µm. La feuille 9 est réalisée avec le même matériau que celui de la feuille 5, et a une épaisseur du même ordre de grandeur que celle de la feuille 5, par exemple 25 µm. Les deux pastilles 10, 11 sont réalisées chacune par une couche métallique de quelques µm d'épaisseur, par exemple en cuivre d'épaisseur 5 µm. Le canon 12 est une pièce en matériau isolant ou conducteur d'une épaisseur d'environ 0,2 mm, et il est percé d'un trou central 12A d'un diamètre d'environ 1 mm. Le chargement pyrotechnique 14 est constitué d'explosif secondaire ou d'une composition pyrotechnique. II est placé dans le corps 13 ou comprimé in situ.
L'assemblage des éléments représentés en figure 1 consiste à disposer les feuilles 5 et 9 entre le canon 12 et l'embase 2 en alignant leurs encoches 20 avec les méplats 22 correspondants, les pastilles 10, 11 étant appliquées contre le circuit fusible 8, puis à appliquer fermement le canon contre l'embase, ce qui clipse les languettes 21 du canon sur les méplats 22. L'ensemble ainsi constitué est monté avec précontrainte dans le corps 13 dans lequel la charge 14 a été montée auparavant. Le corps 13 est ensuite soudé hermétiquement à l'embase 2, par exemple par soudure laser. On obtient alors le dispositif représenté en figures 2 et 3.
Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. L'impulsion électrique de mise à feu, produite de façon connue en soi par les circuits branchés en amont de l'initiateur, arrive aux broches de connexion 3, 4. Un arc électrique se forme aussitôt entre les faces planes postérieures des broches 3, 4 et les pastilles métallisées 10, 11. Ces pastilles étant en contact galvanique avec le circuit fusible 8, le courant de mise à feu circule dans l'étranglement 17 de ce circuit fusible en le sublimant. Le plasma métallique ainsi formé propulse la partie centrale de la feuille 9 à travers le trou 12A du canon 12 à une très grande vitesse (de l'ordre de 3000 à 4000 m/s). L'impact de cette partie de la feuille 9 sur la charge pyrotechnique 14 provoque son initiation.
L'initiateur étant clos hermétiquement au montage, il est facile de contrôler la qualité de l'atmosphère qu'il renferme (air sec, à une pression et une composition bien déterminées). Du fait, qu'en outre, la distance entre les pastilles 10, 11 et l'extrémité postérieure des broches 3, 4 est parfaitement définie par l'épaisseur de la feuille 5, l'arc électrique produit à l'intérieur de l'initiateur apparaít pour une tension, envoyée aux broches 3, 4, bien définie, et ces conditions sont reproductibles pour tous les initiateurs. Compte tenu de la faible épaisseur de la feuille 5 (quelques dizaines de µm en général), l'énergie absorbée par la discontinuité du circuit de mise à feu (pas de contact électrique entre les broches 3, 4 et le circuit fusible 8) est faible et le fonctionnement de l'initiateur reste très fiable.
Les autres avantages de l'initiateur de l'invention sont: une construction rigide et robuste (résistance mécanique élevée du corps 13 et de l'embase 2), l'herméticité de l'enceinte formée par le corps et l'embase, ce qui assure une longue durée de vie à l'initiateur et des caractéristiques de déclenchement stables dans le temps et quel que soit l'environnement (humidité et altitude), une simplicité de fabrication des différents composants et d'assemblage et de mise en oeuvre.

Claims (7)

  1. Initiateur électro-pyrotechnique sécurisé, de type « slapper » à dispositif de connexion (2) à des circuits de commande, à circuit fusible (8), canon (12) et chargement pyrotechnique (14), caractérisé par le fait qu'il comporte entre le dispositif de connexion et le circuit fusible un dispositif à discontinuité électrique calibrée (5).
  2. Initiateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de connexion est du type à embase à deux broches (3, 4) et que le circuit fusible est fixé sur une feuille diélectrique (5) percée de deux trous (6, 7) en vis-à-vis des faces postérieures des broches de l'embase, le circuit fusible étant fixé ou formé sur la face postérieure de cette feuille qui est appliquée entre la face postérieure de l'embase et une autre feuille (9) diélectrique, ces deux feuilles étant serrées entre le canon (12) et l'embase.
  3. Initiateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les extrémités postérieures des broches arrivent au ras de la face postérieure de l'embase contre laquelle est appliquée la première feuille diélectrique.
  4. Initiateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'on forme ou fixe sur l'autre feuille (9) des pastilles conductrices (10, 11) en regard des trous (6, 7) de la première feuille et s'appliquant contre le circuit fusible.
  5. Initiateur selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que les deux feuilles diélectriques ont une épaisseur de quelques dizaines de µm.
  6. Initiateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est du type détonateur.
  7. Initiateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est du type inflammateur.
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