EP2057436B1 - Dispositif de propulsion de liquide incorporant dans sa structure un generateur de gaz pyrotechnique - Google Patents

Dispositif de propulsion de liquide incorporant dans sa structure un generateur de gaz pyrotechnique Download PDF

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EP2057436B1
EP2057436B1 EP20070823755 EP07823755A EP2057436B1 EP 2057436 B1 EP2057436 B1 EP 2057436B1 EP 20070823755 EP20070823755 EP 20070823755 EP 07823755 A EP07823755 A EP 07823755A EP 2057436 B1 EP2057436 B1 EP 2057436B1
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EP
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nozzles
generator
pressure
liquid
gas generator
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Vincent Bodart
Anthony Schyns
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Pyroalliance SA
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Publication date
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    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/04—Blasting cartridges, i.e. case and explosive for producing gas under pressure
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    • Y10T137/2202—By movable element
    • Y10T137/2213—Electrically-actuated element [e.g., electro-mechanical transducer]

Definitions

  • the present invention relates to liquid propulsion devices comprising in their structure a pyrotechnic gas generator.
  • Fire extinguishing devices generally include a reservoir containing an extinguishing agent.
  • the said agent is intended to be broadcast on the fire zone, in order to extinguish the said fire but also to prevent its extension.
  • the patent application WO-2006/061539 which constitutes a starting point for claim 1, discloses a fire extinguishing device comprising a reservoir of extinguishing agent (liquid) and means for generating a gas under pressure, said means being able to consist of a pyrotechnic gas generator.
  • a separating element for example a flexible membrane, is provided for separating said gas generator from said extinguishing agent.
  • the membrane deploys under the effect of the gas pressure and expels said extinguishing agent from the reservoir via a calibrated seal which breaks under the effect of the pressure of said extinguishing agent. Said membrane strongly limits or even prevents any mixing between the combustion gases and the extinguishing agent.
  • the pyrotechnic gas generator is equipped with at least one outlet port for directing the gases. It is, in the variant specifically described, equipped with two outlet orifices, arranged axially, vis-à-vis the membrane. Such a configuration very strongly solicits said membrane, thermally and mechanically and may lead to its deterioration, its piercing. Indeed, especially in the first moments of operation of the generator, the gas generator delivers, very locally, hot gas stingers on said membrane.
  • the inventors propose a device for propelling a liquid, with a pyrotechnic gas generator, which is particularly interesting.
  • the gas generator is thus arranged inside the liquid reservoir (it is advantageously secured to the wall of said reservoir) and is separated from said liquid by a movable separating member.
  • Said movable member is able to transmit the pressure of the gases generated to said liquid, to cause the expulsion of said liquid from said tank.
  • the pyrotechnic generator positioned "at the top of the tank” (opposite the surface of the liquid), associates in its structure, radial nozzles and deflector , so that the generated gases are emitted perpendicular to the axis of the generator ( via said radial nozzles) and, after impact on the deflector, finally delivered in the axis of said generator.
  • Said generator is thus positioned in a stable manner (the propulsive effect of the gases is minimized) and the indirect action of the gases generated on the mobile separation member is optimized: little or no mixing between said gases and the liquid, mechanical and thermal stresses of said minimized movable separation member (the gases act on said movable separating member after having been braked and cooled by the deflector), deposit on the inner wall (s) of the deflector of the combustion residues (combustion residues likely to locally damage said movable separation member, to create hot spots).
  • the movable separation member in question, provided within the reservoir, may in particular consist of a deformable membrane, flexible.
  • the intervening deflector is provided on its (their) face (s) vis-à-vis said nozzles (radial), an endothermic coating ablatable.
  • an endothermic coating ablatable is per se known. It may in particular comprise aluminum trihydrate or magnesium hydroxide. Coatings of this type have for example been described in the patent US 5,059,637 . Such a coating is advantageously provided for both protecting the deflector and increasing the cooling of the generated combustion gases (before they impact the movable separating member).
  • nozzles of said generator are initially completely closed by frangible sealing means.
  • all the radial nozzles of the body of the generator of the invention are initially completely closed by frangible sealing means.
  • frangible sealing means Such a total shutter insulates, completely protects the interior of the generator and allows better control of the ignition of the pyrotechnic charge.
  • the frangible shutter means of the nozzles may consist of any known means that may be suitable for this purpose. It may especially be films or lids, advantageously calibrated. A single film or at least two superposed films can intervene to close a nozzle.
  • the frangible shutter means of the nozzles may be arranged inside and / or outside the body of the generator. They are advantageously arranged - films or operculas - inside said body.
  • the setting of the opening pressure threshold of a nozzle can be mainly obtained by modulating the diameter of said nozzle and / or the rupture threshold of the shutter means initially completely closing said nozzle.
  • At least two of the nozzles equipping the wall (s) of the body of the generator are generally different in their opening diameter and / or in the pressure rupture threshold of the sealing means closing them completely initially.
  • nozzles There are generally 2 to 20 nozzles arranged on the body of the generator. There are obviously at least two. It is advantageously more than two, so as to be able to moderate, as effectively as possible, the effect of the conditioning temperature on the operation of the generator. The number of nozzles is however reasonably limited, especially given the dimensions of the generator.
  • n pressure threshold aperture and identical diameter nozzle
  • the intervening nozzles are arranged, as indicated, in several planes (at different heights of the wall (s) of the body of the generator).
  • Such an arrangement of the nozzles is particularly interesting. It makes it possible to minimize or even avoid any propulsive effect. It makes it possible to stabilize the generator of the invention during its operation.
  • the nozzles When the nozzles, having a pressure opening threshold and a diameter (almost) identical, are even in number, they are ideally arranged in pairs, vis-à-vis, on the same height of the wall (s) (s) the body of said generator (on the same diameter of the wall of a body having the shape of a cylinder of revolution).
  • the gas delivered via the radial nozzles comes from the combustion of a pyrotechnic charge stably maintained in the internal volume of the generator body.
  • Said pyrotechnic charge may consist of a bulk assembly of pyrotechnic pellets. However, it advantageously consists of pyrotechnic elements of larger dimensions, with a slower combustion rate. We have seen in the introduction of the present description that the invention more particularly relates to long-life generators.
  • the pyrotechnic charge of the generators equipping the devices of the invention advantageously consists of at least one monolithic block (solid or central channel) of large dimensions: a substantially cylindrical monolith block whose two dimensions, thickness and diameter equivalent (diameter, if it is a perfect cylinder), are between 10 and 75 mm.
  • Said monolithic block advantageously has a low porosity, very advantageously a porosity of between 1 and 8% (this parameter, expressed as a percentage, corresponds to the ratio between the real density and the theoretical density, it is in fact the deviation at theoretical density).
  • composition of the pyrotechnic charge it may be added that said composition is advantageously based on basic nitrate of copper and guanidine nitrate.
  • the choice of this composition is made with reference to the combustion rate parameter but also with reference to other parameters.
  • This type of charge (BCN + NG) does not generate in combustion of acid compound, likely to cause damage. Its combustion residues are found mainly in the form of aggregates of dimensions much greater than those of the nozzles of the generator. They are therefore easily filterable.
  • the volume internal of the body of said generators is arranged to receive and maintain, stably, at least one substantially cylindrical pyrotechnic monolithic block, the thickness and the equivalent diameter are between 10 and 75 mm.
  • said internal volume of the generators is arranged with means for receiving and stably maintaining the pyrotechnic charge, as well as with means useful for igniting said pyrotechnic charge.
  • Said means for receiving and stably maintaining the pyrotechnic charge advantageously consist of at least one shelf or basket.
  • a shelf or such basket is particularly suitable for receiving and stably maintain a monolithic block, as described above or at least two monolithic blocks of this type superimposed ...
  • Said means increase the mechanical strength of the pyrotechnic charge to vibratory stresses of the generator.
  • the means useful for ignition may comprise a device for receiving and maintaining a pyrotechnic charge ignition relay (generally arranged in the center of the internal volume of the generators) and an ignition device connected to said pyrotechnic ignition relay charge.
  • the ignition can be controlled remotely via an electro-pyrotechnic igniter.
  • a filter positioned so as to surround the pyrotechnic charge.
  • Such a filter is generally made of one or more thicknesses of a metal grid.
  • Such a filter is intended to retain the combustion residues (at least the largest), especially to retain, within the body of the generators, the solid skeleton residual pyrotechnic charge, obtained after combustion.
  • the total area of the opening meshes of such a filter is much greater than that accumulated of the nozzles.
  • the device of the invention with a pyrotechnic gas generator with radial nozzles and deflector, advantageously with a pyrotechnic gas generator of this type with pressure regulation, is particularly suitable for the propulsion of an extinguishing liquid in the context of extinguishing fires. ; it is particularly suitable for this purpose in an aeronautical context.
  • the figure 1 shows, schematically, a device of the invention in operation.
  • the figure 2 shows, in section, very schematically, the pyrotechnic generator equipping the device of the figure 1 .
  • the figure 3 shows, in section, another pyrotechnic generator capable of equipping a device of the invention.
  • FIG. 1 there is shown a propulsion device 50 of a liquid L in operation.
  • Said device 50 consists mainly of the tank 51 equipped with the pyrotechnic gas generator 1 (of the figure 2 ). The igniter 12 and the plug of said generator 1 remains outside said tank 51.
  • Said tank 51 of the figure 1 contains the liquid L. Said liquid L is delivered in the pipe 54 via the delivery means 53 open.
  • Said tank 51 of the figure 1 is equipped with a movable separating member or membrane 57.
  • Said membrane 57 separates the propellant gases G from the liquid L.
  • the gas delivery plan (gases delivered via radial nozzles: see the figure 2 ) is perpendicular to the main axis of the generator 1, to avoid any propulsive effect.
  • the deflector 8 makes it possible to deflect the gas flows along the axis of displacement of the movable separating member 57.
  • Said deflector 8 thus has the function, as already indicated, of limiting the thermal and mechanical stresses engendered by the very hot and fast gases, at the outlet of nozzles, in direct contact with the movable separating member 57, at the beginning of operation.
  • Said deflector 8 also has the function of stopping combustion residues (which would have passed through the filter 7: see FIG. figure 2 ).
  • Said deflector 8 is covered on its face 8 ', vis-à-vis the nozzles, an endothermic coating ablatable (see figure 2 ).
  • the gas generator 1 is arranged so that its axis corresponds to the axis of displacement of the movable separating member 57 and that the deflector 8 is suitable for deflecting the gases G according to said axis of displacement of said movable member 57.
  • the gas generator 1 of the Figures 1 and 2 has a body 2 of cylindrical geometry.
  • Nozzles 4a, 4a ', 4b, 4b' are arranged radially in the wall 3 of said body 2. All said nozzles 4a, 4a ', 4b, 4b' do not have the same opening pressure threshold (advantageous variant of the invention). 'invention).
  • the pressure opening threshold of the nozzles represented on the figure 2 is determined by both the opening diameter of said nozzles and the breaking threshold of films initially closing the openings of said nozzles.
  • the arrangement of the nozzles in pairs, vis-à-vis, is intended to minimize, or annihilate, any propulsive effect.
  • the generator Due to the different pressure opening thresholds of the nozzle pairs, the generator has, in operation, a low dependence on the operating temperature.
  • the deflector 8 is provided to deflect the gases delivered via the nozzles 4a, 4a ', 4b, 4b' (delivered in a plane perpendicular to the main axis of said generator 1).
  • a deflector 8 consists of a cylindrical sheet.
  • a thickness of 2 mm has a thickness of 2 mm and is positioned at 7 mm from the walls 3 of the generator 1. It has been seen that the inner face of the deflector 8 is covered with an endothermic coating ablatable 8 '.
  • the generator 1 is schematized, charged, that is to say with the pyrotechnic charge capable of burning by generating combustion gases disposed therein.
  • Said pyrotechnic charge consists of monolithic blocks 10. Said blocks are arranged on shelves 6, arranged inside the body 2 of the generator 1.
  • a filter 7 is positioned around the pyrotechnic charge, in order to retain the combustion residues.
  • Blocks 10 are ignited by a main ignition relay charge 11 located in a central rod 17, pierced, advantageously in several places, so as to let the ignition gases diffuse to said blocks 10.
  • This ignition charge It is itself initiated by an igniter 12, implanted on the generator 1.
  • Such an igniter 12 is generally electrically connected to the control station, via a sealed passage, supporting the operating pressure of the generator 1.
  • the gas generator 21 of the figure 3 is also represented loaded.
  • the ignition relay charge 31 is maintained in the center of the generator by the device 37.
  • the main load (blocks 30) is arranged in a weld stability assembly, the maintenance of which is ensured by means of the spring 36.
  • This welded assembly is composed of pierced sheets wound and then welded to form receptacles or baskets 26 for the blocks. 30 (more precisely columns of such blocks). Said pierced sheets also act as a filter for solid combustion residues.
  • the walls 23 of the body 22 of the generator 21 are pierced with twelve orifices each closed (before the operation of the generator 21) by a 15 ⁇ m thick welded-on stainless steel cover 25a, 25a ', 25b, 25b'.
  • Six orifices 24a, 24a ' have a diameter of 35 mm; six orifices 24b, 24b 'have a diameter of 3 mm.
  • Said orifices are arranged in pairs, on the same diameter.
  • the initiator 32 ignites the ignition charge 32 'which itself ignites the ignition relay charge 31.
  • Said ignition relay charge 31 then ignites the blocks 30 and allows the generation of the gases to the ignition. inside the body 22, then their delivery after uncapping the orifices.
  • the number of open orifices depends on the conditioning temperature of the gas generator 21.
  • An uncapping system 41 makes it possible to drain the gas generator 21 in the event of abnormal runaway of the pyrotechnic composition (set of blocks 30) in operation.
  • This system 41 is positioned on the aluminum plug of the body 22 of the generator 21 and consists of a screwed stainless steel insert on which are glued laminates 42 of thickness 100 microns.
  • the emptying pressure of the generator 21 can be calibrated at 230 bar.

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Description

  • La présente invention concerne des dispositifs de propulsion de liquide, comportant dans leur structure un générateur de gaz pyrotechnique.
  • Les dispositifs d'extinction de feux (exemples de dispositifs de propulsion de liquide) comprennent généralement un réservoir contenant un agent extincteur. Ledit agent est destiné à être diffusé sur la zone du feu, en vue d'éteindre ledit feu mais aussi de prévenir son extension.
  • Les extincteurs à réservoir classiques sont à pressurisation permanente. L'inconvénient de ces extincteurs est le stockage, en continu, sous pression, d'un agent extincteur ou d'un gaz propulseur d'un tel agent extincteur, avec les nécessaires opérations de surveillance et de vérification (comme la pesée périodique) que cela implique. Le stockage de l'agent extincteur sous pression est particulièrement sensible (problème des microfuites).
  • En alternative à ces systèmes à pressurisation permanente, on a proposé des systèmes qui utilisent un générateur de gaz pyrotechnique, notamment pour lutter contre les feux dans les moteurs d'aéronefs. De nombreux documents, notamment EP-A-0 956 883 , EP-A-1 609 507 , EP-A-1 552 859 , US-A-2005/150665 et BE-A-1 010 421 , décrivent de tels systèmes. Les plus grandes efficacité et compacité des générateurs de gaz pyrotechniques permettent de propulser des agents liquides, tout en conservant un indice de performance élevé. L'inconvénient principal de ces systèmes est de mettre au contact direct les gaz de combustion du générateur de gaz pyrotechnique et l'agent d'extinction liquide. Il peut alors y avoir mélange entre lesdits gaz et ledit agent liquide (c'est-à-dire la formation d'une émulsion), ce qui rend difficile la maîtrise des conditions de décharge et implique un refroidissement desdits gaz, refroidissement d'autant plus conséquent que ledit agent liquide en cause est un liquide à fort pouvoir calorifique et toujours préjudiciable à l'effet de pressurisation recherché.
  • La demande de brevet WO-A-2006/061539 , qui constitue un point de départ pour la revendication 1, décrit un dispositif d'extinction de feu comportant un réservoir d'agent extincteur (liquide) et des moyens pour générer un gaz sous pression, lesdits moyens pouvant consister en un générateur de gaz pyrotechnique. Un élément de séparation, par exemple une membrane flexible, est prévu pour séparer ledit générateur de gaz dudit agent extincteur. Lors du fonctionnement dudit générateur, la membrane se déploie sous l'effet de la pression des gaz et chasse ledit agent extincteur du réservoir via un opercule taré qui se rompt sous l'effet de la pression dudit agent extincteur. Ladite membrane limite fortement, voire empêche tout mélange entre les gaz de combustion et ledit agent extincteur. Le générateur de gaz pyrotechnique est équipé d'au moins un orifice de sortie, permettant de diriger les gaz. Il est, sur la variante spécifiquement décrite, équipé de deux orifices de sortie, ménagés axialement, en vis-à-vis de la membrane. Une telle configuration sollicite très fortement ladite membrane, sur les plans thermique et mécanique et risque de conduire à sa détérioration, à son percement. En effet, tout particulièrement dans les premiers instants de fonctionnement du générateur, le générateur de gaz débite, très localement, des dards de gaz chauds sur ladite membrane.
  • Un cahier des charges rigoureux, pour de tels systèmes avec générateur de gaz pyrotechnique, comporte notamment les exigences ci-après :
    • durée d'application de l'agent liquide de plusieurs secondes. Ceci nécessite des générateurs à durée de fonctionnement plus longue que ceux usuellement utilisés pour les applications en sécurité automobile (quelques dizaines de millisecondes pour les airbags conducteurs). Les chargements pyrotechniques en cause seront ainsi avantageusement de dimensions plus importantes et à vitesse de combustion réduite par rapport à ceux utilisés en sécurité automobile ;
    • régulation de fonctionnement: assurer une pression de fonctionnement uniforme, dans une plage de températures de conditionnement donnée. Une des particularités des générateurs pyrotechniques appliqués aux systèmes embarqués, notamment aéronautiques, est de fonctionner dans des gammes extrêmes de température (lesdits systèmes sont soumis aux conditions de températures locales au sol des aéroports (désertiques ou polaires) et aux conditions de température en altitude, en vol). Or, l'homme du métier connaît la dépendance de la vitesse de combustion des matériaux pyrotechniques avec la température ambiante (ceci pouvant conduire à des variations de fonctionnement du générateur de gaz qui ne permettent pas de répondre aux exigences fonctionnelles du système à toute température d'utilisation) et la dépendance de ladite vitesse de combustion avec la pression régnant dans la chambre de combustion, pression pilotée par l'intermédiaire d'une tuyère. Face à ce problème technique, de nombreux systèmes de régulation de fonctionnement ont déjà été proposés. Ils visent à assurer une pression de fonctionnement uniforme du générateur dans une plage de température de conditionnement donnée ;
    • limitation du mélange entre les gaz émis par le générateur de gaz pyrotechnique et l'agent d'extinction liquide ;
    • limitation des sollicitations thermique et mécanique de l'organe mobile de séparation (par exemple, membrane flexible), lorsqu'un tel organe est présent.
  • Dans un tel contexte, les inventeurs proposent un dispositif de propulsion d'un liquide, avec générateur de gaz pyrotechnique, particulièrement intéressant.
  • De façon classique, ledit dispositif comprend :
    • un réservoir pour le stockage du liquide (et de son ciel gazeux. Pour des raisons de sécurité (au regard de l'éventuelle dilatation du liquide), ledit liquide est en effet toujours stocké avec un ciel gazeux) à sa pression de vapeur saturante, équipé d'un moyen pour la délivrance dudit liquide mis sous pression ;
    • un générateur de gaz pyrotechnique, agencé à l'intérieur dudit réservoir, pour la pressurisation dudit liquide à l'intérieur dudit réservoir et la propulsion de celui-ci mis sous pression hors dudit réservoir, via ledit moyen de délivrance ouvert ; ledit générateur de gaz présentant un corps, de géométrie cylindrique (ledit corps est avantageusement un cylindre de révolution, mais ceci ne constitue qu'une variante avantageuse nullement limitative), apte à recevoir et maintenir de façon stable une charge pyrotechnique susceptible de brûler en son sein en générant des gaz de combustion, avec des tuyères, dont au moins certaines sont initialement totalement obturées par des moyens d'obturation susceptibles de se déchirer sous la pression desdits gaz de combustion générés (c'est-à-dire des moyens d'obturation frangibles), pour la délivrance desdits gaz de combustion sous pression ;
    • un organe mobile de séparation, agencé à l'intérieur dudit réservoir, pour séparer ledit liquide dudit générateur et desdits gaz de combustion générés.
  • Le générateur de gaz est ainsi agencé à l'intérieur du réservoir de liquide (il est avantageusement solidarisé à la paroi dudit réservoir) et est séparé dudit liquide par un organe mobile de séparation. Ledit organe mobile est apte à transmettre la pression des gaz générés audit liquide, pour provoquer l'expulsion dudit liquide dudit réservoir.
  • De façon caractéristique, dans la structure du dispositif de l'invention :
    • les tuyères du générateur de gaz sont disposées radialement sur la(les) paroi(s) du corps dudit générateur ; et
    • ledit générateur de gaz, agencé de sorte que son axe correspond à l'axe de déplacement dudit organe mobile de séparation, est équipé d'un déflecteur pour dévier lesdits gaz de combustion générés selon ledit axe de déplacement dudit organe mobile de séparation.
  • De façon caractéristique, au sein de la structure du dispositif de l'invention, le générateur pyrotechnique, positionné "au sommet du réservoir" (en vis-à-vis de la surface du liquide), associe dans sa structure, tuyères radiales et déflecteur, de sorte que les gaz générés sont émis perpendiculairement à l'axe du générateur (via lesdites tuyères radiales) et, après impact sur le déflecteur, finalement délivrés dans l'axe dudit générateur.
  • Ledit générateur est ainsi positionné de façon stable (l'effet propulsif des gaz est minimisé) et l'action, indirecte, des gaz générés sur l'organe mobile de séparation est optimisée : peu, voire pas, de mélange entre lesdits gaz et le liquide, sollicitations mécanique et thermique dudit organe mobile de séparation minimisées (les gaz agissent sur ledit organe mobile de séparation après avoir été freinés et refroidis par le déflecteur), dépôt sur la(les) paroi(s) interne(s) du déflecteur des résidus de combustion (résidus de combustion susceptibles d'endommager localement ledit organe mobile de séparation, de créer des points chauds).
  • L'homme du métier a compris tout l'intérêt du dispositif de l'invention.
  • L'organe mobile de séparation en cause, prévu au sein du réservoir, peut notamment consister en une membrane déformable, flexible.
  • Dans le cadre d'une variante de réalisation avantageuse, le déflecteur intervenant est muni, sur sa(ses) face(s) en vis-à-vis desdites tuyères (radiales), d'un revêtement endothermique ablatable. Un tel revêtement endothermique ablatable (érodable, susceptible de s'éliminer par couches sous l'action des gaz de combustion, chauds et rapides) est per se connu. Il peut notamment comprendre de l'aluminium trihydraté ou de l'hydroxyde de magnésium. Des revêtements de ce type ont par exemple été décrits dans le brevet US 5,059,637 . Un tel revêtement est avantageusement prévu pour, à la fois, protéger le déflecteur et augmenter le refroidissement des gaz de combustion générés (avant qu'ils impactent l'organe mobile de séparation).
  • En référence au générateur de gaz pyrotechnique équipant le dispositif de l'invention, on peut encore préciser ce qui suit.
  • On a indiqué que certaines des tuyères dudit générateur sont initialement totalement obturées par des moyens d'obturation frangibles. Avantageusement, toutes les tuyères radiales du corps du générateur de l'invention sont initialement totalement obturées par des moyens d'obturation frangibles. Une telle obturation totale isole, protège, totalement, l'intérieur du générateur et permet une meilleure maîtrise de l'allumage de la charge pyrotechnique.
  • Une telle obturation totale ne s'impose pas systématiquement, notamment du fait de la présence de l'organe mobile de séparation.
  • Les moyens d'obturation frangibles des tuyères peuvent consister en tout moyen connu, susceptible de convenir à cette fin. Il peut notamment s'agir de films ou d'opercules, avantageusement calibrés. Un unique film ou au moins deux films superposés peuvent intervenir pour obturer une tuyère.
  • Les moyens d'obturation frangibles des tuyères peuvent être agencés à l'intérieur et/ou à l'extérieur du corps du générateur. Ils sont avantageusement agencés - films ou opercules - à l'intérieur dudit corps.
  • De façon avantageuse, au moins deux des tuyères radiales présentent un seuil d'ouverture en pression différent. Le générateur en cause est alors particulièrement intéressant en référence à la deuxième exigence du cahier des charges invoqué ci-dessus : la régulation de fonctionnement. Le générateur en cause est alors un générateur à régulation de pression, particulièrement performant. Ils présentent des tuyères radiales étagées. A cette fin, on peut notamment avoir :
    • au moins deux desdites tuyères radiales qui présentent un diamètre d'ouverture différent ;
      et/ou
    • au moins deux desdites tuyères radiales, initialement obturées totalement avec des moyens d'obturation ; lesdits moyens d'obturation présentant des seuils de rupture en pression différents.
  • Ainsi donc, le réglage du seuil d'ouverture en pression d'une tuyère peut-il être principalement obtenu en modulant le diamètre de ladite tuyère et/ou le seuil de rupture des moyens d'obturation obturant initialement totalement ladite tuyère.
  • Au moins deux des tuyères équipant la(les) paroi(s) du corps du générateur sont généralement différentes par leur diamètre d'ouverture et/ou par le seuil de rupture en pression des moyens d'obturation les obturant totalement initialement.
  • On a généralement 2 à 20 tuyères aménagées sur le corps du générateur. On en a évidemment au moins deux. On en a avantageusement plus de deux, de façon à pouvoir notamment modérer, le plus efficacement possible, l'effet de la température de conditionnement sur le fonctionnement du générateur. Le nombre de tuyères est toutefois raisonnablement limité, au vu notamment des dimensions du générateur.
  • Selon une variante avantageuse de réalisation, les tuyères, présentant un seuil d'ouverture en pression et un diamètre (quasi) identiques ((quasi) identique = identique ou quasiment identique), sont agencées, par famille, sur une même hauteur de la(des) paroi(s) du corps du générateur, de telle sorte que la somme des projections dans un repère plan, perpendiculaire à l'axe de symétrie du générateur, des vecteurs menant dudit axe de symétrie du générateur aux orifices des tuyères est nulle. Ainsi, dans le contexte d'un corps de générateur du type cylindre de révolution, on a avantageusement les n tuyères (de seuil d'ouverture en pression et de diamètre identiques) agencées sur un même plan, espacées de 360 ⁢ ° n .
    Figure imgb0001
  • Dans le cadre de cette variante avantageuse, on a compris que les tuyères intervenantes sont agencées, comme indiqué, sur plusieurs plans (à différentes hauteurs de la(des) paroi(s) du corps du générateur).
  • Un tel agencement des tuyères est particulièrement intéressant. Il permet de minimiser, voire d'éviter, tout effet propulsif. Il permet de stabiliser le générateur de l'invention, lors de son fonctionnement.
  • Lorsque les tuyères, présentant un seuil d'ouverture en pression et un diamètre (quasi) identiques, sont en nombre pair, elles sont donc idéalement agencées par couple, en vis-à-vis, sur une même hauteur de la(des) paroi(s) du corps dudit générateur (sur un même diamètre de la paroi d'un corps présentant la forme d'un cylindre de révolution).
  • Le gaz délivré via les tuyères radiales provient de la combustion d'une charge pyrotechnique maintenue de façon stable dans le volume interne du corps du générateur.
  • Ladite charge pyrotechnique peut consister en un ensemble en vrac de pastilles pyrotechniques. Elle consiste toutefois avantageusement en des éléments pyrotechniques de plus importantes dimensions, à vitesse de combustion plus lente. On a vu dans l'introduction de la présente description que l'invention a plus particulièrement pour objet des générateurs à durée de fonctionnement longue.
  • Pour l'obtention du résultat recherché - une vitesse de combustion lente - l'homme du métier sait qu'il dispose principalement des paramètres ci-après : la composition, la géométrie et les dimensions des éléments constitutifs de la charge pyrotechnique.
  • Ainsi, la charge pyrotechnique des générateurs équipant les dispositifs de l'invention consiste-t-elle avantageusement en au moins un bloc monolithe (plein ou à canal central) de grandes dimensions : un bloc monolithe sensiblement cylindrique dont les deux dimensions, épaisseur et diamètre équivalent (diamètre, s'il s'agit d'un parfait cylindre), sont comprises entre 10 et 75 mm.
  • Ledit bloc monolithe présente avantageusement une faible porosité, très avantageusement une porosité comprise entre 1 et 8 % (ce paramètre, exprimé en pourcentage, correspond au rapport entre la masse volumique réelle et la masse volumique théorique ; il s'agit en fait de l'écart à la densité théorique).
  • Il est avantageusement obtenu par un procédé qui comprend les étapes successives ci-après : mélange de poudres + granulation + calibrage des granulés obtenus + mise en forme desdits granulés calibrés par compression.
  • En référence à la composition de la charge pyrotechnique, on peut ajouter que ladite composition est avantageusement à base de nitrate basique de cuivre et de nitrate de guanidine. Le choix de cette composition est fait en référence au paramètre vitesse de combustion mais aussi en référence à d'autres paramètres. Ce type de charge (BCN + NG) ne génère pas en combustion de composé acide, susceptible de causer des dégradations. Ses résidus de combustion se retrouvent principalement sous la forme d'agrégats de dimensions très supérieures à celles des tuyères du générateur. Ils sont donc aisément filtrables.
  • A l'issue de cette "digression" sur la charge pyrotechnique susceptible d'alimenter les générateurs équipant les dispositifs de l'invention, on en revient à la structure interne desdits générateurs et l'on précise, logiquement, qu'avantageusement, le volume interne du corps desdits générateurs est agencé pour recevoir et maintenir, de façon stable, au moins un bloc monolithe pyrotechnique sensiblement cylindrique, dont l'épaisseur et le diamètre équivalent sont compris entre 10 et 75 mm.
  • De manière plus générale, on peut indiquer que ledit volume interne des générateurs est agencé avec des moyens pour recevoir et maintenir de façon stable la charge pyrotechnique, ainsi qu'avec des moyens utiles à l'allumage de ladite charge pyrotechnique.
  • Lesdits moyens pour recevoir et maintenir de façon stable la charge pyrotechnique consistent avantageusement en au moins une étagère ou un panier. Une telle étagère ou un tel panier convient notamment pour recevoir et maintenir de façon stable un bloc monolithe, tel que décrit ci-dessus ou au moins deux blocs monolithes de ce type superposés...
  • Lesdits moyens augmentent la tenue mécanique de la charge pyrotechnique aux sollicitations vibratoires du générateur.
  • Les moyens utiles à l'allumage peuvent comprendre un dispositif de réception et de maintien d'une charge pyrotechnique relais d'allumage (agencée généralement au centre du volume interne des générateurs) et un dispositif d'allumage relié à ladite charge pyrotechnique relais d'allumage. L'allumage peut être commandé à distance par l'intermédiaire d'un allumeur électro-pyrotechnique.
  • Avantageusement, on prévoit également, dans le volume interne du corps des générateurs , un filtre positionné de façon à entourer la charge pyrotechnique.
  • Un tel filtre est généralement constitué d'une ou plusieurs épaisseurs d'une grille métallique. Un tel filtre est destiné à retenir les résidus de combustion (au moins les plus volumineux), plus spécialement à retenir, à l'intérieur du corps des générateurs, le squelette solide résiduel de la charge pyrotechnique, obtenu après combustion. La surface totale des mailles d'ouverture d'un tel filtre est très supérieure à celle cumulée des tuyères.
  • Le dispositif de l'invention, avec générateur de gaz pyrotechnique à tuyères radiales et déflecteur, avantageusement avec générateur de gaz pyrotechnique de ce type à régulation de pression, convient particulièrement pour la propulsion d'un liquide extincteur dans un contexte d'extinction de feux ; il convient tout particulièrement à cette fin dans un contexte aéronautique.
  • On se propose maintenant de décrire, de façon nullement limitative, en référence aux figures annexées, un dispositif de l'invention et son fonctionnement ainsi que, plus en détail, des générateurs susceptibles d'équiper un tel dispositif.
  • La figure 1 montre, schématiquement, un dispositif de l'invention en fonctionnement.
  • La figure 2 montre, en coupe, de façon très schématique, le générateur pyrotechnique équipant le dispositif de la figure 1.
  • La figure 3 montre, en coupe, un autre générateur pyrotechnique susceptible d'équiper un dispositif de l'invention.
  • Sur la figure 1, on montre un dispositif de propulsion 50 d'un liquide L en fonctionnement.
  • Ledit dispositif 50 consiste principalement en le réservoir 51 équipé du générateur de gaz pyrotechnique 1 (de la figure 2). L'allumeur 12 et le bouchon dudit générateur 1 reste en dehors dudit réservoir 51.
  • Ledit réservoir 51 de la figure 1 renferme le liquide L. Ledit liquide L est délivré dans le tuyau 54 via le moyen de délivrance 53 ouvert.
  • Ledit réservoir 51 de la figure 1 est équipé d'un organe mobile de séparation ou membrane 57. Ladite membrane 57 sépare les gaz propulsifs G du liquide L.
  • Le plan de délivrance des gaz (gaz délivrés via des tuyères radiales : voir la figure 2) est perpendiculaire à l'axe principal du générateur 1, pour éviter tout effet propulsif. Toutefois, le déflecteur 8 permet de dévier les flux de gaz selon l'axe de déplacement de l'organe mobile de séparation 57. Ledit déflecteur 8 a ainsi pour fonction, comme déjà indiqué, de limiter les sollicitations thermique et mécanique qu'engendrent les gaz très chauds et rapides, en sortie de tuyères, en contact direct avec l'organe mobile de séparation 57, en début de fonctionnement. Ledit déflecteur 8 a aussi pour fonction de stopper des résidus de combustion (qui seraient passés au travers du filtre 7 : voir la figure 2). Ledit déflecteur 8 est recouvert sur sa face 8', en vis-à-vis des tuyères, d'un revêtement endothermique ablatable (voir la figure 2).
  • On voit clairement sur la figure 1 que le générateur de gaz 1 est agencé de sorte que son axe correspond à l'axe de déplacement de l'organe mobile de séparation 57 et que le déflecteur 8 convient pour dévier les gaz G selon ledit axe de déplacement dudit organe mobile 57.
  • Le générateur de gaz 1 des figures 1 et 2 présente un corps 2 de géométrie cylindrique. Des tuyères 4a, 4a', 4b, 4b' sont disposées radialement dans la paroi 3 dudit corps 2. Toutes lesdites tuyères 4a, 4a', 4b, 4b' ne présentent pas le même seuil d'ouverture en pression (variante avantageuse de l'invention).
  • Le seuil d'ouverture en pression des tuyères représentées sur la figure 2 est déterminé à la fois par le diamètre d'ouverture desdites tuyères et le seuil de rupture de films obturant initialement les ouvertures desdites tuyères.
  • En effet :
    • les tuyères 4a et 4a' du couple 4a/4a' ont un même diamètre d'ouverture : da. Les tuyères 4b et 4b' des couples 4b/4b' ont un même diamètre d'ouverture : db. Ledit diamètre d'ouverture da desdites tuyères 4a et 4a' est supérieur à celui db desdites tuyères 4b et 4b' : da > db ;
    • des films d'épaisseur calibrée 5a, 5b, 5c interviennent, à l'intérieur du corps 2 du générateur 1, le long de ses parois 3, pour obturer (initialement = avant le fonctionnement dudit générateur 1) toutes les tuyères 4a, 4a', 4b, 4b'. Les tuyères 4a et 4a' du couple 4a/4a' sont obturées par le film 5a ; les tuyères 4b et 4b' d'un couple 4b/4b' (couple en position haute) sont également obturées par ledit unique film 5a tandis que les tuyères 4b et 4b' de deux autres couples 4b/4b' (couples en position intermédiaire) sont obturées par le film 5a et le film 5b et que les tuyères 4b et 4b' de deux autres couples 4b/4b' (couples en position basse) sont obturées par les trois films 5a, 5b et 5c.
  • L'agencement des tuyères par couple, en vis-à-vis, est destiné à minimiser, voir annihiler, tout effet propulsif.
  • Du fait des seuils d'ouverture en pression différents des couples de tuyères, le générateur présente, en fonctionnement, une faible dépendance avec la température de fonctionnement.
  • Dans la structure du générateur 1, il est prévu le déflecteur 8, pour dévier les gaz délivrés via les tuyères 4a, 4a', 4b, 4b' (délivrés dans un plan perpendiculaire à l'axe principal dudit générateur 1). Un tel déflecteur 8 est constitué d'une tôle cylindrique. A titre purement illustratif, on peut indiquer ici qu'une telle tôle présente une épaisseur de 2 mm et est positionnée à 7 mm des parois 3 du générateur 1. On a vu que la face interne du déflecteur 8 est recouverte d'un revêtement endothermique ablatable 8'.
  • Le générateur 1 est schématisé, chargé, c'est-à-dire avec la charge pyrotechnique susceptible de brûler en générant des gaz de combustion, disposée en son sein.
  • Ladite charge pyrotechnique consiste en des blocs monolithes 10. Lesdits blocs sont disposés sur des étagères 6, agencées à l'intérieur du corps 2 du générateur 1.
  • Un filtre 7 est positionné autour de la charge pyrotechnique, afin de retenir les résidus de combustion.
  • Les blocs 10 sont initiés en combustion par une charge relais d'allumage principale 11 située dans une canne centrale 17, ajourée, avantageusement en plusieurs endroits, de façon à laisser les gaz d'allumage diffuser vers lesdits blocs 10. Cette charge d'allumage 11 est elle-même initiée par un allumeur 12, implanté sur le générateur 1.
  • Un tel allumeur 12 est généralement mis en liaison électrique avec le poste de commande, par- l'intermédiaire d'un passage étanche, supportant la pression de fonctionnement du générateur 1.
  • Le générateur de gaz 21 de la figure 3 est également représenté chargé.
  • Il est constitué d'un ensemble mécanique (corps 22 de géométrie cylindrique, délimité par la paroi 23) contenant :
    • un module d'initiation (initiateur 32) ;
    • une charge pyrotechnique d'allumage 32' ;
    • une charge pyrotechnique relais d'allumage 31 ;
    • une charge pyrotechnique principale consistant en des blocs monolithes 30.
  • La charge relais d'allumage 31 est maintenue, au centre du générateur, par le dispositif 37.
  • La charge principale (blocs 30) est disposée dans un ensemble stabilité par soudure, dont le maintien est assuré à l'aide du ressort 36. Cet ensemble soudé est composé de tôles percées enroulées puis soudées pour constituer des réceptacles ou paniers 26 pour les blocs 30 (plus précisément des colonnes de tels blocs). Lesdites tôles percées jouent également le rôle de filtre pour les résidus solides de combustion.
  • Les parois 23 du corps 22 du générateur 21 sont percées de douze orifices, obturés chacun (avant le fonctionnement du générateur 21) par un opercule inox de 15 µm d'épaisseur soudé 25a, 25a', 25b, 25b'. Six orifices 24a, 24a' ont un diamètre de 35 mm ; six orifices 24b, 24b' ont un diamètre de 3 mm. Lesdits orifices sont agencés par couple, sur un même diamètre. On vise ici encore à minimiser, voire annihiler, tout effet propulsif.
  • Lors du fonctionnement, l'initiateur 32 allume la charge d'allumage 32' qui elle-même allume la charge relais d'allumage 31. Ladite charge relais d'allumage 31 allume alors les blocs 30 et permet la génération des gaz à l'intérieur du corps 22, puis leur délivrance après désoperculage des orifices. Le nombre d'orifices ouverts dépend de la température de conditionnement du générateur de gaz 21.
  • Un système de désoperculage 41 permet de vidanger le générateur de gaz 21 en cas d'emballement anormal de la composition pyrotechnique (ensemble des blocs 30) en fonctionnement. Ce système 41 est positionné sur le bouchon aluminium du corps 22 du générateur 21 et est constitué d'un insert vissé en inox sur lequel sont soudés des clinquants 42 d'épaisseur 100 µm. Ainsi, la pression de vidange du générateur 21 peut être tarée à 230 bar.
  • Les précisions données ci-dessus - chiffres, nature des matériaux - le sont à titre purement illustratif.

Claims (10)

  1. Dispositif (50) de propulsion d'un liquide (L) comprenant :
    - un réservoir (51) pour le stockage dudit liquide (L) à sa pression de vapeur saturante, équipé d'un moyen (53) pour la délivrance dudit liquide (L) mis sous pression ;
    - un générateur de gaz pyrotechnique (1 ; 21), agencé à l'intérieur dudit réservoir (51), pour la pressurisation dudit liquide (L) à l'intérieur dudit réservoir (51) et la propulsion de celui-ci mis sous pression hors dudit réservoir (51), via ledit moyen de délivrance (53) ouvert ; ledit générateur de gaz (1 ; 21) présentant un corps (2 ; 22), de géométrie cylindrique, apte à recevoir et maintenir de façon stable une charge pyrotechnique (10 ; 30) susceptible de brûler en son sein en générant des gaz de combustion (G), avec des tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b'), dont au moins certaines sont initialement totalement obturées par des moyens d'obturation (5a, 5b, 5c ; 25a, 25b, 25a', 25b') susceptibles de se déchirer sous la pression desdits gaz de combustion générés (G), pour la délivrance desdits gaz de combustion (G) sous pression ;
    - un organe mobile de séparation (57), agencé à l'intérieur dudit réservoir (51), pour séparer ledit liquide (L) dudit générateur (1 ; 21) et desdits gaz de combustion générés (G) ;
    lesdites tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') dudit générateur de gaz (1 ; 21) étant disposées radialement sur la(les) paroi(s) dudit corps (2 ; 22) et ledit générateur de gaz (1 ; 21), agencé de sorte que son axe correspond à l'axe de déplacement dudit organe mobile de séparation (57), étant équipé d'un déflecteur (8) pour dévier lesdits gaz de combustion générés (G) selon ledit axe de déplacement dudit organe mobile de séparation (57).
  2. Dispositif (50) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit déflecteur (8) est muni sur sa(ses) face(s) en vis-à-vis desdites tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') d'un revêtement endothermique ablatable (8').
  3. Dispositif (50) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que toutes lesdites tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') dudit corps (2 ; 22) dudit générateur (1 ; 21) sont initialement totalement obturées par des moyens d'obturation (5a, 5b, 5c ; 25a, 25b, 25a', 25b') susceptibles de se déchirer sous la pression des gaz de combustion générés (G).
  4. Dispositif (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation desdites tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') consistent en des films (5a, 5b, 5c) ou en des opercules (25a, 25b, 25a', 25b').
  5. Dispositif (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins deux desdites tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') présentent un seuil d'ouverture en pression différent.
  6. Dispositif (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins deux desdites tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') présentent un diamètre d'ouverture différent et/ou des seuils de rupture en pression différents des moyens d'obturation (5a, 5b, 5c ; 25a, 25b, 25a', 25b') les obturant initialement totalement.
  7. Dispositif (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 2 à 20 tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') sont agencées sur la(les) paroi(s) (3 ; 23) dudit corps (2 ; 22) de géométrie cylindrique dudit générateur (1 ; 21).
  8. Dispositif (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') sont agencées par famille sur une même hauteur de la(des) paroi(s) (3, 23) dudit corps (2 ; 22), de telle sorte que la somme des projections dans un repère plan, perpendiculaire à l'axe de symétrie du générateur, des vecteurs menant dudit axe de symétrie aux orifices des tuyères est nulle ; les tuyères constitutives d'une famille présentant un seuil d'ouverture en pression et un diamètre identiques ou quasiment identiques.
  9. Dispositif (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites tuyères (4a, 4b, 4a', 4b' ; 24a, 24b, 24a', 24b') sont agencées par couple (4a/4a', 4b/4b' ; 24a/24a', 24b/24b'), en vis-à-vis, sur une même hauteur de la(des) paroi(s) (3 ; 23) dudit corps (2 ; 22) ; les tuyères constitutives d'un couple présentant un seuil d'ouverture en pression et un diamètre identiques ou quasiment identiques.
  10. Dispositif (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le volume interne de son corps (2 ; 22) est agencé pour recevoir et maintenir, de façon stable, au moins un bloc monolithe pyrotechnique (10 ; 30) sensiblement cylindrique, dont l'épaisseur et le diamètre équivalent sont compris entre 10 et 75 mm.
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