FR2846408A1 - Aircraft/satellite structure separation pyrotechnic charge initiation mechanism having charge and luminous energy source initiator connected optical fibre with constant index fibre extension within charge area - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un dispositif d'initiation d'uneThe present invention relates to a device for initiating a
chargecharge
pyrotechnique et, plus particulièrement, un tel dispositif comprenant un volume d'une substance d'initiation, une source d'énergie lumineuse laser propre à activer ladite substance, et des moyens pour transmettre ladite énergie lumineuse à ladite 5 substance, lesdits moyens comprenant une fibre optique raccordée par un connecteur. pyrotechnics and, more particularly, such a device comprising a volume of an initiating substance, a source of laser light energy suitable for activating said substance, and means for transmitting said light energy to said substance, said means comprising a optical fiber connected by a connector.
On a conçu de tels dispositifs, notamment pour assurer "l'initiation", c'est-àdire la décomposition de charges pyrotechniques assurant la séparation d'éléments Such devices have been designed, in particular to ensure "initiation", that is to say the decomposition of pyrotechnic charges ensuring the separation of elements
de structures d'aéronefs ou d'astronefs, par exemple. aircraft or spacecraft structures, for example.
Un premier problème à résoudre dans la conception de tels dispositifs est celui de la transmission de l'énergie lumineuse laser nécessaire à l'activation de la substance d'initiation, avec le minimum de pertes. On a proposé à cet effet d'installer des systèmes optiques plus ou moins complexes entre l'extrémité de sortie de la fibre et le volume dans lequel est confinée la substance d'initiation, notamment des 15 systèmes optiques comportant des micro-lentilles à gradient d'indice (voir par A first problem to be solved in the design of such devices is that of the transmission of the laser light energy necessary for the activation of the initiating substance, with the minimum of losses. To this end, it has been proposed to install more or less complex optical systems between the exit end of the fiber and the volume in which the initiating substance is confined, in particular optical systems comprising gradient micro-lenses. index (see by
exemple FR-A-2 796 166).example FR-A-2 796 166).
Outre que ces systèmes accroissent la complexité du dispositif, et donc son prix de revient de fabrication, les optiques à gradient d'indice souffrent de phénomènes d'obscurcissement sous exposition à des rayonnements de fortes 20 intensités (nucléaires ou cosmiques, par exemple) qui vont à l'encontre du but poursuivi. On a aussi proposé d'établir une connexion physique directe entre l'extrémité In addition to these systems increasing the complexity of the device, and therefore its manufacturing cost, gradient index optics suffer from darkening phenomena under exposure to radiation of high intensity (nuclear or cosmic, for example) which go against the aim pursued. It has also been proposed to establish a direct physical connection between the end
de la fibre optique d'o sort l'énergie lumineuse laser et le volume de la substance d'initiation (voir par exemple WO 99/00343), ceci au prix d'une complexité 25 relativement élevée de la connexion mécanique à établir entre la fibre et le dispositif. of the optical fiber from which the laser light energy and the volume of the initiating substance come out (see for example WO 99/00343), this at the cost of a relatively high complexity of the mechanical connection to be established between the fiber and the device.
Dans tous les cas, on rencontre en outre des problèmes d'étanchéité du In all cases, there are also problems with sealing the
volume de la substance d'initiation. Il est important en effet que l'énergie dégagée par la combustion de cette substance soit entièrement absorbée par la charge pyrotechnique à allumer, et donc que le dispositif soit par ailleurs parfaitement 30 étanche. volume of the initiating substance. It is important in fact that the energy released by the combustion of this substance is entirely absorbed by the pyrotechnic charge to be ignited, and therefore that the device is moreover perfectly sealed.
La présente invention a précisément pour but de réaliser un dispositif d'initiation d'une charge pyrotechnique qui ne souffre d'aucun des inconvénients mentionnés ci-dessus et qui, en particulier, assure une complète transmission de l'énergie laser d'allumage, présente une étanchéité adéquate et une structure simple et peu coteuse, notamment en matière de raccordement de la fibre optique qui The object of the present invention is precisely to produce a device for initiating a pyrotechnic charge which does not suffer from any of the drawbacks mentioned above and which, in particular, ensures complete transmission of the laser ignition energy, has an adequate seal and a simple and inexpensive structure, particularly in terms of connection of the optical fiber which
l'alimente en énergie lumineuse laser. supplies it with laser light energy.
On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture This object of the invention is achieved, as well as others which will appear on reading
de la description qui va suivre, avec un dispositif du type décrit en préambule de la 5 présente description, remarquable en ce qu'il comprend une pièce de raccordement garnie d'une longueur de fibre optique à indice de coeur constant, ladite longueur de fibre optique étant agencée de manière à prolonger fonctionnellement la fibre optique of the description which follows, with a device of the type described in the preamble to the present description, remarkable in that it comprises a connection piece furnished with a length of optical fiber with constant core index, said length of fiber optical being arranged so as to functionally extend the optical fiber
sortant du connecteur jusqu'au volume de la substance d'initiation. leaving the connector to the volume of the initiating substance.
L'utilisation d'une longueur de fibre "mono-indice" dans la pièce de 10 raccordement permet d'éviter le phénomène d'obscurcissement mentionné cidessus The use of a "single index" fiber length in the connection piece makes it possible to avoid the obscuring phenomenon mentioned above.
et donc d'assurer une transmission sans perte de l'énergie lumineuse laser. and therefore to ensure lossless transmission of laser light energy.
Suivant d'autres caractéristiques de la présente invention: - la pièce de raccordement délimite une partie du volume de la substance d'initiation, la pièce de raccordement est de forme allongée, de révolution, et est installée coaxialement dans un corps également allongé et de révolution, en appui radial sur celui-ci, entre le volume de ladite substance d'initiation et des moyens de réception du connecteur de fibre optique, le volume de la substance d'initiation est contenu dans un étui fixé à une 20 extrémité du corps et un cordon de soudure annulaire assemble ledit corps et la pièce de raccordement, le cordon étant disposé de manière à renforcer l'étanchéité du dispositif vis-à-vis des produits de décomposition de la substance d'initiation, According to other characteristics of the present invention: - the connecting piece defines part of the volume of the initiating substance, the connecting piece is of elongated shape, of revolution, and is installed coaxially in a body also elongated and of revolution, in radial support thereon, between the volume of said initiation substance and means for receiving the optical fiber connector, the volume of initiation substance is contained in a case fixed to one end of the body and an annular weld bead assembles said body and the connection part, the bead being arranged so as to reinforce the tightness of the device with respect to the products of decomposition of the initiating substance,
- une jupe antistatique est interposée entre l'étui et le volume de la 25 substance d'initiation. an antistatic skirt is interposed between the case and the volume of the initiation substance.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent from
la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure unique représente une mode de réalisation préféré du dispositif suivant reading the description which will follow and examining the appended drawing in which the single figure represents a preferred embodiment of the following device
l'invention, en coupe axiale.the invention, in axial section.
Sur cette figure il apparaît que ce dispositif comprend un corps allongé 1 de révolution d'axe X, ce corps 1 étant creusé d'un alésage central étagé 2. Cet alésage 2 est obturé, sur une partie de sa longueur, par une pièce 3 dite "de raccordement", également allongée et de révolution, garnie axialement d'une longueur 4 d'une fibre optique. Cette longueur 4 de fibre optique est agencée de manière à transmettre de l'énergie lumineuse du type laser, venue d'une source (non représentée) telle qu'un laser à l'état solide ou une diode laser, à un volume 5 en forme de capsule, d'une substance d'initiation de la décomposition d'une charge pyrotechnique (non représentée) placée près de ce volume (de quelques mm à quelques cm). A titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, cette charge peut être celle que l'on place dans un cordeau ou cordon "pyrotechnique", placé à la jonction de deux éléments d'une structure d'aéronef ou de vaisseau spatial, par exemple, pour en assurer la séparation, à la réception d'un ordre commandant l'initiation de 10 ladite charge. De tels séparateurs pyrotechniques sont bien connus et n'exigent donc In this figure it appears that this device comprises an elongated body 1 of revolution of axis X, this body 1 being hollowed out with a stepped central bore 2. This bore 2 is closed, over part of its length, by a part 3 so-called "connection", also elongated and of revolution, furnished axially with a length 4 of an optical fiber. This length 4 of optical fiber is arranged so as to transmit light energy of the laser type, coming from a source (not shown) such as a laser in the solid state or a laser diode, at a volume 5 in capsule form, of a substance initiating the decomposition of a pyrotechnic charge (not shown) placed near this volume (from a few mm to a few cm). By way of illustrative and nonlimiting example only, this charge may be that which is placed in a "pyrotechnic" cord or cord, placed at the junction of two elements of an aircraft or spacecraft structure, by example, to ensure separation, upon receipt of an order ordering the initiation of said charge. Such pyrotechnic separators are well known and therefore do not require
pas une description plus détaillée. On rappelle seulement qu'on déclenche la décomposition d'une telle charge en soumettant celle-ci à un dégagement localisé d'énergie mécanique et/ou thermique obtenu par décomposition d'une charge attenante, plus petite, d'une substance énergétique "d'initiation" de ce 15 déclenchement. not a more detailed description. It is only recalled that the decomposition of such a charge is triggered by subjecting it to a localized release of mechanical and / or thermal energy obtained by decomposition of an adjacent, smaller charge, of an energetic substance "d 'initiation' of this trigger.
Cette substance peut être constituée par une composition pyrotechnique, telle This substance can consist of a pyrotechnic composition, such
qu'un mélange hétérogène oxydo-réducteur. Son activation produit alors en général des gaz chauds (en faibles quantités) et des particules qui enflamment la charge pyrotechnique proprement dite. Cette dernière est constituée alors d'une poudre 20 génératrice de gaz (en grande quantité, cette fois) ou de pains de propergols. than a heterogeneous redox mixture. Its activation then generally produces hot gases (in small quantities) and particles which ignite the pyrotechnic charge proper. The latter then consists of a powder generating gas (in large quantities this time) or propellant bars.
La substance d'initiation peut aussi être explosive. Sa décomposition rapide The initiating substance can also be explosive. Its rapid decomposition
provoque la formation d'une onde de détonation dans la charge pyrotechnique. causes the formation of a detonation wave in the pyrotechnic charge.
Une composition pyrotechnique à base de ZrKCIO4 ou une substance A pyrotechnic composition based on ZrKCIO4 or a substance
détonante tel que RDX ou HMX par exemple, peut être utilisée pour constituer la 25 substance d'initiation utilisée dans le dispositif suivant l'invention. detonating agent such as RDX or HMX for example, can be used to constitute the initiating substance used in the device according to the invention.
La longueur de fibre optique 4 qui garnit axialement la pièce 3 est du type qui The length of optical fiber 4 which axially garnishes the piece 3 is of the type which
comprend classiquement un coeur et une gaine, le tout protégé par un revêtement extérieur. La longueur de fibre 4 est retenue dans un alésage axial complémentaire de la pièce 3, par exemple au moyen d'une couche d'un produit adhésif, formée et 30 durcie entre les surfaces en contact du revêtement de la fibre 4 de l'alésage. conventionally comprises a core and a sheath, all protected by an external coating. The length of fiber 4 is retained in an axial bore complementary to the part 3, for example by means of a layer of an adhesive product, formed and hardened between the surfaces in contact with the coating of fiber 4 of the bore .
La pièce 3 présente deux parties d'extrémité 31, 32 de diamètre réduit par rapport à celui de sa partie centrale. La partie 31, opposée à la partie 32 qui est en contact avec la capsule 5, est en outre évidée de manière à accueillir complémentairement un embout 61 d'un connecteur 6 de fibre optique, The part 3 has two end parts 31, 32 of reduced diameter compared to that of its central part. The part 31, opposite the part 32 which is in contact with the capsule 5, is further hollowed out so as to additionally receive a tip 61 of a connector 6 of optical fiber,
avantageusement d'un type classique tel que SMA, ST, FC, etc... advantageously of a conventional type such as SMA, ST, FC, etc.
Le connecteur 6 est représenté à la figure en trait interrompu pour faire The connector 6 is shown in the figure in broken lines to make
apparaître les moyens de sa réception dans une partie d'extrémité 21 de l'alésage 2. 5 Cette partie 21 présente un diamètre agrandi par rapport à celui de la partie de l'alésage qui reçoit la pièce 3. Elle est munie d'un filetage intérieur 7 permettant de visser le connecteur 6 dans cette partie 21, jusqu'à mettre en contact, bout à bout et coaxialement, la longueur de fibre 4 et une fibre optique 8 dont une extrémité porte le connecteur 6 alors que son autre extrémité (non représentée) est raccordée 10 optiquement à une source d'énergie lumineuse de type laser, telle qu'une diode laser. appear the means of its reception in an end part 21 of the bore 2. 5 This part 21 has an enlarged diameter relative to that of the part of the bore which receives the part 3. It is provided with a internal thread 7 enabling the connector 6 to be screwed into this part 21, until contacting, end to end and coaxially, the length of fiber 4 and an optical fiber 8, one end of which carries the connector 6 while its other end ( not shown) is optically connected to a light energy source of the laser type, such as a laser diode.
Lors de la fabrication du dispositif suivant l'invention, on glisse la pièce de raccordement 3 dans l'alésage 2 du corps 1, jusqu'à ce qu'un épaulement annulaire 9 de celle-ci (formé à la base de sa partie 31) vienne au contact d'un appui radial complémentaire prévu dans l'alésage 2 du corps 1. Cet appui radial assure un 15 positionnement axial précis de la pièce 3 dans cet alésage 2. Un cordon de soudure annulaire 10, formé par soudage au laser par exemple, permet de fixer la pièce 3 During the manufacture of the device according to the invention, the connecting piece 3 is slid into the bore 2 of the body 1, until an annular shoulder 9 of the latter (formed at the base of its part 31 ) comes into contact with a complementary radial support provided in the bore 2 of the body 1. This radial support ensures precise axial positioning of the part 3 in this bore 2. An annular weld bead 10, formed by laser welding for example, allows to fix the part 3
dans le corps 1.in the body 1.
Après rectification éventuelle de ce cordon, on glisse une bague 11 sur l'extrémité 32, de la pièce 3, pour étendre et délimiter la face d'extrémité de cette 20 pièce sur laquelle est accolée la capsule 5 de la substance d'initiation. Celle-ci est After possible correction of this cord, a ring 11 is slipped over the end 32 of the part 3, in order to extend and delimit the end face of this part on which the capsule 5 of the initiating substance is attached. This is
retenue dans un étui 12 doublé par une jupe antistatique 13 propre à empêcher un allumage intempestif de cette composition par des charges électriques parasites (charges électrostatiques, foudre, etc...). L'étui 12 présente un rebord annulaire qui permet sa fixation sur le corps 1 par le moyen d'un sertissage 14 formé par 25 rabattement de l'extrémité adjacente de ce corps, comme représenté. retained in a case 12 lined with an antistatic skirt 13 suitable for preventing inadvertent ignition of this composition by parasitic electrical charges (electrostatic charges, lightning, etc.). The case 12 has an annular rim which allows it to be fixed to the body 1 by means of a crimping 14 formed by folding down the adjacent end of this body, as shown.
Extérieurement, le corps 1 peut comprendre un filetage 15 permettant de le Externally, the body 1 can comprise a thread 15 making it possible to
visser dans un alésage fileté d'une paroi (non représentée), de manière que la capsule 5 vienne au contact ou à proximité d'une charge (non représentée) à initier. screw into a threaded bore of a wall (not shown), so that the capsule 5 comes into contact with or near a load (not shown) to be initiated.
Des joints d'étanchéité 15,, 152 peuvent être prévus pour assurer l'étanchéité du 30 dispositif suivant l'invention, une fois celui-ci installé dans cette position. Seals 15, 152 can be provided to seal the device according to the invention, once it is installed in this position.
Le corps 1 peut être aussi conformé extérieurement, à son extrémité qui reçoit le connecteur 6, en écrou, à 6 pans par exemple, pour faciliter son vissage The body 1 can also be shaped externally, at its end which receives the connector 6, in nut, with hexagon for example, to facilitate its screwing
dans la paroi (non représentée) précitée. in the aforementioned wall (not shown).
Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne alors comme suit, lors de l'émission The device described above then operates as follows, during transmission
d'un ordre d'allumage d'une charge pyrotechnique disposée près de la capsule 5. an order to ignite a pyrotechnic charge placed near the capsule 5.
L'ordre déclenche l'émission, par un laser à l'état solide ou une diode laser par exemple, d'une impulsion d'énergie lumineuse transmise par la fibre 8 jusqu'à l'entrée de la longueur de fibre 4 contenue dans la pièce de raccordement. Suivant une caractéristique de la présente invention, cette longueur de fibre optique est "mono-indice", c'est-à-dire que l'indice de réfraction du coeur de la fibre est constant, donc uniforme en tout point du coeur. Un tel coeur n'est pas sujet au phénomène d'obscurcissement dont souffrent les éléments optiques à gradient 10 d'indice, quand ils sont placés dans un environnement o le rayonnement électromagnétique, en particulier le rayonnement cosmique, est important, comme The order triggers the emission, by a solid state laser or a laser diode for example, of a pulse of light energy transmitted by the fiber 8 until the entry of the fiber length 4 contained in the connecting piece. According to a characteristic of the present invention, this length of optical fiber is "mono-index", that is to say that the refractive index of the core of the fiber is constant, therefore uniform at all points of the core. Such a heart is not subject to the darkening phenomenon from which the gradient index optical elements suffer, when they are placed in an environment where electromagnetic radiation, in particular cosmic radiation, is important, as
c'est le cas dans l'espace.this is the case in space.
L'énergie lumineuse reçue de la fibre 8 est alors intégralement transmise à la The light energy received from fiber 8 is then fully transmitted to the
capsule 5 de la substance d'initiation pour décomposer avec sreté cette substance, 15 cette décomposition initiant celle de la charge pyrotechnique attenante. capsule 5 of the initiating substance to safely decompose this substance, this decomposition initiating that of the adjoining pyrotechnic charge.
On choisira pour constituer la fibre optique 8, comme pour la longueur de fibre We will choose to constitute the optical fiber 8, as for the fiber length
4, une fibre dont le diamètre de coeur est suffisamment grand pour transmettre toute l'énergie lumineuse nécessaire à l'allumage de la capsule 5. C'est ainsi que le diamètre de coeur de la fibre pourra être choisi, par exemple, entre 100 prm et 1mm, 20 suivant les besoins. 4, a fiber whose core diameter is large enough to transmit all the light energy necessary for lighting the capsule 5. This is how the core diameter of the fiber can be chosen, for example, between 100 prm and 1mm, 20 as required.
On remarquera que lors de la décomposition de la substance de la capsule, We will notice that during the decomposition of the substance of the capsule,
les produits de décomposition de cette substance sont efficacement empêchés, par le cordon de soudure 10, de fuir dans l'alésage 2, ce cordon assurant ainsi l'étanchéité du dispositif. Toute l'énergie produite est alors dirigée, avantageusement, 25 vers la charge à initier. the decomposition products of this substance are effectively prevented, by the weld bead 10, from leaking into the bore 2, this bead thus ensuring the tightness of the device. All the energy produced is then directed, advantageously, to the charge to be initiated.
On remarquera encore que le dispositif suivant l'invention est de structure simple, et donc de prix de revient de fabrication réduit, étant composé d'un petit nombre de pièces parmi lesquelles on compte un connecteur de fibre optique du It will also be noted that the device according to the invention is of simple structure, and therefore of reduced manufacturing cost price, being composed of a small number of parts among which there is a fiber optic connector of the
commerce, avantageusement peu coteux. trade, advantageously inexpensive.
L'utilisation d'un tel connecteur est rendue possible par la présence de la pièce de raccordement 3. Cette pièce peut elle-même être constituée par une "traversée fibrée" disponible dans le commerce. Une telle traversée fibrée est conçue normalement pour permettre à un signal porté par une fibre optique, de franchir une paroi. L'utilisation d'un produit du commerce pour constituer la pièce de raccordement contribue encore à abaisser le prix de revient de fabrication du The use of such a connector is made possible by the presence of the connecting piece 3. This piece can itself be constituted by a "fiber bushing" available commercially. Such a fiber crossing is normally designed to allow a signal carried by an optical fiber to pass through a wall. The use of a commercial product to constitute the connecting piece further contributes to lowering the manufacturing cost price of the
dispositif suivant l'invention.device according to the invention.
Il apparaît donc que l'invention permet bien d'atteindre les buts annoncés en It therefore appears that the invention does achieve the goals announced in
préambule de la présente description. preamble to this description.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi qu'on pourra former une couche agissant en réflecteur, à une longueur d'onde d'essai, sur l'extrémité de la longueur de fibre 4 adjacente à la capsule 5 pour tester la continuité optique des Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown which has been given only by way of example. This is how a layer acting as a reflector, at a test wavelength, can be formed on the end of the length of fiber 4 adjacent to the capsule 5 to test the optical continuity of the
deux fibres, avant une activation réelle. two fibers, before actual activation.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
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Year of fee payment: 15 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 16 |
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| PLFP | Fee payment |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20200910 |