Vanne de sécurité de type barométrique et dispositif pyrotechnique la comportant |
|||||||
| 申请号 | EP93400452.4 | 申请日 | 1993-02-22 | 公开(公告)号 | EP0559520A1 | 公开(公告)日 | 1993-09-08 |
| 申请人 | AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle; | 发明人 | Aubret, Jean-Pierre; Barriere, Michel; | ||||
| 摘要 | La vanne de sécurité (1) comporte un corps de vanne (2) dans lequel sont ménagés une chambre cylindrique (3) prolongée parallèlement à l'axe d'un alésage (16) interceptant un canal (12) connectant un orifice d'entrée (14) et un canal transversal de sortie (15). Une capsule manométrique étanche (4) est logée dans la chambre cylindrique et un coulisseau (17) lui est attelé et coulisse dans l'alésage en fonction des déformations de la capsule. Un verrou (19) s'étendant dans le canal empêche normalement toute communication entre l'orifice d'entrée (14) et le canal de sortie tant que le coulisseau empêche tout recul sensible de ce verrou au travers de l'alésage. Pour certaines positions du coulisseau ce recul est possible. | ||||||
| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | L'invention concerne une vanne de sécurité à commande manométrique (par exemple barométrique), destinée à empêcher toute communication entre une entrée de fluide et une sortie de fluide lorsqu'une pression de référence variable est en dehors d'une plage de valeurs autorisées. Elle vise en particulier, mais non exclusivement, le cas où l'on cherche à inhiber les effets d'un allumage intempestif d'un inflammateur ou d'une composition pyrotechnique. Les dispositifs pyrotechniques (inflammateurs ou compositions pyrotechniques) sont connus depuis bien longtemps, et les documents FR-2.616.856 et FR-2.616.857 en décrivent des exemples d'applications, pour le déverrouillage d'un objet avec ou sans éjection, et le cisaillage d'un câble, notamment. De tels dispositifs pyrotechniques peuvent aussi servir à l'allumage de compositions pyrotechniques secondaires. L'un des risques vis-à-vis desquels on peut chercher à se prémunir est un allumage intempestif d'un tel dispositif pyrotechnique : on cherche pour cela à pouvoir empêcher la propagation des gaz générés par le dispositif pyrotechnique jusqu'à un élément destiné à être déclenché (piston d'éjection, organe de cisaillation, ou tête d'allumage de composition pyrotechnique secondaire, si l'on reprend les exemples précités). Les dispositifs de sécurité proposés à cet effet comportent une pièce d'armement mobile, le plus souvent en basculement ou en rotation, dont la position détermine si la propagation des gaz est permise ou non. Dans une première catégorie, la commande en mouvement de la pièce d'armement se fait grâce à un stockage d'énergie sous forme élastique (ressort, barre de torsion ...) et des liaisons mécaniques. Outre la nécessité de prévoir ce stockage d'énergie, les dispositifs de sécurité de cette première catégorie ont pour inconvénient d'être violables, puisqu'un accès à certains au moins des éléments mécaniques doit être permis. De tels dispositifs à commande mécanique sont notamment utilisés dans ce que l'on appelle "boîtiers d'armement pyrotechnique". Dans une autre catégorie, l'armement est provoqué par un moteur électrique, ce qui suppose l'existence d'une source de puissance électrique. L'armement se fait par exemple par commande en rotation, sur 90°, d'un verrou. On appréciera que ces dispositifs de sécurité nécessitent, pour être armés ou au contraire désarmés, des interventions extérieures dont les causes peuvent être tout à fait quelconques. En fait, une cause extérieure susceptible de justifier un armement ou un désarmement d'un dispositif de sécurité pour dispositif pyrotechnique est apparu être la pression extérieure, ou du moins la pression d'un milieu de référence. C'est ainsi par exemple que, lorsque le dispositif pyrotechnique est destiné à fonctionner à haute altitude, voire dans le vide spatial (sur des lanceurs, des fusées sondes, sur des satellites ou autres véhicules spatiaux), la pression extérieure environnante doit être normalement très inférieure à la pression atmosphérique : on peut donc prévoir d'inhiber toute propagation de gaz provenant du dispositif pyrotechnique tant que la pression extérieure est supérieure à un seuil maximal, correspondant par exemple à environ 0,5 bar : cela permet de se garantir contre les conséquences néfastes de tout allumage intempestif au sol du dispositif pyrotechnique. On aboutit ainsi à l'idée d'une sécurité de type barométrique ou manométrique, propre à inhiber toute propagation lorsqu'une pression de référence est en dehors d'une plage de valeurs autorisées (le terme "barométrique" est ici utilisé pour traduire le fait que la pression de référence est la pression extérieure ambiante, qui vaut environ 1 bar au niveau du sol, tandis que le terme "manométrique" n'impose aucune condition quant à l'ordre de grandeur de la pression de référence). De tels dispositifs de sécurité de type barométrique, notamment pour dispositif pyrotechnique, semblent avoir été déjà envisagés, mais à la connaissance des inventeurs, ces dispositifs de sécurité auraient notamment pour inconvénients d'être mécaniquement complexes (donc peu fiables), lourds et encombrants et surtout d'être irréversibles, c'est-à-dire que la pièce d'armement aurait une position nominale, et une seconde position dans laquelle elle pourrait venir pour certaines valeurs de la pression de référence sans qu'il soit prévu qu'elle puisse revenir dans la position nominale. L'invention a pour objet un dispositif (ou vanne) de sécurité à armement manométrique, notamment pour dispositif pyrotechnique, qui réponde aux exigences suivants :
Pour ce faire, l'invention tire profit d'une capsule manométrique connue en soi formée d'un soufflet fermé à ses extrémités, qui s'allonge ou se raccourcit en fonction de la différence entre les pressions régnant à l'intérieur et à l'extérieur de ce soufflet, et prévoit de commander l'armement ou le désarmement du dispositif de sécurité grâce au mouvement d'une pièce d'armement directement attelée à ce soufflet. Il en résulte que le nombre de pièces mobiles est très faible et que le mouvement de la pièce d'armement est réversible puisque la déformation du soufflet l'est. Plus précisément, l'invention propose une vanne de sécurité comportant :
Selon des dispositions préférées de l'invention, éventuellement combinées :
L'invention propose également un dispositif à commande pyrotechnique comportant un élément pyrotechnique muni d'une chambre de génération de gaz, une chambre de réception de gaz et, entre ces chambres, une vanne de sécurité comportant :
Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :
Les figures 1 et 2 représentent un dispositif ou une vanne de sécurité à commande (ou armement) manométrique repérée 1 dans son ensemble. Ce dispositif 1 comporte un corps 2 comportant une chambre cylindrique 3 d'axe X-X en pratique de section circulaire, dans laquelle est montée une capsule étanche déformable 4. Cette capsule 4, connue en soi, est formée d'un soufflet 5 fermé à ses extrémités, de façon étanche, par deux brides pleines 6 et 7. Elle contient par exemple de l'air à la pression nominale de 1 bar ce qui, pour une température donnée, détermine pour la capsule 4 une configuration nominale ayant une longueur nominale Lo donnée. Cette capsule 4 est disposée dans la chambre 3 en sorte d'être coaxiale à celle-ci ; elle est fixée par l'une 6 des brides au corps, ici par coincement de la périphérie de cette bride entre un épaulement 8 du corps et un jonc annulaire de positionnement 9, tandis que l'autre 7 des brides est, dans la configuration nominale, à une distance x d'un fond 10 de la chambre 3, cette distance x déterminant la course maximale autorisée pour cette bride en cas d'allongement de la capsule, parallèlement à X-X. La capsule 4 a ici sensiblement la même section que la chambre cylindrique 3. Cette chambre cylindrique 3 communique avec l'extérieur du corps par une lumière 11 ménagée au moins en partie dans le fond 10 (ici radialement) ; cette lumière 11 s'étend en outre, dans l'exemple représenté, sur une partie de la paroi cylindrique du corps entourant la chambre. On comprendra que la capsule 4 s'allongera ou se rétractera selon que la pression du milieu de référence avec lequel communique la chambre 4 par cette lumière 11 est inférieure ou supérieure à la pression nominale du gaz enfermé dans la capsule. Derrière le fond 10 est ménagé dans le corps 2 un canal 12 d'axe Y-Y perpendiculaire à l'axe X-X et passant au moins à proximité de celui-ci, comportant une portée annulaire orientée vers l'axe X-X. Au delà de cette portée annulaire 13, le canal 12 communique avec un orifice d'entrée de gaz 14, ici constitué par l'embouchure de ce canal 12 en dehors du corps 2. En deçà de cette portée annulaire 13, c'est-à-dire entre celle-ci et l'axe X-X, ce canal 12 communique avec un canal transversal de sortie de gaz 15. Dans le fond 10 de la chambre 3 est ménagé un alésage 16 s'étendant parallèlement à l'axe X-X et interceptant le canal 12. Dans cet alésage coulisse un coulisseau 17 solidaire de la bride mobile 7 de la capsule 4. Dans l'exemple considéré, ce coulisseau est une plaque dans laquelle est ménagée une lumière 18 adaptée à venir en regard du canal pour une configuration donnée de la capsule, de préférence celle où la bride 6 est en appui contre le fond 10 de la chambre 3. Dans le canal 12, entre la portée annulaire 13 et cette plaque 17 s'étend un verrou mobile 19 adapté à obturer le canal transversal 15 et dont tout recul vis à vis de la portée annulaire 13 est interdit tant que la lumière 18 n'est pas en regard du canal 12. Par contre, l'extrémité arrière 19A du verrou et la lumière 18 sont conformées en sorte que, lorsque celle-ci est en regard du canal, cette extrémité arrière puisse pénétrer au travers de cette lumière 18 sur une distance suffisante pour libérer le canal transversal 15 et le mettre en communication avec l'entrée de gaz 14 (figure 2). Dans l'exemple représenté, l'extrémité arrière 19A du verrou (et donc la lumière 18) a la même section que le canal 12, grâce à quoi ce verrou présente sur cette extrémité arrière une aire maximale pour son appui contre la plaque 14 lorsque cette plaque est dans une position devant interdire tout recul du verrou. En outre, cette identité de section du verrou sur toute sa longueur (sauf en son extrémité avant, qui est de préférence chanfreinée pour assurer une bonne obturation du canal 12 par appui contre la portée 13) a l'avantage, pour ce verrou, d'une grande simplicité de forme. Bien entendu la plaque 17 (et donc l'alésage 16), de forme rectangulaire, a une largeur (c'est la dimension perpendiculaire au plan des figures 1 et 2) qui est supérieure à celle du canal 12 (comme le canal 12 a en pratique une section circulaire, la largeur de la plaque 17 est supérieure au diamètre du canal). On appréciera que, dans la configuration de la figure 1, toute arrivée de gaz par l'orifice 14 sera bloquée par le verrou puisque celui-ci ne peut reculer. La sécurité est donc armée (c'est-à-dire effective). On peut noter que dans cette configuration nominale (égalité des pressions à l'intérieur ou à l'extérieur du soufflet, c'est-à-dire que le dispositif de sécurité est dans un milieu à la pression atmosphérique au sol), le soufflet se comporte mécaniquement comme un ressort, conférant une bonne tenue aux vibrations du dispositif 1. Lorsque, à partir de cette configuration nominale, on fait baisser la pression extérieure (du fait par exemple d'une augmentation d'altitude), la capsule 4 augmente de volume jusqu'à la venue en butée de la bride 6 contre le fond 10, par exemple pour une pression extérieure de 0,5 bar. Toute diminution supplémentaire de la pression extérieure se traduit par une précontrainte croissante de la bride contre le fond 10, donc par une rigidification croissante de l'ensemble (plaque 17 + reste du corps 2), correspondant à un positionnement amélioré de la lumière 18 dans l'axe du canal 12. Un recul du verrou est donc autorisé, de façon fiable, en cas d'application sur l'extrémité avant du verrou d'une pression de gaz par exemple générée par un inflammateur pyrotechnique. C'est donc la pression des gaz qui assure le déplacement du verrou si la lumière est en face du verrou. Si pour une raison quelconque la pression extérieure remonte à la pression initiale (ambiante 1 bar), on réarme automatiquement la sécurité ; le soufflet se rétracte et l'on revient en position sécurité (fonctionnement nominal). Par exemple, au cours de la mission si le dispositif pyrotechnique n'a pas été utilisé, dans le cas où l'on n'a pas eu besoin de cette fonction (donc pas de mise à feu pyrotechnique), lors du retour au sol de l'aéronef ou du vévicule spatial, la sécurité du dispositif va se réarmer automatiquement et sera toujours active. Dans le cas d'une condition d'ambiance anormale qui aurait désarmé intempestivement le dispositif (par exemple un choc important), ce dernier se remet en position de sécurité de lui-même car sa position stable est la position de sécurité (réversibilité). Un tel dispositif peut être conçu :
Les figures 3 et 4 montrent un exemple d'application du dispositif de sécurité des figures 1 et 2. Les éléments des figures 1 et 2, qui sont repris dans les figures 3 et 4, y sont désignés par les mêmes chiffres de référence mais affectés d'un indice "prime". Ainsi qu'il ressort de la figure 3, le dispositif de sécurité 1' communique par son orifice d'entrée de gaz 14' avec la chambre 20 d'un inflammateur pyrotechnique désigné par 21 dans son ensemble, de tout type connu approprié. Il ressort par contre de la figure 4 que le canal de sortie de gaz 15' est muni d'un col 22 (pour le réglage du débit de gaz ; ce col est en général sonique (Vgaz = Vson)), un opercule claquable 23 (qui libère le passage des gaz à partir d'un seuil de pression) et un écrou 24 (pour le maintien en position de l'opercule et du col). Ce canal 15' débouche d'une saillie 25 du corps 2' du dispositif de sécurité, engagée dans un logement du corps d'un éjecteur, repéré 26 dans son ensemble, dont la chambre de poussée est représentée partiellement sous la référence 27 et fixé au corps 2 par des vis 28. On appréciera que l'étanchéité de l'isolation entre l'orifice 14' et le canal 15' par le verrou 19' est ici renforcée par la présence de joints d'étanchéité 30. L'éjecteur 26 est de tout type connu, par exemple du type décrit dans le document FR-2.616.857 précité. Il faut noter à propos de la réversibilité (avant la mise à feu pyrotechnique et éjection de l'objet), qu'on n'en a pas besoin si tout fonctionne normalement ; elle est seulement utile si l'engin se trouve en difficulté ou en situation anormale. Dans une variante de réalisation, en fonctionnement en surpression, l'augmentation de la pression extérieure entraîne une compression du soufflet. Aussi la lumière sur la plaque formant barrière de sécurité est placée dans une position telle que pour une valeur de seuil de la surpression, elle vienne en face du verrou (ce qui assure la levée de la sécurité) ; on peut même dans ce cas utiliser une plaque pleine sans lumière, dont la tranche libre libère ou obture le canal. Le fonctionnement est le même qu'en dépression mais avec un déplacement inverse. La figure 5 est une vue schématique partielle en coupe d'un dispositif de sécurité fonctionnant en surpression : les éléments similaires à ceux des figures 1 et 2 sont affectés d'un indice "seconde". La bride mobile 7'' est de plus grand diamètre que le soufflet 5'' tandis que la chambre 3' comporte une portée 50 sur laquelle la périphérie de cette bride mobile peut venir en butée : la rétraction du soufflet jusqu'à cette venue en butée provoque l'effacement du coulisseau 17'' hors de l'intersection alésage/canal et la tranche libre 18'' de ce coulisseau n'a pas besoin, comme dans les figures 1 et 2, de se refermer sur elle-même jusqu'à former une lumière. A la figure 6, qui représente un dispositif tout à fait similaire à celui des figures 1 et 2 et dans laquelle le soufflet également est représenté en coupe, on observe l'existence d'une butée interne 60 disposée à l'intérieur de ce soufflet. Celle-ci peut avoir deux fonctions :
La figure 7 présente un dispositif très similaire à celui de la figure 3, avec pour seule différence l'existence d'un lamage 80 ménagé dans le coulisseau à l'écart de la lumière 18', de diamètre supérieur ou égal à celui de la partie arrière du verrou. Ce dernier est ainsi emprisonné avec un jeu éventuellement substantiel entre la portée périphérique et le coulisseau. Ainsi, en cas de déclenchement pyrotechnique intempestif lors du stockage au sol, le verrou 19 viendrait se loger dans le lamage dont la profondeur aura une valeur à bloquer tout mouvement ultérieur du verrou, dans une position interdisant toute circulation de gaz : les gaz d'origine pyrotechnique resteront ainsi confinés dans la chambre 20. En cas de dépressurisation ultérieure, normale en fonctionnement (en vue d'un tir), le coulisseau restera bloqué par le verrou 19 et la sécurité restera alors armée A titre d'exemple de réalisation d'un dispositif de sécurité conforme aux figures 1 et 2 :
On a pu vérifier d'un tel dispositif de sécurité résiste à l'application d'une poussée de gaz de 300 bars (même lorsque le canal n'est plus obturé complètement), à un échauffement du milieu environnant jusqu'à 200°C, à l'application de vibrations. Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi en particulier que la lumière destinée à laisser passer le verrou peut être allongée parallèlement à X-X en sorte de permettre le recul du verrou en plusieurs positions. D'autre part, il est possible de prévoir plusieurs ouvertures, adaptées à permettre un fonctionnement en dépression, et un fonctionnement en surpression. |
||||||
