EP0030580A1 - Dispositif électrique d'allumage d'une substance pyrotechnique par induction électromagnétique - Google Patents

Dispositif électrique d'allumage d'une substance pyrotechnique par induction électromagnétique Download PDF

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EP0030580A1
EP0030580A1 EP79400943A EP79400943A EP0030580A1 EP 0030580 A1 EP0030580 A1 EP 0030580A1 EP 79400943 A EP79400943 A EP 79400943A EP 79400943 A EP79400943 A EP 79400943A EP 0030580 A1 EP0030580 A1 EP 0030580A1
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EP
European Patent Office
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inductor
armature
asbestos
shield
silica
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EP79400943A
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EP0030580B1 (fr
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Christian Cannavo
Georges Cousin
André Espagnacq
Jacques Frayssac
Loîc Laine
Daniel Midrouillet
André Pintenat
Jean Reboux
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Direction General pour lArmement DGA
Etat Francais
Original Assignee
Direction General pour lArmement DGA
Etat Francais
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Publication date
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Priority to CH905779A priority patent/CH634648A5/fr
Priority to BE0/197624A priority patent/BE879384A/fr
Priority to US06/084,882 priority patent/US4350096A/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A19/00—Firing or trigger mechanisms; Cocking mechanisms
    • F41A19/58—Electric firing mechanisms
    • F41A19/63—Electric firing mechanisms having means for contactless transmission of electric energy, e.g. by induction, by sparking gap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/18—Safety initiators resistant to premature firing by static electricity or stray currents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/08—Primers; Detonators
    • F42C19/12—Primers; Detonators electric

Definitions

  • the invention relates to the technical field of devices for igniting pyrotechnic substances; it relates more precisely to an electrical device which operates by electromagnetic induction.
  • the invention as described relates more particularly, but not exclusively, to a device for igniting propellant charges of artillery and missiles, or of devices such as for example illuminating, tracing, smoke, incendiary and gas generators.
  • the aim of the present invention is to provide an electromagnetic induction ignition device which provides, in addition to the conventional advantages of induction ignition, but which also makes it possible to reconcile two conflicting requirements: a probability of controlled ignition bordering on the unit and, jointly , a probability of inadvertent or accidental ignition remaining at an extremely low value.
  • a characteristic of the electrical device for igniting a pyrotechnic substance according to the invention comprising, on the one hand, an armature placed in the device to be ignited and, on the other hand, an inductor placed in the thickness of the cylinder head of the weapon, is that the armature consists of at least one open turn made of a material with high electrical conductivity; in the opening of this turn is arranged at least one heating element consisting of a resistive filament made of a material advantageously weldable to the material of the turn, the assembly thus formed is supported by a thin insulating pad.
  • the inductor consists of a flat spiral winding in the central part of which can be arranged a magnetic core with low losses.
  • the inductor is placed in an open cavity formed in the ignition plate and means are provided to mechanically and thermally protect this inductor.
  • the walls of the open cavity formed in the ignition plate of which made highly conductive.
  • the turn or turns are arranged on an insulating pad, the free face of which may be provided with a means of protection against electromagnetic radiation produced by radars or radio transmitters.
  • the inductor is securely locked in a material transparent to electromagnetic radiation, of high mechanical characteristics, resistant to corrosion and to temperature, this material closely matching the shape of the cavity practiced. in the ignition plate.
  • the inductor is trapped between a shield and a block, the assembly formed by the shield, the inductor, and the block being secured to an ignition plate by a retaining ring, means of sealing being arranged between the retaining ring and the ignition plate, and between the retaining ring and the shield.
  • a more specific advantage of the electromagnetic induction ignition device according to the invention lies in the production of an inductor which, placed in the environment of the chamber of a gun resists the thermal and mechanical effects produced essentially by the canbus- propellant charge.
  • Another advantage lies in the fact that the high probability of controlled ignition is satisfied despite the mechanical and geometric imperfections of the system to be ignited.
  • FIG. 1 represents, according to the prior art, a device for igniting a pyrotechnic charge applied to artillery, as described by example in the patent No. 2 159 787 mentioned above.
  • Figure la represents the entire device and the fibure lb initiator realization details placed in the thimble of a r - tillerie.
  • FIG. 1 a the socket 4 of an artillery cartridge is engaged in the chamber 5 of a barrel, this cartridge contains a propellant charge 6 and an initiator 7 with electromagnetic induction.
  • FIG. 1b shows the details of embodiment of the initiator 7 with electromagnetic induction.
  • This initiator comprises an envelope 1 made of an insulating material and which contains a pyrotechnic substance 2 sensitive to heating.
  • a metallic element 3 which constitutes the armature is placed inside this envelope, in contact with or near the pyrotechnic substance.
  • FIG. 2 shows, according to the invention, an embodiment of an electric device for igniting the propellant charge of a projectile fired by a cannon; only the parts concerned by the invention, the inducing part and the induced part of the device are shown.
  • the bottom of the socket 20 of the cartridge of non-conductive material has in its central region, a circular cover 21 inside which is disposed the element 22 which constitutes the armature of the device.
  • a cylindrical cavity 24 is formed in which the element which constitutes the inductor of the device is disposed.
  • This inductor comprises a spiral coil 25, with low losses and a ferrite core 26 located along the axis of the coil; the role of this nucleus is to concentrate the electromagnetic flux of the inductor in the induced region.
  • the walls 29 of the cavity 24 are made conductive by depositing a thin layer of a metal characterized by a high specific conductivity, for example, copper, silver, etc .; the thickness of this metal layer is greater than the penetration depth of the electric current induced at the operating frequency of the high frequency signal which powers the inductor.
  • the cavity can be jacketed by a metal socket made of a metal with high electrical conductivity; the interior walls of this cavity can be machined so as to increase its adhesion properties to the filling materials.
  • outlet connections 27 of the winding 25 are directed towards the rear of the firing plate, then twisted inside an outlet duct 28.
  • the inductor is thermally and mechanically protected by advantageously arranged coating materials: an upper layer of material transparent to electromagnetic radiation and with high mechanical and thermal resistance which constitutes a shield, and underlying layers which constitute a means of mechanical protection of the inductor.
  • the dimensions, in particular the depth D and the diameter ⁇ C of the cavity, must be minimized in order to significantly reduce the geometric and mechanical constraints. However, they must be sufficiently large, so that the losses constituted by the power dissipated in the metallic mass are acceptable.
  • the distance D between the bottom of the socket 20 and the winding must be sufficient so that the coating layer which constitutes the heat shield retains full mechanical and thermal efficiency while not attenuating the magnetic field too much.
  • the winding is advantageously constructed in the form of a "wafer" comprising one or more layers of wires.
  • the inductor or primary part is located to the left of the axis simulating the plane of the shooting plate, the induced or secondary part is located to the right of this axis.
  • the winding of the inductor has a choke of value L, greater than the self choke Le of the inductor-generator link G, for example, four to ten times greater, depending on the length of the link.
  • a power capacity of value Cp is connected to the terminals of the winding to constitute an anti-resonant circuit whose tuning frequency is advantageously chosen to ensure the inductor-induced couple an excellent coupling combined with good efficiency.
  • the tuning frequency constitutes the optimum generator operating frequency, that is to say the frequency for which the current delivered by it is minimal.
  • the resistance Rp represents a fictitious resistance, equivalent to the losses of the inductor and comprising in particular the chemical resistance of the winding, the losses induced in the walls of the cavity, etc.
  • the winding can be carried out in divided wires, such as Litz wire, or single-strand wire, and the walls of the cavity are made highly conductive by depositing a metallic layer with high conductivity.
  • the element which constitutes the armature can be represented by a choke of value L s electromagnetically coupled to the inductor; at the terminals of this choke is connected a resistive filament of value R s .
  • the impedance of the choke L s is advantageously of the same order of magnitude as the resistance R s while staying very. low, less than 1 ⁇ , so as to make the system very insensitive to external radiation.
  • the coupling M of the primary and secondary parts is increased, by minimizing their relative distance and by inserting a ferrite core in the winding of the inductor.
  • the generator G which supplies the inductive energy must operate on a frequency situated beyond the industrial frequencies, the operating frequency must be sufficiently high, of the order of MHz, in order to reduce the physical dimensions of the device and to improve the coupling between the inductor and the armature, but not too high to avoid dielectric losses in the coating material.
  • the generator G is of the type that can be triggered at the time of the firing and provides a signal with a duration of the order of 10 to 100 milliseconds.
  • FIGS. 4a, 4b, 4c and 4d show construction details of the element which constitutes the armature 22 shown in FIG. 2.
  • the armature is produced according to the technique of printed circuits on the surface of a thin insulating pad 30, for example, made of epoxy glass; this armature is composed of an open turn 31 made of a material characterized by a high specific conductivity and, at least one resistant filament 32 disposed in the center of the patch, the ends of this filament are connected to the turn by two connections radial 33a and 33b.
  • the filament which constitutes the heating element is made of a material whose specific resistivity is high and which has mechanical properties which allow it to be welded to the connections of the coil.
  • An example of such a material is marketed wire Fr ance under the name "PHYNQX".
  • the diameter of this filament is of the order of a tenth of a millimeter.
  • the electrical energy required to bring this filament to the ignition temperature of the pyrotechnic substance depends on the nature of this substance and on the filament-pyrotechnic substance connection.
  • the energy supplied to the filament under normal conditions of use must be very much higher than that which the armature can normally capture when the ammunition is accidentally placed in a strong electromagnetic field of radars or radio transmitters.
  • the invention is akin to the technique of igniting pyrotechnic substances by heating which is perfectly known to those skilled in the art.
  • the armature may comprise two independent turns, each of these turns comprising a heating filament.
  • turns 31a and 31b which can be electrically isolated or brought into contact by a bridge 31c, are arranged concentrically on the surface of the insulating pad 30. These turns 31a and 31b are connected respectively to heating filaments 32a and 32b located in the central part of the patch.
  • turns 31a and 31b are disposed adjacent to the surface of the insulating pad 30. These turns 31a and 31b are connected respectively to heating filaments 32a and 32b located in the central part of the lozenge.
  • the patch 30 can receive a means of protection against electromagnetic radiation produced by radars (fig. 4d), so as to prevent inadvertent firing under their influence, a risk which is all the greater the higher the frequency, because the power transmitted by induction to a surface increases like the square root of the frequency.
  • This protection means can be arranged on the free face of the patch, and can be constituted, for example, by a solid conductive screen 31c of uniform thickness, completely or partially masking the turn, or by a conductive grid.
  • This mode of protection against electromagnetic radiation is advantageous because it acts regardless of the position of the radar illuminator relative to the initiator and the induced turn.
  • the screen acts as a filter, that is to say that it has a negligible effect at the operating frequency ( 1MHz), but it acts all the more as the frequency of the signal is higher than the cut-off frequency of the screen; its thickness is chosen as a function of the resistivity, of the permeability of the material constituting it, and of the frequency for which it is desired to protect itself, so that this thickness is of the order of magnitude of the depth of the current induced at this frequency.
  • the turn acts according to another phenomenon.
  • the radar illuminator induces eddy currents in the screen which themselves create a secondary field opposite to the incident field.
  • the resulting field is the vector sum of the field produced by the illuminator and the field produced by the eddy currents. In the vicinity of the screen, the resulting field is almost zero and increases as one moves away from it. Consequently, the induced turn must be placed as close as possible to the screen so that it is most effectively protected from the field produced by the radar.
  • FIG. 5 represents an assembly method according to which the armature 30 is embedded in a housing 34 made of combustible or non-combustible insulating material.
  • This housing comprises a cavity 35 opening onto the filament or filaments 32, this cavity being filled with a pyrotechnic composition 36 sensitive to hot wire.
  • a hole 38 is made in the bottom of the socket 37 and opens inside the socket towards the propellant charge 39.
  • this hole comprises a countersink 40 in which is housed the housing 34 which is held there by bonding .
  • FIG. 6a represents an assembly method according to which the inductor 25 is disposed between a shield 41 and a block 42 held in abutment on a support plate 43.
  • the shield 41 is, preferably, made of DURESTOS material consisting of short asbestos fibers coated in a cresyl resin, or in 2 D consisting of a glass fabric coated in a phenolic resin, sold by SNIAS. It can also consist of one or more layers of DURESTOS interspersed between one or more layers of 2 D., the side facing the shooting chamber being - made of DURESTOS.
  • Block 42 is made of DURESTOS; it comprises on the one hand a cylindrical cavity 44 in which is held by aral- glue the spiral coil 25 of the inductor, and on the other hand, a housing 45 for the ferrite core 26. Two holes 46a and 46b allow the wires 47a and 47b to escape towards the rear of the shooting plate 23.
  • the shield 41 and the block 42 are bonded with CAF silicones marketed by the company RHODOR SIL SILICONES, and are arranged in a ring of steel retainer 48 screwed into the firing plate 23 via the thread 49.
  • This retaining ring comes to bear on a support plate 43 made of DURESTOS material.
  • This support plate 43 is disposed at the bottom of the cavity of the firing plate in which a groove 50 is formed, in which is housed a washer 51 made of silicone coated cotton which provides the rear seal of the assembly.
  • a washer 52 preferably made of copper, in intimate contact with the retaining ring and, a copper stuffing 53 formed in a dovetail-shaped groove between the retaining ring 48 and the firing ring 23 ensure the front seal.
  • the wires 47a and 47b can be embedded in silicones or araldite 54, moreover, they are electrically protected by a heat-shrinkable sheath 55.
  • FIG. 6b represents a variant of the previous assembly in which the shield 41 is extended by a cylindrical part 41a and a shoulder 41b which is held in abutment on the bottom of the cavity of the firing plate by the retaining ring 48. Inside the cylindrical part 41a is housed the block 42 holding the induced coil 25 and the ferrite core 26 .
  • the interior of the retaining ring receives a metallic deposit identical to that produced on the walls of the cavity.
  • the turn constituting the armature can be secured to a flat and thin support, it can also be the inductor produced in the form of a planar spiral winding disposed in the immediate vicinity of the armature.

Abstract

Le dispositif électrique d'allumage par induction magnétique d'une substance pyrotechnique comprend un élement (22), qui constitue l'induit et qui est placé dans une ouverture (21) prévue dans le fond d'une douille (20) de cartouche, et un inducteur placé dans une cavité cylindrique (24) dans une plaque de tir (23). L'induit comporte au moins une spire ouverte (31) connectée à au moins un filament chauffant (32) et montée sur une pastille isolante (30); l'inducteur est constitué d'un bobinage spiroïdal (25) et d'un noyau de ferrite (26) situé selon l'axe de bobinage. Le dispositif peut être utilisé dans le domaine de l'artillerie.

Description

  • L'invention se rapporte au domaine technique des dispositifs d'al- lumage des substances pyrotechniques; elle concerne plus précisément un dispositif électrique qui opère par induction électromagnétique.
  • L'invention telle que décrite, se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement, à un dispositif d'allumage de charges propulsives d'artillerie et de missiles, ou d'artifices tels que par exemple des engins éclairants, traçants, fumigènes, incendiaires et générateurs de gaz.
  • Un dispositif électrique d'allumage d'une substance pyrotechnique qui opère par induction électromagnétique comprend deux éléments :
    • - un premier élément qui constitue un inducteur et qui est parcouru par un courant électrique fourni par une source d'énergie impulsionnelle ou alternative haute fréquence de durée limitée, déclenchée à l'instant de la mise à feu.
    • - un second élément, qui constitue l'induit et qui est couplé électroni- quement à l'inducteur, cet enduit étant disposé au contact ou au voisinage de la substance pyrotechnique sensible à l'échauffement, laquelle sert éventuellement d'amorce primaire à une charge pyrotechnique plus importante.
  • On connaît déjà, par les brevets français 2 159 787 anglais 1 235 844 et allemand 2 421 908, un dispositif fonctionnant sur le principe du chauffage par induction d'un matériau résistif placé dans une substance pyrotechnique.
  • Les avantages que procure un dispositif d'allumage par induction électromagnétique, en regard des dispositifs conventionnels opérant au moyen de liaisons électriques sont multiples. Parmi ces avantages, on peut citer notamment
    • - l'absence de liaison matérielle entre la source d'énergie électrique et l'élément chauffant contenu dans la substance pyrotechnique, ce qui évite d'une part les mauvais contacts électriques et d'autre part d'avoir à positionner, de façon précise, ces contacts,
    • - la possibilité de réaliser un initiateur combustible, ce qui est nécessaire dans les applications dans lesquelles on désire éviter les résidus solides en cours ou après le fonctionnement de l'amorce,
    • - un degré élevé d'immunité aux charges électrostatiques, lesquelles ont pour effet d'entraîner un éventuel allumage intempestif.
  • Le but de la présente invention est de fournir un dispositif d'allumage par induction électromagnétique procurant outre les avantages classiques de l'allumage par induction mais encore permettant de concilier deux exigences antagonistes : une probabilité d'allumage commandé avoisinant l'unité et, conjointement, une probabilité d'allumage intempestif, ou accidentel, demeurant à une valeur extrêmement faible.
  • Une caractéristique du dispositif électrique d'allumage d'une substance pyrotechnique selon l'invention comprenant, d'une part, un induit placé dans l'engin à allumer et, d'autre part, un inducteur placé dans l'épaisseur de la culasse de l'arme, est que l'induit est constitué par au moins une spire ouverte réalisée dans un matériau à haute conductibilité électrique; dans l'ouverture de cette spire est disposé au moins un élément chauffant constitué par un filament résistif réalisé dans un matériau avantageusement soudable au matériau de la spire, l'ensemble ainsi formé est supporté par une mince pastille isolante.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'inducteur est constitué par un bobinage plat spiroïdal dans la partie centrale duquel peut être disposé un noyau magnétique à faibles pertes.
  • Selon une autre caractéristique, l'inducteur est placé dans une cavité ouverte pratiquée dans la plaque d'allumage et des moyens sont fournis pour protéger mécaniquement et thermiquement cet inducteur.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, les parois de la cavité ouverte pratiquée dans la plaque d'allumage dont rendues fortement conductrices.
  • Selon une autre caractéristique, la ou les spires sont disposées sur une pastille isolante, dont la face libre peut être munie d'un moyen de protection contre les rayonnements électromagnétiques produits par les radars ou les émetteurs radio.
  • Selon une autre caractéristique, l'inducteur est solidement bloqué dans un matériau transparent aux rayonnements électromagnétiques, de caractéristiques mécaniques élevées, résistant à la corrosion et à la ten- pérature, ce matériau épousant intimement la forme de la cavité pratiquée dans la plaque d'allumage.
  • Selon une autre caractéristique, l'inducteur est emprisonné entre un bouclier et un bloc, l'ensemble formé par le bouclier, l'inducteur, et le bloc étant solidarisé à une plaque d'allumage par une bague de retenue, des moyens d'étanchéité étant disposés entre la bague de retenue et la plaque d'allumage, et entre la bague de retenue et le bouclier.
  • Un avantage plus spécifique du dispositif d'allumage par induction électromagnétique selon l'invention réside dans la réalisation d'un inducteur qui, placé dans l'environnement de la chambre d'un canon résiste aux effets thermiques et mécaniques produits essentiellement par la canbus- tion de la charge propulsive.
  • Un autre avantage réside dans le fait que la probabilité élevée d'allumage commandé est satisfaite en dépit des imperfections mécaniques et géométriques du système à allumer.
  • D'autres caractéristiques et avantages que procure l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui représentent, à titre illustratif mais non limitatif, diverses variantes d'exécution d'un dispositif d'allumage par induction d'une substance pyrotechnique contenue dans une cartouche d'artillerie de gros ou moyen calibre, la plaque d'allumage étant la culasse ou plaque de tir d'un canon.
  • Sur ces dessins :
    • - la figure 1 représente un dispositif d'allumage selon l'art antérieur,
    • - la figure 2 représente un dispositif d'allumage selon l'invention,
    • - la figure 3 représente un modèle électrique du dispositif selon l'invention,
    • - la figure 4 représente quatre modes d'exécution de l'élément que constitue l'induit,
    • - la figure 5 représente le montage de l'induit dans une cartouche d'artillerie,
    • - la figure 6 représente deux variantes d'exécution d'un dispositif d'allumage.
  • La figure 1 représente, selon l'art antérieur, un dispositif d'allumage d'une charge pyrotechnique appliqué à l'artillerie, comme décrit par exemple dans le brevet N° 2 159 787 sus mentionné.
  • La figure la représente l'ensemble du dispositif et la fibure lb les détails de réalisation de l'initiateur placé dans la cartouche d'ar- tillerie.
  • Sur la figure la, la douille 4 d'une cartouche d'artillerie est engagée dans la chambre 5 d'un canon, cette cartouche renferme une charge propulsive 6 et un initiateur 7 à induction électromagnétique. Un inducteur 8, disposé dans la culasse 9 du canon, est parcouru par un courant alternatif fourni par un générateur électrique connecté aux bornes d'entrée 10 et 11 de cet inducteur et déclenché à l'instant de la mise à feu.
  • La figure lb montre les détails de réalisation de l'initiateur 7 à induction électromagnétique. Cet initiateur comporte une enveloppe 1 réalisée en un matériau isolant et qui contient une substance pyrotechnique 2 sensible à l'échauffement. Un élément métallique 3 qui constitue l'induit est placé à l'intérieur de cette enveloppe, au contact ou à proximité de la substance pyrotechnique.
  • La figure 2 représente, selon l'invention, un mode de réalisation d'un dispositif électrique d'allumage de la charge propulsive d'un projectile tiré par un canon; seules, les parties concernées par l'invention, la partie inductrice et la partie induite du dispositif sont représentées.
  • Le fond de la douille 20 de la cartouche en matériau non conducteur comporte dans sa région centrale, une couverture circulaire 21 à l'intérieur de laquelle est disposé l'élément 22 qui constitue l'induit du dispositif. Dans l'épaisseur de la plaque de tir en acier 23 et, en regard de l'induit, est pratiquée une cavité cylindrique 24 dans laquelle est disposé l'élément qui constitue l'inducteur du dispositif. Cet inducteur comprend un bobinage spiroïdal 25, à faibles pertes et un noyau de ferrite 26 situé selon l'axe du bobinage; le rôle de ce noyau est de concentrer le flux électromagnétique de l'inducteur dans la région induite.
  • Les parois 29 de la cavité 24 sont rendues conductrices par dépôt d'une couche, de faible épaisseur, d'un métal caractérisé par une conductibilité spécifique élevée, par exeτple, du cuivre, de l'argent etc...; l'épaisseur de cette couche métallique est supérieure à la profondeur de pénétration du courant électrique induit à la fréquence de fonctionnement du signal haute fréquence qui alimente l'inducteur.
  • Selon une autre variante de réalisation, la cavité peut être chemisée par une douille métallique réalisée dans un métal à haute conductibilité électrique; les parois intérieures de cette cavité peuvent être usinées de manière à accroître ses propriétés d'adhérence aux matériaux de remplissage.
  • Les connections de sortie 27 du bobinage 25 sont dirigées vers l'arrière de la plaque de tir, puis torsadées à l'intérieur d'un conduit de sortie 28.
  • L'inducteur est protégé thermiquement et mécaniquement par des matériaux d'enrobage avantageusement disposés : une couche supérieure en matériau transparent aux rayonnements électromagnétiques et à haute résitance mécanique et thermique qui constitue un bouclier, et des couches sous jacentes qui constituent un moyen de protection mécanique de l'inducteur.
  • Les dimensions, notamment la profondeur D et le diamètre ØC de la cavité, doivent être minimisées afin de réduire notablement les contraintes géométriques et mécaniques. Toutefois, elles doivent être suffisamment grandes, de façon à ce que les pertes constituées par la puissance dissipée dans la masse métallique soient acceptables. La distance D entre le fond de la douille 20 et le bobinage doit être suffisante afin que la couche d'enrobage qui constitue le bouclier thermique conserve une pleine efficacité mécanique et thermique tout en atténuant pas trop le champ magnétique. Le bobinage est avantageusement construit en forme de "galette" comportant une ou plusieurs couches de fils.
  • La figure 3 représente, selon l'invention, le modèle électrique ju dispositif décrit à la figure 2. La partie inductrice ou primaire est située à gauche de l'axe simulant le plan de la plaque de tir, la partie induite ou secondaire, est située à droite de cet axe. Le bobinage de l'inducteur possède une self de valeur L , supérieure à la self propre Le de la liaison inducteur-générateur G, par exemple, quatre à dix fois supérieure, selon la longueur de la liaison. Une capacité de puissance de valeur Cp est connectée aux bornes du bobinage pour constituer un circuit antirésonnant dont la fréquence d'accord est avantageusement choisie pour assurer au couple inducteur-induit un excellent couplage conjugué avec un bon rendement. La fréquence d'accord constitue la fréquence optimale de fonctionnement du générateur, c'est-à-dire celle pour laquelle le courant débité par celui-ci est minimal.
  • La résistance Rp représente une résistance fictive, équivalente aux pertes de l'inducteur et comprenant notamment la résistance chimique du bobinage, les pertes induites dans les parois de la cavité, etc... Le bobinage peut être réalisé en fils divisés, tels que du fil de Litz, ou en fil monobrin, et les parois de la cavité sont rendues fortement conductrices par dépôt d'une couche métallique à haute conductibilité.
  • L'élément qui constitue l'induit peut être représenté par une self de valeur Ls couplée électromagnétiquement à l'inducteur; aux bornes de cette self est connecté un filament résistif de valeur Rs. Pour accroître le transfert de l'énergie haute fréquence induite dans la self Ls, dans la résistance d'utilisation Rs, l'impédance de la self Ls est avantageu- seτent du même ordre de grandeur que la résistance Rs tout en restant très. faible, inférieure à 1 Ω, de manière à rendre le système très peu sensible aux rayonnements extérieurs. Le couplage M des parties primaires et secondaires est accru, en minimisant leur distance relative et en insérant un noyau de ferrite dans le bobinage de l'inducteur.
  • Le générateur G qui fournit l'énergie inductrice doit opérer sur une fréquence située au-delà des fréquences industrielles, la fréquence de fonctionnement doit être suffisamment élevée, de l'ordre du MHz, afin de réduire les dimensions physiques du dispositif et d'améliorer le couplage entre l'inducteur et l'induit, mais pas trop élevée pour éviter les pertes diélectriques dans le matériau d'enrobage. Le générateur G est du type dé- clenchable à l'instant du tir et fournit un signal d'une durée de l'ordre de 10 à 100 millisecondes.
  • Les figures 4a,4b,4c et 4d représentent des détails de réalisation de l'élément qui constitue l'induit 22 représenté à la figure 2.
  • A la figure 4a, l'induit est réalisé selon la technique des circuits imprimés sur la surface d'une mince pastille isolante 30, par exemple, en verre époxy; cet induit est composé d'une spire ouverte 31 réalisée dans un matériau caractérisé par une conductibilité spécifique importante et, d'au moins un filament résistant 32 disposé au centre de la pastille, les extrémités de ce filament sont reliées à la spire par deux connections radiales 33a et 33b. Le filament qui constitue l'élément chauffant est réalisé en un matériau dont la résistivité spécifique est importante et qui possède des propriétés mécaniques qui permettent de la souder aux connexions de la spire. Un exemple d'un tel matériau est un fil commercialisé en France sous la dénomination "PHYNQX". Le diamètre de ce filament est de l'ordre du dixième de millimètre. L'énergie électrique nécessaire pour porter ce filament à la température d'allumage de la substance pyrotechnique est fonction de la nature de cette substance et de la liaison filament- substance pyrotechnique. L'énergie fournie au filament dans les conditions normales d'utilisation doit-être très nettement supérieure à celle que peut normalement capter l'induit lorsque la munition est placée acciden- tellanent dans un champ électromagnétique puissant de radars ou radio- émetteurs. A ce stade, l'invention s'apparente à la technique de l'allumage des substances pyrotechniques par échauffement qui est parfaitement connue de l'homme de l'art.
  • Pour atteindre une probabilité élevée de fonctionnement commadé, l'induit peut comporter deux spires indépendantes, chacune de ces spires comportant un filament chauffant.
  • A la fig. 4b, deux spires 31a et 31b, qui peuvent être isolées électriquement ou mises en contact par un pont 31c sont disposées concentriquement sur la surface de la pastille isolante 30. Ces spires 31a et 31b sont connectées respectivement à des filaments chauffants 32a et 32b situés dans la partie centrale de la pastille.
  • A la fig. 4c, deux spires 31a et 31b, isolées électriquement ou ayant un point commun, sont disposées de façon adjacente sur la surface de la pastille isolante 30. Ces spires 31a et 31b sont connectées respectivement à des filaments chauffants 32a et 32b situés dans la partie centrale de la pastille.
  • La pastille 30 peut recevoir un moyen de protection contre les rayonnements électromagnétiques produits par les radars (fig.4d), de façon à interdire une mise à feu intempestive sous leur influence, risque qui est d'autant plus grand que la fréquence est élevée, car la puissance transmise par induction à une surface augmente comme la racine carrée de la fréquence. Ce moyen de protection peut être disposé sur la face libre de la pastille, et peut être constitué, par exemple, par un écran conducteur plein 31c d'épaisseur uniforme, masquant entièrement ou partiellement la spire, ou par une grille conductrice.
  • Ce mode de protection contre les rayonnements électromagnétiques et avantageux car il agit quelle que soit la position de l'illuminateur radar par rapport à l'initiateur et la spire induite.
  • En effet, dans le cas où l'écran est situé entre la spire induite et l'illumintaur radar, l'écran agit comme un filtre, c'est-à-dire qu'il a un effet négligeable à la fréquence de fonctionnement (1MHz), mais il agit d'autant plus que la fréquence du signal est supérieure à la fréquence de coupure de l'écran; son épaisseur est choisie en fonction de la résistivité, de la perméabilité du matériau le constituant et, de la fréquence pour laquelle on veut se protéger, de façon telle que cette épaisseur soit de l'ordre de grandeur de la profondeur du courant induit à cette fréquence.
  • Dans le cas où la spire est située entre le radar et l'écran ce dernier agit selon un autre phénomène. En effet, l'illuminateur radar induit des courants de Foucault dans l'écran qui eux-mêmes créent un champ secondaire opposé au champ incident. Le champ résultant est la somme vectorielle du champ produit par l'illuminateur et du champ produit par les courants de Foucault. Au voisinage de l'écran, le champ résultant est presque nul et augmente au fur et à mesure que l'on s'en éloigne. En conséquence, la spire induite doit être disposée le plus près possible de l'écran de manière à ce qu'elle soit protégée le plus efficacement possible du champ produit par le radar.
  • Dans un mode de réalisation particulier, permettant la protection contre les fréquences de l'ordre du GHz, on a utilisé des écrans pleins d'épaisseur e, en matériaux différents tels que :
    Figure imgb0001
  • Dans une autre réalisation on a ajusté la forme de l'écran de façon à augmenter artificiellement la résistance du circuit électrique et aussi à diminuer l'atténuation à la fréquence de fonctionnement de l'in- ducteur. Pour ce faire on a utilisé une grille en cuivre de 70 µm d'épaisseur, de 6 mm de largeur de maille et de 0,3 mm de largeur de trait.
  • La figure 5 représente un mode de montage selon lequel l'induit 30 est noyé dans un boîtier 34 réalisé en matériau isolant combustible ou non. Ce boîtier comporte une cavité 35 débouchant sur le ou les filaments 32, cette cavité étant remplie par une composition pyrotechnique 36 sensible au fil chaud. Un percement 38 est pratiqué dans le fond de la douille 37 et débouche à l'intérieur de la douille vers la charge propulsive 39. De plus, ce percement comporte un lamage 40 dans lequel vient se loger le boîtier 34 qui y est maintenu par collage.
  • La figure 6 représente deux variantes de montage de l'inducteur dans la culasse (ou plaque de tir). L'inducteur est solidement bloqué dans un matériau transparent aux rayonnements électromagnétiques résistant à une température comprise entre 800 et 1000°C durant 10 millisecondes, résistant à une pression de l'ordre de 3000 bars durant 5 millisecondes, dont la résistance à la compression est supérieure à 1000 daN/cm2 et dont le taux d'allongement est supérieur à 2%. Ce matériau peut être une matrice organique résistant à une température inférieure à 500°C, renforcée à l'aide de charges telles que des fibres ou tissus. Ce matériau peut être constitué par exemple :
    • - de fibres courtes d'amiante, de verre ou de silice ou d'un tissu d'amiante ou de silice enrobés dans une résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone,
    • - de "whiskers" c'est-à-dire de monocristaux filamentaires non métalliques de longueur inférieure à 50 mm et de diamètre inférieur à 100 µm (trichites), tels que par exemple des trichites de corindon (Al2O3), enrobés dans une résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone.
  • La figure 6a représente un mode de montage selon lequel l'inducteur 25 est disposé entre un bouclier 41 et un bloc 42 maintenu en appui sur une plaque support 43.
  • Le bouclier peut-être constitué par exemple par les matériaux précités. Le bloc 42 et la plaque support 43 peuvent être constitués par exemple par :
    • - des matériaux précités,
    • - un tissu de verre ou de coton enrobé dans une résine crésylique, phêno- lique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone,
    • - un stratifié tridimensionnel d'amiante, de verre ou de silice enrobé dans une résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone.
  • Le bouclier 41 est, de façon préférentielle, réalisé en matériau DURESTOS constitué par des fibres courtes d'amiante enrobées dans une résine crésylique, ou en 2 D constitué par un tissu de verre enrobé dans une résine phénolique, commercialisés par la SNIAS. Il peut aussi être constitué d'une ou de plusieurs couches de DURESTOS intercallêes entre une ou plusieurs couches de 2 D., la face tournée vers la chambre de tir étant - en DURESTOS. Le bloc 42 est réalisé en DURESTOS; il comporte d'une part une cavité cylindrique 44 dans laquelle est maintenu par de la colle aral- dite le bobinage spiroïdal 25 de l'inducteur, et d'autre part, un logement 45 pour le noyau de ferrite 26. Deux percements 46a et 46b permettent aux fils 47a et 47b de s'échapper vers l'arrière de la plaque de tir 23. Le bouclier 41 et le bloc 42 sont collés avec des silicones CAF commercialisés par la société RHODOR SIL SILICONES, et sont disposés dans une bague de retenue en acier 48 vissée dans la plaque de tir 23 par l'intermédiaire du filetage 49. Cette bague de retenue vient prendre appui sur une plaque support 43 en matériau DURESTOS. Cette plaque support 43 est disposée au fond de la cavité de la plaque de tir dans lequel est pratiquée une gorge 50 où est logée une rondelle 51 en coton enduite de silicones qui assure l'étanchéité arrière du montage. Une rondelle 52, de préférence en cuivre, en contact intime avec la bague de retenue et, un bourrage en cuivre 53 pratiqué dans une gorge en forme de queue d'aronde entre la bague de retenue 48 et la bague de tir 23 assurent l'étanchéité avant. A l'arrière de la plaque, les fils 47a et 47b peuvent être noyés dans des silicones ou de l'araldite 54, de plus, ils sont protégés électriquement par une gaine thernorétractable 55.
  • La figure 6b représente une variante du montage précédent dans laquelle le bouclier 41 se prolonge par une partie cylindrique 41a et un épaulement 41b qui est maintenu en appui sur le fond de la cavité de la plaque de tir par la bague de retenue 48. A l'intérieur de la partie cylindrique 41a est logé le bloc 42 maintenant la spire induite 25 et le noyau de ferrite 26.
  • Dans ces deux variantes, l'intérieur de la bague de retenue reçoit un dépôt métallique identique à celui réalisé sur les parois de la cavité.
  • Comme mentionné précédemment, la spire constituant l'induit peut être solidaire d'un support plan et mince, il peut être de même de l'inducteur réalisé sous la forme d'un bobinage spiroïdal plan disposé à proximité immédiate de l'induit.

Claims (24)

1 - Dispositif électrique d'allumage par induction magnétique d'une substance pyrotechnique placée dans l'engin à allumer, au moyen d'une arme, caractérisé en ce qu'il comporte un induit disposé au contact de la substance pyrotechnique, un inducteur raccordé à un générateur de courant, situé en regard de l'induit et couplé électromagnétiquement à celui-ci et disposé dans une cavité ouverte aux rayonnements électromagnétiques pratiqués dans l'épaisseur de la culasse de l'arme, l'induit étant constitué par au moins une spire ouverte réalisée en un matériau dont la conductibilité spécifique est élevée, au moins un filament résistif étant connecté dans l'ouverture de cette spire.
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inducteur est un bobinage spiroïdal, et comporte un moyen de protection mécanique, un moyen de protection thermique et des moyens d'étanchéité.
3 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité en acier dans laquelle est logée l'inducteur comporte un moyen permettant d'accroître la conductibilité électrique des parois constitué par exemple par un dépôt pelliculaire d'un métal dont la conductivité spécifique est élevée ou par une chambre réalisée en un métal dont la conducbilité spécifique est élevée.
4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les spires sont disposées sur une pastille isolante.
5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la spire est réalisée sur un support isolant suivant la technique des circuits imprimés.
6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'induit comporte deux spires ouvertes indépendantes ou ayant un point commun, connectée chacune à un filament résistif.
7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux spires sont concentriques.
8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux spires sont adjacentes.
9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'induit comporte un écran conducteur d'épaisseur uniforme disposé sur la face libre de la pastille isolante et tel que sa surface masque entièrement ou partiellement la spire.
10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'induit comporte une grille conductrice disposée sur la face libre de la pastille isolante.
11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de la réactance selfique de la spire est du même ordre de grandeur que la résistance ohmique du filament résistif.
12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil du bobinage de l'inducteur est un fil multi- brins isolés.
13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le fil du bobinage de l'inducteur est un fil monobrin isolé.
14 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'inducteur est accordé par une capacité connectée aux bornes du bobinage dont la fréquence d'accord définit de fréquence de fonctionnement du générateur.
15 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'inducteur est solidement bloqué dans un matériau transparent aux rayonnements électromagnétiques, résistant à une température comprise entre 800 et 1000° C durant 5 millisecondes, dont la résistance à la compression est supérieure à 1000 daN/cm2 et dont le taux d'allongement est supérieur à 2%, ce matériau épousant intimement la forme de la cavité pratiquée dans la plaque d'allumage.
16 - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le matériau. est constitué par une matrice organique résistant à une température inférieure à 500°C, renforcée à l'aide de charge telle que des fibres ou des tissus.
17 - Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que la matrice organique est choisie dans le groupe : résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone.
18 - Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que la charge est choisie dans le groupe : fibres courtes d'amiante, de verre ou de silice ou d'un tissu d'amiante ou de silice, ou de whiskers non métalliques.
19 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'inducteur est emprisonné entre un bouclier et un bloc, l'enseτble formé par le bouclier, l'inducteur et le bloc étant solidarisés à la plaque d'allumage par une bague de retenue, des moyens d'étanchéité étant disposés d'une part entre la bague de retenue et la plaque d'allumage, et d'autre part, entre la bague de retenue et le bouclier.
20 - Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le bouclier et le bloc sont constitués par une matrice organique résistant à une température inférieure à 400°C, renforcée à l'aide d'une charge telle que des fibres ou des tissus.
21 - Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que le bouclier et le bloc sont constitués par une matrice organique choisie dans le groupe : résine crésylique, phénolique, phénoplaste, polyamide, polyimide ou silicone.
22 - Dispositif selon la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce que la charge enrobant la matrice organique du bouclier est choisie dans le groupe : fibres courtes d'amiante, de verre ou de silice, ou tissu d'amiante ou de silice, ou de whiskers non métalliques.
23 - Dispositif selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que la charge enrobant la matrice organique du bloc est choisie dans le groupe : fibres courtes d'amiante, de verre ou de silice, ou tissu d'amiante, de verre, de silice ou de coton, ou d'un stratifié tridimensionnel d'amiante, de verre ou de silice, ou de whiskers non métalliques.
24 - Dispositif selon la revendication, l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la spire constituant l'induit est solidaire d'un support plan et mince pour coopérer avec un inducteur comportant un bobinage spiroïdal plan et disposé à proximité immédiate de l'induit.
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