CA1243209A

CA1243209A - Composition pyrotechnique generatrice de fumee opaque au rayonnement infrarouge et munition fumigene obtenue

Info

Publication number: CA1243209A
Application number: CA000433155A
Authority: CA
Inventors: Gerard Sauvestre; Andre Espagnacq
Original assignee: Delegation Generale pour lArmement
Current assignee: Direction General de lArmement DGA
Priority date: 1982-07-27
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1988-10-18
Also published as: NO165102B; IT1167194B; IT8322140A0; DE3326883C2; NL192923C; GB2158061B; BE897372A; FR2560186A1; FR2560186B1; US4724018A; NL192923B; NO165102C; NO832727L; DE3326883A1; NL8302651A; GB2158061A

Abstract

L'invention concerne une composition pyrotechnique fumigène destinée à la production d'un écran de fumée interdisant la transmission du rayonnement infrarouge d'une cible vers un capteur. Elle comprend un composé générateur, par décomposition thermique, de particules de carbone dont les dimensions sont comprises entre environ 1 et 14 .mu.m et un système oxydo-réducteur réagissant à une température supérieure à 1000.degree.C et un liant. Le composé générateur de particules de carbone peut être l'hexachloroéthane, l'hexachlorobenzène, le naphtalène, l'anthracène ou leur mélange; le réducteur peut être une poudre métallique (magnésium) et l'oxydant l'hexachlorobenzène et/ou l'hexachloroéthane. L'invention concerne également des munitions fumigènes contenant ladite composition pyrotechnique.

Description

3;;~09 COMPOSITION PYROTECHNIQUE GENERATRICE DE FUMEE OPAQUE AU
RAYONNEMENT INFRAROUGE ~T MUNITION Fl]MIGENE OBTENUE.

Le secteur technique de la présente invention est celui des compositions pyrotechniques fumigènes permettant de camoufler une cible quelconque en empêchant la transmission du rayonnement infrarouge émis par celle-ci pour la rendre indétectable par un capteur par exemple une caméra thermique.
Il existe actuellement très peu de publications relatives à la production d'un écran de fumée interdisant la transmission du rayonnement infrarouge émis par une cible vers un capteur et aucun auteur n'a proposé à ce jour l'uti-lisation d'une composition pyrotechnique pour produire un écran de fumée opaque au rayonnement infrarouge. Par con-tre, de nombreuses études ont été faites sur les composi-tions fumigènes classiques produisant un nuage de fumée pour camoufler à l'oeil humain un engin quelconque. Ainsi, les compositions pyrotechniques fumigènes à base d'hexachloro-éthane et d'oxyde de zinc sont bien connues de l'homme de l'art et on pourra à titre d'illustration se référer au ~ brevet américain 2 939 779. Ce genre de composition est ;~ 25 ~ apte à générer une~fumee blanche par production de chlorure ~de zinc ou de chlorure d'ammonium, le carbone étant alors transformé en gaz carbonique. Ce genre de composition est tout à fait inefficace vis-à-vis des capteurs de rayonnement sensibles dans le domaine de longueur d'onde allant de 1 à ~ 30 ~ 14 um. Il est à noter qu'il faut tenir compte des fenêtres de transparence de l'atmosphère, utilisées pour recevoir le rayonnement thermique. Les deux fenêtres plus particuliè-~ rement utilisées sont:
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~ .

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31.2~3~0~

- la fenêtre 3-5 ~m - la fenêtre 7-14 ~um On utilisera donc plus par-ticulièrement-ces deux fenêtres pour étudier la transmission ou l'absorbtion de ces composi-tions fuminèges.
Le rôle des compositions fumigènes opaques aux infrarouges est d'arrêter le rayonnement infrarouge émis par un corps quelconque soit par absorption, soit par diffusion, soit par diffraction, soit par surimpression thermique, c'est-à-dire par une émission thermique intense propre à la composition fumigène même (cas des leurres infrarouges) qui se superpose à l'image thermique de la cible à camoufler.
On a déjà proposé l'utilisation d'un aérosol com-prenant des fines gouttelettes ou des particules solides dispersees par un gaz vecteur poux masquer le rayonnement infrarouge d'un corps.

Les brevets français 2 299 617 et 2 309 828 décrivent la formation d'un aérosol liquide par réaction du tétrachlorure de titane ou d'étain avec l'eau selon la réaction:

TiCl4 + 4~2 - -~ Ti (OH)4 + 4HCl, On utilise alors une composition pyrotechnique dispersante, fortement exothermique du type aluminium ou bore/perchlorate de potassium pour disperser le tétrachlorure de titane. Toutefois, ce type d'aérosol constitue de gouttelettes liquides hydrosolubles ~n'est guère efflcace et a une durée de vie très courte, inférieure à 20s et~ce~ quelque soit le volume du système dispersant.
~ On remarquera encore que ce ~enre de composition engendre ;~ ~ des goutelettes acides, corrosives et toxiques.

j'~ ' ,r ' ~'"
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32~3 On connaît également le brevet français 2 396 265 qui décrit la dispersion de particules solides à partir d'une poudre minérale et d'un gaz vecteur. I1 faut cepen~
dant maîtriser la granulométrie des particules contenues dans l'aérosol émis car seule une granulométrie finale voisine de la longueur d'onde du rayonnement à occulter est efficace. Or, on a constaté que la production d'un aérosol de particules solides froides dont le diamètre serait compris entre 1 et 14 ,um ne permet pas de supprimer l'image thermique de façon eficace et pendant un temps suffisant en raison de la sédimentation des particules qui intervient.
Les durées de vie obtenues ne dépassent pas 25 secondes, sauf génération en continu de l'aérosol.
Les brevets fran~ais 2 294 422 et 2 294 432 décrivent ~es leurres infrarouges qui émettent, par combustion d'une composition pyrotechnique, une flamme de haute intensité définissan-t ainsi une source de rayonnement infrarouge susceptible de se substituer à la source de rayonnement constituée par le moteur de l'aéronef dans le système de guidage de l'engin lancé contre celui-ci. Il ne s'agit pas de créer un écran de camouflage opaque au rayon-nement infrarouge de la cible, mais de saturer le capteur.
Le but de la présente invention est une nouvelle ~ compos1tion pyrotechnique produisant un écran interdisant la transmission du rayonnement infrarouge pour camoufler totalement une cible pendant un temps suffisant, c'est-à-dire de 40 à 50 s.
L'invention a donc pour objet une composition ;~ pyrotechnique destinée à la production d'une fumée opaque au rayonnement infrarouge d'une cible vers un capteur thermique, caractérisée en ce qu'elle comprend un composé
genérateur, par décomposition thermique, de particules de carbone dont la dimension est comprise entre environ 1 et 14 ~m, un système oxydo-réducteur réagissant à une température ~: :

- :

, ~32~3 supérieure à 1000C et un llant.
Le composé générateur de par-ticules de carbone peut ~tre constitué par l'hexachloroéthane, l'hexachloro-benzène, le naphtol, l'anthracène substitués ou non par le chlore ou un mélange de ceux-ci.
Le réducteur peut etre choisi parmi les poudres métalliques et l'oxydan-t peut être représenté par l'hexa-chlorobenzène, l'hexachloroéthane ou leur mélange.
La composition selon l'invention peut comprendre le système ternaire suivant:

- 15 à 25 parties en poids de poudre métallique, - 50 à 85 parties en poids d'hexachlorobenzène ou d'hexachloroéthane, - 0 à 30 parties de naphtalène.

Avantageusement, la poudre métallique est une poudre de magnésium.
L'invention concerne également les munitions fumigènes comprenant une composition pyrotechnique pour produire une fumée opaque au rayonnement infrarouge.
Un avantage de la compositionpyrotechnique et de la munition fumigène selon l'invention réside dans le fait que le nuage de fumée opaque a l'infrarouge est constitué de fines particules de carbone ~énérées par voie chimique de façon homogène avec un débit suffisant.
Un autre avantage réside dans le fait qu'il est posslble de maitriser les facteurs essentiels suivants:
:~ :::: :: : :
30 ~ ~ - la vitesse de combustion de la composition, ce qui permet d'obtenir un débit massique sufPisant, la température de combustion qui doit être élevée et qui conditionne la bonne répartition granulométri-que des particules de carbone.

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:

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. ~ :

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'~ - ' ' .

3~9 D'autres avan-tages de la composition pyrotechnique fumigène seron mieux compris à la lumière du complément de description qui va suivre de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemple.
Pour préparer les compositions pyrotechniques selon l'inven-tion on s'y prend de la manière suivante ou de façon é~uivalente:
La poudre metallique est d'abord soumise à un étuvage à 50 C environ pendant 24 heures. Les composés solides tels l'hexachlorobenzene et l'anthracène sont passés en tamis AFNOR d'environ 0,50 - 0,65 mm. Ils sont ensuite introduits tour à tour dans la cuve d'un malaxeur et malaxés pendant 15 à 30 mm. A partir du mélange obtenu, on réalise des comprimés comprenant un canal central sous une pression de l'ordre de 6.107 Pa.
Selon l'invention, on utilise un composé
générateur de particules de carbone pour produire un écran opague au rayonnement infrarouge. On peut donc utiliser les paraffines, les composés benzéniques condensés ou non (1) (naphtalène, anthracène, phénanthrène, naphtol); le naphtalène et l'anthracène notamment permettent d'obtenir de bons résultats. Le système oxydo-réducteur doit fournir une température de combustion supérieure à 1000C; les poudres métalliques associées aux oxydants classiques du type nitrates ou perchlorates peuvent être utilisées. Cependant, on préfère, selon l'invention, optimiser la composition pyrotechnique en utilisant un composé générateur de particules de carbone qui soit suffisamment oxydant pour ~ ~ réagir avec le réducteur. Ainsi, les composés hydrocarbonés ;~ 30~ substitués partiellement ou totalement par des éléments électronégatifs halogènes tels que le chlore et le fluor, déjà générateur de particules de carbone, conviennent par-_______________ _________________ ~ (1) ainsi que leurs dérivés chlorés :

~: .

~3~

faitement, et peuvent être associés à des composés carbonés non substitués. A titre d'exemple, le couple hexachloroben-zène-naphtalène permet de réaliser des compositions pyro-techniques générant une fumée intense opaque au rayonnement infrarouge. Bien entendu, on pourra utiliser un composé
hydrocarboné substitué en combinaison avec un oxydant classique. Le liant en lui-même ne constitue pas une caractéristique de l'invention et il est utilisé pour renforcer la tenue mécanique de la composition. Cependant, on choisira de préférence les composés macromoléculaires du type fluorés qui participe à la réaction de combustion par l'apport de molécules de fluor très oxydant par exemple le polyfluorure de vinylidène, mais on peut cité é~alement d'autres liants tels que le copolymère acétate, le copolymère acétochlorure de vinyle, le polystyrène, réti-culable ou non, le copolym ère méthacrylate de méthyle/styrene et le néoprène. La proportion du liant utilisée peut être de l'ordre de 5 à 20 parties et mieux vaut ne pas dépasser 25 parties.
~ . . .
Pour chacune des compositions indiquees ci-après on a mesuré la vitesse de combustion, la tenue mécanique, le pouvoir d'occultation, le coefficient d'absorption ainsi que le veillissement.
La vitesse de combustion est mesurée sur une éprouvette cylindrique de 3 cm de long et de 3 cm de diamètre réalisée par compression à 6-107 Pa.
Le pouvoir d'occultation est mesuré à l'aide d'une caméra thermique travaillant dans la bande 0,3-5,6 ~um disposée à 4,5 m d'un émetteur constitué par une source étendue de 20 cm de côté portée à 200C dans un tunnel. Le pouvoir d'occultation de la fumée peut être défini comme le temps pendant lequel l'image de la source étendue est partiellement ou totalement effacée par le passage de cette fumée entre la caméra et la source étendue.

,~ ' 3;2~9 Le coefficient d'absorption A~ (m l) est mesuré
sur une bande de longueur d'onde de 0,3 à 6 lum par application de la loi de Beer.
Dans le tableau I, on a rassemblé les résultats des mesures de vitesse de combustion et de tenue mécanique définis ci-après.
- combustion : on mesure la vitesse de combustion à l'air libre V (latm) et la vitesse de combustion sous la pression régnant à l'intérieur dlune munition fumigène V(P) pr8te à l'emploi; c'est-à-dire constituée d'un pot fumigène de 36 cm de long et de 8 cm de diamètre;
- tenue mécanique : on mesure Smc(contrainte maximale en compression uniaxiale) et emc (déformation pour la contrainte maximale) - tenue au vieillissement : l) on soumet les com-positions pyrotechniques à des températures respectives de -40C et +51C pendant un mois et on mesure les caracté-ristiques précédentes.

2) on mesure d'une part la perte de masse par sublimation des constituants de la composition après le vieillissement etd'autre part la dilatation du comprimé.
- coefficients de sensibilité à la friction (csF) et à la friction csi (selon les modes opératoires respectifs GEMO EMD-440A et GEMO FHD-410-B1).
On réalise les diverses compositions suivantes sous forme de comprimes aux indications précédentes que l'on ~ teste comme précisé ci-dessus:
: ~
:
COMPOSITION l -~20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 10 parties de polyfluorure de vinylidène.

, 32~

- 20 parties de poudre de magnésium, - 70 par-ties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 5 parties de néoprène.

- 20 parties de poudre de magnésium, - 70 parties d'hexachlorobenzene, - 10 parties de naphtalène, - 5 parties de polyfluorure de vinylidène.

- 18,5 parties de poudre de magnésium, - 61,5 partiss d'hexachloroéthane, - 30 parties de naphtalène, - 20 parties de paraffine chlorée, - 20 parties de polyfluorure de vinylidène.

- 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 5 parties d'acétate de polyvinyle.

- 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 20 parties de polyfluorure de vi.nylidène.

- 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties de pentachloronaphtol, - 10 parties de naphtalène, - 10 parties de polyfluorure de vinylidène.

~,, ;r - 20 parties de poudre de magnésium, - 90 parties d'un mélange de trichloronaphtalène et de tétrachloronaphtalène (50-50) - 10 parties de polyfluorure de vi.nylidène.

Critères V latm (mm/s) 0,57 VP (mm/s) 0,1 Smc (10 Pa) 178 emc % 0,87 Smc (105Pa) : -40C 175 après 1 mois : +51C 144 _ emc (~) : -40C 1,01 après 1 mois : +51C 0,77 Perte de masse (%) : -40 C -0,7 après 7 jours à : +51C _ _ 1,8 _ Perte de masse (~) : -40C -0,8 après 1 mois à : +51C 4 Dilatation ~) : -40C néant après 1 mois à : +51C +0,2 ~25 csF (%) sous 353 N 0 csi (~) sous 100 J 0 Les resultats obtenus montrent que les propriétés physiques et chimiques des comprimés de composition preparés ; 30 selon l'invention ne varient pas au cours du temps.
Dans le tableau II, on a rassemblé les valeurs obtenues pour le coefficient d'absorption A et le pouvoir d'occultation.

.

.

TABI,EAU II

. _ _ ~ ,6 ~m AQ~ durée d'occultation durée d'occul-0,3 à 6 ~um totale en station par-tielle en s . .. _ _ 2 0,95 0 45o5

3 7 60

4 0,92 2,5 20 0,76 5 ; : :

:

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquel-les un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Composition pyrotechnique fumigène destinée à la production d'un écran de fumée interdisant la transmis-sion du rayonnement infrarouge d'une cible vers un capteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un composé générateur, par décomposition thermique, de particules de carbone dont les dimensions sont comprises entre environ 1 et 14 µm et un système oxydo-réducteur réagissant à une température supérieure à 1000°C et un liant.

2. Composition selon la revendication 1, carac-térisée en ce que le compose générateur de particules de carbone est constitué par l'hexachloroéthane, l'hexachloro-benzène, le napthalène, l'anthracène substitués ou non par le chlore ou un mélange de ceux ci.

3. Composition selon la revendication 1, carac-térisée en ce que le réducteur est choisi dans le groupe constitué par les poudres métalliques et en ce que l'oxydant est représenté par l'hexachlorobenzène, l'hexachloroéthane ou leur mélange.

4. Composition selon la revendication 3, cara-térisée en ce qu'elle comprend le système ternaire suivant:
- 15 à 25 parties en poids de poudre métallique, - 50 à 85 parties en poids d'hexachlorobenzène ou d'hexachloroéthane, - 0 à 30 parties de naphtalène.

5. Composition selon la revendication 4, carac-térisée en ce que la poudre métallique est une poudre de magnésium.

6. Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte les constituants sui-vants:
- 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 10 parties de liant représenté par du poly-fluorure de vinylidène.

7. Composition selon la revendication 5, carac-térisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants:
- 20 parties de poudre de magnésium, - 70 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 5 parties de liant représenté par le néoprène.

8. Composition selon la revendication 5, carac-térisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants:
- 20 parties de poudre de magnésium, - 70 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène - 5 parties de liant représenté par le poly-fluorure de vinylidène.

9. Composition selon la revendication 5, carac-térisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants:
- 20 parties de poudre de magnésium, - 70 parties d'hexachlorobenzène, - 10 parties de naphtalène, - 10 parties de liant représenté par le poly-fluorure de vinylidène.

10. Composition selon la revendication 5, carac-térisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants:
- 18,5 parties de poudre de magnésium, - 61,5 parties d'hexachloroéthane, - 30 parties de naphtalène, - 20 parties de paraffine chlorée, - 20 parties de liant représenté par le poly-fluorure de vinylidène.

11. Composition selon la revendication 5, carac-térisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants:
- 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties d'hexachlorobenzène, - 20 parties de liant constitué par l'acétate de polyvinyle.

12. Composition selon la revendication 5, carac-térisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants:
- 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties de polyfluorure de vinylidène.

13. Composition selon la revendication 2, carac-térisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants:
- 20 parties de poudre de magnésium, - 80 parties de pentachloronaphtol, - 10 parties de naphtalène, - 10 parties de polyfluorure de vinylidène.

14. Composition selon la revendication 2, carac-térisée en ce qu'elle comporte les constituants suivants:
- 20 parties de poudre de magnésium, - 90 parties d'un mélange 50-50 de trichloro-naphtalène et de tétrachloronaphtalène.

15. Munitions fumigènes, caractérisées en ce qu'elles contiennent au moins une composition pyrotechnique telle que définie dans la revendication 1, 2 ou 3.