EP1275930A1 - Allumeur de sécurité pour élément de munition pyrotechnique susceptible d'être soumis à un échauffement lent. - Google Patents

Allumeur de sécurité pour élément de munition pyrotechnique susceptible d'être soumis à un échauffement lent. Download PDF

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EP1275930A1
EP1275930A1 EP02291530A EP02291530A EP1275930A1 EP 1275930 A1 EP1275930 A1 EP 1275930A1 EP 02291530 A EP02291530 A EP 02291530A EP 02291530 A EP02291530 A EP 02291530A EP 1275930 A1 EP1275930 A1 EP 1275930A1
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EP
European Patent Office
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pyrotechnic
igniter
ammunition
safety
solid
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EP02291530A
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Alain Bonnel
Dominique Houdusse
Bruno Nouguez
Alain Tinet
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Eurenco France SAS
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Societe Nationale des Poudres et Explosifs
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/02—Fuze bodies; Fuze housings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
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    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/04—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive
    • C06B45/06—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component
    • C06B45/10—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component the organic component containing a resin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C9/00—Chemical contact igniters; Chemical lighters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B39/00—Packaging or storage of ammunition or explosive charges; Safety features thereof; Cartridge belts or bags
    • F42B39/20—Packages or ammunition having valves for pressure-equalising; Packages or ammunition having plugs for pressure release, e.g. meltable ; Blow-out panels; Venting arrangements

Definitions

  • the present invention is in the field general pyrotechnic munitions, plus particularly in the field of explosive ordnance.
  • a safety igniter for a pyrotechnic munition element comprising a envelope-shaped structure and a loading pyrotechnic substance contained in the structure, said igniter being intended to generate combustion without detonation of the pyrotechnic charge when the element ammunition is subjected to slow heating.
  • Ammunition elements loaded with explosives such missile heads, bomb bodies, penetrators and submarine ammunition can lead to violent reactions, deflagration or detonation, because of their strong confinement.
  • the deconfinement system may consist of opaque leaflets at a preset pressure which play the role of safety valve by releasing a evacuation surface to generated decomposition gases by the pyrotechnic reaction.
  • Other techniques exist such as the use of fusible elements, cutting cords or rupture primers.
  • slow heating solicitation (slow Cook Off) is classically specified and consists of subject a munition item to a warm-up a few degrees per hour until his reaction pyrotechnic that can intervene after several dozens of hours. These reactions can be very violent because they start in some cases in the heart pyrotechnic material, in a medium that will have the time to degrade by pyrolysis of the binder and start of chemical decomposition of active ingredients.
  • Heart starts are frequently observed with the large caliber ammunition (bombs, penetrators, submarine ammunition). They are there consequence of the thermally insulating nature of explosive and early exothermic decomposition at within the material.
  • the heat released can not evacuate to the outside and generates an elevation additional internal temperature that accelerates further decomposition to the bulk reaction. The larger the dimensions, the lower is the reaction temperature.
  • the ignition pellets contained in the tube preferably consist of a mixture of boron and of barium chromate.
  • chromate barium is particularly toxic, carcinogenic, and that it causes heritable genetic damage. Of more, under thermal stresses, it emits fumes also very toxic.
  • the present invention proposes a solution to this problem and is mainly concerned with a new security igniter for ammunition element pyrotechnic comprising a shaped structure envelope and a solid pyrotechnic charge contained in the structure, said igniter being intended to generate combustion without detonation of the load pyrotechnic when the ammunition element is subjected to a slow warm-up.
  • This new safety igniter according to the invention is characterized in that it comprises a block in solid composition based on pentrite, and preferentially, in that it is solely constituted by such a block.
  • Such a safety igniter is particularly simple to manufacture and insert into the element of ammunition. Monobloc, it presents properties intrinsic mechanics sufficient not requiring inert housing such as a plastic tube.
  • this block in solid composition based on pentrite is a detonable material bringing energy additional in the context of normal use of the ammunition, which is not the case of the aforementioned igniters of the state of the art that are not detachable.
  • This duality of function, security igniter in the part of a slow and explosive heating in the frame of normal use of the ammunition, which is specific to the present invention is particularly advantageous.
  • constituents of the safety igniter according to the invention are neither toxic or carcinogenic, and that fumes from combustion are not particularly toxic.
  • composition based on pentrite it is necessary to otherwise include a composition having a weight in pentrite ⁇ 5%, better still ⁇ 10%, and better ⁇ 25%, the maximum weight content being about 98%.
  • the block in solid pyrotechnic composition based on pentrite is a composite explosive (cast plastic bonded explosive).
  • Composite explosives are, so general, well known to those skilled in the art. They are obtained from binder explosive compositions plastic implemented by casting and then polymerization and consist of a loaded plastic binder containing at least one nitrated organic explosive charge like hexogen, octogen or pentrite. Other charges may also be present, oxidizing as example ammonium perchlorate, or reducing as for example aluminum.
  • the first pentrite, and possibly the other charges, explosive or non-explosive with a resin liquid polymerizable and optionally a plasticizer, then the paste is poured into a mold desired dimensions for the block. We then do polymerize the paste.
  • crosslinking agents catalysts, wetting agents, composite explosives are obtained varied.
  • the mold may consist of a machined cavity in the pyrotechnic charge solid ammunition that we want to secure.
  • the plastic binder is a polyurethane binder, the content of which is preferably between 12% and 20% by weight relative to the weight total of the composite explosive.
  • the binders polyurethanes those obtained by reaction are preferred of a polybutadiene hydroxylated with a polyisocyanate.
  • binders can be used, in particular silicone binders and polyester binders.
  • the block solid pyrotechnic composition based on pentrite is a compressed explosive, ie a binder explosive plastic implemented by compression.
  • the matter of base (molding powder) consists of granules in which the charges are coated with a material thermoplastic according to a well-known technique of the skilled person.
  • thermoplastic binder After heating the molding powder to a temperature such that the thermoplastic binder begins to soften, it is introduced into a heated mold and then compressed under high pressure, of the order of 3 bar.
  • the block solid composition based on pentrite is an explosive cast-melted, for example a pentolite (mixtures of TNT and pentrite), such as pentolite 20-80 (20% weight of pentrite and 80% by weight of tolite) and the pentolite 50-50.
  • a pentolite mixtures of TNT and pentrite
  • pentolite 20-80 (20% weight of pentrite and 80% by weight of tolite
  • pentolite 50-50 a mixture of TNT and pentrite
  • Cast-melted explosives which are well known those skilled in the art, are implemented by pouring into molds of a suspension of a granular explosive in a melted explosive, such as TNT.
  • the block solid composition based on pentrite is a pentocire, that is, an essentially constituted composition of pentrite coated with a film of wax such as beeswax or synthetic wax.
  • the coating method for example underwater, is well known to those skilled in the art.
  • the weight content of wax is preferably between 2% and 12%.
  • Such compositions can also include additives such as graphite and / or aluminum.
  • pentocires is carried out by cold pressing in the mold of a press.
  • the block solid pyrotechnic composition based on pentrite can have some form.
  • the block is in the form cylindrical, and better still in the form of a cylinder of revolution usually having a diameter between 2mm and 50mm.
  • the diameter of the block can be smaller, equal or greater than the critical diameter of the composition pyrotechnics based on pentrite constituting the block.
  • the height of the cylinder can be any. We usually uses diameter / height ratios included between 0.5 and 3, but preferably this ratio is neighbor of 1 or greater than 1.
  • the temperature of reaction of the safety igniter when the element of ammunition is subjected to slow heating, is a decreasing function of the block diameter, and that one can so very easily predetermine the temperature of reaction of the safety igniter depending on the diameter of the block, for a given composition and a given diameter / height ratio.
  • This particularly easy temperature setting reaction of the safety igniter offers an advantage significant to change the safety margins of a given ammunition, or to use similar igniters composition in ammunition with pyrotechnic charges of different compositions.
  • the present invention also relates to a pyrotechnic munition element comprising a envelope-shaped structure, generally metallic and for example steel, a solid pyrotechnic charge contained in the structure, a device for deconfinement of the structure, for example a system as mentioned above, and a safety igniter also as mentioned above and object of the present invention to generate combustion without detonation pyrotechnic charge when ammunition item is subject to slow heating.
  • a pyrotechnic munition element comprising a envelope-shaped structure, generally metallic and for example steel, a solid pyrotechnic charge contained in the structure, a device for deconfinement of the structure, for example a system as mentioned above, and a safety igniter also as mentioned above and object of the present invention to generate combustion without detonation pyrotechnic charge when ammunition item is subject to slow heating.
  • the solid pyrotechnic charge contained in the structure is preferably explosive.
  • the explosive charge is preferably an explosive composite but it can also be for example a compressed explosive, a cast-melted explosive for example tolite base, or an explosive-wax.
  • the solid pyrotechnic charge contained in the structure can however be a propulsive load, for example a solid propellant, preferably a composite propellant.
  • the safety igniter allows, in situation of slow heating, to generate combustion without detonation of the cargo but also without propulsion the ammunition element, structure or fragments of structure.
  • the safety igniter is located near the deconfinement device of the structure, so as to facilitate the escape of the combustion gases.
  • the igniter is at least partially embedded in the solid pyrotechnic charge.
  • a housing for igniter can also be realized during the manufacture of molding loading using a removable core.
  • the igniter is then placed in housing.
  • a collage can be realized to promote the maintenance of the igniter in the housing.
  • the igniter may also not be at least partially embedded in the load, ie being independent of loading. It can be for example maintained in the structure using usual fasteners, or even drowned in a foam located in a chamber for the expansion of gases near the deconfinement device.
  • the element of ammunition when the element of ammunition is subjected to slow heating and that the temperature reaches the reaction temperature predetermined safety igniter, this one ignites. Hot gases and resulting particles of the igniter's combustion then initiate the burning of the ammunition load that burns without detonate or propel the ammunition element, the structure or structural fragments.
  • the present invention also relates to a process for generating combustion without detonation of a solid pyrotechnic charge content in the envelope-like structure of an element of pyrotechnic ammunition when subjected to a slow heating, said ammunition element comprising a deconfining device of the structure and a safety igniter as mentioned above according to the invention who, during the slow warm-up, reacts by simple combustion at a temperature below the temperature reaction of the pyrotechnic charge and then generates the combustion without detonation of the pyrotechnic charge.
  • Figures 1 and 2 show a section schematic longitudinal of 2 ammunition elements approximately cylindrical according to the invention.
  • the igniter 5 cylindrical safety device is totally embedded in the loading 4, one of its 2 circular flat faces constituting part of the wall of the chamber 6.
  • the igniter 5 cylindrical security is located in room 6, stalled by a ring of polyurethane foam no shown in the figure.
  • the igniters present themselves in the form of a cylindrical block of revolution having a diameter of 30mm.
  • the height of the block is 15mm for example 1 and 30mm for example 2.
  • the mass of the lighter is 17g for example 1 and 34g for example 2.
  • the composite explosive constituting these 2 igniters consists of 40% by weight of octogen, 44% by weight of pentrite and 16% by weight of a binder polyurethane based on polyoxypropylene triol and isophorone diisocyanate.
  • Example 3 Explosive ammunition element type indenter according to the invention.
  • a penetrator of 280 kg, of a 285mm caliber including a structure approximately cylindrical steel and 85 kg of a composite explosive charge consisting of octogen, ammonium perchlorate and aluminum as fillers and a polyurethane binder based on polybutadiene hydroxyl and isophorone diisocyanate as crosslinking agent.
  • This indenter has been equipped with a device decontainment of the structure consisting of operculas flappers, and on the other hand the safety igniter obtained according to Example 1, according to a provision in conformity to that schematized figure 1.
  • the safety igniter was inserted, during the carrying out the loading, in the explosive paste after its casting and before its polymerization, so that is perfectly attached to the load.
  • This indenter also comprises a gas expansion chamber 250 cm 3 volume, arranged as in Figure 1.
  • This indenter was subjected to a warm-up 3.3 ° C per hour, using a suitable oven.
  • the value of 142 ° C corresponds to the average of 10 thermocouples installed in different positions of the oven.
  • an ammunition element explosive for underwater use 500mm caliber, comprising an approximately cylindrical structure steel and 150kg of a composite explosive charge consisting of hexogen, ammonium perchlorate and aluminum as fillers and a polyurethane binder to hydroxyl polybutadiene base and isophorone diisocyanate as crosslinking agent.
  • This ammunition was equipped with a device decontainment of the structure consisting of operculas flappers, and on the other hand the safety igniter obtained according to example 2, according to a compliant disposition to that schematized figure 1.
  • the safety igniter has been inserted into the loading as described for Example 3.
  • This munition also comprises a gas expansion chamber 400 cm 3 volume, arranged as in Figure 1.
  • This element of explosive ordnance was subjected to underwater use at a slow heating of 3.3 ° C by hour, using an appropriate oven.

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Abstract

La présente invention a pour objet un allumeur de sécurité 5 pour élément de munition pyrotechnique comprenant une structure 1 en forme d'enveloppe et un chargement 4 pyrotechnique solide contenu dans la structure 1. Cet allumeur de sécurité 5, qui est uniquement constitué d'un bloc en composition pyrotechnique solide à base de pentrite, est destiné à engendrer la combustion sans détonation du chargement 4 pyrotechnique lorsque l'élément de munition est soumis à un échauffement lent.

Description

La présente invention se situe dans le domaine général des munitions pyrotechniques, plus particulièrement dans celui des munitions explosives.
Elle a notamment pour objet un allumeur de sécurité pour élément de munition pyrotechnique comprenant une structure en forme d'enveloppe et un chargement pyrotechnique solide contenu dans la structure, ledit allumeur étant destiné à engendrer la combustion sans détonation du chargement pyrotechnique lorsque l'élément de munition est soumis à un échauffement lent.
Les sollicitations d'origine thermique telles que incendies de kérosène ou de propergols, échauffements indirects, sont susceptibles d'entraíner les munitions qui les subissent à réagir pyrotechniquement.
Les éléments de munitions chargés en explosifs tels que les têtes de missiles, les corps de bombes, les pénétrateurs et les munitions sous-marines peuvent conduire à des réactions violentes, déflagration ou détonation, en raison de leur fort confinement.
Pour réduire ces réactions à un niveau acceptable, c'est à dire à une simple combustion sans projection d'éclats dangereux, il est connu d'utiliser un chargement en explosif composite à base de liants polymériques inertes ou énergétiques chargés en octogène (HMX), hexogène (RDX), nitroguanidine, perchlorate d'ammonium, triaminotrinitrobenzène (TATB), oxynitrotriazole (ONTA) et/ou aluminium en association avec un système de déconfinement de la structure de la munition.
Le système de déconfinement peut consister en des opercules claquables à une pression prédéfinie qui jouent le rôle de soupape de sécurité en libérant une surface d'évacuation aux gaz de décomposition engendrés par la réaction pyrotechnique. D'autres techniques existent telles que l'utilisation d'éléments fusibles, de cordeaux de découpe ou d'amorces de rupture.
Ce concept de sécurité fonctionne parfaitement pour les incendies intenses de type kérosène. Dans ce cas, les très hautes températures se communiquent à la paroi de la munition, puis au chargement qui réagit en combustion à l'interface structure/explosif dès que la température dépasse la température d'autoinflammation de l'explosif, qui est en général comprise entre 200°C et 240°C. Les gaz de décomposition cheminent ensuite vers les surfaces d'évacuation.
Le cas des sollicitations moins intenses et de longue durée est plus complexe.
La sollicitation dite d'échauffement lent (slow Cook Off) est classiquement spécifiée et consiste à soumettre un élément de munition à un échauffement de quelques degrés par heure jusqu'à sa réaction pyrotechnique qui peut intervenir après plusieurs dizaines d'heures. Ces réactions peuvent être très violentes car elles débutent dans certains cas au coeur de la matière pyrotechnique, dans un milieu qui aura le temps de se dégrader par pyrolyse du liant et début de décomposition chimique des matières actives.
Les démarrages à coeur sont fréquemment observés avec les munitions de grand calibre (bombes, pénétrateurs, munitions sous-marines). Ils sont la conséquence du caractère thermiquement très isolant des explosifs et des débuts de décomposition exothermique au sein de la matière. La chaleur dégagée ne peut pas s'évacuer vers l'extérieur et engendre une élévation interne supplémentaire de la température qui accélère encore la décomposition jusqu'à la réaction en masse. Plus les dimensions sont grandes, plus basse est la température de réaction.
Un simple système de déconfinement tel que ceux précités est dans ce cas insuffisant pour limiter le niveau global de réaction.
Il est connu, pour limiter le niveau de réaction sous sollicitations d'échauffement lent, d'insérer, au voisinage du dispositif de déconfinement , un allumeur de sécurité qui réagit par combustion à une température inférieure à la température de réaction du chargement principal de la munition pyrotechnique, ladite combustion de l'allumeur entraínant la combustion sans détonation du chargement principal.
Les brevets US 5 786 544 et GB 2 313 653 décrivent de tels allumeurs de sécurité, essentiellement constitués d'un tube en matière plastique contenant une poudre ou des pastilles d'allumage. L'allumeur est noyé dans un anneau en mousse qui le sépare du chargement, dans la partie arrière de l'élément de munition, à proximité de trous de déconfinement.
Les pastilles d'allumage contenues dans le tube sont de préférence constituées d'un mélange de bore et de chromate de baryum. Or, il s'avère que le chromate de baryum est particulièrement toxique, cancérigène, et qu'il provoque des dommages génétiques héréditaires. De plus, sous sollicitations thermiques, il émet des fumées également très toxiques.
D'autres solutions concernant la nature des pastilles d'allumage sont proposées, mais aucune n'est vraiment satisfaisante.
L'utilisation de pastilles à base de propergol double base nitrocellulose nitroglycérine présente par exemple des problèmes de migration de la nitroglycérine au stockage avec les risques pyrotechniques que cela entraíne.
Il existe donc, pour l'homme du métier, un besoin d'allumeur de sécurité permettant d'assurer la fonction précédemment décrite mais ne présentant pas d'inconvénients tels que ceux précités.
La présente invention propose une solution à ce problème et a principalement pour objet un nouvel allumeur de sécurité pour élément de munition pyrotechnique comprenant une structure en forme d'enveloppe et un chargement pyrotechnique solide contenu dans la structure, ledit allumeur étant destiné à engendrer la combustion sans détonation du chargement pyrotechnique lorsque l'élément de munition est soumis à un échauffement lent.
Ce nouvel allumeur de sécurité selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un bloc en composition solide à base de pentrite, et, préférentiellement, en ce qu'il est uniquement constitué par un tel bloc.
Un tel allumeur de sécurité est particulièrement simple à fabriquer et à insérer dans l'élément de munition. Monobloc, il présente des propriétés mécaniques intrinsèques suffisantes ne nécessitant pas de logement inerte tel qu'un tube plastique.
De plus, ce bloc en composition solide à base de pentrite est un matériau détonable apportant une énergie supplémentaire dans le cadre d'un usage normal de la munition, ce qui n'est pas le cas des allumeurs précités de l'état de la technique qui ne sont pas détonables. Cette dualité de fonction, allumeur de sécurité dans la cadre d'un échauffement lent et explosif dans le cadre d'un usage normal de la munition, qui est spécifique à la présente invention, est particulièrement avantageuse.
Il faut également noter que les constituants de l'allumeur de sécurité selon l'invention ne sont ni toxiques ni cancérigènes, et que les fumées de combustion ne sont pas particulièrement toxiques.
Il est connu, dans l'état de la technique, d'utiliser des compositions solides à base de pentrite comme relais d'amorçage de munitions explosives. La demande de brevet PCT WO 99/53264 décrit par exemple un tel usage qui est sans rapport avec celui d'allumeur de sécurité objet de la présente invention. Cet usage connu de relais d'amorçage dissuadait même l'homme du métier d'envisager l'utilisation de ces compositions à base de pentrite dans la fonction d'allumeur de sécurité précédemment décrite.
Dans le cadre de la présente invention, il faut comprendre, par échauffement « lent », un échauffement compris entre 0,5°C/h et 50°C/h, de préférence compris entre 1°C/h et 20°C/h, mieux encore entre 2°C/h et 10°C/h, par exemple environ 3°C/h ou 4°C/h.
Par composition « à base » de pentrite, il faut par ailleurs comprendre une composition ayant une teneur pondérale en pentrite ≥ 5%, mieux encore ≥ 10%, et mieux encore ≥ 25%, la teneur pondérale maximale étant d'environ 98%.
Selon une variante préférée de l'invention, le bloc en composition pyrotechnique solide à base de pentrite est un explosif composite (cast plastic bonded explosive). Les explosifs composites sont, de façon générale, bien connus de l'homme du métier. Ils sont obtenus à partir de compositions explosives à liant plastique mises en oeuvre par coulée puis polymérisation et sont constitués d'un liant plastique chargé contenant au moins une charge explosive nitrée organique comme l'hexogène, l'octogène ou la pentrite. D'autres charges peuvent également être présentes, oxydantes comme par exemple le perchlorate d'ammonium, ou réductrices comme par exemple l'aluminium.
Plus précisément, pour préparer le bloc en explosif composite à base de pentrite utilisé comme allumeur de sécurité selon l'invention, on mélange tout d'abord la pentrite, et éventuellement les autres charges, explosives ou non explosives, avec une résine polymérisable liquide et éventuellement un plastifiant, puis on coule la pâte obtenue dans un moule aux dimensions souhaitées pour le bloc. On fait ensuite polymériser la pâte. Selon le choix et le réglage des agents de réticulation, des catalyseurs, des mouillants, on obtient des explosifs composites de caractéristiques variées.
Le moule peut être constitué par une cavité usinée dans le chargement pyrotechniques solide de la munition que l'on veut sécuriser.
Selon une variante préférée, le liant plastique est un liant polyuréthanne, dont la teneur est de préférence comprise entre 12% et 20% en poids par rapport au poids total de l'explosif composite. Parmi les liants polyuréthannes, on préfère ceux obtenus par réaction d'un polybutadiène hydroxylé avec un polyisocyanate.
D'autres types de liants peuvent être utilisés, notamment les liants silicones et les liants polyesters.
Selon une autre variante de l'invention, le bloc en composition pyrotechnique solide à base de pentrite est un explosif comprimé, c'est à dire un explosif à liant plastique mis en oeuvre par compression. La matière de base (poudre à mouler) est constituée par des granulés dans lesquels les charges sont enrobées d'une matière thermoplastique selon une technique bien connue de l'homme du métier.
Après réchauffement de la poudre à mouler jusqu'à une température telle que le liant thermoplastique commence à se ramollir, on l'introduit dans un moule chauffé, puis on comprime sous pression élevée, de l'ordre de 103 bar.
Selon une autre variante de l'invention, le bloc en composition solide à base de pentrite est un explosif coulé-fondu, par exemple une pentolite (mélanges de TNT et de pentrite), telle que la pentolite 20-80 (20% en poids de pentrite et 80% en poids de tolite) et la pentolite 50-50.
Les explosifs coulés-fondus, qui sont bien connus de l'homme du métier, sont mis en oeuvre par coulée dans des moules d'une suspension d'un explosif granulaire dans un explosif fondu, tel que le TNT.
Selon une autre variante de l'invention, le bloc en composition solide à base de pentrite est une pentocire, c'est à dire une composition essentiellement constituée de pentrite enrobée d'une pellicule de cire telle que la cire d'abeilles ou une cire synthétique.
La méthode d'enrobage, par exemple sous eau, est bien connue de l'homme du métier.
La teneur pondérale en cire est de préférence comprise entre 2% et 12%. De telles compositions peuvent également comprendre des additifs tels que du graphite et/ou de l'aluminium.
La mise à oeuvre des pentocires s'effectue par compression à froid dans le moule d'une presse.
Dans le cadre de la présente invention, le bloc en composition pyrotechnique solide à base de pentrite peut avoir une forme quelconque.
De façon préférée, le bloc se présente sous forme cylindrique, et mieux encore sous forme d'un cylindre de révolution ayant en général un diamètre compris entre 2mm et 50mm.
Le diamètre du bloc peut être inférieur, égal ou supérieur au diamètre critique de la composition pyrotechnique solide à base de pentrite constituant le bloc.
La hauteur du cylindre peut être quelconque. On utilise en général des rapports diamètre/hauteur compris entre 0,5 et 3, mais, de préférence, ce rapport est voisin de 1 ou supérieur à 1.
On a constaté, avec surprise, que la température de réaction de l'allumeur de sécurité, lorsque l'élément de munition est soumis à un échauffement lent, est une fonction décroissante du diamètre du bloc, et qu'on peut ainsi très facilement prédéterminer la température de réaction de l'allumeur de sécurité en fonction du diamètre du bloc, pour une composition donnée et un rapport diamètre/hauteur donné.
Ce réglage particulièrement aisé de la température de réaction de l'allumeur de sécurité offre un avantage appréciable pour modifier les marges de sécurité d'une munition donnée, ou pour utiliser des allumeurs de même composition dans des munitions comportant des chargements pyrotechniques de compositions différentes.
La présente invention a également pour objet un élément de munition pyrotechnique comprenant une structure en forme d'enveloppe, en général métallique et par exemple en acier, un chargement pyrotechnique solide contenu dans la structure, un dispositif de déconfinement de la structure, par exemple un système tel que précité, et un allumeur de sécurité également tel que précité et objet de la présente invention permettant d'engendrer la combustion sans détonation du chargement pyrotechnique lorsque l'élément de munition est soumis à un échauffement lent.
Le chargement pyrotechnique solide contenu dans la structure est de préférence explosif. Dans ce cas, le chargement explosif est de préférence un explosif composite, mais il peut aussi être par exemple un explosif comprimé, un explosif coulé-fondu par exemple à base de tolite, ou un explosif-cire.
Le chargement pyrotechnique solide contenu dans la structure peut toutefois être un chargement propulsif, par exemple un propergol solide, de préférence un propergol composite.
Que le chargement soit propulsif ou explosif, l'allumeur de sécurité permet, en situation d'échauffement lent, d'engendrer la combustion sans détonation du chargement mais aussi sans propulsion de l'élément de munition, de la structure ou de fragments de structure.
Selon une variante préférée de l'invention, l'allumeur de sécurité est situé à proximité du dispositif de déconfinement de la structure, de façon à faciliter l'échappement des gaz de combustion.
Selon une autre variante préférée de l'invention, l'allumeur est au moins partiellement noyé dans le chargement pyrotechnique solide. Pour cela, on peut par exemple usiner dans le chargement un logement pour l'allumeur. Un tel logement peut aussi être réalisé lors de la fabrication du chargement par moulage à l'aide d'un noyau amovible. L'allumeur est ensuite placé dans le logement. Un collage peut éventuellement être réalisé pour favoriser le maintien de l'allumeur dans le logement.
On peut aussi, et de préférence, lors de la fabrication du chargement par moulage, insérer l'allumeur de sécurité dans la pâte explosive après sa coulée et avant sa polymérisation. Après polymérisation de la pâte, l'allumeur de sécurité se trouve ainsi parfaitement solidarisé avec le chargement.
L'allumeur peut également ne pas être au moins partiellement noyé dans le chargement, c'est à dire être indépendant du chargement. Il peut être par exemple maintenu à la structure à l'aide de fixations usuelles, ou bien encore noyé dans une mousse située dans une chambre ménagée pour l'expansion des gaz à proximité du dispositif de déconfinement.
Selon la présente invention, lorsque l'élément de munition est soumis à un échauffement lent et que la température atteint la température de réaction prédéterminée de l'allumeur de sécurité, celui-ci s'enflamme. Les gaz chauds et les particules résultant de la combustion de l'allumeur initient alors la combustion du chargement de la munition qui brûle sans détoner ni propulser l'élément de munition, la structure ou des fragments de structure.
La présente invention a également pour objet un procédé permettant d'engendrer la combustion sans détonation d'un chargement pyrotechnique solide contenu dans la structure en forme d'enveloppe d'un élément de munition pyrotechnique lorsque celui-ci est soumis à un échauffement lent, ledit élément de munition comportant un dispositif de déconfinement de la structure et un allumeur de sécurité tel que précité selon l'invention qui, lors de l'échauffement lent, réagit par simple combustion à une température inférieure à la température de réaction du chargement pyrotechnique puis engendre la combustion sans détonation du chargement pyrotechnique.
Les figures 1 et 2 représentent une coupe schématique longitudinale de 2 éléments de munition approximativement cylindriques selon l'invention.
Selon ces 2 figures, l'élément de munition comprend :
  • une structure 1 en forme d'enveloppe métallique approximativement cylindrique,
  • un élément 2 métallique permettant la fermeture de la munition,
  • un dispositif 3 de déconfinement de la structure 1,
  • un chargement 4 pyrotechnique solide contenu dans la structure 1 et revêtu par ladite structure 1,
  • un allumeur de sécurité 5 constitué d'un bloc cylindrique en composition pyrotechnique solide à base de pentrite,
  • une chambre 6 d'expansion des gaz.
Selon la variante représentée figure 1, l'allumeur de sécurité 5 cylindrique est totalement noyé dans le chargement 4, une de ses 2 faces planes circulaires constituant une partie de la paroi de la chambre 6.
Selon la variante représentée figure 2, l'allumeur de sécurité 5 cylindrique est situé dans la chambre 6, calé par un anneau en mousse de polyuréthanne non représenté sur la figure.
Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention et les avantages qu'elle procure.
Exemples 1 et 2 Allumeurs de sécurité selon l'invention, en explosif composite à base de pentrite.
Selon ces 2 exemples, les allumeurs se présentent sous forme d'un bloc cylindrique de révolution ayant un diamètre de 30mm. La hauteur du bloc est 15mm pour l'exemple 1 et 30mm pour l'exemple 2. La masse de l'allumeur est 17g pour l'exemple 1 et 34g pour l'exemple 2. L'explosif composite constituant ces 2 allumeurs est constitué de 40% en poids d'octogène, de 44% en poids de pentrite et de 16% en poids d'un liant polyuréthanne à base de polyoxypropylène triol et d'isophorone diisocyanate.
Pour obtenir ces 2 blocs, on a tout d'abord mélangé la pentrite et l'octogène pulvérulents avec l'alcool puis on ajouté l'isocyanate. On a ensuite coulé la pâte obtenue dans 2 moules aux dimensions appropriées, puis on a fait polymériser la pâte 7j à 60°C.
Ces allumeurs ne présentent aucune toxicité particulière, notamment en cas de contact avec la peau. Les gaz de combustion ne sont pas dangereux. On peut juste constater chez le sujet une irritation des muqueuses oculaires et respiratoires (larmoiement, toux), sans aucune séquelle à moyen et long terme sur la santé.
Exemple 3 Elément de munition explosive de type pénétrateur selon l'invention.
On a réalisé, selon les techniques usuelles bien connues de l'homme du métier, un pénétrateur de 280 kg, d'un calibre 285mm, comprenant une structure approximativement cylindrique en acier et 85 kg d'un chargement en explosif composite constitué d'octogène, perchlorate d'ammonium et aluminium comme charges et d'un liant polyuréthanne à base de polybutadiène hydroxyle et d'isophorone diisocyanate comme réticulant.
On a muni ce pénétrateur d'une part d'un dispositif de déconfinement de la structure constitué d'opercules claquables, et d'autre part de l'allumeur de sécurité obtenu selon l'exemple 1, selon une disposition conforme à celle schématisée figure 1.
L'allumeur de sécurité a été inséré, lors de la réalisation du chargement, dans la pâte explosive après sa coulée et avant sa polymérisation, de sorte qu'il se trouve parfaitement solidaire du chargement.
Ce pénétrateur comporte également une chambre d'expansion des gaz de 250 cm3 de volume, disposée comme selon la figure 1.
On a soumis ce pénétrateur à un échauffement de 3,3°C par heure, à l'aide d'un four approprié.
Lorsque la température atteint 142±4°C, on constate une inflammation de l'allumeur de sécurité suivie d'une réaction de simple combustion du chargement de la munition, sans fragmentation ni propulsion de la structure. La valeur de 142°C correspond à la moyenne de 10 thermocouples installés en différentes positions du four.
Une simulation numérique montre que, sans allumeur de sécurité, une réaction d'intensité inconnue se serait produite à une température du four d'environ 208°C.
Exemples 4 à 6 Eléments de munition explosive à usage sous-marin de gros calibre selon l'invention. Exemple 4
On a réalisé, selon les techniques usuelles biens connues de l'homme du métier, un élément de munition explosive à usage sous-marin, de calibre 500mm, comprenant une structure approximativement cylindrique en acier et 150kg d'un chargement en explosif composite constitué d'hexogène, perchlorate d'ammonium et aluminium comme charges et d'un liant polyuréthanne à base de polybutadiène hydroxyle et d'isophorone diisocyanate comme réticulant.
On a muni cette munition d'une part d'un dispositif de déconfinement de la structure constitué d'opercules claquables, et d'autre part de l'allumeur de sécurité obtenu selon l'exemple 2, selon une disposition conforme à celle schématisée figure 1.
L'allumeur de sécurité a été inséré dans le chargement comme cela est décrit pour l'exemple 3.
Cette munition comporte également une chambre d'expansion des gaz de 400 cm3 de volume, disposée comme selon la figure 1.
On a soumis cet élément de munition explosive à usage sous-marin à un échauffement lent de 3,3°C par heure, à l'aide d'un four approprié.
Lorsque la température du four atteint 147°C, on constate une inflammation de l'allumeur de sécurité suivie d'une réaction de simple combustion du chargement de la munition, sans fragmentation ni propulsion de la structure.
Un autre essai, réalisé à partir d'un élément de munition rigoureusement identique mais dépourvu d'allumeur de sécurité, conduit, lorsque la température du four atteint 188°C, à une réaction violente de combustion, avec fragmentation de la structure et projection de fragments au delà de 15m.
Exemples 5 et 6
On a réalisé, pour chacun de ces exemples 5 et 6, un élément de munition explosive identique à celui de l'exemple 4, sauf que :
  • pour l'exemple 5, l'allumeur de sécurité a un diamètre de 80mm et une hauteur de 80mm.
  • Pour l'exemple 6, l'allumeur de sécurité a un diamètre de 5mm et une hauteur de 5mm.
Lors de la même épreuve d'échauffement lent que pour l'exemple 4, on constate une inflammation de l'allumeur lorsque la température du four atteint 130°C pour l'exemple 5 et 170°C pour l'exemple 6.
Dans les 2 cas, cette inflammation de l'allumeur est suivie d'une réaction de simple combustion du chargement de la munition, sans fragmentation ni propulsion de la structure.

Claims (9)

  1. Allumeur de sécurité (5) pour élément de munition pyrotechnique comprenant une structure (1) en forme d'enveloppe et un chargement (4) pyrotechnique solide contenu dans la structure (1), ledit allumeur (5) étant destiné à engendrer la combustion sans détonation du chargement (4) pyrotechnique lorsque l'élément de munition est soumis à un échauffement lent, caractérisé en ce que cet allumeur (5) est uniquement constitué par un bloc en composition pyrotechnique solide à base de pentrite.
  2. Allumeur de sécurité (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc en composition solide à base de pentrite est un explosif composite.
  3. Allumeur de sécurité (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc en composition pyrotechnique solide à base de pentrite se présente sous forme d'un cylindre de révolution ayant un diamètre compris entre 2mm et 50mm.
  4. Elément de munition pyrotechnique comprenant une structure (1) en forme d'enveloppe, un chargement (4) pyrotechnique solide contenu dans la structure (1), un dispositif (3) de déconfinement de la structure (1) et un allumeur de sécurité (5) permettant d'engendrer la combustion sans détonation du chargement (4) pyrotechnique lorsque l'élément de munition est soumis à un échauffement lent, caractérisé en ce que l'allumeur de sécurité (5) est un allumeur selon la revendication 1.
  5. Elément de munition pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le chargement (4) pyrotechnique solide contenu dans la structure (1) est un chargement explosif.
  6. Elément de munition pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le chargement (4) pyrotechnique solide contenu dans la structure (1) est un chargement propulsif.
  7. Elément de munition pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'allumeur de sécurité (5) est situé à proximité du dispositif (3) de déconfinement de la structure (1).
  8. Elément de munition pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'allumeur de sécurité (5) est au moins partiellement noyé dans le chargement (4) pyrotechnique solide.
  9. Procédé permettant d'engendrer la combustion sans détonation d'un chargement (4) pyrotechnique solide contenu dans la structure (1) en forme d'enveloppe d'un élément de munition pyrotechnique lorsque celui-ci est soumis à un échauffement lent, ledit élément de munition comportant un dispositif (3) de déconfinement de la structure (1) et un allumeur de sécurité (5) qui, lors de l'échauffement lent, réagit par simple combustion à une température inférieure à la température de réaction du chargement (4) pyrotechnique puis engendre la combustion sans détonation du chargement (4) pyrotechnique, caractérisé en ce que l'allumeur de sécurité (5) est un allumeur selon la revendication 1.
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