EP0962742B1 - Dispositif de découpe de pièces non metalliques au moyen d'un tube à expansion pyrotechnique - Google Patents
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- EP0962742B1 EP0962742B1 EP99401321A EP99401321A EP0962742B1 EP 0962742 B1 EP0962742 B1 EP 0962742B1 EP 99401321 A EP99401321 A EP 99401321A EP 99401321 A EP99401321 A EP 99401321A EP 0962742 B1 EP0962742 B1 EP 0962742B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B15/00—Self-propelled projectiles or missiles, e.g. rockets; Guided missiles
- F42B15/36—Means for interconnecting rocket-motor and body section; Multi-stage connectors; Disconnecting means
- F42B15/38—Ring-shaped explosive elements for the separation of rocket parts
Definitions
- the invention relates to a cutting device using a pyrotechnic expansion tube for cut at least one piece, along a cutting line given.
- Such a device can in particular be used in the aeronautics and space industries, for order in a very short time the separation of two structural elements, while ensuring transmission sometimes significant efforts between these two elements, before cutting is done.
- pyrotechnic expansion tube designates a waterproof and deformable metal tube, in which walks a detonating cord.
- Soft material such as silicone rubber is interposed between the detonating cord and envelope.
- the envelope Before firing, the envelope has an oblong section, for example shaped like an ellipse or flattened circle.
- the shock wave which propagates at very high speed the along the tube distorts the envelope and tends to give it a substantially circular section.
- a cutting device pyrotechnic including an expansion tube pyrotechnic is used to cut pieces metal.
- it is mounted in a space formed between two metal parts or between two parts of the same metal part.
- the room (s) to cut are pre-machined, so that present an area of reduced thickness according to each desired cutting line. Expansion of the envelope caused by the firing of the detonating cord translated by cutting the part (s) according to the cutting line corresponding to the machined area.
- Cutting devices of one or two pieces metallic by means of an expansion tube are described in particular in the documents US-A-3 486 410, US-A-3 453 960, US-A-3 698 281, FR-A-2 598,796 and EP-A-0 273 061.
- the structural elements used in the aeronautics and space industries are made of more and more frequently in materials not metal.
- the materials used are often composite materials, i.e. materials formed from long fibers arranged in layers superimposed according to preferential orientations, embedded in a resin matrix.
- the machining of a zone of less thickness in a non-metallic material, and especially in a composite material, currently essential to locate and limit cutting produced by the pyrotechnic expansion tube, is not acceptable in non-metallic material, especially of the composite type. Indeed, such machining would unacceptably diminish the mechanical characteristics of the part before its cutting, by cutting the long fibers which provide these characteristics.
- the cutting of a non-material metallic, in particular of the composite type, by means of a cutting device may cause significant environmental pollution as well as significant reduction in the mechanical characteristics of adjoining structures. This decrease would in particular for the origin of the so-called phenomena of "delamination", that is to say a separation of the layers of fibers near the cutting line.
- the subject of the invention is precisely a pyrotechnic cutting device, allowing cut non-metallic parts directly, and in particular parts made of composite material, by means a pyrotechnic expansion tube, preserving the mechanical properties of these parts before and after their cutting, and limiting the pollution generated during the cut.
- a cutting device pyrotechnic including an expansion tube pyrotechnic mounted in a space between two parts and delimited by at least one spacer connecting these two pieces, so as to cut at least one of the pieces along at least one cutting line when the tube is used, characterized in that each piece to be cut is made of non-metallic material, a buttress being fixed thereon, opposite and in face of the spacer, so that an edge of the buttress extends along the cutting line.
- a relatively cut clean and well located is thus ensured, without machining of parts.
- the mechanical strength of parts before cutting is not called into question.
- the sharpness of the cut preserves the integrity of parts after cutting and severely limits the pollution.
- the device according to the invention allows to significantly lighten the assemblies not metal which must be cut with a pyrotechnic expansion tube.
- the device according to the invention allows to significantly reduce the shock generated during cutting, compared to that which is generated when cutting parts metal.
- each buttress is substantially dimensionally stable.
- each buttress is made of a deformable material.
- a holding member made of a material deformable is preferably attached to each part to cut, opposite and opposite the expansion tube pyrotechnic.
- the holding member then comprises a edge which extends along the cutting line and extends away from this edge.
- these two members can be made of the same material as the part to be cut and this material is advantageously a composite material formed from long fiber layers embedded in a resin matrix. The whole is then made directly by draping, during manufacturing of the room.
- the parts and the spacer can be made of the same material not metallic, in monolithic form.
- the pyrotechnic expansion tube is then integrated into the assembly during the manufacture of the parts.
- the spacer can be fixed between the parts by fixing means such as bolts passing through them.
- the other room is a substantially non-deformable support piece, connected to the part to be cut by one or two spacers.
- the space in which is housed the pyrotechnic expansion tube is delimited by two spacers and a buttress is placed on each pieces to be cut, opposite a first of spacers.
- the two parts form then the skins of a first sandwich structure including a soul
- the two buttresses form the skins of a second sandwich structure, including also a soul.
- Terminal parts of parts forming the skins of the first sandwich structure then enter the second sandwich structure, between the buttresses and the second spacer.
- the second spacer is fixed between the pieces in a preferred location away from the pyrotechnic expansion tube.
- the reference 10 designates a part made of a non-metallic material, as desired cut along a cutting line 12.
- the material not metal in which the part 10 is formed can be of different natures, without departing from the framework of the invention.
- a preferred application is for the case where this material is a composite material, formed of long fiber layers embedded in a matrix of resin.
- such parts can be obtained by draping resin-impregnated fiber sheets thermosetting, then polymerization of the resin.
- the part 10 to be cut can be of various forms, without departing from the framework of the invention.
- the part 10 is in the form of a plate of substantially uniform thickness. This plate can be flat, curved, or have any other shape suitable for the intended application.
- the cutting device according to the invention is generally designated by reference 14.
- This cutting device comprises in this case a tube 16 with pyrotechnic expansion, a support piece 18 and a spacer 20 (these two last pieces can be separated, or made in one piece, as shown).
- the pyrotechnic expansion tube 16 is performed in the same way as in the devices applied to the cutting of metal parts. However, it has a reduced dimension adapted the nature of the material constituting the part 10 to cut, so as to generate a shock wave significantly less than in the cutting of metal parts. A description detail of the pyrotechnic expansion tube 16 is not therefore not necessary.
- the expansion tube 16 pyrotechnic includes a metal casing 22 waterproof and deformable, a detonating cord 24 housed at inside the envelope 22, as well as a material flexible 26 interposed between the detonating cord 24 and the envelope 22.
- the flexible material 26 has in particular for function to center the detonating cord inside of the envelope. As an example, it can be carried out made of silicone rubber.
- the envelope 22 Before firing, the envelope 22 has an oblong section, by example in the shape of a flattened circle or oval, like illustrated in Figure 1.
- the pyrotechnic expansion tube 16 is received in a space 28 formed between the part 10 to be cut and the support piece 18, this space 28 being delimited by a side by a face 21 of the spacer 20. More specifically, the longer section of the envelope 22 is oriented parallel to the direction defined by the part 10 to be cut.
- the support piece 18 and the spacer 20 form a single part, distinct from part 10 to cut.
- This unique piece is fixed on the piece to cut by fastening means such as bolts (not shown) whose location is illustrated schematically by the dashed line 30.
- the nature and thickness of the materials constituting the support piece 18 and the spacer 20 are such that these two pieces are practically undeformable during the implementation of the tube 16 to pyrotechnic expansion. This result is obtained either in using non-deformable thickness materials limited, such as metals, either by using relatively soft but stronger materials thickness, such as non-metallic materials, as illustrated in Figure 1. In the latter case, it should be noted that as a variant, the support piece 18 as well as the spacer 20 can be made of a in one piece with piece 10 to be cut. The means of fixing such that the bolts 30 are no longer required.
- the face of the support piece 18 facing part 10 to be cut constitutes a substantially non-deformable surface, generally parallel to part 10 and on which the tube 16 with pyrotechnic expansion, when fire of the detonating cord 24. Consequently, the expansion of the envelope 22 is carried out entirely in the direction of part 10 to be cut.
- the face 21 of the spacer 20 facing space 28 is aligned with the line of cutout 12 of part 10.
- the thickness of the tube 16 to pyrotechnic expansion is substantially equal to the clearance mounting, at the width of the space 28, between the part 10 to be cut and the supporting part 18.
- One element (not shown) can be attached to the part support 18, or formed directly on this part so to close the space 28 opposite the spacer 20, if this is necessary to prevent the escape of the tube 16.
- a buttress 40 is fixed on the part 10 to be cut, opposite the spacer 20 and opposite to it.
- This buttress 40 is in the form of a plate one edge 42 of which extends along the cutting line 12 of Exhibit 10.
- the buttress 40 is substantially dimensionally stable.
- the undeformable nature of the buttress can be obtained either by using a material not relatively thick metal, as shown, either using lesser metallic material thickness.
- the fixing means (not shown) including the location is illustrated by the dashed line 30 provide effective support of the buttress 40 against the part 10, near the cutting line 12.
- the presence of the buttress 40 ensures localized and precise cutting, acting on the way of an anvil on which the piece rests 10 to cut.
- the resulting shock wave causes the expansion of the envelope 22, which tends to take a section substantially circular. Since tube 16 to pyrotechnic expansion is supported on a part 18 substantially undeformable, its expansion occurs essentially in the direction of the part 10 to be cut. It is therefore applied entirely to part 10. Since it is supported on the buttress 40 in its part located opposite the spacer 20, the expansion of the tube 16 therefore has the effect of cutting the piece 10 precisely, along the line of cutout 12 defined previously.
- FIG. 2 a variant is shown of the first embodiment of the invention which has just been described with reference to FIG. 1.
- This variant relates to the case where the pyrotechnic cutting 14 is used to cut simultaneously two pieces 10, substantially parallel to each other, delimiting between them a space 28.
- the space 28 is closed, opposite to the spacer 20, for example by a second spacer 36.
- the spacer 36 is fixed to the parts 10 by fixing means such as bolts (not shown), the location of which is illustrated schematically by the dashed line 38 in FIG. 2.
- the spacer 36 can be done in one piece with both parts 10 or replaced by the direct junction of these two rooms, then joined to each other.
- a buttress 40 is fixed on the outer face of each of the parts 10, opposite the spacer 20. More specifically, an edge 42 of each of the buttresses 40 is aligned with the cutting line 12 provided in each of the pieces 10 and, therefore, with the face 21 of the spacer 20, facing the space 28.
- the location of the cut along the cut lines 12 is all the more efficient than the parts of parts 10 which are in contact with the pyrotechnic expansion tube 16 flex easily outward when pivoting around their anchor point schematically by dashed lines 38 in FIG. 2.
- the fixing parts 10 on spacer 36 must be as far away as possible from the tube 16 and the lines of cutout 12 provided in the parts.
- the buttresses 40 are substantially non-deformable, as in the embodiment described above in se referring to figure 1.
- FIG 3 there is shown schematically a second embodiment of a pyrotechnic cutting device 14 in accordance with the invention.
- the Figure 3 illustrates the simplest case where cutting relates to a single room 10. The general arrangement is therefore comparable to that described above with reference to Figure 1, so that a detailed description of the various parts which in this case constitute the cutting device 14 is not necessary.
- a first difference lies in the fact that instead of being substantially non-deformable, the buttress 40 is deformable and produced in a material preferably identical or very close to the non-metallic material in which the piece 10 to be cut.
- the buttress 40 can be obtained by draping additional layers fibers impregnated with thermosetting resin. The buttress is then linked to part 10 over its entire surface adjacent to it, during the manufacture of the room.
- the orientation of the fibers in the buttress 40 may be significantly different from that of the fibers located in part 10, to hold account of the specific function of the buttress 40.
- the fibers placed in the buttress 40 are advantageously intertwined to ensure recovery radial forces applied to them, during the implementation of the pyrotechnic expansion tube 10.
- the fibers placed in part 10 are generally oriented mainly in the direction longitudinal, to ensure the transmission of efforts applied to them mainly in this direction.
- an organ of holding 44 is also fixed on the part 10, to the opposite of the pyrotechnic expansion tube 16 and in face of it.
- the holding member 44 includes a edge 46 which extends along the cutting line 12. This edge 46 is practically in contact with edge 42 of the buttress 40.
- the holding member 44 is made in one deformable material; in order to follow the deformation of the part 10 during its cutting ordered by the setting tube pyrotechnic expansion tube 16, and it extends a certain distance away from its edge 46.
- the holding member 44 is advantageously made of a material similar to that in which is formed the part 10 to be cut. In case this last one is made of composite material, the support 44 can therefore be integrated directly into the part during its manufacture, in the same way as the buttress 40 in the embodiment illustrated on Figure 3.
- the maintenance member 44 has the functions of maintain the integrity of the corresponding part of the part 10 and absorb the shock when cutting. he therefore makes it possible to further improve the cleanliness of the cutting.
- the holding member 44 preserves the integrity of the adjacent part of the part 10 after cutting, by opposing its delamination.
- Figure 4 there is shown a device of pyrotechnic cutting comparable to that which comes to be described with reference to Figure 3, applied to the simultaneous cutting of two pieces 10.
- the holding members 44 associated with the pieces 10 to be cut are fixed on a spacer 36 by fixing means such as bolts (not shown) whose location is illustrated by the dashed lines 38, respecting the same conditions as those described previously referring to Figure 2. More precisely, the attachment of parts 10 and organs holding 44 on the spacer 36 is made in one location 38 relatively distant from the tube 16 and the cutting lines 12 adjacent to the spacer 20 and at the buttresses 40. This characteristic facilitates the bending of the parts 10 by pivoting around the means aforementioned fixing, necessary for a good cut by shearing the two pieces along the spacer 20 and buttresses 40.
- the parts 10 can take a wide variety of forms, outside the area of junction in which the device is located cutting.
- the two parts 10 can remain parallel to each other and be connected by a structure honeycomb 48, for example honeycomb.
- the parts 10 then constitute the skins of a structure sandwich whose soul is formed by the structure alveolar 48.
- the parts 10 can also be connected to each other to form a structure monobloc, outside the junction area materialized by the device 14.
- the spacers 20 and 36 can optionally do integral parts of these parts 10.
- the two pieces 10 to be cut form the skins of a first sandwich structure 50, the core of which consists of a cellular material 48, by honeycomb example.
- the expansion tube 16 pyrotechnic is housed in a space 28, devoid of cellular material, formed near one of the edges of the sandwich structure 50.
- a spacer 36 delimits the space 28, on the side of the cellular material 48. This spacer 36 is fixed between the parts 10 by fixing means such as bolts (not shown) whose location 38 is also far as possible from the pyrotechnic expansion tube 16.
- the second structure sandwich 52 includes two skins 40, a core 56 in one cellular material, for example honeycomb, and a spacer 20 replacing the core 56 along the edge of this structure adjoining the first structure sandwich 50.
- the end parts of the two parts 10 penetrate between the skins 40 and the spacer 20 and fixing means such as bolts (not shown) connect the stack thus formed by the skins 40, the parts 10 and the spacer 20.
- fixing means such as bolts (not shown) connect the stack thus formed by the skins 40, the parts 10 and the spacer 20.
- These means are located at a location 30 also as close as possible to the edges 42 of the skins 40 and the face 21 of the spacer 20 facing the space 28. From plus, the edges 42 and the face 21 are aligned according to the cutting lines 12 provided in parts 10.
- the skins 40 of the second sandwich structure 52 perform the same function as the buttresses in the embodiments described above. It is why they were designated by the same digital references.
- the cutting device pyrotechnic 14 allows, in all the cases, a direct cutting of one or two pieces in non-metallic material, and in particular of material composite, according to one or more sharp cutting lines and well located, in clean conditions generally satisfactory.
- the lines of cutout 12 can either be aligned with the same spacer 20, as shown, be aligned with each of the spacers 20 and 36.
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Description
L'invention concerne un dispositif de découpe
utilisant un tube à expansion pyrotechnique pour
découper au moins une pièce, selon une ligne de découpe
donnée.
Un tel dispositif peut notamment être utilisé
dans les industries aéronautique et spatiale, pour
commander en un temps très bref la séparation de deux
éléments structurels, tout en assurant la transmission
d'efforts parfois importants entre ces deux éléments,
avant que la découpe ne soit effectuée.
Lorsque deux structures métalliques, entre
lesquelles passent des efforts, doivent être séparées
de façon irréversible, en un temps très bref et au
moyen d'une commande à distance, on utilise couramment
des dispositifs de découpe pyrotechnique intégrés dans
la zone de jonction entre les deux structures.
Lorsqu'on désire effectuer une découpe propre,
c'est-à-dire avec une libération de poussières aussi
réduite que possible, on utilise généralement un
dispositif de découpe incluant un tube à expansion
pyrotechnique.
L'expression "tube à expansion pyrotechnique"
désigne un tube métallique étanche et déformable, dans
lequel chemine un cordeau détonant. Un matériau souple
tel que du caoutchouc silicone est interposé entre le
cordeau détonant et l'enveloppe. Avant la mise à feu,
l'enveloppe présente une section oblongue, par exemple
en forme d'ellipse ou de cercle aplati.
Lorsque le cordeau détonant est mis à feu,
l'onde de choc qui se propage à très grande vitesse le
long du tube déforme l'enveloppe et tend à lui donner
une section sensiblement circulaire.
Habituellement, un dispositif de découpe
pyrotechnique incluant un tube à expansion
pyrotechnique est utilisé pour découper des pièces
métalliques. A cet effet, il est monté dans un espace
formé entre deux pièces métalliques ou entre deux
parties d'une même pièce métallique. La ou les pièces à
découper sont préalablement usinées, de façon à
présenter une zone d'épaisseur réduite selon chaque
ligne de découpe désirée. L'expansion de l'enveloppe
provoquée par la mise à feu du cordeau détonant se
traduit par la découpe de la ou des pièces selon la
ligne de découpe correspondant à la zone usinée.
Des dispositifs de découpe d'une ou deux pièces
métalliques au moyen d'un tube à expansion
pyrotechnique sont décrits notamment dans les documents
US-A-3 486 410, US-A-3 453 960, US-A-3 698 281, FR-A-2
598 796 et EP-A-0 273 061.
Les éléments structurels utilisés dans les
industries aéronautique et spatiale sont réalisés de
plus en plus fréquemment en des matériaux non
métalliques. En particulier, les matériaux utilisés
sont souvent des matériaux composites, c'est-à-dire des
matériaux formés de fibres longues disposées en nappes
superposées selon des orientations préférentielles,
noyées dans une matrice de résine.
Lorsque de tels matériaux non métalliques sont
utilisés, il n'est actuellement pas possible de les
découper directement au moyen d'un tube à expansion
pyrotechnique comme on a l'habitude de le faire dans le
cas des structures métalliques.
En premier lieu, l'usinage d'une zone de
moindre épaisseur dans un matériau non métallique, et
notamment dans un matériau composite, actuellement
indispensable pour localiser et limiter la découpe
produite par le tube à expansion pyrotechnique, n'est
pas acceptable dans un matériau non métallique,
notamment de type composite. En effet, un tel usinage
conduirait à amoindrir de façon inacceptable les
caractéristiques mécaniques de la pièce avant sa
découpe, en coupant les fibres longues qui lui
procurent ces caractéristiques.
Par ailleurs, la découpe d'un matériau non
métallique, notamment de type composite, au moyen d'un
dispositif de découpe risquerait d'engendrer une
pollution importante de l'environnement ainsi qu'une
diminution sensible des caractéristiques mécaniques des
structures attenantes. Cette diminution aurait
notamment pour origine des phénomènes dits de
"délaminage", c'est-à-dire un décollement des nappes de
fibres à proximité de la ligne de découpe.
Pour ces différentes raisons, lorsqu'un
dispositif de découpe pyrotechnique doit être intégré
actuellement dans une structure non métallique, on
interpose entre les deux éléments structurels à séparer
une structure métallique dont on commande la découpe à
l'aide d'un tube à expansion pyrotechnique. En d'autres
termes, la séparation est assurée en découpant une ou
plusieurs pièces métalliques rapportées sur les
ensembles structurels en matériau non métallique que
l'on désire séparer.
Cet agencement classique complique la structure
et en augmente le coût.
Par ailleurs, il va à l'encontre de l'un des
avantages essentiels procurés par les matériaux non
métalliques qui est le gain de masse. En effet,
l'adjonction de pièces métalliques dans la zone de
liaison entre les deux ensembles structurels à séparer
se traduit par un accroissement non négligeable de la
masse. Cet accroissement de masse a notamment pour
origines le caractère métallique des pièces ajoutées et
la présence indispensable d'organes de fixation
assurant la liaison entre les pièces métalliques et les
pièces non métalliques. Il s'agit d'un inconvénient
particulièrement pénalisant dans certaines applications
telles que l'industrie spatiale.
En outre, la découpe pyrotechnique de pièces
métalliques impose d'engendrer un choc relativement
important. Ce choc est appliqué sur les appareils et
instruments parfois très sensibles qui se trouvent à
proximité. Au contraire, les caractéristiques
mécaniques très différentes des matériaux non
métalliques permettraient, si leur découpe directe
était possible, de réaliser la séparation en engendrant
un choc sensiblement moindre. Cela constituerait un
avantage pour les appareils et instruments embarqués.
L'invention a précisément pour objet un
dispositif de découpe pyrotechnique, permettant de
découper directement des pièces non métalliques, et
notamment des pièces en matériau composite, au moyen
d'un tube à expansion pyrotechnique, en préservant les
propriétés mécaniques de ces pièces avant et après leur
découpe, et en limitant la pollution engendrée lors de
la découpe.
Conformément à l'invention, ce résultat est
obtenu au moyen d'un dispositif de découpe
pyrotechnique comprenant un tube à expansion
pyrotechnique monté dans un espace ménagé entre deux
pièces et délimité par au moins une entretoise reliant
ces deux pièces, de façon à découper au moins l'une des
pièces selon au moins une ligne de découpe lorsque le
tube est mis en oeuvre, caractérisé par le fait que
chaque pièce à découper est en matériau non métallique,
un contrefort étant fixé sur celle-ci, à l'opposé et en
face de l'entretoise, de telle sorte qu'un bord du
contrefort s'étende le long de la ligne de découpe.
Le contrefort qui est fixé à l'extérieur de la
pièce à découper, en face de l'entretoise, agit à la
manière d'une enclume contre laquelle prend appui la
partie correspondante de la pièce, lors de la mise à
feu du cordeau détonant. Une découpe relativement
propre et bien localisée est ainsi assurée, sans
usinage des pièces. De ce fait, la tenue mécanique des
pièces avant la découpe n'est pas remise en cause. De
plus, la netteté de la découpe préserve l'intégrité des
pièces après leur découpe et limite fortement la
pollution.
En rendant possible la découpe directe de
matériaux non métalliques, et notamment de matériaux
composites, le dispositif selon l'invention permet
d'alléger très sensiblement les ensembles non
métalliques qui doivent être découpés à l'aide d'un
tube à expansion pyrotechnique. De plus, le dispositif
selon l'invention permet de réduire sensiblement le
choc engendré lors de la découpe, par rapport à celui
qui est engendré lors de la découpe de pièces
métalliques.
Dans une première forme de réalisation de
l'invention, chaque contrefort est sensiblement
indéformable.
Au contraire, dans une deuxième forme de
réalisation de l'invention, chaque contrefort est
réalisé en un matériau déformable.
Afin de préserver encore mieux l'intégrité de
la pièce découpée et notamment de s'opposer à son
délaminage dans le cas d'une pièce en matériau
composite, un organe de maintien en un matériau
déformable est, de préférence, fixé sur chaque pièce à
découper, à l'opposé et en face du tube à expansion
pyrotechnique. L'organe de maintien comprend alors un
bord qui s'étend selon la ligne de découpe et se
prolonge en éloignement de ce bord.
Lorsque le dispositif comprend à la fois un
contrefort et un organe de maintien, ces deux organes
peuvent être réalisés dans le même matériau que la
pièce à découper et ce matériau est avantageusement un
matériau composite formé de nappes de fibres longues
noyées dans une matrice de résine. L'ensemble est alors
réalisé directement par drapage, lors de la fabrication
de la pièce.
Par ailleurs, les pièces et l'entretoise
peuvent être réalisées dans le même matériau non
métallique, sous forme monolithique. En d'autres
termes, le tube à expansion pyrotechnique est alors
intégré à l'ensemble lors de la fabrication des pièces.
A l'inverse, l'entretoise peut être fixée entre
les pièces par des moyens de fixation tels que des
boulons traversant celles-ci.
Toutes les formes et variantes de réalisation
de l'invention sont applicables à la fois lorsqu'une
seule des deux pièces est à découper et lorsque les
deux pièces doivent être découpées.
Dans le premier cas, l'autre pièce est une
pièce d'appui sensiblement indéformable, reliée à la
pièce à découper par une ou deux entretoises.
Dans le second cas, l'espace dans lequel est
logé le tube à expansion pyrotechnique est délimité par
deux entretoises et un contrefort est placé sur chacune
des pièces à découper, en face d'une première des
entretoises.
Dans une forme de réalisation particulièrement
avantageuse de l'invention, les deux pièces forment
alors les peaux d'une première structure sandwich
incluant une âme, et les deux contreforts forment les
peaux d'une deuxième structure sandwich, incluant
également une âme. Des parties terminales des pièces
formant les peaux de la première structure sandwich
pénètrent alors dans la deuxième structure sandwich,
entre les contreforts et la deuxième entretoise.
Dans ce cas, la deuxième entretoise est fixée
entre les pièces en un emplacement de préférence
éloigné du tube à expansion pyrotechnique.
On décrira à présent, à titre d'exemples non
limitatifs, différentes formes de réalisation de
l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans
lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe qui représente schématiquement une première forme de réalisation du dispositif de découpe pyrotechnique conforme à l'invention, selon laquelle le contrefort est sensiblement indéformable, dans le cas où une seule pièce non métallique doit être découpée ;
- la figure 2 est une vue en coupe schématique représentant une variante de réalisation du dispositif de découpe de la figure 1, appliquée à la découpe simultanée de deux pièces non métalliques ;
- la figure 3 est une vue en coupe schématique comparable à la figure 1, illustrant une deuxième forme de réalisation de l'invention, selon laquelle le contrefort est déformable, dans le cas où le dispositif comprend de plus un organe de maintien ;
- la figure 4 est une vue en coupe schématique représentant une variante de réalisation du dispositif de découpe de la figure 3, appliqué la découpe simultanée de deux pièces non métalliques ; et
- la figure 5 est une vue en coupe schématique illustrant une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle deux pièces à découper et deux contreforts forment respectivement les peaux de deux structures sandwich que l'on désire pouvoir séparer.
Sur la figure 1, la référence 10 désigne une
pièce en un matériau non métallique, que l'on désire
découper selon une ligne de découpe 12. Le matériau non
métallique dans lequel est formée la pièce 10 peut être
de différentes natures, sans sortir du cadre de
l'invention. Une application préférée concerne le cas
où ce matériau est un matériau composite, formé de
nappes de fibres longues noyées dans une matrice de
résine. Comme cela est bien connu de l'homme du métier,
de telles pièces peuvent être obtenues par drapage de
nappes de fibres imprégnées de résine
thermodurcissable, puis polymérisation de la résine.
Par ailleurs, la pièce 10 à découper peut être
de formes diverses, sans sortir du cadre de
l'invention. Dans le cas illustré sur la figure 1, la
pièce 10 se présente sous la forme d'une plaque
d'épaisseur sensiblement uniforme. Cette plaque peut
être plane, incurvée, ou présenter toute autre forme
adaptée à l'application envisagée.
Les observations qui viennent d'être faites à
propos de la pièce 10 s'appliquent également à la ligne
de découpe 12. En d'autres termes, la découpe de la
pièce 10 peut se faire selon une ligne droite, courbe
ou autre, sans sortir du cadre de l'invention.
Sur la figure 1, le dispositif de découpe
conforme à l'invention est désigné de façon générale
par la référence 14. Ce dispositif de découpe comprend
dans ce cas un tube 16 à expansion pyrotechnique, une
pièce d'appui 18 et une entretoise 20 (ces deux
dernières pièces peuvent être séparées, ou réalisées
d'un seul tenant, comme on l'a représenté).
Le tube 16 à expansion pyrotechnique est
réalisé de la même manière que dans les dispositifs
appliqués à la découpe de pièces métalliques.
Cependant, il présente un dimensionnement réduit adapté
à la nature du matériau constituant la pièce 10 à
découper, de façon à engendrer une onde de choc
sensiblement moindre que dans les dispositifs de
découpe de pièces métalliques. Une description
détaillée du tube 16 à expansion pyrotechnique n'est
donc pas nécessaire.
Pour faciliter la compréhension, il est
simplement rappelé que le tube 16 à expansion
pyrotechnique comprend une enveloppe métallique 22
étanche et déformable, un cordeau détonant 24 logé à
l'intérieur de l'enveloppe 22, ainsi qu'un matériau
souple 26 interposé entre le cordeau détonant 24 et
l'enveloppe 22. Le matériau souple 26 a notamment pour
fonction de centrer le cordeau détonant à l'intérieur
de l'enveloppe. A titre d'exemple, il peut être réalisé
en caoutchouc silicone. Avant la mise à feu,
l'enveloppe 22 présente une section oblongue, par
exemple en forme de cercle aplati ou d'ovale, comme
l'illustre la figure 1.
Le tube 16 à expansion pyrotechnique est reçu
dans un espace 28 formé entre la pièce 10 à découper et
la pièce d'appui 18, cet espace 28 étant délimité d'un
côté par une face 21 de l'entretoise 20. Plus
précisément, la section de plus grande longueur de
l'enveloppe 22 est orientée parallèlement à la
direction définie par la pièce 10 à découper.
Dans la forme de réalisation illustrée sur la
figure 1, la pièce d'appui 18 et l'entretoise 20
forment une pièce unique, distincte de la pièce 10 à
découper. Cette pièce unique est fixée sur la pièce à
découper par des moyens de fixation tels que des
boulons (non représentés) dont l'emplacement est
illustré schématiquement par le trait mixte 30.
La nature et l'épaisseur des matériaux
constituant la pièce d'appui 18 et l'entretoise 20 sont
telles que ces deux pièces soient pratiquement
indéformables lors de la mise en oeuvre du tube 16 à
expansion pyrotechnique. Ce résultat est obtenu soit en
utilisant des matériaux indéformables d'épaisseur
limitée, tels que des métaux, soit en utilisant des
matériaux relativement souples mais de plus forte
épaisseur, tels que des matériaux non métalliques,
comme on l'a illustré sur la figure 1. Dans ce dernier
cas, il est à noter qu'en variante, la pièce d'appui 18
ainsi que l'entretoise 20 peuvent être réalisées d'un
seul tenant avec la pièce 10 à découper. Les moyens de
fixation tels que les boulons 30 ne sont alors plus
nécessaires.
Dans tous les cas, la face de la pièce d'appui
18 tournée vers la pièce 10 à découper constitue une
surface sensiblement indéformable, généralement
parallèle à la pièce 10 et sur laquelle prend appui le
tube 16 à expansion pyrotechnique, lors de la mise à
feu du cordeau détonant 24. Par conséquent, l'expansion
de l'enveloppe 22 s'effectue en totalité en direction
de la pièce 10 à découper.
Par ailleurs, la face 21 de l'entretoise 20
tournée vers l'espace 28 est alignée avec la ligne de
découpe 12 de la pièce 10.
Il est à noter que l'épaisseur du tube 16 à
expansion pyrotechnique est sensiblement égale, au jeu
de montage près, à la largeur de l'espace 28, entre la
pièce 10 à découper et la pièce d'appui 18. Un élément
(non représenté) peut être rapporté sur la pièce
d'appui 18, ou formé directement sur cette pièce afin
de fermer l'espace 28 à l'opposé de l'entretoise 20, si
cela est nécessaire pour empêcher l'échappement du tube
16.
Conformément à l'invention, un contrefort 40
est fixé sur la pièce 10 à découper, en face de
l'entretoise 20 et à l'opposé de celle-ci. Ce
contrefort 40 se présente sous la forme d'une plaque
dont un bord 42 s'étend selon la ligne de découpe 12 de
la pièce 10.
Dans la forme de réalisation illustrée sur la
figure 1, le contrefort 40 est sensiblement
indéformable. Le caractère indéformable du contrefort
peut être obtenu soit en utilisant un matériau non
métallique relativement épais, comme on l'a représenté,
soit en utilisant un matériau métallique de moindre
épaisseur.
Les moyens de fixation (non représentés) dont
l'emplacement est illustré par le trait mixte 30
assurent un maintien efficace du contrefort 40 contre
la pièce 10, à proximité de la ligne de découpe 12.
La présence du contrefort 40 permet d'assurer
une découpe localisée et précise, en agissant à la
manière d'une enclume sur laquelle prend appui la pièce
10 à découper.
Lorsque le cordeau détonant 24 est mis à feu,
l'onde de choc qui en découle provoque l'expansion de
l'enveloppe 22, qui tend à prendre une section
sensiblement circulaire. Etant donné que le tube 16 à
expansion pyrotechnique est en appui sur une pièce 18
sensiblement indéformable, son expansion se produit
essentiellement en direction de la pièce 10 à découper.
Elle est donc appliquée en totalité sur la pièce 10.
Etant donné que celle-ci est en appui sur le contrefort
40 dans sa partie située en face de l'entretoise 20,
l'expansion du tube 16 a donc pour effet de découper la
pièce 10 de façon précise, le long de la ligne de
découpe 12 définie préalablement.
On réalise ainsi une découpe nette et
parfaitement localisée de la pièce 10 en matériau non
métallique. De plus, cette découpe est relativement
propre.
Il est à noter que la découpe s'effectue pour
l'essentiel par cisaillement, ce qui limite la
pollution. De plus, une telle découpe par cisaillement
nécessite une énergie pyrotechnique relativement faible
dans le cas d'un matériau non métallique et notamment
d'un matériau composite.
Sur la figure 2, on a représenté une variante
de la première forme de réalisation de l'invention qui
vient d'être décrite en se référant à la figure 1.
Cette variante concerne le cas où le dispositif de
découpe pyrotechnique 14 est utilisé pour découper
simultanément deux pièces 10, sensiblement parallèles
l'une à l'autre, délimitant entre elles un espace 28.
Dans ce cas, l'espace 28 est fermé, à l'opposé de
l'entretoise 20, par exemple par une deuxième
entretoise 36. L'entretoise 36 est fixée aux pièces 10
par des moyens de fixation tels que des boulons (non
représentés), dont l'emplacement est illustré
schématiquement par le trait mixte 38 sur la figure 2.
Il est à noter qu'en variante, l'entretoise 36
peut être réalisée d'un seul tenant avec les deux
pièces 10 ou remplacée par la jonction directe de ces
deux pièces, alors accolées l'une à l'autre.
Dans la variante de réalisation de la figure 2,
un contrefort 40 est fixé sur la face extérieure de
chacune des pièces 10, en face de l'entretoise 20. Plus
précisément, un bord 42 de chacun des contreforts 40
est aligné avec la ligne de découpe 12 prévue dans
chacune des pièces 10 et, par conséquent, avec la face
21 de l'entretoise 20, tournée vers l'espace 28.
Il est à noter que la localisation de la
découpe le long des lignes de découpe 12 est d'autant
plus efficace que les parties des pièces 10 qui sont en
contact avec le tube 16 à expansion pyrotechnique
fléchissent aisément vers l'extérieur en pivotant
autour de leur point d'ancrage schématisé par les
traits mixtes 38 sur la figure 2. A cet effet, la
fixation des pièces 10 sur l'entretoise 36 doit être
aussi éloignée que possible du tube 16 et des lignes de
découpe 12 prévues dans les pièces. A l'inverse, comme
dans la forme de réalisation de la figure 1, il est
souhaitable que la fixation des contreforts 40 et des
pièces 10 sur l'entretoise 20, illustrée par les traits
mixtes 30, soit aussi proche que possible des lignes de
découpe 12.
Dans le cas de la variante de la figure 2, les
contreforts 40 sont sensiblement indéformables, comme
dans la forme de réalisation décrite précédemment en se
référant à la figure 1.
Sur la figure 3, on a représenté
schématiquement une deuxième forme de réalisation d'un
dispositif de découpe pyrotechnique 14 conforme à
l'invention. Comme dans le cas de la figure 1, la
figure 3 illustre le cas le plus simple où la découpe
concerne une seule pièce 10. L'agencement général est
donc comparable à celui qui a été décrit précédemment
en se référant à la figure 1, de sorte qu'une
description détaillée des différentes pièces qui
constituent dans ce cas le dispositif de découpe 14
n'est pas nécessaire.
Une première différence réside dans le fait
qu'au lieu d'être sensiblement indéformable, le
contrefort 40 est déformable et réalisé dans un
matériau de préférence identique ou très proche du
matériau non métallique dans lequel est réalisée la
pièce 10 à découper.
Ainsi, lorsque la pièce 10 est réalisée en un
matériau composite formé de nappes de fibres longues
noyées dans une matrice de résine, le contrefort 40
peut être obtenu par drapage de couches supplémentaires
de fibres imprégnées de résine thermodurcissable. Le
contrefort est alors lié à la pièce 10 sur toute sa
surface adjacente à celle-ci, lors de la fabrication de
la pièce.
Dans ce cas, l'orientation des fibres dans le
contrefort 40 peut être sensiblement différente de
celle des fibres situées dans la pièce 10, pour tenir
compte de la fonction spécifique du contrefort 40.
Ainsi, les fibres placées dans le contrefort 40 sont
avantageusement entrecroisées afin d'assurer la reprise
des efforts radiaux qui leur sont appliqués, lors de la
mise en oeuvre du tube 10 à expansion pyrotechnique. Au
contraire, les fibres placées dans la pièce 10 sont
généralement orientées en majeure partie dans le sens
longitudinal, afin d'assurer la transmission des
efforts qui leurs sont appliqués principalement dans
cette direction.
Sur la figure 3, on a également représenté un
perfectionnement au dispositif de découpe conforme à
l'invention. Il est à noter que ce perfectionnement
peut aussi être utilisé dans la forme de réalisation et
dans la variante décrites précédemment.
Selon ce perfectionnement, un organe de
maintien 44 est également fixé sur la pièce 10, à
l'opposé du tube 16 à expansion pyrotechnique et en
face de celui-ci. L'organe de maintien 44 comprend un
bord 46 qui s'étend selon la ligne de découpe 12. Ce
bord 46 est pratiquement en contact avec le bord 42 du
contrefort 40.
L'organe de maintien 44 est réalisé en un
matériau déformable; afin de suivre la déformation de
la pièce 10 lors de sa découpe commandée par la mise en
oeuvre du tube 16 à expansion pyrotechnique, et il
s'étend sur une certaine distance à l'opposé de son
bord 46.
L'organe de maintien 44 est avantageusement
réalisé en un matériau analogue à celui dans lequel est
formée la pièce 10 à découper. Dans le cas où cette
dernière est en matériau composite, l'organe de
maintien 44 peut donc être intégré directement à la
pièce lors de sa fabrication, de la même manière que le
contrefort 40 dans la forme de réalisation illustré sur
la figure 3.
L'organe de maintien 44 a pour fonctions de
maintenir l'intégrité de la partie correspondante de la
pièce 10 et d'absorber le choc lors de la découpe. Il
permet donc d'améliorer encore la propreté de la
découpe. En particulier, dans le cas d'un matériau
composite, l'organe de maintien 44 préserve l'intégrité
de la partie adjacente de la pièce 10 après la découpe,
en s'opposant à son délaminage.
Sur la figure 4, on a représenté un dispositif
de découpe pyrotechnique comparable à celui qui vient
d'être décrit en référence à la figure 3, appliqué à la
découpe simultanée de deux pièces 10.
Dans ce cas, les organes de maintien 44
associés aux pièces 10 à découper sont fixés sur une
entretoise 36 par des moyens de fixation tels que des
boulons (non représentés) dont l'emplacement est
illustré par les traits mixtes 38, en respectant les
mêmes conditions que celles qui ont été décrites
précédemment en se référant à la figure 2. Plus
précisément, la fixation des pièces 10 et des organes
de maintien 44 sur l'entretoise 36 est faite en un
emplacement 38 relativement éloigné du tube 16 et des
lignes de découpe 12 adjacentes à l'entretoise 20 et
aux contreforts 40. Cette caractéristique facilite la
flexion des pièces 10 par pivotement autour des moyens
de fixation précités, nécessaire à une bonne découpe
par cisaillage des deux pièces le long de l'entretoise
20 et des contreforts 40.
Lorsque le dispositif de découpe 14 conforme à
l'invention assure la découpe simultanée de deux pièces
10, comme c'est le cas dans les variantes de
réalisation des figures 2 et 4, les pièces 10 peuvent
prendre des formes très variées, en dehors de la zone
de jonction dans laquelle se trouve le dispositif de
découpe.
Ainsi, comme on l'a représenté sur les figures
2 et 4, les deux pièces 10 peuvent rester parallèles
l'une à l'autre et être reliées par une structure
alvéolaire 48, par exemple en nid d'abeilles. Les
pièces 10 constituent alors les peaux d'une structure
sandwich dont l'âme est formée par la structure
alvéolaire 48.
En variante, les pièces 10 peuvent aussi être
reliées l'une à l'autre pour former une structure
monobloc, à l'extérieur de la zone de jonction
matérialisée par le dispositif 14. Dans ce cas, les
entretoises 20 et 36 peuvent éventuellement faire
parties intégrantes de ces pièces 10.
Sur la figure 5, on a représenté une autre
forme de réalisation, particulièrement avantageuse, de
l'invention. Cette forme de réalisation se distingue
des précédentes par le fait que le dispositif de
découpe 14 selon l'invention y assure la jonction de
deux structures sandwich 50 et 52, avant sa mise en
oeuvre.
Ainsi, dans la forme de réalisation de la
figure 5, les deux pièces 10 à découper forment les
peaux d'une première structure sandwich 50, dont l'âme
est constituée par un matériau alvéolaire 48, par
exemple en nid d'abeilles. Le tube 16 à expansion
pyrotechnique est logé dans un espace 28, dépourvu de
matériau alvéolaire, ménagé à proximité de l'un des
bords de la structure sandwich 50. Une entretoise 36
délimite l'espace 28, du côté du matériau alvéolaire
48. Cette entretoise 36 est fixée entre les pièces 10
par des moyens de fixation tels que des boulons (non
représentés) dont l'emplacement 38 est aussi éloigné
que possible du tube 16 à expansion pyrotechnique.
Au delà de l'espace 28 et du tube 16, des
parties terminales des deux pièces 10 pénètrent dans la
deuxième structure sandwich 52.
Plus précisément, la deuxième structure
sandwich 52 comprend deux peaux 40, une âme 56 en un
matériau alvéolaire, par exemple en nid d'abeilles, et
une entretoise 20 remplaçant l'âme 56 le long du bord
de cette structure attenant à la première structure
sandwich 50.
Les parties terminales des deux pièces 10
pénètrent entre les peaux 40 et l'entretoise 20 et des
moyens de fixation tels que des boulons (non
représentés) relient l'empilement ainsi formé par les
peaux 40, les pièces 10 et l'entretoise 20. Ces moyens
de fixation sont localisés en un emplacement 30 aussi
proche que possible des bords 42 des peaux 40 et de la
face 21 de l'entretoise 20 tournée vers l'espace 28. De
plus, les bords 42 et la face 21 sont alignés selon les
lignes de découpe 12 prévues dans les pièces 10.
Dans cette forme de réalisation de la figure 5,
les peaux 40 de la deuxième structure sandwich 52
remplissent la même fonction que les contreforts dans
les formes de réalisation décrites précédemment. C'est
pourquoi elles ont été désignées par les mêmes
références numériques.
Il est à noter que la forme de réalisation qui
vient d'être décrite en référence à la figure 5 permet
d'intégrer le tube 16 à expansion pyrotechnique dans la
structure, lors de la fabrication de celle-ci.
De façon générale, le dispositif de découpe
pyrotechnique 14 selon l'invention permet, dans tous
les cas, une découpe directe d'une ou deux pièces en
matériau non métallique, et notamment en matériau
composite, selon une ou des lignes de découpe nettes et
bien localisées, dans des conditions de propreté
généralement satisfaisantes.
Il est à noter que la découpe simultanée de
deux pièces est préférable, lorsque cela est possible,
du fait de la parfaite symétrie présentée alors par le
dispositif. En effet, l'énergie requise pour assurer la
découpe est alors minimale.
Dans tous les cas, la découpe des pièces en
matériau non métallique est assurée en préservant la
tenue mécanique de celles-ci avant la découpe du fait
de l'absence d'usinage. De plus, la découpe directe de
matériaux non métalliques se traduit par une diminution
sensible de l'énergie nécessaire à la découpe, par
rapport à la technique antérieure dans laquelle des
pièces intermédiaires métalliques étaient découpées.
Par conséquent, le choc engendré par la découpe est
très sensiblement réduit, ce qui constitue un avantage
important vis-à-vis des installations et équipements
éventuellement embarqués à proximité du dispositif.
Enfin, lorsque le dispositif comprend deux
paires de pièces (figures 2 et 4), les lignes de
découpe 12 peuvent être soit alignées avec la même
entretoise 20, comme on l'a représenté, soit alignées
avec chacune des entretoises 20 et 36.
Claims (11)
- Dispositif de découpe pyrotechnique comprenant un tube (16) à expansion pyrotechnique monté dans un espace (28) ménagé entre deux pièces (10,18) et délimité par au moins une entretoise (20) reliant ces deux pièces, de façon à découper au moins l'une des pièces selon au moins une ligne de découpe (12) lorsque le tube est mis en oeuvre, caractérisé par le fait que chaque pièce (10) à découper est en matériau non métallique, un contrefort (40) étant fixé sur celle-ci, à l'opposé et en face de l'entretoise (20), de telle sorte qu'un bord (42) du contrefort s'étende le long de la ligne de découpe (12).
- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le contrefort (40) est sensiblement indéformable.
- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le contrefort (40) est réalisé en un matériau déformable.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un organe de maintien (44), réalisé en un matériau déformable, est fixé sur chaque pièce (10) à découper, à l'opposé et en face du tube (16) à expansion pyrotechnique, l'organe de maintien (44) comprenant un bord (46) qui s'étend selon la ligne de découpe (12), et se prolongeant en éloignement de ce bord.
- Dispositif selon les revendications 3 et 4 combinées, dans lequel le contrefort (40) et l'organe de maintien (44) sont réalisés dans le même matériau que la pièce (10) à découper et ce matériau est un matériau composite formé de nappes de fibres longues noyées dans une matrice de résine.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites pièces (10,28) et l'entretoise (20) sont réalisées dans le même matériau non métallique, sous forme monolithique.
- Dispositif selon l'une quelconque des. revendications 1 à 5, dans lequel l'entretoise (20) est fixée entre les pièces (10,18) par des moyens de fixation (30) traversant celles-ci.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel une seule (10) des deux pièces est à découper, l'autre pièce étant une pièce d'appui (18) sensiblement indéformable.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les deux pièces (10) sont à découper, ledit espace (28) étant délimité par deux entretoises (20,36) et un contrefort (40) étant placé sur chacune desdites pièces (10), en face d'une première (20) des entretoises.
- Dispositif selon la revendication 9 combinées, dans lequel les deux pièces (10) forment des peaux d'une première structure sandwich (50), et les deux contreforts (40) forment des peaux d'une deuxième structure sandwich (51) dans laquelle pénètrent des parties terminales desdites pièces (10).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, dans lequel la deuxième entretoise (36) est fixée entre les pièces (10) en un emplacement éloigné du tube (16) à expansion pyrotechnique.
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