FR2712682A1 - Pyrotechnic device useful in field of military defence - Google Patents
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Abstract
Description
La présente inyention concerne un dispositif pyrotechnique, et plus particulièrement un dispositif destiné à faire écran entre une source émettant de la chaleur et un dispositif de recherche de chaleur ou de détection de chaleur, comprenant par exemple un laser, ou un dispositif guidé par des moyens visuels, ou un dispositif utilisant à la fois des moyens de détection de chaleur et des moyens visuels. En variante, un dispositif selon l'invention peut agir comme leurre pour un tel dispositif de recherche de chaleur ou de détection de chaleur. Le mot "chaleur" est utilisé présentement pour désigner un rayonnement électromagnétique dans la gamme d'ondes de 3 à 14 microns. The present invention relates to a pyrotechnic device, and more particularly to a device intended to screen between a source emitting heat and a device for searching for heat or for detecting heat, comprising for example a laser, or a device guided by means visual, or a device using both heat detection means and visual means. Alternatively, a device according to the invention can act as a decoy for such a heat search or heat detection device. The word "heat" is currently used to designate electromagnetic radiation in the wave range from 3 to 14 microns.
L'invention concerne un dispositif pyrotechnique destiné à être utilisé pour faire écran entre une source émettant de la chaleur et un dispositif de recherche de chaleur ou de détection de chaleur, le dispositif pyrotechnique contenant une composition pyrotechnique qui comprend une substance en particules, un propulseur combustible capable, après allumage, de chauffer la substance en particules et de l'expulser du dispositif, pour former un écran de particules chaudes ayant un degré important de rayonnement dans la gamme d'ondes de 3 à 14 microns, le dispositif comprenant également une composition engendrant de la fumée capable de réaliser une combustion et une expulsion simultanées de fumée à partir du dispositif pour former un écran absorbant la lumière visible, adjacent ou mélangé à l'écran de particules chaudes. A pyrotechnic device for use as a shield between a heat emitting source and a heat search or heat detection device, the pyrotechnic device containing a pyrotechnic composition which comprises a particulate substance, a propellant fuel capable, after ignition, of heating the particulate substance and expelling it from the device, to form a screen of hot particles having a significant degree of radiation in the wave range from 3 to 14 microns, the device also comprising a smoke generating composition capable of performing simultaneous combustion and expulsion of smoke from the device to form a screen absorbing visible light, adjacent to or mixed with the screen of hot particles.
En particulier, le dispositif est prévu pour émettre des particules de combustion discrètes sur un volume relativement important. La nature des particules est telle qu'elles émettent un rayonnement électroma gnétique sur une large gamme de longueur d'ondes, mais principalement dans la région infra-rouge. In particular, the device is designed to emit discrete combustion particles over a relatively large volume. The nature of the particles is such that they emit electromagnetic radiation over a wide range of wavelengths, but mainly in the infrared region.
Si un dispositif pyrotechnique selon l'invention est allumé à une distance, par exemple de 20 mètres, en face d'un véhicule émettant de la chaleur, ou de préférence une salve de tels dispositifs, espacés par exemple à des intervalles de 3 mètres, est allumée en face d'un tel véhicule, un écran de particules émettant de l'infra-rouge s' établit en face du véhicule, l'écran ayant par exemple une hauteur de 5 mètres et une largeur de 38 mètres. If a pyrotechnic device according to the invention is ignited at a distance, for example of 20 meters, in front of a vehicle emitting heat, or preferably a burst of such devices, spaced for example at intervals of 3 meters, is lit in front of such a vehicle, a particle screen emitting infrared is established in front of the vehicle, the screen having for example a height of 5 meters and a width of 38 meters.
Cet écran sera efficace pour réduire le rapport de contraste d'émission infra-rouge entre le véhicule et son environnement et pour brouiller ainsi le système de guidage d'un missile à recherche de chaleur ou brouiller le dispositif de détection thermosensible ou l'équipement de visualisation thermique d'un dispositif de visée ou analogue. Cet effet est renforcé par la puLsation du dispositif, qui fait ainsi varier continuellement le rapport de contraste, ce qui fait échouer toute tentative de recaler le dispositif de détection pour contrer l'effet de l'écran.This screen will be effective in reducing the infrared emission contrast ratio between the vehicle and its environment and thus in jamming the guidance system of a missile in search of heat or jamming the thermosensitive detection device or the equipment of thermal display of an aiming device or the like. This effect is reinforced by the puLsation of the device, which thus continuously varies the contrast ratio, which makes any attempt to reset the detection device to counter the effect of the screen fail.
La pulsation peut être produite en faisant varier la composition dans le dispositif, ou en incorporant des ingrédients pour ralentir la vitesse de combustion, ou par une conception mécanique de la buse à travers laquelle sont éjectés les gaz et les particules chaudes, ce qui a pour résultat une oscillation de pression. Pulsation can be produced by varying the composition in the device, or by incorporating ingredients to slow the rate of combustion, or by a mechanical design of the nozzle through which gases and hot particles are ejected, which has the purpose of result in a pressure swing.
Cet écran sera efficace pour produire une radiance moyenne (sur son étendue) qui est au moins aussi grande que celle de la cible qui doit être masquée par l'écran, et peut même être suffisamment large pour saturer tout équipement de détection, et réduira le rapport de contraste entre la cible et son environnement. This screen will be effective in producing an average radiance (over its range) that is at least as large as that of the target to be masked by the screen, and may even be wide enough to saturate any detection equipment, and will reduce the contrast ratio between the target and its environment.
De cette façon, le système de guidage d'un missile à recherche de chaleur est brouillé et la cible est soustraite à l'équipement de visualisation thermique ou d'un dispositif de visée à laser. Cet effet est également renforcé par la pulsation de l'écran et par le mouvement continuel des particules de combustion qui font varier continuellement le rapport de contraste faisant ainsi échouer toutes tentatives de recaler les images thermiques, etc., pour contrer l'effet de l'écran.In this way, the guidance system of a heat seeking missile is scrambled and the target is withdrawn from thermal imaging equipment or a laser sighting device. This effect is also reinforced by the pulsation of the screen and by the continuous movement of the combustion particles which continuously vary the contrast ratio thus making all attempts to readjust thermal images, etc., fail to counter the effect of the 'screen.
En théorie, on peut utiliser toute matière combustible en tant que substance absorbant de la chaleur et émettant de la chaleur, mais, de façon à obtenir des dimensions pratiques de dispositif et des étendues d'écrans importantes avec des durées de vie raisonnables, il est important que les matières présentent de larges émissions infra-rouges dans les gammes de longueurs d'ondes intéressantes. A cet égard, on préfère les métaux pour les raisons suivantes
1 ) ils présentent des chaleurs de combustion élevées par gramme de matière,
20) ils présentent des températures de combustion élevées,
30) les produits de combustion sont des oxydes métalliques qui ont des bandes d'émission dans les longueurs d'ondes requises, spécialement dans la gamme de 8 à 14 microns,
40) les produits de combustion sous forme d'oxydes métalliques ne sont pas volatiles et forment une fumée fine qui disperse et absorbe le rayonnement provenant du véhicule cible.In theory, any combustible material can be used as a heat absorbing and heat emitting substance, but in order to achieve practical device dimensions and large screen sizes with reasonable lifetimes, it is important that the materials present broad infrared emissions in the interesting wavelength ranges. In this regard, metals are preferred for the following reasons
1) they have high combustion heats per gram of material,
20) they have high combustion temperatures,
30) the products of combustion are metal oxides which have emission bands in the required wavelengths, especially in the range from 8 to 14 microns,
40) the combustion products in the form of metal oxides are not volatile and form a fine smoke which disperses and absorbs the radiation coming from the target vehicle.
Un certains nombre de poudres métalliques peuvent être utilisées avec ces dispositifs et elles peuvent être soit des éléments simples, soit des alliages d'au moins deux métaux, soit des alliages de métaux avec des semi-métaux et des non-métaux, soit des mélanges de deux ou plusieurs métaux ou alliages. A certain number of metallic powders can be used with these devices and they can be either simple elements, or alloys of at least two metals, or alloys of metals with semi-metals and non-metals, or mixtures of two or more metals or alloys.
Le titane constitue un tel métal qui présente des caractéristiques convenables de combustion et d'émission d'infra-rouges.- Une température typique obtenue par la combustion du titane est de 30000K et il en résulte la formation d'oxydes de titane, par exemple TiO2,
Ti305, Ti203, TiO, qui émettent ensemble fortement dans la bande de 8 à 12 microns. Le pic de ce rayonnement se situe dans la région de 8 à 9 microns, et la radiance chute ensuite rapidement lorsque augmente la longueur d'onde. Toutefois, la radiance moyenne dans la bande de 8 à 12 microns est d'environ 20 à 30 fois celle qui est prévisible d'après la théorie du rayonnement du corps noir.Titanium constitutes such a metal which has suitable combustion and infrared emission characteristics. A typical temperature obtained by the combustion of titanium is 30000K and this results in the formation of titanium oxides, for example TiO2,
Ti305, Ti203, TiO, which emit strongly together in the 8 to 12 micron band. The peak of this radiation is in the region of 8 to 9 microns, and the radiance then drops rapidly as the wavelength increases. However, the average radiance in the 8 to 12 micron band is about 20 to 30 times that which is predictable from the theory of black body radiation.
Dans le cas du titane, du fait que la température de combustion est inférieure à la fois au point d'ébullition du métal et de l'oxyde métallique (respectivement de 3590 et 35000K),et du fait que les oxydes sont solubles dans le métal fondu, la particule de métal fait l'objet d'une combustion sous forme d'une gouttelette fondue avec de l'oxygène provenant de l'air migrant à travers les couches extérieures d'oxydes vers le métal. En conséquence, pour la plupart de la combustion, la gouttelette fondue reste essentiellement constante en dimension, bien que vers la fin il se produise une éjection explosive de pluies de petites particules (voir par exemple A.F. Clarke,
J.C. Moulder et C.C. Runyan,C m bustion and Flame,(1974) 23,129).In the case of titanium, the fact that the combustion temperature is below both the boiling point of the metal and the metal oxide (3590 and 35000K, respectively), and the fact that the oxides are soluble in the metal the molten metal particle is burned as a droplet melted with oxygen from the air migrating through the outer layers of oxides to the metal. Consequently, for most of the combustion, the molten droplet remains essentially constant in size, although towards the end there is an explosive ejection of rains of small particles (see for example AF Clarke,
JC Moulder and CC Runyan, C m bustion and Flame, (1974) 23,129).
les métaux qui présentent des propriétés de combustion similaires à celles du titane sont les autres métaux du groupe IV A de la classification périodique, Zr et Hf, les éléments de groupe VA, V, Nb, Ta, les lanthanides et les actinides.the metals which have combustion properties similar to those of titanium are the other metals of group IV A of the periodic table, Zr and Hf, elements of group VA, V, Nb, Ta, lanthanides and actinides.
Les caractéristiques d'émission spectrales des métaux et alliages varieiontenfonction des éléments concernés. Les métaux qui présentent des caractéristiques d'émission spectrales semblables à celles du titane comprennent Zr, Hf, Mn. D'autres éléments présentent une baisse moins profonde de la radiance que celle du titane lorsque la longueur d'onde augmente dans la région de 8 à 12 microns ou, en fait un pic d'émission
à des longueurs d'ondes plus grandes, par exemple
Si, V, Fe. Selon les caractéristiques d'émission spectrales désirées, on peut préférer un mélange de deux ou plusieurs métaux, par exemple des mélanges de titane et de silicium ont pour résultat une distribution de radiance spectrale dans l'intervalle de 8 à 12 microns qui est relativement plate étant donné que la bande d'émission centrée sur 10 microns en raison de la combustion du silicium se combine avec la bande du titane mentionnée ci-dessus pour fournir un meilleur recouvrement de l'émission dans la fenêtre atmosphérique de 8 à 12 microns, (c'est-à-dire l'intervalle de longueurs d'ondes de rayonnement qui ne sont pas absorbées par l'atmosphère). On peut utiliser des alliages de métaux, ou de métaux avec des semi-métaux ou avec des non-métaux, par exemple TiC, TiSi2, TiB2, NiA12, CaSi2, Ni2Zr3.The spectral emission characteristics of metals and alloys vary depending on the elements concerned. Metals which exhibit spectral emission characteristics similar to those of titanium include Zr, Hf, Mn. Other elements show a less profound drop in radiance than that of titanium when the wavelength increases in the region of 8 to 12 microns or, in fact, an emission peak.
at longer wavelengths, for example
Si, V, Fe. Depending on the desired spectral emission characteristics, a mixture of two or more metals may be preferred, for example mixtures of titanium and silicon result in a distribution of spectral radiance in the range of 8 to 12 microns which is relatively flat since the emission band centered on 10 microns due to the combustion of silicon combines with the titanium band mentioned above to provide better coverage of the emission in the atmospheric window of 8 to 12 microns, (i.e. the range of wavelengths of radiation that are not absorbed by the atmosphere). It is possible to use alloys of metals, or of metals with semi-metals or with non-metals, for example TiC, TiSi2, TiB2, NiA12, CaSi2, Ni2Zr3.
Les alliages de ce groupe qui sont particulièrement préférés sont les alliages Ti-Si. I1 peut être avantageux d'utiliser des alliages plutôt que des mélanges lorsque l'un des éléments est difficile à allumer.The alloys of this group which are particularly preferred are the Ti-Si alloys. It may be advantageous to use alloys rather than mixtures when one of the elements is difficult to ignite.
Une composition convenable pour la charge du dispositif pyrotechnique comprend
40 % de titane en poudre,
15 % de carbone, par exemple sous la forme de charbon de bois, et
45 % de poudre à canon, ou des composants de poudre à canon.A composition suitable for charging the pyrotechnic device comprises
40% titanium powder,
15% carbon, for example in the form of charcoal, and
45% gunpowder, or gunpowder components.
La dimension particulaire du combustible métallique constitue un facteur important pour formuler la meilleure composition pourPécran. Evidemment, plus les particules sont petites, plus leur nombre est important par poids unitaire et plus la surface d'émission des particules est importante par poids unitaire. Toutefois, les durées de combustion diminuent avec la dimension particulaire. Les particules plus petites sont plus facilement éjectées du dispositif et continuent à se déplacer avant d'être brûlées elles peuvent être également plus facilement allumées, ce qui non seulement affecte la performance du dispositif mais aussi la sûreté de manipulation des matières de l'écran. Par conséquent, l'intervalle de dimensions particulaires et les quantités de matière dans chaque dimension de particules seront choisies en fonction de la taille, de l'intensité et de la durée de l'écran requis. The particle size of the metal fuel is an important factor in formulating the best composition for the screen. Obviously, the smaller the particles, the greater their number per unit weight and the greater the emission surface of the particles is greater per unit weight. However, the burning times decrease with the particle size. Smaller particles are more easily ejected from the device and continue to move before being burned, they can also be more easily ignited, which not only affects the performance of the device but also the safety of handling of screen materials. Therefore, the range of particle sizes and the amounts of material in each particle size will be chosen depending on the size, intensity and duration of the screen required.
I1 apparaîtra que la teneur de poudre de titane dans l'exemple mentionné ci-dessus d'une composition convenable est beaucoup plus élevée que celle normalement utilisée dans les feux d'artifice, où la teneur en titane est typiquement de 10 % et rarement supérieure à 20 %. De telles compositions typiques pour feux d'artifice tendent également à être riches en nitrate de potassium qui est une substance riche en oxygène. It will appear that the content of titanium powder in the example mentioned above of a suitable composition is much higher than that normally used in fireworks, where the content of titanium is typically 10% and rarely higher. at 20%. Such typical firework compositions also tend to be rich in potassium nitrate which is an oxygen rich substance.
En revanche, la composition préférée utilisée dans la présente invention utlise du charbon de bois pour produire un défaut d'oxygène dans les produits de combustion en Bissant le dispositif tel que la quantité de titane consumée avant d'être éjectée soit maintenue au minimum. Non seulement le carbone en excès réagit avec tout oxygène à l'intérieur du dispositif, de préférence au titane, mais aussi les oxydes de carbone chauds formés par suite de la combustion, se dilatent et aident le propulseur à faire sortir et à diriger la poudre de titane en combustion. On the other hand, the preferred composition used in the present invention uses charcoal to produce an oxygen defect in the combustion products by scaling the device such that the amount of titanium consumed before being ejected is kept to a minimum. Not only does the excess carbon react with any oxygen inside the device, preferably titanium, but also the hot carbon oxides formed as a result of combustion, expand and help the propellant to bring out and direct the powder of titanium in combustion.
Les particules de carbone et les oxydes de carbone chauds déchargés du dispositif émettent eux-mêmes également un rayonnement électromagnétique dans la région infra-rouge.The carbon particles and hot carbon oxides discharged from the device themselves also emit electromagnetic radiation in the infrared region.
Par suite, le dispositif est très efficace en termes du poids de titane qui est éjecté et brûlé dans l'atmosphère, et du faible poids de charge restant à l'intérieur du dispositif une fois que la combustion est complète. Le dispositif est ainsi de loin supérieur en performance à une composition de feux d'artifice comparable. As a result, the device is very efficient in terms of the weight of titanium which is ejected and burned in the atmosphere, and the low weight of charge remaining inside the device once combustion is complete. The device is thus far superior in performance to a comparable composition of fireworks.
Bien que l'on ait donné une proportion préférée de poudre de titane de 40 %, d'autres quantités dans l'intervalle de 20 à 60 % peuvent être aussi utilisées, le restant étant un mélange de propulseur et de compositions absorbant l'oxygène. Although a preferred proportion of titanium powder of 40% has been given, other amounts in the range of 20 to 60% may also be used, the remainder being a mixture of propellant and oxygen absorbing compositions .
A la place du charbon de bois en tant que moyen pour produire un défaut d'oxygène, on pourrait utiliser d'autres agents réducteurs. Instead of charcoal as a means of producing an oxygen defect, other reducing agents could be used.
A la place de la poudre à canon, on peut utiliser autres propulseurs, comme par exemple de la nitro cellulose, avec ou sans autres agents de production de gaz, comme par exemple du nitrate de guanidine. Instead of gunpowder, other propellants can be used, such as, for example, nitrocellulose, with or without other gas-producing agents, such as, for example, guanidine nitrate.
Des propulseurs avec des propriétés de production de gaz plus importantes augmenteront la vitesse et la distance d'éjection et diminueront ainsi la nécessité de créer un défaut d'oxygène. Si de tels autres propulseurs produisent un défaut d'oxygène, la quantité de charbon de bois dans le mélange peut être diminuée.Propellants with greater gas production properties will increase the speed and distance of ejection and thus decrease the need to create an oxygen defect. If such other propellants produce an oxygen deficiency, the amount of charcoal in the mixture may be decreased.
On peut également inclure des agents pour aider l'allumage des particules de métal ou d'alliage comme par exemple des polymères organiques fluorés, en particulier le P.T.F.E. Agents can also be included to aid the ignition of metal or alloy particles such as, for example, fluorinated organic polymers, in particular P.T.F.E.
Les particules de métal ou d'alliage peuvent être revêtues avec des agents pour ralentir le procédé de combustion, comme par exemple des polymères organiques fluorés. De tels revêtements peuvent rendre les particules de métal ou d'alliage plus faciles et/ou plus sûr à manipuler. The metal or alloy particles can be coated with agents to slow down the combustion process, such as, for example, fluorinated organic polymers. Such coatings can make metal or alloy particles easier and / or safer to handle.
Le dispositif pyrotechnique peut être incorporé dans un projectile de type mortier ou roquette, ou dans un dispositif supporté au sol, destiné à être utilisé sur terre, ou dans un dispositif flottant destiné à être utilisé en mer. En variante, le dispositif pyrotechnique pourrait être incorporé dans un obus conçu pour éclater au-dessus du sol, ou au-dessus de l'eau, ou prévu pour tomber lentement en étant suspendu à un parachute, par exemple à la manière d'une fusée éclairante. Normalement, plusieurs dispositifs de ce genre convenablement espacés, et éventuellement en salves répétées, seront nécessaires pour produire et maintenir un écran convenable. Pour une utilisation marine, un tel écran peut nécessiter d'avoir une hauteur de 100 mètres. La composition engendrant de la fumée est de préférence placée dans un compartiment séparé de celui de la composition qui forme l'écrm de particules chaudes en sorte que la combustion des deux compositions puisse se produire indépendamment. The pyrotechnic device can be incorporated in a mortar or rocket type projectile, or in a device supported on the ground, intended to be used on land, or in a floating device intended to be used at sea. Alternatively, the pyrotechnic device could be incorporated in a shell designed to burst above the ground, or above water, or intended to fall slowly while hanging from a parachute, for example in the manner of a flare. Normally, several devices of this kind suitably spaced, and possibly in repeated bursts, will be necessary to produce and maintain a suitable screen. For marine use, such a screen may need to be 100 meters high. The smoke-generating composition is preferably placed in a separate compartment from that of the composition which forms the cream of hot particles so that combustion of the two compositions can occur independently.
On connalt de nombreuses compositions convenables qui, lorsqu'elles sont brûlées, produisent de la fumée.Many suitable compositions are known which, when burned, produce smoke.
En particulier, on peut utiliser une composition à base de phosphore dans un mélange avec la substance en particules. Une telle composition peut comprendre par exemple
55 % de phosphore rouge,
32 % de dioxyde de manganèse,
8 % de magnésium,
2 % de carbonate de calcium
3 % d'élastomère fluoré tel que celui vendu par Dupont sous la marque Viton A. In particular, a phosphorus-based composition can be used in a mixture with the particulate substance. Such a composition can include, for example
55% red phosphorus,
32% manganese dioxide,
8% magnesium,
2% calcium carbonate
3% fluorinated elastomer such as that sold by Dupont under the Viton A brand.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8110181 | 1981-04-01 | ||
| GB8133517 | 1981-11-06 |
Publications (1)
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|---|---|
| FR2712682A1 true FR2712682A1 (en) | 1995-05-24 |
Family
ID=26278974
Family Applications (1)
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| FR8205413A Withdrawn FR2712682A1 (en) | 1981-04-01 | 1982-03-30 | Pyrotechnic device useful in field of military defence |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2712682A1 (en) |
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-
1982
- 1982-03-30 FR FR8205413A patent/FR2712682A1/en not_active Withdrawn
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