Brevet FR2488384A1 — publié le 19820212

2X L La présente invention concerne un système de production de gaz propulseurs, notamment pour armes à feu, comportant, comme générateur desdits gaz, au moins une chambre de rotation dans la- quelle un ou plusieurs combustibles liquides sont introduits tan- gentiellement. On connalt des armes à feu, pour projectiles sans cartouche, qui fonctionnent au moyen de combustibles liquides, On trouve, par exemple, dans le brevet américain no 3 138 990 la description d'une arme à tir rapide dotée d'un système à chambre de combustion avec piston à pression différentielle dans laquelle les gaz sous pression chassant le projectile hors du canon sont engendrés dans ladite chambre à pression différentielle par deux combustibles liquides réagissant entre eux de façon hypergolique. Dans ce système américain, l'injection des combustibles com- mence au point d'inversion avant du piston à pression différentiel- -le et l'on introduit tout d'abord,sous l'effet de la pression des réservoirs, une quantité partielle de chacun des deux combustibles dans la zone antérieure de la chambre de combustion à pression différentielle, si bien qu'il s'établit là, par réaction de ces ergols, une pression de combustion qui s'exerce sur la face fron- tale annulaire avant du piston et refoule ce dernier après avoir surmonté une force opposée initiale engendrée par un fluide sous pression, laquelle ramène ensuite de nouveau le piston à sa posi- tion d'inversion avant. En même temps, les quantités d'injection des deux combustibles préstockées dans des volumes annulaires qui fonctionnent en chambres de répartition de ces combustibles sont mises sous pression par des collets annulaires du piston à pres- sion différentielle et injectées dans la chambre de combustion tandis que des soupapes de retenue ferment automatiquement en di- rection des réservoirs à combustible. La face frontale annulaire avant, tournée vers l'intérieur de la chambre de oombustion, étant plus grande que les faces frontales des deux collets annulaires comprimant les quantités de combustible pré-stockées, il se produit un effet différentiel par lequel la pression d'injection est à tout moment supérieure à la pression intérieure de la chambre de combustion. L'obtention de conditions balistiques intérieures favorables nécessite, d'après la théorie du tir, que les gaz sous pression qui sont engendrés par la combustion de la charge de poudre des 4 douilles ou cartouches des armes à feu classiques et chassent le l 2 2488384 projectile hors du canon atteignent une grande pression initiale pour communiquer audit projectile une accélération initiale et, par suite, une vitesse à la bouche élevées. A cet égard, les armes à feu connues fonctionnant avec des chambres de combustion à pression différentielle pour engendrer les gaz sous pression, pré- sentent, à côté d'avantages déterminés tels que l'économie des cartouches, qu'une réduction de poids et qu'une sensibilité moindre des combustibles utilisés, une lacune en ce sens que, dans la phase initiale du processus balistique intérieur, c'està-dire dans la position d'inversion avant du piston à pression différen- tielle, l'énergie de pression d'injection résulte exclusivement de la pression,relativement basse, du réservoirs d'alimentation en combustibles, ce qui entraîne une montée relativement lente de la courbe de pression en fonction du trajet, dans le diagramme de travail balistique intérieur. La pointe de pression décisive pour une grande accélération initiale du projectile ne s'obtient, trop tard et au prix d'une perte de temps sous forme d'attardement in- désirable, qu'après l'établissement d'une certaine pression de chambre de combustion et par l'augmentation résultante de la quan- tité d'injection continue. On peut dire en définitive que dans les armes à feu fonctionnant avec piston à pression différentielle, la formation d'un diagramme de pression favorable et l'introduction des combustibles se heurtent, comme par le passé,à des difficultés par suite de la montée de la pression de la chambre de combustion à des valeurs très élevées,, sans compter que, dans la chambre à pression différentielle, les pièces mobiles les unes par rapport aux autres et relativement massives provoquent des taux d'usure élevés. L'invention a par conséquent pour objet un générateur de gaz propulseurs, notamment pour armes à feu, dont la conception et la construction simples garantissent en particulier un cours favora- ble de la pression requise dans la chambre de combustion ainsi qu'une usure modérée, d'o une grande longévité. Ce système générateur de gaz propulseurs, du genre annoncé, est caractérisé par le fait qu'il comporte, pour la ou les chambres génératrices desdits gaz, un ou plusieurs circuits fermés de combus- tible y engendrant, comme charge, un anneau rotatif de combustible avec, dans l'amenée aux chambres et leur évacuation, des éléments particuliers qui, pendant la phase de fonctionnementpssagère de ces dernières, barrent, de préférence automatiquement, lesdits accès et évacuation en fonction de la pression intérieure initia- lement croissante desdites chambres et les rouvrent après ladite phase de fonctionnement, de préférence automatiquement aussi, en fonction de cette même pression intérieure alors retombante. Pour réduire le plus possible le nombre des pièces de ma- chine mobiles dans ce générateur de gaz propulseurs, on peut dis- poser, dans l'amenée de '6mbustible à la ou aux chambres et dans l'évacuation, des éléments de barrage, dits "diodes à fluide", à fonctionnement hydraulique et automatique, qui sont commandés directement par la pression changeante de la chambre. L'invention fait, de façon simple, que pendant la phase de fonctionnement, ou de production de gaz, de la chambre, dès que la pression croissante de celle-ci dépasse la pression de débit du combustible, l'amenée et l'évacuation de celui-ci se trouvent barrées et la chambre est isolée de l'extérieur jusqu'à ce que le processus de production de gaz propulseurs, ou de réaction, y soit terminé et que le coup soit parti pu qu'une impulsion soit émise, c'est-à-dire jusqu'à ce que la pression de la chambre soit retombée au-dessous de la pression de débit du combustible. Il y a alors réalimentation en combustible jusqu'à ce que l'anneau rotatif formé par celui-ci ait atteint l'épaisseur radiale voulue. Ce volume de combustible établi dans la chambre en forme chaque fois la "charge". Ladite charge est variable selon l'invention afin d'engen- drer de plus ou moins grandes quantités de gaz propulseurs, ce qui permet d'atteindre dans l'utilisation préférée, en des armes à feu, de plus ou moins grandes portées ou puissances de perforation, du fait de différentes vitesses à la bouche. Non limitée cependant aux armes à feu, l'invention est par exemple applicable aussi à des pulsoréacteurs. Pour assurer un allumage plus rapide des combustibles réactifs, ou une décomposition plus rapide des monergols, de la quantité de combustible, ou charge, en rotation dans la chambre, une chambre d'amorçage peut associée à la chambre principale. Selon une extension de ce genre, la chambre d'amorçage, placée coaxiale- ment en tête de, ou avant, la chambre proprement dite, présente un diamètre intérieur quelque peu supérieur à celui de l'anneau de combustible et est étranglée dans son écoulement vers ladite chambre. L'anneau "mince" de combustible se trouvant dans la chambre d'amorçage et communiquant avec l'anneau de combustible de la chambre proprement dite est allumé par un dispositif approprié de "fouet" électrique ou chimique. Les gaz d'amorçage ainsi engendrés parviennent ensuite à la chambre principale et y enflamment ou dé- composent très rapidement la charge sur toute sa surface intérieure. L'allumage est généralement simplifié et accéléré par le fait que, par volatilisation et vaporisation, un coeur de combus- tible gazeux toujours prêt à s'enflammer s'assemble à l'intérieur de l'anneau de combustible en rotation. Cette tendance est encore ren- forcée par le phénomène suivant lequel, par l'effet centrifugeur du combustible en rotation, la consistance de ce dernier varie en di- rection radiale en passant, à travers urephase mixte, de l'état purement liquide vers l'extérieur à l'état gazeux vers l'intérieur, ce qui contribue à un accroissement de la vitesse de combustion. Suivant une autre particularité possible pour l'utilisation de plusieurs, notamment deux, combustibles réagissant ensemble hy- pergoliquement, le système comporte des chambres séparées de proche en proche par des barrages à trop-plein et munies chacune en propre d'un circuit fermé de combustible, un faible accroissement de quantité d'un ou des deux ou éventuellement plus de deux anneaux de combustible provoquant, en vue de la production de gaz propul- seurs souhaitée, un contact entre combustibles hypergoliques. Le faible accroissement en question peut être commandé par une augmen- tation d'amenée et/ou une diminution d'évacuation passagères du ou des combustibles hypergoliques correspondants. Dans une arme à feu, la chambre génératrice des gaz propul- seurs peut être disposée soit coaxialement en arrière du canon,soit latéralement près de ce dernier. Une chambre d'amorçage peut aussi être placée à part de la chambre génératrice proprement dite et reliée à celle-ci par un canal de surverse. De par le circuit fer- mé de combustible et la concentration continue dans la chambre d'un anneau rotatif de combustible comme charge, le générateur de gaz est constamment prêt à fonctionner puisqu'il est toujours chargé. Du même fait, la chambre est sans cesse refroidie, ce qui est particulièrement important pour un tir continu. La concentra- tion en rotation du combustible contre la paroi intérieure de la chambre maintient dans toute position une surface de combustible constamment définie. La pression de refoulement du combustible, c'est-à-dire celle de la pompe, peut rester faible, car il s'agit seulement de réaliser le prochain remplissage de la chambre. En dehors de la ou dés pompes à combustible et de leur entraînement, qui n'ont à fonctionner que sous de relativement faibles charges, 2488384 aucune pièce mobile sujette à usure n'est nécessaire. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de trois modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente une installation de générateur de gaz propulseurs; la figure 2 représente, inséré dans une arme à feu, un générateur de gaz propulseurs à monergol; la figure 3 représente, latéralement à une arme à feu, un générateur de gaz propulseurs à deux combustibles hypergoliques. D'après la figure 1, une chambre la pour la production de gaz est alimentée en combustible, à partir d'un réservoir 2 et à travers une conduite d'amenée 5, par une pompe 4 entraînée par un moteur 3. Une conduite d'évacuation 6 dans laquelle sont insérés une soupape de réglage de débit 7 et un réfrigérant 8 assure le retour, de cette chambre la au réservoir 2. La soupape 7 détermine la quantité de charge, c'est-à-dire la quantité de combustible, présente dans la chambre la. La conduite d'amenée 5 débouche en direction tangentielle à l'intérieur de la chambre de combustion, si qu'il se forme là un courant rotatif stable sous la forme d'un anneau de combustible Rl dont l'épaisseur radiale est déterminée par un ou plusieurs alésages de sortie 9 qui se trouvent dans une pièce centrale 10 ne couvrant pas nécessairement toute la longueur de la chambre la. On pourrait aussi bien utiliser, au lieu du ou des alésages de sortie 9 ménagés dans la pièce centrale 10, un tube de soutirage connu réglable radialement. La quantité de combustible de l'anneau Rl représente la charge de la chambre génératrice de gaz propulseurs la et s'allume de façon connue. Après cet allumage de la charge, la pression monte dans la chambre et, sous son effet, des diodes hydrauliques établis dans l'amenée et l'évacuation ferment ladite chambre la dans ces deux directions; elles se composent d'un conduit de contre-pression 11 dans l'amenée à la chambre et d'un conduit de contre-pression 12 dans l'évacuation de celle-ci. Le conduit de contre-pression ll suit son cours de l'intérieur de la chambre la vers la conduite d'amenée 5, dens laquelle il débouche en direction d'écoulement du combustible affluant. L'autre conduit l1 se dirige de l'intérieur de la chambre la vers l'alésage de sortie 9 et débouche dans celui-ci à l'encontre de la direction de sortie du combustible. se produit en conséquence un blocage hydraulique de pression aux débouchés des deux conduits de contre-pression 11 et 12 dans la conduite d'amenée 5 et l'alésage de sortie 9, si bien que pendant le processus de réaction, ou de production de gaz, alors que la pression monte, c'est-à- dire que la pression intérieure dépasse la pression de débit, la chambre la reste fermée vers l'intérieur, Dès que la pression intérieure de la chambre retombe au-dessous de la pression de débit du combustible, la chambre la s'emplit à nouveau de combustible sous la forme d'un écoulement rotatif. Sur la figure 2, la chambre proprement dite lb est précé- dée d'une chambre d'allumage Z dont le diamètre intérieur est un peu supérieur à celui de l'anneau rotatif de combustible R2, si bien qu'une petite quantité de combustible est tourjours pré- stockée dans ladite chambre d'allumage Z. Cette dernière est séparée de l'intérieur de la chambre lb par la tête d'étranglement 13 d'un champignon intérieur. Une électrode 15 qui allume la petite quantité de combustible se trouvant dans la chambre Z est amenée à celle-ci à travers un isolateur 14. Les gaz d'allumage ainsi produits parviennent par la fente d'étranglement 16 à l'inté- rieur de la chambre lb, dont ils enflamment tout le contenu de combustible. Les gaz propulseurs résultants agissent sur le pla- teau de poussée d'un projectile 17 introduit latéralement à travers un conduit de chargement 18. 2-5 La figure 3 permet de voir une chambre lc double, c'est-à- dire en deux parties lcl et lcr dont l'une renferme un combustible et l'autre l'oxygène ou un porteur d'oxygène. Les deux combusti- bles réagissent ensemble hypergoliquement. Les deux chambres par- tielles lcl et lcr sont séparées par un barrage 19 dont le trop- plein se trouve un peu en retrait des surfaces intérieures des anneaux de combustible R3. Pour rassembler les deux combustibles hypergoliques en 7ue de l'allumage,il suffit d'ouvrir ou de fermer provisoirement davantage, dans l'un des deux circuits de combustible, respectivement une soupape d'amenée 20 ou une soupape d'évacuation -1, en sorte que l'un des deux combustibles se déverse dans l'autre chambre partielle à travers le barrage 18. 7 2488384 REVENDICATIONS 1. Système de production de gaz propulseurs, notamment pour armes à feu, comportant, comme générateur, au moins une chambre de rotation dans laquelle un ou plusieurs combustibles liquides sont introduits tangentiellement, caractérisé par le fait qu'il comporte, pour la ou les chambres, un ou plusieurs circuits de combustible fermés engendrant dans celles-ci, comme charge, un anneau rotatif de combustible avec, dans la conduite d'amenée et la conduite d'évacuation de la ou desdites chambres., des éléments de barrage qui, pendant la phase passagère de fonctionnement de ces dernières, barrent lesdites conduites en fonction de la pression intérieure initiale- ment croissante des chambres, cela en particulier automatiquement, et les rouvrent après ladite phase de fonctionnement, en particulier automatiquement aussi, en fonction de cette même pression intérieure alors retombante. 2. Système de production de gaz propulseurs selon la reven- dication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte, dans l'amenée et l'évacuation de la ou des chambres génératrices de gaz propulseurs, des éléments de barrage à fonctionnement hydraulique sous forme de "diodes à fluide". 3. Système de production de gaz propulseurs selon la reven- dication 2 caractérisé par le fait qu'à une certaine distance du débouché de l'amenée de combustible à l'intérieur de la chambre géné- ratrice, un canal de contre-pression, dirigé de la paroi intérieure de celle-ci vers la conduite d'amenée, débouche dans ladite conduite en direction d'écoulement du combustible affluant. 4. Système de production de gaz propulseurs selon la reven- dication 2 caractérisé par le fait qu'il comporte dans la chambre génératrice un ou plusieurs alésages de sortie ou un tube de soutira- ge qui déterminent l'épaisseur radiale de l'anneau rotatif de combus- tible et à une certaine distance de l'embouchure desquels un canal de contre-pression se dirige du coté intérieur de l'anneau rotatif de combustible vers ledit alésage de sortie, dans lesquel il débouche à contre-sens de l'écoulement de sortie dudit combustible. 5. Système de production de gaz propulseurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait qu'il comporte dans la conduite d'évacuation une soupape commandable pour la régulation du débit. 6. Système de production de gaz propulseurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu'une chambre d'amorçage, ou d'allumage, précède la chambre génératrice ou lui est associée. 7. Système de production de gaz propulseurs selon la reven- dication 6 caractérisé par le fait que la chambre d'amorçage, ou d'allumage, est placée coaxialement en tête de, ou avant, la chambre génératrice des gaz propulseurs, présente un diamètre intérieur un peu plus grand que celui de l'anneau de combustible et est étranglée, quant à l'écoulement, par rapport à ladite chambre géné- ratrice. 8. Système de production de gaz propulseurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait qu'utilisant deux ou plus de deux combustibles réagissant ensemble hypergoliquement, il comporte des chambres partielles, chacune avec son propre circuit fermé de combustible, séparées chaque fois par un barrage à trop-plein et un faible accroissement de quantité d'un ou de plusieurs anneaux de combustible provoque un ou des contacts entre combustibles hypergoliques. 9. Système de production de gaz propulseurs selon la reven- dication 8 caractérisé par le fait que le faible accroissement de quantité d'un ou de plusieurs anneaux de combustible est commandé par une augmentation d'amenée et/ou une diminution d'évacuation passagères du ou des combustibles de ces anneaux. 10. Système de production de gaz propulseurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait qu'il comporte un ou plusieurs réfrigérants dans le circuit fermé de combustible.