Brevet FR2523713A1 — publié le 19830923

La présente invention concerne une charge creuse pour engins explosifs destinés à la perforation des blindages. Une charge creuse est composée d'un explosif de géométrie de révolution autour d'un axe etçrésentant un évidement axial revêtu par une paroi métallique. Généralement l'amorçage de l'explosif est obtenu pardes moyens pyrotechniques appropriés placés à l'arrière de la charge dans l'axe de ltévidement. Après l'amorçage, l'onde de détonation progresse suivant l'axe de la charge vers la paroi métallique précitée. Les gaz de combustion portés à une pressionextre moment élevée (quelquesdizainesde GPa) se détendent en accélérant la paroi métallique qui,conpte tenu de la géométrie de la charge creuse, subit une implosion conique. A l'arrière et sur l'axe de la charge explosive, chaque élément de la paroi métallique se divise en deux parties animes de vitesses axiales d'amplitudes différentes: une partie de faible masse très rapide (quelques miniers de mètres par seconde) appelle jet et une partie massique plus lente (quelques centaines de mètres par seconde) appelée noyau. ;n première approximation et dans le cas d'une charge classique, la vitesse du jetformé en une section droite de la charge est fonction de l'épaisseur locale d'explosif. Il en résulte que l'ensemble de la paroi métallique forme un jet présentant un gradient de vitesse qui provoque son étirement jusqu'a' une valeur ultime dépendant de la ductilité du métal constituant laparoi métallique précitée. Pratiquement, les performances en perforation des jetset les effets qu'ils sont capables de produire sur un blindage sont fonction croissante de leur longueur, de leur densité et de leur vitesse. il est d'autre part intéressant, face ausblindayes modernes à effet perturbateur, de rechefcller des diamètres de jets suffisamment grands pour accroitre leur inertie. Les caractéristiques géométriques et cinématiques dès jets sont des fonctions complexes de tous les paramètres de la charge : forme, épaisseur et nature de la paroi métallique, nature et épaisseur de la charge explosive. Le concepteur de chargescreuses est en général lié par des contràintes géométriques, en particulier le diamètre extérieur de la charge et de la masse totale. Les charges creuses connues sont mises à feu de façon classique par un détonateur situé à l'arrière et sur l'axe de la charge. Lorsque l'onde de détonation atteint la paroi métallique qui recouvre l'évidement de la charge, le profil du front de cette onde est modi- fié : son angle d'incidence diminue par rapport à la paroi métallique précitée. Ceci tend à diminuer l'énergie cinétique du jet Si l'on désire contrôler l'obliquité de l'onde de détonation au cours du balayage de la totalité de la paroi métallique, il faut amorcer l'explosif le long de la surface extérieure de la charge à une vitesse supérieure à la vitesse de détonation normale de l'explosif.Ce principe a déjâ été appliqué en disposant coaxialement à ltéxterieur de la charge une couche d'un explosif à vitesse de détonation plus rapide que celle de la première charge. L'un des inconvénients de cette réalisation réside en ce que, dans l'état actuel des connaissances sur les compositions explosives, l'énergie disponible variant comme le carré de la vitesse de détonation, on doit utiliser comme explosif de propulsion de la paroi métallique celui ayant le moins d'énergie, ce qui va à l'encontre de I'efficacté recherchée. Le but de la présente invention est de créer une charge creuse améliorée, dans laquelle l'énergie cinétique du jet formé est notablement augmentée par sport aux réalisations connues, l'énergie potentielle de l'explosif étant utilisée de façon optimale. La charge creuse visée par l'invention comprend un évidement axial revêtu par une paroi métallique et des moyens d'amorçage situés à l'opposé de cet évidement. Suivant l'invention, cette charge creuse est caractérisée en ce qu'elle est entourée axialement par une seconde charge explosive tubulaire reliée as moyens d'amorçage et revêtue intérieurement par une paroi métallique, cettedernière étant séparée de la première charge explosive par un espace annulaire vide ou rempli d'une matière de faible densité, les deux charges formant entre elle un angle dont le sommet est dirigé à l'opposé des moyens d'amorçage. Après l'amorçage, la paroi métallique qui recouvre intérieurement la seconde charge explosive tubulaire subit sous l'action de la détonation une accélération et une déflexion suivant un angle supérieur à l'angle compris entre cette charge tubulaire et la charge creuse proprement dite. Cette déflexion n'est pas perturbée par l'espace annulaire compris entre les deux charges, car ce dernier est vide ou rempli par une matière de faible densité telle que l'air. L'amorçage de la charge creuse disposée à l'intérieur de la charge explosive tubulaire, a lieu par impact entre la paroi métallique qui subit la déflexion précitée. Lors de l'impact, la paroi métallique accélérée communique une partie de son énergie cinétique à la charge creuse en agissant comme un"confinement dynami que". Non seulement cette énergie s'ajoute à celle de l'explosif de la charge, mais elle est transférée à la paroi métallique de la charge par onde de choc, donc très rapidement alors que l'explosif accélère cette paroi par détente progressive des gas de combustion. Cet effet est particulièrement intéressant pour les éléments de la paroi métallique voisins du sommet de l'angle compris entre les deux charges, c'est-à-dire pour les éléments devant acquérir la plus grande vitesse possible sur une courte distance de projection de la paroi métallique. Par ailleurs, grâce à l'invention, on peut utiliser pour la charge creuse proprement dite un explosif à vitesse de détonation aussi rapide que celui de la charge tubulaire extérieure et non pas plus lente comme dans le cas de la réalisation connue discutée dans l'introduction de la présente description. Ainsi on utilise de façon optimale l'énergie potentielle des explosifs de la charge. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatif : La fig. I est une vue en coupe longitudinale d'une charge creuse conforme à l'invention, La fig. 2 est une vue en coupe suivant le plan Il-Il de la fig. 1, La fig. 3 est une vue en coupe longitudinale partielle et à plus grande échelle de la charge creuse représentée sur la fig. 1 , illustant le fonctionnement de cette charge, La fig. 4 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de charge creuse. Dans la réalisation représentée sur les fig. 1 et 2, la charge creuse 1 conforme à l'invention, comporte une charge explosive 3 comportant un évidement axial tronconique 2a revêtu par une paroi métallique 2. Cette paroi 2 est en un métal ou alliage suffisamment ductile et dense tel que le cuivre. Des moyens d'amor çage 6 tel qu'un détonateur sont situés sur l'axe de la charge explosive 3 à l'opposé de 11 évidement 2a. La charge explosive 3 et sa paroi métallique 2 constituent une charge creuse classique. La charge explosive 3 est entourée axialement par une seconde charge explosive tubulaire 4 dont l'extrémité 7a la plus proche des moyens d'amorçage 6 est reliée à ces derniers par une couche explosive 7 sensiblement en forme de cabtte. Cette charge explosive tubulaire 4 est revêtue intérieurement par une paroi métallique tronconique 5 de meme nature que la paroi 2. Cette paroi métallique 5 est séparée de la première charge explosive 3 par un espace annulaire 4a vide ou rempli d'air, ou encore rempli par une matière de faible densité telle que des fibres ou une mousse de matière synthétique. Les deux charges coaxiales 3 et 4 forment entre elles un angle b dont le sommet S est situé à l'extrémité des charges 3 et 4 opposée aux moyens d'amorçage. L'angle b est, pour des raisons que l'on expliquera en détail plus loin,de préférence supérieur ou égal à 50 environ. Dans l'exemple représenté, les deux charges explosives 3 et 4 sont réalisées dans le meme explosif, ce dernier pouvant par exemple avoir une vitesse de détonation égale à 8 000 mètres à la seconde, telle que l'hexogène Tolite 65-35. En outre, dans l'exemple représenté sur les fig. 1 et 2, la surface extérieure de la charge tubulaire 4 est cylindrique, tandis que sa surface intérieure portant la paroi métallique 5 est tronconique. Toutefois, les surfaces précitées de la charge tubulaire 4 peuvent être tronconiques ou meme cylindriques toutes les deux. Comme on le voit sur la fig. 1, les moyens d'amorçage 6 sont séparés de la charge explosive 3 par un écran8inhibiteur de combustion, par exemple en matière plastique chargée de billes en verre. La face 8a de cet écran 8 constitue le fond de l'évidement tronconique 2a de la charge 3. Le bord périphérique 8b de cet écran 8 touche l'extrémité 7a de la charge explosive tubulaire 4 et la face extérieure 8c de l'écran 8 est recorverte par la couche d'explosif 7 qui relie les moyens d'amorçage 6 à l'extrémité 7a de la charge tubulaire 4. Le fonctionnement de la charge creuse que l'on vient de décrire en référence aux fig 1 et 2 est le suivant (voir fig. 3) Après amorçage, au moyen du détonateur 6, l'onde explosive de front fl se propage dans la charge explosive tubulaire 4 à une vitesse D. Sous l'action de cette détonation, la paroi métallique 5, subit une déflexion d'angle a et une accélération à une vitesse: V = 2D sin a/2 Cette déflexion a est fonction du rapport de la masse d'explosif de la charge 4 sur la masse de la paroi tubulaire 5 appliquée sur cette dernière. La paroi tubulaire 5 est ainsi projetée dans l'expace vide ou rempli d'air 4a à la vitesse V précitée. On a désigné par Sa la partie de la paroi 5 ayant subi la déflexion a. L'amorçage de la charge explosive 3 est réalisée par impact de la paroi déformée 5 sur la surface extérieure de cette charge explosive 3. Le front f2 de l'onde explosive progresse alors dans la charge 3 à une vitesse D normale à ce front f. La vitesse d'amor çage le long de la surface extérieure de la charge 3 est égale à : D sin a sin (a-b) L'onde explosive qui se propage dans la charge 3 engendre la formation d'un jet axial 9 dirigé vers l'avant de l'évidement 2a et d'un noyau arrière 10. Par rapport aux effets engendrés dans une charge creuse classique, la charge conforme à l'invention présente les avantages suivants Lors de l'impact de la paroi métallique 5 avec la charge explosive 3, l'accélération subie par cette paroi 5 communique une partie de son énergie cinétique à la charge 3 par effet de confinement dynamique. Non seulement cette énergie cinétique s'ajoute à celle de l'explosif de la charge 3, mais elle est transférée à la paroi métallique 2 par onde de choc, donc très rapidement, alors que l'explosif 3. accélère cette paroi 2- par détente progressive des gaz de combustion. Cet effet est particulièrement intéressant pour les éléments de la paroi métallique 2 voisins du sommet S de l'angle b, c'est-a-dire pour les éléments qui doivent acquérir la plus grande vitesse possible sur -une courte distance. Pour une masse donnée d'explosif, on améliore ainsi considérablement l'énergie cinétique du jet 9 et par suite son pouvoir perforant à l'égard des blindages. Par ailleurs, la charge creuse conforme à l'invention utilise de façon optimale l'énergie potentiel des explosifs, car contrairement aux réalisations connues, comportant deux charges explosives coaxiales, la charge 3 peut présenter une vitesse de détonation identique à celle de la charge tubulaire 4. Grâce à l'invention, il est également possible d'agir sur la loi de vitesse d'amorçage de la charge creuse 3, en réglant les angles b et a . L'angle de déflexion a de la paroi métallique 5 peut d'ailleurs varier le long de la charge 3 en utilisant une paroi 5 d'épaisseur continuellement variable. Pour permettre à la paroi métallique 5 d'être soumise à une vitesse suffisante,il est préférable que l'angle b soit égal ou supérieur à 5 . En théorie plus cet angle b est grand, plus la vitesse de la paroi 5 est importante et par suite plus son énergie cinétique est élevée. Cependant, lorsqu 'on augmente l'angle b on augmente le volume mort de espace vide 4a et on diminue corréatitiement le volume global d'explosif. Ainsi au delà d'une certaine valeur d'angle b qu'on peut déterminer expérimentalement, les avantages résultant de l'augmentation de l'énergie cinétique du jet 9 sont compensés par les inconvénients résultant d'un taux relativement faible de remplissage en explosif. On donne ci apres un exemple détaillé de charge creuse conforme à l'invention. Nature de l'explosif des charges 3 et 4 Hexogene Illite : 65-35 Vitesse de détonation : 8000 mètres à la seconde. Nature des parois métalliques 2 et 5 : cuivre épaisseur de ces parois : 1 à 3 mm Angle b : 5 à 200 Nature de l'écran 8 : résine époxy chargée de billes en verre ou Sylasthene. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple que l'on vient de décrire et on peut apporter à celui-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi dans la réalisation de la fig. 4, le sommet de de l'angle b formé entre la paroi métallique 14 qui est appliquée contre la charge explosive tubulaire Il est situé à une certaine distance d de l'extrémité 15 de la charge 3. Par ailleurs, la charge tubulaire ll s'arrête à ce sommet S1 et la charge intérieure 3 s'étend au delà de ce sommet S1 dans le prolongement de la surface extérieure 14a de la charge tubulaire 14. REVENDICATIONS 1. - Charge creuse comprenant un évidement axial (2a) revêtu par une paroi métallique (2) et des moyens d'amorçage (6) situés à l'opposé de cet évidement, caractérisée en ce que la charge (3) est entourée axialement par une seconde charge explosive tubulaire ), (11) reliée aux moyens d'amorçage (6) et revêtue intérieurement par une paroi métallique (5), (14), cette dernière étant séparée de la première charge explosive (3) par un espace annulaire (3a), (4a) vide ou rempli d'une matière de faible densité, les deux charges (3), (4), (11) formant entre elles un angle (b), (bl) dont le sommet (S),(S1) est dirigé à l'opposé des moyens d'amorçage (6). 2. - Charge creuse conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle (b), (bl) formé entre les deux charges (3), (4), (11), est égal ou supérieur à 50 environ. 3. - Charge creuse conforme à 11 une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les deux charges (3),(4) sont constituées par un même explosif. 4. - Charge creuse conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la seconde charge tubulaire (4) présente une surface tronconique 5. - Charge creuse conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la seconde charge tubulaire (11) présente une surface intérieure et une surface extérieure cylindrique 6. - Charge creuse conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le sommet (S) de l'angle (b) formé entre les deux charges (3), (4) est situé à l'extrémité de la charge creuse (3) opposée aux moyens d'amorçage (6). 7. - Charge creuse conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le sommet ( S1) de l'angle (bl) formé entre les deux charges (3), (11) est situé à une certaine distance (d) de l'extrémité (15) de la charge creuse (3) opposée aux moyens d'amorçage (6). 8. - Charge creuse conforme à la revendication 7, caractérisée en ce que la seconde charge tubulaire (11) s'arrête au sommet (S1) de l'angle (bol) et en ce que la charge creuse (3) s'détend au delà de ce sommet (S1) dans le prolongement de la surface extérieure (14a) de la seconde charge tubulaire (11). 9. - Charge creuse conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les moyens d'amorçage (6) sont séparés de la charge creuse (3) par un écran inhibiteur de combustion (8) adjacent au fond (8a) de l'évidement (2a), cet écran (8) comportant un bord périphérique (8b) adjacent à l'extrémité (7a) de la seconde charge tubulaire (4), opposée au sommet (S) de l'angle (b) compris entre les deux charges (3), (4), la face e ) de cet écran opposée à l'évidement (2a) étant recouverte par une couche d'explosif (7) disposée entre les moyens d'amorçage (6) et l'extrémité (7a) de la seconde charge tubulaire (4). 10. - Charge creuse conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la paroi métallique (5), (14) qui recouvre la surface intérieure de la seconde charge explosive (4), (ll)est en métal ou alliage ductile et de densité égale ou supérieure à celle du cuivre.