Brevet FR2522130A1 — publié le 19830826

Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles La présente invention concerne les dispositifs électro- magnétiques de lancement de projectiles et, en particulier, des dispositifs de lancement comportant des conducteurs paral- lèles aux rails pour augmenter le champ magnétique Pour at- teindre les objectifs actuels de vitesse et de masse utile en utilisant une seule paire de rails parallèles, il faut avoir recours, pour une application particulière de vitesse élevée, à des courants d'intensité extrêmement élevée de l'ordre de 1,5 million d'ampères En plaçant de façon adjacente aux rails des conducteurs qui conduisent le courant dans le m 8 me sens que les rails, on peut maintenir l'énergie transférée au pro- jectile tout en réduisant le courant fourni par l'intermédiaire des conducteurs et des rails. Un dispositif électromagnétique de lancement de projec- tiles selon la présente invention comprend un premier conduc- teur, un second conducteur disposé de façon sensiblement paral- lèle audit premier conducteur, un moyen pour propulser un pro- jectile depuis une première extrémité des premier et second conducteurs jusqu'k la seconde extrémité de ces derniers et pour transporter le courant entre ces conducteurs, un troisième conducteur disposé de façon sensiblement parallèle et adjacente audit second conducteur et relié électriquement audit premier conducteur en un point adjacent à ladite première extrémité de ce dernier, un quatrième conducteur disposé de façon sensi- blement parallèle et adjacente audit premier conducteur et relié électriquement audit second conducteur en un point adja-. cent k ladite première extrémité de ce dernier, une source de courant élevé reliée électriquement à la seconde extrémité des- dits troisième et quatrième conducteurs, et un moyen de coupure de circuit relié électriquement entre la première extrémité desdits premier et second conducteurs, gr 9 ce b quoi le courant nécessaire pour lancer un projectile à une vitesse prédéterminée est rapidement permuté sur les premier et second conducteurs par ouverture dudit moyen de coupure de circuit et le courant est plus faible que celui nécessaire quand on utilise une seule paire de conducteurs. De façon appropriée, des moyens sont prévus pour pro- pulser le projectile depuis une première extrémité des premier et second conducteurs jusqu'à la seconde extrémité de ces derniers et pour conduire le courant entre ces conducteurs. Le dispositif de lancement de projectilescomprend également un troisième conducteur disposé de façon sensiblement parallèle et adjacente au second conducteur et relié électriquement au premier conducteur en un point adjacent à la première extrémité de ce dernier,et un quatrième conducteur disposé de façon sen- siblement parallèle et adjacente au premier conducteur et relié électriquement au second conducteur en un point adjacent à la première extrémité de ce dernier Le dispositif de lancement comprend aussi une source de courant continu de forte intensité reliée électriquement à la seconde extrémité des troisième et quatrième conducteurs et un moyen de coupure de circuit relié électriquement entre la première extrémité des premier et second conducteurs,grtce à quoi le courant nécessaire pour propulser un projectile à une vitesse de lancement est plus faible que celui nécessaire quand on utilise une seule paire de conducteurs. On va maintenant décrire la présente invention à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés, sur lesquels X la figure 1 est un schéma d'un système électromagnétique de lancement de projectiles comportant des rails parallèles à champ augmentant de lui-même; la figure 2 est une représentation schématique d'une variante de mode de réalisation; et la figure 3 est une vue en coupe par III-III de la figure 2; la figure 1 montre un dispositif électromagnétique de lancement de projectiles comprenant un premier rail conducteur ou premier conducteur 1, un second rail conducteur ou second conducteur 2 disposé parallèlement au premier conducteur 1, un troisième conducteur 3 disposé de façon parallèle et adja- cente au second conducteur 2 et relié électriquement à une première extrémité du premier conducteur 1, et un quatrième conducteur 4 disposé de façon parallèle et adjacente au premier conducteur et relié électriquement à une première extrémité du second conducteur 2 Les premier et quatrième conducteurs 1 et 4, respectivement, sont isolés électriquement l'un de l'autre par une bande isolante 5 ou par tout autre moyen d'isolement électrique et les second et troisième conducteurs 2 et 3, respectivement, sont isolés électriquement d'une manière simi- laire par la bande isolante 5. Une armature 9 est disposée de façon coulissante entre les premier et second rails conducteurs 1 et 2 et un projectile 11 est disposé sur l'armature,qui doit être accélérée d'une des extrémités des premier et second rails vers l'autre extrémité de ces derniers, c'est-à-dire de la chambre vers la bouche ou de la gauche vers la droite sur la figure 1 De préférence, l'armature 9 est formée par une pluralité de fouilles de cuivre 13, comportant des parties marginales qui sont en contact avec des rails conducteurs 1 et 2 et qui sont coudées dans une direc- tion opposée à la direction de déplacement Les parties margina- les coudées assurent un bon contact électrique lorsque l'armature 9 et le projectile 11 se déplacent le long des premier et second rails conducteurs d'une extrémité b l'autre Bien qu'une arma- ture en cuivre soit préférable, il va de soi que d'autres types d'armatures pourraient être utilisés pour propulser le projectile et pour conduire le courant entre les rails conducteurs 1 et 2, y compris une armature faisant corps avec le projectile ou bien un arc. Les rails conducteurs 1 et 2 comportent chacun une bande isolante 15 disposée de façon adjacente à la première extrémité de ces rails, c'est-Xdire l'extrémité de gauche sur la figure 1, de manière à isoler électriquement l'armature 9 vis-à-vis des conducteurs 1 et 2 quand cette armature est adjacente à la 2252-2130 première extrémité ou extrémité de culasse, c'est-à-dire dans la chambre Un moyen pneumatique, hydraulique, explosif, élec- tromagnétique ou mécanique 17 est disposé de façon adjacente à la première extrémité ou extrémité de culasse des rails 1 et 2 pour amorcer le déplacement de l'armature 9 et la déplacer jusqu'à une partie conductrice des rails conducteurs 1 et 2. Une source de courant continu à forte intensité est représentée en un point adjacent à la seconde extrémité ou extrémité de bouche des rails conducteurs 1 et 2, comme repré- senté à l'extrémité de droite sur la figure 1, et comprend un générateur homopolaire 21 ou autre moyen de production de cou- rant, une bobine dinduction 23 et un interrupteur 25, ou autre moyen de commutation,montésen série Une des lignes s'étendant à partir de la source est reliée au troisième conducteur 3 en un point adjacent à la seconde extrémité de ce dernier et l'au- tre ligne s'étendant à-partir de la source est reliée électri- quement au quatrième conducteur 4 en un point adjacent à la seconde extrémité de ce dernier Une ligne 31 ou une barre omnibus 4 relie le troisième conducteur 3 au premier conducteur 1 en un point adjacent à la première extrémité de ce derniers et une ligne 42 ou barre omnibus courte relie le quatrième conducteur 4 au second conducteur 2 en un point adjacent à la première extrémité de ce dernier Le moyen 43 de coupure de circuit, qui peut comprendre un fusible 45 branché en parallèle, ou bien tout autre moyen de coupure de circuit capable d'inter- rompre des courants de très forte intensité pouvant atteindre 1 à 1,5 million d'ampères,est branché entre la première extré- mité des premier et second conducteurs 1 et 2 Le moyen 43 de coupure de circuit est synchronisé avec le moyen 17 déclenchant le déplacement de l'armature 9 de sorte que ces moyens agissent de façon conjointe. La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de lancement de projectiles dont les premier et second rails 1 et 2 sont disposés parallèlement l'un à l'autre, un moyen étant prévu pour établir un arc et pour propulser 2522130 le projectile 11 d'une extrémité des rails 1 et 2 vers l'autre extrémité de ces derniers Le moyen servant à établir un arc et à propulser le projectile comprend un fil de tir ou fusible 49, qui déclenche la circulation du courant entre les rails t et 2, se désintègre et forme ainsi un plasma ionisé ou arc à travers lequel le courant continue à circuler entre les rails 1 et 2, et un sabot isolant 51, qui est disposé entre le fil de tir 49 ou arc et le projectile 11 de manière à déplacer le pro- jectile en avant de l'arc et à le propulser d'une des extrémités des rails 1 et 2 vers l'autre extrémité de ces derniers Le moyen 17 servant à amorcer le déplacement du fil de tir 49 et du projectile Il déplace le fil de tir 49 au-delà des isolants en contact avec les rails 1 et 2 de manière à amorcer la conduction puis le jaillissement d'un arc. En plus des premier et second rails ou conducteurs 1 et 2, le dispositif comprend des conducteurs supplémentaires 3, 4 et 55, 56, qui sont disposés parallèlement les uns aux autres en deux groupes Les conducteurs sont isolés l'un de l'autre par des bandes isolantes 5 ou par tout autre moyen et sont reliés électriquement de telle sorte que le courant circule dans un sens dans un des groupes et dans un autre sens dans l'autre groupe, comme représenté sur la figure 2 Deux ou m 8 me plus de deux des conducteurs peuvent ne pas avoir la même lon- gueur que le canon ou piste que suit le projectile et qui comprend les premier et second rails 1 et 2. La source de courant peut comprendre le générateur homopolaire 21 ou tout autre moyen de génération d'énergie électrique et l'emmagasinage de l'énergie par induction peut avoir lieu dans le circuit comprenant des rails ou les conduc- teurs, soit en réduisant considérablement les dimensions ou la capacité d'emmagasinage d'énergie de la bobine d'inductance requise, soit en éliminant complètement la bobine d'inductance 23 utilisée sur la figure 1. Le moyen 43 de coupure de circuit est disposé de manière à assurer un circuit pour un courant élevé ou un 2 2522130 court-circuit en un point adjacent à une des extrémités, c'est-à-dire l'extrémité de culasse des premier et second rails 1 et 2, de manière que le courant circule à travers tous les rails sauf les premier et second rails lorsque le système est mis sous tension, en emmagasinant ainsi de l'éner- gie par induction dans les rails ou conducteurs d'augmentation de flux magnétique et non pas dans une bobine d'induction ou bien dans les rails d'augmentation de flux magnétique et dans une bobine d'induction supplémentaire (non représentée) Le positionnement électrique du moyen 43 de coupure de circuit est critique par le fait qu'il doit tre relié électriquement aux bornes de l'extrémité de culasse des premier et second rails 1 et 2 et physiquement près de la culasse pour simplifier la commutation rapide du courant sur les premier et second rails 1 et 2 de manière à déclencher le lancement du projectile. Il va de soi que les conducteurs d'augmentation de flux magnétique doivent aussi conduire le courant pendant la période relativement longue durant laquelle le courant augmente jusqu'à son niveau maximum ou niveau voulu Par contre, en ce qui concerne les rails conducteurs 1 et 2 de lancement, il leur suffit de conduire le courant pendant la période beaucoup plus courte de lancement et de post-lancement durant laquelle le courant diminue Par conséquent, les rails d'augmentation de flux magnétique doivent tre conçus de manière à ne pas ttre surchauffés On peut obtenir ce résultat en augmentant leur section droite, en les refroidissant préalablement avant un lancement, en les réalisant avec une matière à très faible résistivité et/ou en prévoyant un moyen de refroidissement supplémentaire pour assurer un refroidissement entre les tirs, par exemple des conduits 61 pour un refroidissement à l'aide d'un fluide, comme représenté sur la figure 3 e On comprendra également que le courant diminue pendant le lancement et que, par conséquent, la force qui est induite par le courant et qui propulse le projectile 11 diminue aussi à mesure que le projectile 11 se déplace de la culasse à la 2 2522130 bouche* On peut donc délibérément disposer les conducteurs d'augmentation de flux magnétique suivant une géométrie appropriée les uns par rapport aux autres, de telle sorte que, au fur et à mesure que le projectile se déplace de la culasse vers la bouche et que le courant diminue, le niveau du flux magnétique augmente afin que la force exercée sur le projectile reste sensiblement constante ou voisine de son niveau maximal admissible L'effet net d'une force constante à son niveau maximal admissible est une accélération constante au niveau maximal et, par conséquent, un canon le plus court pour attein- dre la vitesse de sortie voulue. Le fonctionnement du dispositif électromagnétique de lancement de projectiles décrit ci-dessus et représenté sur la figure 1 a lieu comme suit: L'énergie cinétique engendrée par une source de force motrice (non représentée) est transformée par le générateur homopolaire 21 en énergie électrique sous la forme d'un courant continu élevé, qui augmente jusqu'à un niveau prédéterminé pouvant se situer au voisinage de 1 k 1,5 million d'ampères lorsque ce courant circule en séries à travers l'interrupteur fermé 25, le troisième conducteur 3, la ligne 31, le disjonc- teur 43 et le fusible 45 montés en parallèle, la ligne 42, le quatrième conducteur 4, et la bobine d'induction 23 Les con- ducteurs 3 et 4 ont une géométrie qui crée une inductance d'environ 0,5 p H par mètre de sorte qu'y des courants d'une intensité comprise entre 1 et 1,5 million d'ampères, une quan- tité notable d'énergie est emmagasinée par induction dans la géométrie des troisième et quatrième conducteurs ainsi que dans la bobine d'induction 23 * Quand le niveau prédéterminé du cou- rant est atteint, le moyen 43 de coupure de circuit s'ouvre et le moyen 17 servant à déclencher le déplacement de l'armature 9 est rendu actif et déplace l'armature 9 jusqu'aux parties conductrices des premier et second rails 1 et 2, en permutant l'application du courant sur les rails conducteurs 1 et 2 et sur l'armature 9, ce qui a pour effet d'accélérer l'armature 9 8 2522130 d'une extrémité des premier et second conducteurs vers l'autre extrémité de ces derniers, c'est-à-dire de la culasse vers la bouche ou de la gauche vers la droite sur la figure 1 Il convient de remarquer que pendant le lancement, le courant circule dans le m#me sens que dans les conducteurs d'augmen- tation de flux magnétique que dans les rails conducteurs adja- cents, c'est-à-dire dans le même sens dans les conducteurs 1 et 4 et dans le même sens dans les conducteurs 2 et 3. Le fonctionnement du dispositif de lancement de pro- jectiles représenté sur les figures 2 et 3 est similaire à celui représenté sur la figure 1, la différence étant que l'énergie inductive est emmagasinée dans la géométrie de conducteur représentée par les conducteurs 3, 4, 55 et 56 et, bien entendu, dans un système supplémentaire de barres omnibus nécessaire pour transporter le courant et non pas dans la bobine d'induction 23 et que l'on utilise un arc et non pas une armature pour propulser le projectile 11. Le dispositif électromagnétique de lancement de pro- jectiles décrit ci-dessus a pour résultat avantageux i l'utilisation de courants plus faibles, avec le mtme transfert d'énergie au projectile que dans le cas des agencements sans augmentation de flux magnétique; une réduction notable du chauffage des rails de lancement par rapport k un agencement sans augmentation de flux magnétique communiquant la m Ome vitesse; l'utilisation d'armatures plus légères en raison des courants plus faibles, ce qui se traduit par des charges utiles plus élevées et permet également d'avoir recours k des bobines d'induction plus petites et k des machines homopolaires comportant moins de balais et présentant, par conséquent, un meilleur rendement dans la conversion de l'énergie cinétique initialement emmagasinée en énergie cinétique du projectile. 9 2522130 REVENDICATIONS 1 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles caractérisé par le fait qu'il comprend: un premier conducteur ( 1), un second conducteur ( 2) disposé de façon sensiblement parallèle audit premier conducteur, un moyen ( 9) pour propulser un projectile d'une première extrémité des premier et second conducteurs jusqu'à la se- conde extrémité de ces derniers et pour conduire le courant entre ces conducteurs, un troisième conducteur ( 3) disposé de façon sensiblement parallèle et adjacente audit second conducteur et relié électriquement audit premier conducteur en un point adjacent à ladite première extrémité de ce dernier, un quatrième conducteur ( 4) disposé de façon sensiblement parallèle et adjacente audit premier conducteur et relié électriquement audit second conducteur en un point adjacent à ladite première extrémité, une source ( 21) de courant de forte intensité reliée électriquement à la seconde extrémité desdits troisième et quatrième conducteurs, et un moyen ( 43; ) de coupure de circuit branché électriquement entre les premières extrémité desdits premier et second conducteurs, grâce à quoi le courant nécessaire pour lancer un projectile à une vitesse prédéterminée est rapidement permuté sur les premier et second conducteurs par ouverture dudit moyen de coupure de circuit et le courant est plus faible que celui nécessaire quand on utilise une seule paire de conducteurs. 2 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen ( 9) pour propulser le projectile est une armature conductrice disposée de façon coulissante entre les premier et second conducteurs. 3 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen de coupure de circuit comprend un interrupteur ( 43) pour courant élevé monté en parallèle avec un fusible ( 45). 2 2522130 4 e Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un isolant ( 5) électrique est dis- posé entre les premier et quatrième conducteurs ainsi qu'entre les second et troisième conducteurs* Dispositif électromagnétique de lancement de projectilessuivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les premier et second conducteurs comportent une bande isolante ( 15) disposée en un point adja- cent à la première extrémité de ces conducteurs entre au moins un des conducteurs et l'armature. 6 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen ( 17) pour déclencher le déplacement de l'armature conductrice de manière qu'elle se déplace au-delà des bandes isolantes ( 15). 7 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 k 6, caractérisé par le fait que la source ( 21) de courant de forte intensité comprend une bobine d'induction ( 23). 8 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que la source ( 21) de courant de forte intensité comprend, en outre, un générateur homopolaire. 9 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que des moyens de commutation ( 25) montés en séries sont disposés entre la source et un des conducteurs. 10 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le courant dans les premier et quatrième conducteurs circule dans le même sens et que le courant dans les second et troisième conducteurs circule dans le même sens. 11 2522130 11 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend des conducteurs supplé- mentaires ( 3, 4, 55, 56) disposés en groupes adjacents auxdits premier et second conducteurs ( 1, 2), lesdits conducteurs supplémentaires étant disposés de manière telle que les con- ducteurs adjacents audit premier conducteur sont parcourus par un courant circulant dans le mime sens que celui dans lequel il circule dans le premier conducteur et que les con- ducteurs adjacents audit second conducteur sont parcourus par un courant qui circule dans le même sens que celui dans lequel il circule dans le second conducteur* 12 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 11, caractérisé par le fait que lesdits conducteurs sont tous reliés en série pendant le le lancement. 13 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que deux ou plus de deux des conducteurs supplémentaires n'ont pas la mime longueur que les premier et second conducteurs. 14 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le moyen ( 17) pour propulser le projectile est un arc établi entre les premier et second conducteurs. Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que les conducteurs supplémentaires comportent un moyen de refroidissement ( 61) associé I ces derniers en vue de coopérer avec eux. 16 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'il comprend: un projectile ( 11), une pluralité de conducteurs ( 1, 2, 3, 4) reliés à ladite source et disposés de façon à coopérer pour produire un champ 12 2522130 magnétique dirigé de manière à augmenter la force qui lance le projectile, deux conducteurs supplémentaires ( 55, 56), un moyen ( 43, 45) de coupure de circuit, ledit moyen de coupure de circuit et les deux conducteurs supplémentaire M étant reliés mutuellement avec ladite pluralité de conducteurs de sorte que les deux conducteurs précités ne conduisent le courant qu'après le début du lancement. 17 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que lesdits conducteurs sont tous reliés en séries avant la fin du lancement. 18 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que lesdits conducteurs sont tous, d'une façon générale, reliés sous forme d'une boucle fermée pendant le lancement. 19 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il comprend une source ( 21) de courant de forte intensité comprenant un moyen ( 23) d'emma- gasinage d'énergie inductive, une paire de conducteurs supplé- mentaires ( 55, 56) reliés mutuellement avec ladite pluralité de conducteurs ( 1, 2, 3, 4) et ledit moyen ( 43, 45) de coupure de circuit, de telle sorte que ladite paire de conducteurs supplémentaires ne conduit le courant de propulsion du projec- tile qu'après le début du lancement, et ladite luralité de conducteurs conduisant le courant avant le début du lancement et étant agencés de manière à créer un champ magnétique dirigé de façon appropriée pour augmenter la force de propulsion du projectile pendant le lancement. 20 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 19, caractérisé par le fait que l'emmagasinage d'énergie inductive est assuré de façon coopérative par une bobine d'induction et par l'énergie inductive emmagasinée dans le champ magnétique produit par la pluralité de conducteurs qui transportent le courant avant le 13 2522136 début du lancement. 21 Dispositif électromagnétique de lancement de projectiles suivant la revendication 19, caractérisé par le fait que l'emmagasinage d'énergie inductive est constituée sensiblement par l'énergie emmagasinée dans le champ magné- tique engendré par la pluralité de conducteurs qui conduisent le courant avant le début du lancement.