Brevet FR2530329A1 — publié le 19840120

Lanceur électromagnétique équipé d'una commutateur pour tirs successifs à cadence rapide. La présente invention se rapporte aux lanceurs électromagnétiques de projectiles et elle concerne plus particulièrement les lanceurs qui sont équipés d'un dispositif de commutation pour tirs successifs à cadence rapi- de. Les lanceurs électromagnétiques de projectiles sont capables d'appliquer à-divers types de projectiles des accélérations qui leur im- priment des %dotesses élevées Dans plusieurs applications possibles des lanceurs lectromagnétiques, telles que l'injection de pastilles dans les réacteurs de fusion, la fusion par collisions et les armes, le lanceur doit appliquer A un projectile une-accélération qui lui imprime des vitesses tzrès élevées; e outre, le lanceur doit pouvoir effeccaer des tirs succes- siús à une cadence rapide. Les lanceurs électromagnéti-qvues de projectiles sont bien connus de l'homme de l'art; ils copr-et deux rails conductears généraleent parallèles, un e arma Lure conductrice coulissant entre ces rails une sou 2 = ce de courant élevé et tuz comutateur pour commuter ce courant sur les rails et dans 1 larmat-'reo Le passage dr% cour:ant dans laluature produit une force qui propulse un projectile le long des -rails de lancieuete rlusieurys confi= jurations diúférentes de projectiles ont été proposées cepe:adant P les projectiles sont g 9 néraleziient po%-vus d'une w'mature mtallique ou d %z Kle awamature de propulsion pa plas,mao Le projectile à amature miétallique com- Z 5 porte & sa base un è 1 tmenlt condncteur qui fait passer le courant devn rail de guidage à l'autre par l'intermédiaire d'un contact coulissanto Ces -ar- matures sont généralenent constit êes deun matériau conducteur ú 1 e:ible D du -type balai, qui est appliqué de force contre les rails de lancement des pro= jectiles par les forces électromagnétiques qui propulsent finalement le pro- jectile Dans le projectile à armature de propulsion par plasma, un arc é- lectrique est utilisé comme trajet conducteur Lorsqueun joint étanche est formé entre le projectile et la partie formant canon du lanceur, le plasma ne peut tre expulsé au delà du projectile et, par conséquent, il transmet à ce dernier les forces électromagnétiques appliquées au plasmae La propul- sion par plasma offre l'avantage d'une masse très faible, de sorte que sen- sibienent toute l'énergie d'accélération est utilisée utilement pour le Cepoeidantg, un plasma à déplacement lent peut faire subir un dommage aux rails an cours des stades initiaux daccélération du projec- tile, La présente concerne un camwatateur noirî au permettant de colmuter le cDuraiec élevé:zw les cails de lancemeut des projectiles Ce corm ta-eu: , permet deobtenir une cacleiûce rapide de rechargement des pro- jectilez et il applique è ces derniers une vitesse initiale On a proposé plusieurs dispositifs de doses lesquels ce dernier remplit les fonctions de conduction du courant pendant la phase ïkiale de chargement et de comrtutatîou dix courant sur les rails de lance- des -Projectiles pen-dant la -jjhase de t Jr Ces systqà - ûes se composent pri ipe lui ouran Y-, c 1 Peut d 9 ime ar:, a-Liwe de c O Ewrîuta:ioa qui conci -t le c t pendant 2. phase de chargement et oui est ensuite pp*,ju 1 sèe à Iide de forces élec- -aes procès de part et d 9 auî:i,,a,-Amie r ce i sol te, de a c-ie su úa an manie U, re cc,71 î i-iter les rois de des projectiles et sur Joe L-ure de IèDjecti Ies Les systèlmes de ccn-j#utation cc-mpren- Syst me a 7,-lortizselu cinq c 2 e rëL-;a-oèrÉ-ur Varmature a de se ser'eïr de cc 'cation dans les é-,11,2 si Mes une qut mie ar-,ila- tive dD p-'r -j _a SnîaLe système de ecïâir at tie t -a pouï 2 r 7 3 yat de cc Jwi Uer le u-_ _-nàcu da ccri sz-w,Z le du doit S 2 effect-aee avant a 7 g tir Soi Zn ou:r-, l Intilisation répétée de 12 arma- e de -Dur -ne 2,3 îêrioraiion de lee'ngature eaux e 2 lets da -,U__uc de Da a un de;uype rotatif pair Per- mie ca&_ra:e zanide on a éjalemer:;i: prop'osé di-w;eiliser diverses de secïïons iso Iay&:cs et ccndnc rîres d'aune -cote tow- 2 011 teurs de courant. j en contact avec des fflwekits ixes c ec - 39 2 'a de -:e pe 7 :,Iet de cc;j"irt:Le-er le clé-, ces éléments - fixes collecteurs de cceizrzlm-t Ami:, les rail 5 de In-acezlelrt des projectiles. Quel -aile soit -te Ic _i d S dom g fpe de corw Furkateur 1 tilisé, e a es consi- dêrables peuvent l'rr e Causês aux rails pendant l'accélération initiale dun rrojectile d-mis la partie forment calicu Gu on peut réduire ces dom- _ 35 mages à des niveaux acceptables en concernant correcteinen-t l'armature de projectile et en imprimant au projectile une vitesse initiale qui est suf- fisamment élevée pour réduire la densité d'énergie sur les rails dans la partie formant culasse du lanceur. L'armature de commutation et le commutateur rotatif ne fournis- sent ni l'un ni l'autre un procédé permettant à un lanceur électromagnétique d'effectuer des tirs à cadence rapide pendant des périodes continues Des capacités de tirs rapides exigent d'imaginer un procédé pour charger rapi- dement le projectile, lui imprimer une vitesse initiale, commuter rapide- ment le courant sur les rails et déclencher une propulsion par plasma en cas de nécessité En outre, le commutateur doit 'tre tel qu'un tir continu ne l'endommagera pas. L'objet principal de la présente invention est de fournir une poussée supplémentaire au lancement. La présente invention consiste principalement en un dispositif de commutation pour faire passer le courant entre deux rails conducteurs et pour commuter ce courant sur une armature conductrice placée entre les rails d'un lanceur électromagnétique de projectiles, Ce dispositif de com- mutation comprend: une cartouche conductrice ayant une forme telle qu'el- le assure un contact électrique glissant avec les rails et comportant une chambre de pression; et un montage qui permet d'augmenter la pression à l'intérieur de cette chambre de pression afin d'accélérer le projectile vers l'extrémité des rails formant bouche et accélérer la cartouche ean sens in- verse Ce dispositif de commutation est caractérise par un montage qui em- peche le passage 50 du courant dans l'armature conductrice avant l'accéléra- tion de cette armature provoquée par l'augmentation de pression à l'inté- rieur de la chambre de pression. Un lanceur électromagnétique de projectiles construit suivant la présente invention comprend: deux rails conducteurs généralement parallè- les-constituant un canon qui comprend une extrémité formant culasse et une extrémité formant bouche; une source de courant élevé connectée à ces rails; une cartouche conductrice de commutation en contact électrique glissant avec les rails à l'extrémité formant culasse, cette cartouche comportant une cham- bre de pression et une ouverture pour recevoir un projectile; un moyen pour augmenter la pression à l'intérieur de la chambre de pression afin d'accélé- rer le projectile le long de la cartouche et supprimer le contact électrique entre la cartouche et les rails 7 et un moyen pour conduire le courant entre les rails après que le contact électrique entre la cartouche et les rails a été supprimé Le moyen d'augmentation de la pression à l'intérieur de la chambre de pression peut être une matière combustible placée dans la chambre qui est pourvue d'un dispositif approprié d'inflammation Dès que le contact électrique entre la cartouche et les rails a ét supprimé, le courant peut être conduit entre les rails par uu-e armature métallique ou par ime armature de p-opulson par plasma Dans ce dernier cas, le plasma a pu Etre formé par 1 z cg-nmbzstion de la matière combustible. U-à commutateur construit suivant la présente invention, prévu pour conduire un courant entre deux rails conducteurs d'un lanceur élec- cmnagnéticue et pour commuter ce courant stur une armature conductrice dis- posée entre les rails 2 comprend: une cartouche conductrice comportant une chambre de pression et rîxe ouverture pour recevoir un projectile; un moyen pour augmenter la pression à l'intérieur de la chambre de pression afin d'accélérer le projectile vers l'extrémité formant bouche des rails et ac- célérer la cartouche en sens inverse; et ln moyen pour conduire le courant entre les rails et pour propulser le projectile le long des rails après que le contact électrique entre la cartouche et les rails a été supprimé Le m Toyen pour conduire le courant eitre les rails peut être une armature métal- lique conductrice qlui est placée initialcment à l'intérieur de la chambre de pression mais isolée électriquement de la cartouche ou, en variante, ce peut être une armature de propulsion par plasma qui est créée par combustion à l'intérieur de la chambre de pression - Quel que soit le type d'armature utilisé, l'opération de commuta- tion suivant un procédé de conmutation du courant de deux rails conducteurs sur une armature conductrice, comprend les stades suivants: placement d'u- ne cartouche conductrice en contact électrique avec les rails conducteurs, cette cartouche comportant L Re chambre de pression et une ouverture pour recevoir un projectile; lancement du courant dans les rails et dans la cartouche; création d'une pression à l'intérieur de la chambre de pres- sion af-in d'accélérer le projectile vers l'extrémité formant bouche des rails conducteurs; établissement d'un passage de courant entre les rails par l'intermédiaire d'une armature; et suppression du contact électrique entre la cartouche et les rails, 253 329 La présente invention sera bien comprise à la lecture de la des- cription suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans les- quels: - la figure 1 est une vue schématique représentant un lanceur électromagnétique de projectiles construit suivant l'art antérieur; la figure 2 est une vue schématique représentant un lanceur électromagnétique de projectiles construit suivant un exemple de réalisa- tion de la présente invention; et les figures 3, 4 et 5 sont des vues, à plus grande échelle, de la partie formant culasse du lanceur représenté à la figure 2, montrant la position relative des rails et de la cartouche de commutation au cours des différentes phases dt'ne séquence de lancement. On se reportera maintenant aux dessins La figure 1 est une vue schématique représentant nra lanceur électromagnétique de projectiles cons- truit s(tivant Part a'trieur Dans ce lanceur, rune source 10 de courant élevé, comprenant le montage en strie d'unme génératrice 12 de courant con- tiz Xw, durs interrupteur 14 et d'une bobine 16 deinduction, est conmectée à deux rrils conducteurs 18 et 20 généralereent parallèles Un commutateur 22, onrnect entre l'extréite úolmant culasse des rails conducteurs 18 et 20, Jornt Anl - oyen tour co m ter le couralt de la source 10 de couramnt élevé sur les rails 18 et 20 Une armmaire 24 ? qui sert de moyen co* ducteur du courant entre les rails 18 et 20, est coraectée à -m sabot isolant úacnlta- t f 26 et à uao projectile 28 L'armature 24 peut être une armature métalli- lue coulissante oi une armature de propulsion par plasmas Dans ce dernier cas, le sabot isolant sert à úolmelr u joint étanche avec les rails 18 et À'0, emp&chant de ce rait toute Bouite de plasma autour du projectile 280 En variante, on Deut doàiuier au projectile 28 des dimensions qui lui permettent d'assurer l'étanchéité du -'canon" Au cours d'une séquence de tir, on ferme d'abord l'interrupteur 14 et le commutateur 22 afin de faire passer un cou- rant dans la bobine 16 d'induction Lorsqu'une intensité prédéterminée de courant a été atteinte dans la bobine 16 d'induction, ce qui correspond à un niveau souhaité d'énergie, on ouvre le commutateur 22 de manière à com- muter le courant de la source 10 de courant sur les rails 18 et 20 et dans l'armature 24 Ce courant passant dans les rails et dans l'armature crée une force appliquée à l'armature qui propulse le projectile le long des rails. Lra figure 2 représente un lanceur électrcmnagnétique de projec- tiles construit suivant un exemple de réalisation, de la présente inven- tiono A la figure 2, le commutateur 22 de la figure i a été remjrplacé par um cowmutateur de type cartouche La cartouche 30 de commutation est cons- tituée dl-un matériau conducteur et elle comporte une chambre 32 de pression et unme ouverture 34 pour recevoir un montage de projectile La cartouche est iit-roduite entre deux rails conducteurs 36 et 38 généralement parai- lèede mpiiière à former avec ces rails 'un contact glissant Une matière isolante 40 et 42 recouvre respectivement la surface intérieure des rails c-on Gic-tetrs 36 et 38, à 1 lextréinit& formnant culasse de ces derniers Cet isolezt se prolcuge sulr -me longueur inférieure & la longueur de la car- touc-eh O a ce lui peme létablissement d'un contact électrique entre la ce M'Ce 30 et les surfaces 44 et 46 des rails 36 et 38 respectivement. 2 u ait T ec, dans le prrdsent exem eple de naisiele msoutage de projec- l 2 e veprésnt ccm-cporte zune at rn mtal I;qïze 2, tme matière isolante D De l eo;n la sur 2 ?acz intérieure de la cartouche 30 afin deempl&her z:r Zazsage I-ci d courant dans lrawe 241 7-a chambre 32 de pres- siz peut &i=re rer-Plie d Ylune -matière crut T eq Iz est inflamméMe par le ci s:,s'et JI 2 52 d e 2 ail atic T o au déluzt de la séquence de lancement Le sabot sclant 2 claz E sert à poi Irn le projectile 28 et il Dreut assu- er lenc Xéié Za Ca-n On Si On l Zili-O Se une av';w ue de Prropusio p Mar pla- Zieqrnezce d:e foncticnuiement du lancec D électromagnétique de ojecies reursentéà la fiue 2 est la suivant,'e 1) la cartouche 30, nza-i que le rcjectcile '8e Júo aclai 26 e l'arature 24, est c a ecenis laà rprtie 2 criiant cula 7-sse des rails 36 e 8 d lancieur, de ssurcr un ciitact de glissemnt, l'interrupiteur 14 est fer- -&mettrla céia 7 rge de la bobine 1 i 6 d 2 induction, Le courant vient d eeanela 12, passe dans la bobizie I 6 d'induction, le rail 36, la -,-catoe O etle,rail 138, et, revient ài la gîêuér-atrice 12 pour compléter e 'circut, Les surfaces Isolantes 48 et: 10 s'cnpjrosent au Passage du cou- tdans V a Li"aî: we 24 afi-n d'emp 8 écher un lancement prématuré, 3) lorsque l'44 era-e nductive Stockée dans la bobine 16 d'induction a atteint un ni- veau d 8 siré, im sicnal électrique ou mécanique déclenche le dispositif 52 dlixdflammeation qui inflamme la mîatière com Cbustible placée dans la chambre 32 de pression; 4) la pression dans la chambre 32 provoque le déplace- ment du montage de projectile vers les rails de lancement tout en repous- sant en même temps la cartouche 30 vers l'arrière; 5) le courant traver- sant la cartouche 30 commence à passer dans l'armature 24 lorsque cette dernière quitte les surfaces isolantes 48 et 50 et entre en contact avec la partie métallique de la cartouche 30; 6) le projectile continue à a- vancer entre les rails conducteurs 36 et 38 tandis que la cartouche 30 su- bit un mouvement de recul Lorsque la cartouche 30 a reculé suffisamment loin, les surfaces isolantes 40 et 42 formées à l'extrémité formant culas- se des rails conducteurs 36 et 38, s'opposent au passage du courant dans la cartouche 30 et commutent la totalité du courant sur l'armature 24; 7) la pression-dans la chambre 32 de pression imprime une vitesse initiale au projectile, ce qui diminue l'érosion des rails La pression requise dans un lancement peut Etre définie comme étant la pression nécessaire pour pro- duire une vitesse initiale minimum souhaitée du projectile de manière à réduire à un niveau acceptable les dommages provoqués aux rails En outre, la combustion de la matière combustible dans la chambre 32 peut former un plasma qui joue le r 8 le d'armature pour le projectile à armature de pro- pulsion par plasma; 8) l'énergie contenue dans le mouvement de recul de la cartouche 30 peut être captée afin de commander un mécanisme de rechar- gement qui introduit un nouvel ensemble cartouche-projectile en contact glissant avec les rails 36 et 38 En variante, la pression produite dans la cartouche peut commander un piston qui déclenche un mécanisme de char- gement et d'éjection des cartouches Le mécanisme de rechargement peut être similaire à celui d'une arme à feu classique à répétition. Les figures 3, 4 et 5 illustrent la partie formant culasse du lanceur représenté à la figure 2, au cours des différentes phases d'une séquence de lancement La figure 3 représente le lanceur dans sa position chargée ou prête au lancement Le courant de charge venant de la source 10, passe de la connexion 54 avec le rail 36 du lanceur à la connexion 56 avec le rail 38 du lanceur en traversant le corps de la cartouche 30, comrme l'indiquent les flèches tracées sur le dessin Les surfaces isolantes 48 et s'opposent au passage du courant dans l'armature 24 du projectile qui, sinon, provoquerait un lancement prématuré A un moment approprié, le dis- positif 52 d'inflammation sera déclenché, provoquant de ce fait la combus- tion de la matière combustible présente dans la chambre 32 et créant une pression à l'intérieur de cette chambre. On se reportera maintenant à la figure 4 La pression créée dans la chambre 32 produit une force qui accélère simultanément le projectile 28 et la cartouche 30 Si on doit utiliser une armature de propulsion par plasma, la combustion de la matière dans la chambre 32 peut produire une armature à plasma qui servira ensuite à conduire le courant entre les rails 36 et 38 Lorsque la cartouche 30 commence à reculer, le courant se divise et passe dans la cartouche 30 ainsi que dans l'armature 24 du projectile. Caete division du courant est provoquée par le contact de l'armature 24 a- vec la partie métallique de la cartouche 30, en liaison avec le mouvement de recul de cette dernière Ce mouvement de recul, concentrant le courant au bord avant des parties isolantes 40 et 42 des rails, commence à créer une tension de commutation. La figure 5 représente la position de la cartouche 30 du projec- tile 28 lorsque la cartouche 30 recule et, de ce fait, s'éloigne davantage encore du bord arrière des parties isolantes 40 et 42 des rails Cet iso- lement s'oppose au passage du courant dans la cartouche et oblige la tota- lité du courant à commuter sur les rails 36 et 38 de lancement des projec- tiles et dans l'armature 24 La cartouche 30 et le projectile 28 peuvent l'un et l'autre atteindre une vitesse suffisante pour empacher tout domma- ge aux rails pendant cette phase de commutation La géométrie du disposi- tif de commutation facilite le processus de commutation car le courant n'est pas forcé de suivre un trajet différent et c'est plut 8 t la cartouche de commutation qui s'éloigne en glissant du trajet préféré du courant tan- dis qu'elle est remplacée par l'anrmatre du projectile. Si on utilise une armature de propulsion par plasma, le sabot 26 assurant l'étanchéité du "canon" doit être construit de manière à emp&cher toute fuite de plasma devant le projectile 28 On peut répondre à cette exigence en domnnant au sabot 26 une largeur s Luúisante pour que le bord a- vant du sabot 26 ait dépassé respectivement les points 62 et 64 des rails 36 et 38, avant que le bord arrière de ce même sabot 26 n'ait dépassé les points extrémes 58 et 60 de la cartouche 30 Cette disposition élimine tou- te possibilité de fuite de plasma autour du sabot 26 En variante, on peut donner au projectile 28 des dimensions qui lui permettent d'assurer cette fonction d'étanchéité du "canon". Pendant que le déplacement du projectile 28 s'accélère le long des rails 36 et 38, la cartouche 30 de commutation continue à reculer et elle est éjectée de la partie Dormant culasse du lanceuro Ce mouvement de recul, ou la pression provenant de la chambre de pression, peut être utilisé pour armer un mécanisme qui rechargera automatiquement un nouvel ensemble cartouche-projectile entre les rails du lanceur, Le chargement de la nouvelle cartouche permettra la répétition du cycle. On peut voir qu'un lanceur électromagnétique de projectiles construit suivant la présente invention est approprié au lancement de pro- jectiles à cadence rapide Fuisqu'on peut utiliser lule cartouche sacrifiée de commutation, le système de commutation du lanceur peun úonctionner en continu à une cadence rapides La combustion & l'intérieur de la chambre de pression de la cartouche imprime au projectile une vitesse initiale qui emp&che tout dmmnage aux rails, et cette combustion peut servir à former un plasma lorsqu'on désire utiliser une armature de propulsion par plasma. L'utilisation d'ume chambre de pression augmentera de manière signiúicative la vitesse du projectile car la pression servira à accroître les úorces :Iéc:ctromagnétiques du lanceur. >:0 Lutilisaion d%a commutateur du type cartouche fournit un pro- céud compact, simple et éprouvé de rechargement d'un système à tir rapide. Elle Pournit également un procédé de commutation rapide du courant sur une armature de projectile, avec une érosion minimum du système Les mécanismes connus de rechargement des armes à répétition peuvent 9 tre adaptés au lan- ceur pour assurer la 2 oection de rechargement. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisa- tion qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de va- riantes et de modifications qui apparaîtront & l'homme de l'art Par exem- ple, on peut utiliser, dans la chambre de pression de la cartouche, divers 0 types de matières créatrices de pression telles que des úils fusibles, une matière combustible classique, des réactifs chimiques incombustibles, etc. REVENDICATION Dispositif de commutation pour faire passer le courant entre adetzc rails condvucteurs et pour commuter ce courant sur une armature con- ducîrice placée entre les rails d'un lanceur électromaglnétique de projec- tiles, ce dispositiú de coneiutation comprenant une cartouche conductrice ayant -me forme telle qu'elle assure Lun contact électrique glissant avec les rails et comport-nt %=e chambre de pression, et un montage qui permet d'augenter la pression à l'intérieur de cette chambre de pression afin d'accélérer le projectile vers l'extrémité des rails formant bouche et ac- célerer la cartouche en sens inverse: ce dispositif de commutation étant c,-actér-is en ce u'il comprend un montage qui emplche le passage ( 50) du courant dans i ermature conductrice avant ' accélération de cette armature óovoauée par 11 aeunentation de pression à ilintérieur de la chambre de pressi on.