Brevet FR2538096A1 — publié le 19840622

C 396 Système électromagnétique de lancement de projectiles propulsés par poudre. La présente invention concerne un système électromagnétique de lancement de projectiles et elle a trait,plus particulièrement,à des systèmes de ce genre dans lesquels l'accélération initiale du projectile est obtenue dans une âme rayée classique et l'accélération supplémentaire est fournie par des forces électromagnétiques. On connaît des dispositifs électromagnétiques de lancement de projectiles qui comprennent une paire de rails conducteurs, un induit conducteur coulissant entre les rails, une source de courant de forte inten- sité et un interrupteur pour diriger ce courant dans les rails à travers l'induit La circulation du courant à travers les rails et l'induit provoque l'application à l'induit d'une force électromagnétique qui le propulse le long des rails conducteurs Les dispositifs de lancement utilisant un induit métallique coulissant subissent un endommagement considérable des rails qui est provoqué par l'induit coulissant, parti- culièrement lorsque sont mises en jeu des vitesses d'induit élevées. Dans ce cas, un induit formé par un plasma ou un arc peut être plus approprié. Le principal inconvénient de l'utilisation d'un induit de propulsion en plasma est l'endommagement qui se produit dans la section de culasse des rails du dispositif de lancement pendant la formation du plasma Une fois que le plasma se déplace, un très faible endommagèment, si toutefois un tel endommagement a lieu, affecte les rails Du fait que le rapport de masse entre un projectile et un induit en plasma est supé- rieur au rapport de masse entre un projectile et un induit métallique coulissant, une utilisation plus efficace de l'énergie globale de lance- ment disponible est possible avec une propulsion par plasma C'est pourquoi l'utilisation de projectiles propulsés par plasma dans les systèmes à coups multiples convient De tels systèmes comprennent des systèmes de défense aérienne à cadence de tir rapide et les réacteurs de fusion à impact. On a suggéré plusieurs procédés pour déclencher l'apparition d'un plasma ou d'un arc dans des systèmes de lancement électromagnétiques. Ces procédés sont orientés principalement vers la résolution du problème de la création de l'induit à plasma et d'une réduction minimum de l'en- dommagement thermique résultant qui affecte les rails du dispositif de lancement Une érosion de la surface des rails est entraînée par un arc fixe ou se déplaçant lentement et a lieu pendant l'accélaration initiale du projectile à partir d'une vitesse nulle Aux vitesses plus élevées du projectile, les effets de ce phénomène thermique deviennent de moins en moins importants C'est pourquoi on souhaite disposer d'un moyen permettant de communiquer une force vive initiale au projectile lancé afin de pro- longer la longévité des rails du dispositif de lancement. La présente invention utilise la technique classique des armes à feu à propulsioa par poudre et à cadence de tir rapide pour charger et tirer rapidement des projectiles dans l'âme d'un dispositif de lancement électromagnétique qui continue d'accélérer le projectile propulsé par la poudre jusqu'à des vitesses dépassant celles pouvant être atteintes avec la technique de propulsion par poudre des armes à feu classiques Ce système de lancement électromagnétique utilise les avantages inhérents des dispositifs de lancement à propulsion par poudre et des dispositifs de lancement électromagnétiques pour réaliser un dispositif de lancement à cadence de répétition élevées avec des caractéristiques de rendement supérieures. L'objet principal de la présente invention concerne la réali- sation d'un dispositif de lancement-de projectiles d'une façon générale par voie non électromagnétique et avec une vitesse initiale induite, ce dispositif comportant une partie de lancement électromagnétique et étant caractérisé par un lancement non électromagnétique dans son ensemble pour propulser un projectile, ledit agencement non électromagnétique compor- tant un canon disposé de façon adjacente à la partie électromagnétique et aligné avec cette dernière de manière à faire tourner ledit projectile autour de son axe longitudinal avant qu'il ne pénètre dans ladite partie électromagnétique Le canon rayé peut être réalisé par utilisation de la technique classique de fabrication d'armes à feu à propulsion par poudre et peut être employé avec des mécanismes classiques de rechargement à grande vitesse pour obtenir un système de lancement à cadence de tir rapide Le projectile est stabilisé par rotation autour de son axe avant de pénétrer dans l'un des dispositifs de lancement électromagnétiques. En munissant le projectile d'un sabot assurant l'étanchéité de l'arme et en utilisant un propulsif chimique pour l'accélération initiale du pro- jectile, l'explosion chimique initiale permet d'obtenir un gaz à faible résistance pour amorcer la création d'un induit en plasma dans la section d'âme électromagnétique du dispositif de lancement. On va maintenant décrire la présente invention en se référant -2538396 aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de lancement électromagnétique de projectiles selon l'un des modes de réalisation de la présente invention;. la figuré 2 est une coupe du canon rayé du système de lancement de la figure 1 par II-II; et la figure 3 est une coupe de la partie de lancement électroma- gnétique du système de lancement de la figure 1 par III-III. En se référant aux dessins, on voit que la figure 1 représente un schéma d'un système de lancement électromagnétique de projectiles selon un des modes de réalisation de la présente invention Une paire de rails conducteurs 10 et 12 de lancement de projectiles, parallèles d'une, façon générale, garnissent une âme 14 d'un dispositif de lancement électromagné- tique de projectiles et sont retenues en place dans une structure de support 16 Ces rails de lancement de projectiles sont reliés électrique- ment à une source 18 de courant de forte intensité qui, dans ce mode de réalisation, comprend la connection en série d'un générateur 20 de courant continu, d'un interrupteur 22 et d'un-moyen d'induction 24 d'emmagasinage d'énergie Un interrupteur de commutation 26 est monté entre les rails de lancement de projectiles de manière à former un circuit pour le courant qui charge le moyen inducteur 24 d'emmagasinage d'énergie avant l'accélé- ration électromagnétique d'un projectile L'interrupteur 26 peut 8 tre du type décrit dans la demande de brevet US n' 309 289 du 6 octobre 1981. Un canon rayé 28 est disposé de façon adjacente à une des extrémités des rails conducteurs 10 et 12 et est aligné axialement avec l'âme 14 entre ces rails L'isolant 30 sert de moyen destiné à isoler électriquement le canon 28 des rails conducteurs 10 et 12 Un projectile 32 et se cartouche associée 34 à propulseur chimique sont introduits dans la culasse du canon 28. La figure 2 est une coupe du canon 28 de la figure 1, cette coupe étant faite par II-II de la figure 1 Les rayures 36 sont taillés dans le canon 28 hélicotdalement le long de l'axe du canon pour stabiliser le projectile 32 en le faisant tourner autour de son axe longitudinal lorsqu'il passe dans le canon, cela conformément à une technique connue. La figure 3 est une coupe de la partie formant le dispositif de lancement électromagnétique du système de lancement de la figure 1, cette coupe étant faite par III-III de la figure 1 On peut voir que les rails et 12 de lancement de projectiles comportent une surface courbe complé- tant la surface de l'âme 14 Pendant le lancement, le projectile tournant autour de son axe continue à tourner tout en étant soumis à une accélération supplémentaire dans la partie électromagnétique du système de lancement. Le projectile 32 associé à la cartouche 34 de la figure 1 doit comprendre un sabot non conducteur de l'électricité pour empêcher le passage du courant à travers le projectile pendant son accélération dans la partie électromagnétique du système de lancement L'utilisation d'un sabot non conducteur est une pratique courante et bien au point dans l'utilisation des armes à feu à propulsion par poudre du type à grande vitesse L'utilisation d'une arme à feu à propulsion par poudre du type classique pour obtenir la force d'accélération initiale du projectile tire parti des performances excellentes que les armes à feu propulsées à l'aide de substances chimiques présentent aux vitesses inférieures de projectiles La technique classique des armes à feu à propulsion par 1 S poudre permet au projectile- d'être stabilisé par rotation autour de son axe avant qu'il ne pénètre dans la partie électromagnétique afin d'améliorer la précision et, en outre, permet au projectile de pénétrer dans cette partie électromagnétique à une vitesse notable Ceci permet de réduire considérablement les dimensions des éléments constitutifs du dispositif de lancement électromagnétique étant donné qu'il suffit que la force électromagnétique amplifie la vitesse du projectile au lieu de fournir la totalité de la force d'accélération De plus, le dispositif de lancement tire entièrement parti de l'aptitude non surpassée des poudres propulsives àcommuntpmr des forces d'accélération élevées avec un poids et un volume minimal, cependant qu'il permet d'obtenir des vitesses de projectile supérieures à la limite atteinte avec les projectiles pro- pulsés par poudre. L'introduction du projectile dans l'âme du dispositif de lancement électromagnétique à une haute vitesse, par exemple 1 kilomètre par seconde, améliore sensiblement la longévité des rails conducteurs de ce dispositif de lancement électromagnétique Les essais ont montré qu'avec un induit en plasma l'endommagement des rails est faible une fois que le projectile atteint une vitesse d'environ 100 mètres par seconde. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le plasma engendré par l'explosion chimique dans la partie formant l'arme à feu à propulsion par poudre pénètre dans l'âme de la partie formant le dispositif de lancement électromagnétique derrière le projectile et peut engendrer un gaz de faible résistance déclenchant l'apparition d'un induit en plasma pour accélérer électromagnétiquement le projectile L'isolant 30 se trouvant à l'extré- mité du canon 28 de l'arme à feu à propulsion par poudre isole électrique- ment le canon conducteur des rails conducteurs de la partie formant le dispositif de lancement électromagnétique tout en assurant simultanément une étanchéité pour confiner les gaz en cours d'expansion produits par l'explosion de la poudre et un guidage du projectile dans l'âme du dispo- sitif de lancement électromagnétique. La partie formant le dispositif électromagnétique du système de lancement comprend une source 18 de courant de forte intensité, un interrupteur 26 qui applique le courant électrique aux rails du dispositif de lancement électromagnétique au moment approprié,et une paire de rails conducteurs, parallèles d'une façon générale, qui conduisent le courant jusqu'à un induit se trouvant derrière le projectile et forment un moteur linéaire à une spire pour accélérer le projectile On peut utiliser une grande diversité de sources de courant de forte intensité comprenant des condensateurs ou un générateur homopolaire et une bobine d'inductance. Le système de lancement illustré sur la figure 1 montre un générateur homopolaire 20 et une bobine d'induction 24 pour emmagasinage d'énergie. Le générateur homopolaire emmagasine dans la masse tournante de son rotor l'énergie qui, lors de la fermeture de l'interrupteur, est fournie à la bobine d'induction La bobine d'induction emmagasine l'énergie dans un champ magnétique et, lors de l'ouverture de l'interrupteur 26, crée une tension qui donne naissance à un courant dans les rails conducteurs de la partie formant le dispositif de lancement électromagnétique et fournit de l'énergie au projectile Une cadence de déclenchement approprié de l'opération de commutation et une synchronisation de celle-ci avec le fonctionnement de l'arme à feu classique à propulsion par poudre permet à la partie formant le dispositif de lancement électromagnétique du système de lancement d'accélérer le projectile qui a été tiré par l'arme à feu à propulsion par poudre dans la culasse de cette partie formant le dispositif électromagnétique. Un des procédés pour obtenir cette synchronisation consiste à utiliser les gaz chauds résultant de l'explosion chimique dans l'arme à feu à propulsion par poudre pour déclencher la conduction dans l'âme de la partie électromagnétique sous la forme d'un induit en plasma Ce mode de fonctionnement donne lieu à la succession des évènements suivants: ( 1) Les interrupteurs 22 et 26 passent à l'état fermé, ce qui permet au générateur homopolaire 20 de charger le moyen 24 d'emmagasinage inductif d'énergie. ( 2) Le projectile 32 qui a été chargé par la partie formant l'arme à feu à propulsion par poudre du système de lancement est accéléré par l'allu- mage de la poudre propulsive se trouvant dans la cartouche 34 La mise à feu de cette cartouche est synchronisée avec l'actionnement de l'inter- rupteur 26. ( 3) L'interrupteur 26 passe à l'état ouvert, ce qui fait apparaître une tension aux bornes du moyen 24 d'emmagasinage inductif d'énergie et entre les rails 10 et 12 de lancement de projectile. ( 4) Le projectile et les gaz chauds provenant de la combustion du propulsif pénètrent dans la culasse de la partie formant le dispositif de lancement électromagnétique alors que la tension créée entre les rails atteint une valeur suffisamment élevée pour déclencher un claquage dans le gaz venant à la suite du projectile. ( 5) Derrière le projectile, dans l'âme du dispositif de lancement électro- est créé magnétiqu Le,Iun arc qui complète le circuit et permet au courant de circuler à travers la bobine d'induction, le long des rails du dispositif de lance- ment électromagnétique, à travers l'induit en plasma derrière le projecti- le, à travers le générateur homopolaire et de revenir dans la bobine d'induction. ( 6) Cette circulation de courant soumet le projectile à une accéléra- tion électromagnétique et permet d'obtenir des vitesses très élevées. ( 7) L'interrupteur 26 passe à l'état fermé lorsque le projectile sort de l'âme 14 de la partie formant le dispositif de lancement électromagné- tique et commence à charger la bobine d'induction pour le prochain coup. Simultanément, un mécanisme de recharge d'arme à feu classique à propul- sion par poudre éjecte la cartouche tirée 34 et charge une cartouche intacte La synchronisation du mécanisme de chargement et de tir est commandée par un système de liaison mécanique ou électrique entre le mécanisme de chargement et de tir de-la partie formant l'arme à feu à propulsion par poudre et l'interrupteur 26 On peut voir qu'un système de lancement électromagnétique de projectile réalisé selon la présente invention permet: l'obtention de vitesses de projectilesélevées; une stabilisation de projectile par rotation autour de leur axe longitudinal, l'utilisation d'une technique bien au point de chargement de tir rapide; et l'utilisation d'une technique disponible de réalisation de projectile - En plus de la séquence de tir décrite à propos du mode de réa- lisation préféré de la figure 1-, il existe de nombreux autres procédés que l'on peut utiliser pour synchroniser le déclenchement des parties du système de lancement qui forment l'arme à feu à propulsion par poudre et le dispositif de lancement électromagnétique de manière que l'on obtienne un induit conducteur pour le fonctionnement de la partie constituant le dispositif de lancement électromagnétique Ces procédés comprennent: ( 1) la mise en place d'un induit métallique à l'arrière du projectile pour déclencher une conduction de courant dans la partie constituant le dispositif de lancement électromagnétique; ( 2) la mise en place d'un fusible métallique à l'arrière du projectile pour déclencher la formation d'un arc et former un induit en plasma; ( 3) l'ensemencement du propulsif avec des substances chimiques qui'donne naissance à un arc de faible résistance; et ( 4) l'utilisation d'un arc qui est créé par la tension élevée apparaissant aux bornes du moyen 24 d'emmagasinage inductif d'énergie, de manière à déclencher un claquage dans l'âme de la partie formant le dispositif de lancement électromagnétique. Bien que l'on ait décrit la présente invention à propos de ce que l'on pense actuellement être le mode de réalisation préféré, il va de soi que des variantes et des modifications peuvent être apportées à la description qui précède dans le cadre de la présente invention. 2 '538396 REVENDICATIONS 1 Un système de lancement de projectile comportant une partie formant un dispositif de lancement électromagnétique, caractérisé par le fait qu'il comprend un agencement d'une façon générale non électromagnétique pour propulser un projectile ( 32), ledit agencement non électromagnétique comportant un canon ( 28) disposé de façon adjacente à ladite partie formant le dispositif de lancement électromagnétique et aligné avec cette partie de manière à faire tourner ainsi ledit projectile autour de son axe longi- tudinal avant qu'il ne pénètre dans cette dernière. 2 Système de lancement & projetiles selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit canon ( 28) est rayé, ce qui fait tourner le projectile autour de son axe longitudinal avant qu'il ne pénètre dans ladite partie formant le dispositif de lancement électromagnétique. 3 Système de lancement de projectilesselon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'agencement destiné à propulser ledit projec- tile à travers ledit canon comprend une cartouche ( 34) dans laquelle est disposé un propulsif chimique. 4 Système de lancement de projectilesselon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit projectile est isolé électriquement des rails conducteurs ( 10, 12) que comporte ladite partie formant le dispositif de lancement électromagnétique et est accéléré dans cette dernière par un plasma. Système de lancement de projectilesselon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit plasma est déclenché par un claquage électrique des gaz résultant de la combustion dudit propulseur chimique. 6 Système de lancement de projectiles selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est adapté pour lancer des projectiles comportant un induit métallique adjacent à leur arrière. 7 Système de lancement de projectiles selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un fusible métallique est disposé de façon adjacente à l'arrière dudit projectile et qu'un plasma se forme par suite de la fusion dudit fusible.