Brevet FR2544069A1 — publié le 19841012

Projectile contenant une charge activable électriquement et système d'arme mettant en oeuvre un tel projectile L'invention concerne les projectiles contenant une charge activable par voie électrique au cours de leur vol, ce qui impose une source embarquée et, notamment, ceux dont les caractéristiques excluent ou rendent peu souhaitable la génération d'électricité à partir de l'énergie cinétique. A titre d'exemple, on peut citer les munitions d'artillerie et la plupart des engins autopropulsés de faible calibre. On a déjà proposé de fournir l'énergie électrique nécessaire à l'aide d'une pile Mais la durée de stockage possible est alors considérablement réduite et, dans la plupart des cas, insuffisante Une solution beaucoup plus avantageuse (demande de brevet-FR 80 01420) consiste à trans- fêrer l'énergie requise et à programmer le projectile, immê- diatement avant le tir, à partir d'organes émetteurs de lumière portés par l'arme Cette solution a toutefois l'in- convénient d'ajouter une étape avant le tir et de compliquer notablement l'arme. L'invention vise à fournir un projectile contenant une charge activable électriquement répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il ne contient pas de source êlectro- chimique, n'implique pas une étape supplémentaire entre introduction du projectile à l'emplacement de tir et mise à feu de la charge propulsive, et ne complique pas de façon notable l'arme. Dans ce but, l'invention propose notamment un pro- jectile contenant une charge électriquement activable, comportant un convertisseur photoélectrique embarqué, relié à un accumulateur de stockage d'énergie électrique, carac- térisé en ce que le convertisseur est placé de façon à être soumis à un flux lumineux intense en réponse à l'allumage de la charge propulsive du projectile. Dans le cas le plus fréquent, les moyens pour appli- quer le flux lumineux intense au convertisseur seront cons- titu@s par une lampe éclair consommable, portée par le projectile, munie de moyens de déclenchement en réponse au 2 - départ du coup Une première possibilité consiste à déclencher la lampe éclair par les moyens qui assurent également l'allumage de la charge propulsive Cette solu- tion a l'inconvénient de charger le condensateur susceptible d'activer la charge militaire même en cas de défaut d'allu- mage de la charge propulsive Une autre possibilité, plus avantageuse, consiste à ne déclencher la lampe éclair qu'en réponse au départ effectif du coup Ce résultat peut être atteint en utilisant des moyens sensibles à la pression provoquée par la mise à feu effective de la charge propul- sive, notamment dans un canon, par le déplacement de la munition dans le tube de l'arme, par l'accélération liné- aire ou centrifuge à laquelle est soumis le projectile. Cette sécurité accrue permettra souvent de supprimer la chaîne d'alignement pyrotechnique classique, qui constitue un mécanisme délicat et coûteux. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, le flux lumineux intense sera provoqué par la lueur même de combustion de la charge propulsive Cette solution est particulièrement intéressante dans le cas des projectiles comportant une charge de propulsion principale ou addi- tionnelle entraînée par le projectile hors du tube de lancement. L'invention propose également un système d'arme comportant un projectile du genre ci-dessus défini et une arme dont le tube est équipé de façon à provoquer l'appli- cation du flux lumineux intense au convertisseur photo- électrique en réponse à l'allumage de la charge de propul- sion du projectile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la Figure 1 est un schéma de principe d'un circuit électrique porté par un projectile, comportant un condensa- teur de stockage d'énergie et un convertisseur photoélec- trique recevant son énergie d'une lampe éclair; la Figure 2 est un schéma de principe, en coupe -3- montrant une disposition possible de la lampe éclair de la Figure 1 et de ses moyens de déclenchement; la Figure 3 est une vue schématique en perspective, montrant une disposition constituant une variante de celle de la Figure 2; les Figures 4 et 5 montrent, suivant deux directions perpendiculaires, une autre disposition possible encore de la lampe éclair et de-ses moyens de déclenchement, la Figure 6 est un sc-héma de principe montrant une disposition possible du convertisseur photoélectrique lui permettant d'être exposé à la lueur de la charge de propul- sion, dans une roquette la Figure 7 est une vue en coupe suivant laligne VII-VII de la Figure 6. Dans le mode de réalisation de l'invention montré en Figure 1, le flux lumineux appliqué à un convertisseur photoélectrique 10 est fourni par une lampe éclair à com- bustion 12 La lampe 12 peut être constituée par une ampoule transparente contenant du magnésium en filaments, munie d'un, queusot 14 Une telle constitution est couramment utilisée sur les appareils de photographie L'éclair est déclenché par frappe sur le queusot 14 pour provoquer l'entrée d'air dans l'ampoule 12 Le magnésium d'une telle ampoule a une durée de combustion extrêmement faible, 10 ms environ. Le couplage optique entre le convertisseur photo- électrique 10 et l'ampoule doit être aussi élevé que pos- sible, de façon à avoir un rendement de conversion aussi élevé que possible Une solution simple consiste à constituer le convertisseur 10 de plusieurs cellules photovoltaïques accollées et entourant la lampe 12 Un avantage supplémen- taire de cette disposition est que l'on peut augmenter la force électromotrice fournie par le convertisseur en mettant en série les cellules On pourra fréquemment utiliser six cellules photovoltaiques de hauteur correspon- dant à celle de la lampe 12, placées en série Une autre solution consiste à argenter l'une des faces de la lampe pour renvoyer le flux lumineux vers le convertisseur placé de l'autre côté L'énergie lumineuse ainsi transférée 4 - en une durée d'environ 10 ms, dans la plage de longueurs d'onde inférieures à 1000 t pour laquelle le convertisseur est sensible, permet d'obtenir sans difficulté l'énergie électrique, de plusieurs dizaines de m J, requise pour effec- tuer la mise à feu de la charge et pour alimenter des modules électroniques de faible puissance, assurant par exemple une fonction de chronométrie. Le convertisseur photoélectrique 10 alimente un condensateur de stockage 16 à travers une diode anti- retour 18 On utilisera en général un condensateur sec au tantale, qui tolère une plage de températures allant de -551 C à 1550 C environ La capacité de ce condensateur. sera choisie en fonction de la tension d'alimentation et de l'énergie à stocker Un condensateur de 1000 OF, associé à un convertisseur fournissant une tension de 5 à 6 V, sera en général satisfaisant Il peut être réalisé sous forme d'un cylindre de 20 mm de haut et de 7 mm de diamètre, suscep- tible d'être monté sur une plaquette d'interconnexion en -même temps que la lampe éclair et le convertisseur Un tel ensemble, éventuellement enrobé dans une résine pour augmen- ter la résistance aux accélérations, constitue un bloc auto- nome insérable dans la munition. Le circuit montré à-titre d'exemple en Figure 1 com- porte des moyens permettant une remise à zéro automatique de circuits électroniques équipant le projectile Ces moyens comprennent une Dorte ETNON 20 à deux entrées L'une des entrées est reliée à l'électrode du condensateur de stockage 16 portée à la tension +V d'alimentation électrique. L'autre entrée est reliée au point milieu d'un pont reliant les deux électrodes du condensateur 16 L'une des branches de ce pont comporte un condensateur 22 de faible capacité ( 0,22 IF par exemple) et l'autre branche comporte, en paral- lèle, une résistance 24 de charge lente du condensateur 22 ( 1 M Ohm par exemple) et une diode 26 polarisée en inverse lors de la charge La porte ET-NON 22 reçoit des polarités différentes sur ses deux entrées au début de la charge du condensateur 22 des polarités égales avant le début de la charge et une fois celle-ci achevée. - On ne décrira pas ici les circuits électroniques dont est susceptible d'être équipé le projectile Ces cir- cuits peuvent avoir une constitution du même genre que ceux décrits dans la demande de brevet FR 80 01420 déjà mention- née et assurer notamment les fonctions suivantes: sécurité d'armement et retard de neutralisation, réglables en usine, habituellement par choix entre des va- leurs variant en progression géométrique de raison 2; retard à la mise à feu après impact, généralement réglable en usine ou par programmation avant le tir à une valeur modifiable par pas typiquement de 100 ms; durée avant auto-destruction généralement program- mable en usine par choix de valeurs croissant en progression géométrique de raison 2. Le choix parmi des valeurs en progression géométrique est particulièrement simple en système binaire La program- mation avant le tir peut s'effectuer par un processus quel- conque connu, y compris par les moyens de transfert optique décrits dans la demande de brevet français déjà mentionnée. Il sera souvent possible de simplifier le système par suppression de la chalne pyrotechnique d'alignement classi- quement prévue sur les projectiles du fait que l'énergie nécessaire à l'activation de la charge n'est reçue par le projectile que s'il y a effectivement tir de ce dernier. Mais dans ce cas, il est souhaitable de munir le circuit montré en Figure 1 d'un composant supplémentaire 28 qui ne met en liaison le condensateur 16 avec liélectronique de chronométrie et d'activation que dans la mesure o l'impul- sion lumineuse reçue a une durée et/ou une intensité minimale, afin d'éviter un chargement intempestif dû à des sources lumineuses extérieures intenses. Cette solution implique au surplus que le déclen- chement de la lampe 12 n'intervienne que lorsque le tir a eu lieu avec succès Cette condition n'est pas remplie si on déclenche la lampe éclair 12 par la commande de tir, et non pas en réponse aux conditions qui règnent lorsque le tir est -6- effectif. La Figure 2 montre une disposition qui assure la sécurité requise Dans ce mode de réalisation, l'ampoule de la lampe 12 est brisée par frappe d'un percuteur 30 sur le queusot 14 lorsque le projectile sort de son tube de lancement 32 Le percuteur 30 est constitué par un levier qu'un ressort 34 tend à projeter vers le queusot qui est re- tenu par une goupille 36 avant chargement, par le tube 32 lorsque la munition est engagée La goupille 36 peut être extractible ou éjectable. Dans la variante de réalisation montrée en Figures 4 et 5, c'est la pression des gaz de propulsion agissant sur un piston 38 qui libère le percuteur 30, constitué par un ressort à pincettes Dans l'état initial, le ressort à pincettes 30 prend appui dans une gorge de sécurité du pis- ton 38 et retient ce dernier Lorsque la pression des gaz de propulsion s'établit sur la face arrière 42 du projectile et du piston 38, ce dernier est repoussé vers l'avant dans un logement prévu à cet effet Un évent 44 permet au gaz m emprisonné par le piston de s'échapper Dès que le ressort à pincettes 30 se trouve face à une partie rétrécie 46 du piston, il est libéré et vient frapper le queusot métallique 14 de la lampe éclair 12. Une solution plus simple consiste à immobiliser le piston 38 dans son alésage par une goupille cisaillable et à placer la lampe éclair 12 de façon que son queusot reçoive le choc du piston 38 lorsque ce dernier est projeté après cisaillement de la goupille. La variante de réalisation montrée en Figure 3, ou les éléments correspondant à ceux déjà décrits sont désignés par le même numéro de référence, comporte un volet de chaîne d'alignement pyrotechnique qui, en même temps que ses autres fonctions, provoque le chargement du-condensateur de stockage. Ce volet peut par exemple être actionné par la force centri- fuge, dans le cas des projectiles stabilisés par rotation. Le volet 46 comporte une fente 48 que la force centrifuge amène face au percuteur 30 pour libérer ce dernier. D'autres solutions encore sont possibles, par exemple utilisant un percuteur classique pour mettre la lampe éclair -7- à l'atmosphère Cette solution est notamment utilisable sur les obus o l'accélération au départ dépasse 10 000 g Une autre solution encore consiste à placer le queusot sur un canal d'évacuation des gaz de combustion à très haute tempé- rature (dépassant 1000 'C) Lors'du tir, le jet violent de gaz à très haute température brise l'ampoule. Tous les modes de réalisation décrits jusqu'ici utilisent une lampe éclair comme source de lueur Celui illus- tré en Figures 6 et 7, au contraire, utilise la lueur de la charge propulsive Pour cela, le fond du projectile 50 est tapissé de cellules photovoltafques 10, dont la durée de vie peut être augmentée en les protégeant par dépôt d'une couche de résine, vitrification, voire même recouvrement pa'r une feuille de verre Dans le cas o le projectile est constitué par une roquette ou un obus à charge propulsive additionnelle, les cellules photovoltafques 10 peuvent notamment être placées de façon à correspondre aux évidements dans la masse de poudre propulsive 52 (Figure 7) Il y a naturellement destruction rapide des cellules photovoltaïques, mais la durée de vie pourra toujours, éventuellement avec une protection appropriée, atteindre les 5 à 10 ms nécessaires à la charge complète du condensateur de stockage. Naturellement, il est possible de disposer le conver- tisseur à d'autres emplacements. REVENDICATIONS 1 Projectile contenant une charge électriquement activable comportant un convertisseur photoélectrique ( 10) relié à un accumulateur ( 16) de stockage d'énergie électrique, caractérisé en ce que le convertisseur ( 10) est placé de façon à être soumis à un flux lumineux intense en réponse à l'allumage de la charge propulsive du projectile. 2 Projectile contenant une charge électriquement activable comportant un convertisseur photoélectrique ( 10) relié à un accumulateur ( 16) de stockage d'énergie électrique, typiquement un condensateur caractérisé en ce que-le conver- tisseur ( 10) est placé dans le flux lumineux d'une l'ampe éclair consommable ( 12) portée par le projectile, munie de moyens de déclenchement en réponse à l'allumage de la charge propulsive du projectile. 3 Projectile suivant la revendication 2, caractérisé par des moyens pour déclencher la lampe éclair par les moyens qui assurent également l'allumage de la charge propulsive du projectile. 4 Projectile suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de déclenchement sont des moyens sensibles à la pression provoquée par la mise à feu effective de la charge propulsive par le déplacement de la munition dans le tube de l'arme ou par l Faccélération linéaire ou centrifuge à laquelle est soumis le projectile. Projectile suivant la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens de déclenchement comportent un percuteur ( 30) construit de façon à être projeté sur un élément de la lampe éclair ( 12) pour rompre cette dernière et provoquer l'allumage du matériau combustible qu'elle contient. 6 Projectile suivant l'une quelconque des revendi- cations 2 à 5, caractérisé en ce que le convertisseur enve- loppe la lampe éclair. 7 Projectile suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le convertisseur ( 10) est placé de façon à rece- voir le flux lumineux intense provoqué par la lueur de com- bustion de la charge propulsive. 8 Projectile suivant la revendication 7, caractérisé 9 - en ce que le convertisseur est protégé par une couche trans- parente de verre ou résine. 9 Projectile suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce que le condensateur de stockage d'énergie ( 16) est un condensateur sec au tantale et le convertisseur ( 10) comporte plusieurs cellules photo- voltai-ques montées en série. Système d'arme comprenant une arme destinée à tirer des projectiles contenant une charge électriquement activable chaque projectile portant un convertisseur photoélectrique ( 10) relié à un condensateur ( 16) de sto- ckage d'énergie électrique système caractérisé par des moyens pour appliquer un flux lumineux intense au co'dnvertis- seur en réponse à l'allumage de la charge de propulsion du projectile.