Brevet FR2536065A1 — publié le 19840518

Charge propulsive pour arme a tube. L'invention a trait a des compositions de charges propulsives contenant de la mousse et destinées à être utilisées pour des munitions de tous calibres ainsi que pour des moyens pyrotechniques d'éjection, ces charges contenant une mousse plastique d'une densité de 0,5 a 1,2 g/cm3avec une ou plusieurs matieres explosives secondaires On connaît d'après le brevet allemand 28 09 279 des compositions pour charges propulsives qui sont constituées principalement de 10 à 25 % de mousse plastique avec 90 à 75 g de matiere explosive secondaire telle que hexogène et/ou octogène La densité de ces charges propulsives est de 0,4 à 1,0 g/=m3 Les explosifs secondaires présentent une fraction granulomètrique uniforme, dans laquelle la taille des grains va de 0,5 à 2,0 mm. La taille des grains se règle d'après le calibre des munitions, de telle sorte qu'elle augmente pour les gros calibres Cette relation entre le calibre et la taille des grains tient à la nécessité de maintenir à l'intérieur d'une grandeur définissable la surface de la substance active mise à feu, cette grandeur étant celle qui est nécessaire pour l'accélération du projectile dans le tube. Il faut en outre empêcher que la mise à feu, une fois amorcée, se transforme en déflagration ou en détonation. De bons résultats de tir ont été obtenus avec les charges propulsives décrites (dans ce brevet antérieur) Toutefois, la forte proportion d'explosifs secondaires est relativement très coûteuse, et la fabrication de gros grains est difficile Un autre inconvénient tient à la relativement faible résistance mécanique de ces grains aux impacts, en particulier lorsque les grains n'ont pas une structure monocristalline, mais sont constitués de cristaux ayant cristallisé ensemble. En raison de ces inconvénients, l'utilisation des compositions de charges propulsives décrites ci-dessus se trouve limitée aux calibres petits et moyens. L'invention a pour but de réaliser, dans de bonnes conditions économiques, des compositions de charges propulsives d'une bonne efficacité et présentant une combustion stable, convenant a tous les calibres d'armes et à tous les dispositifs pyrotechniques d'éjection. Ce résultat est atteint, conformément à l'invention, avec une composition du genre énoncé au début, contenant une mousse plastique d'une densité de 0,5 à 1,2 g/cm3 avec une ou plusieu@ matière s explosives secondaires, caractérisée en ce que la proportion pondérale de mousse plastique telle que mousse de polyuréthane est de 15 à 25 %, la proportion pondérale des explosifs secondaires étant de 5 à 35 %, tandis que ladite composition contient en outre, en proportion pondérale de 40 à 80 %, des granules de nitrate d'ammonium de tailles différentes adaptées au calibre et au mode d'utilisation, avec une granulo métrie de 0,8 à 2 mm. D'autres formes de réalisation de l'invention sont caracté rises par les dispositions suivantes a) la surface de la fraction nitramine est de 6 à 12 cm2/gs b) explosif secondaire est revêtu d'une couche adhérente compacte et exempte de bulles, en matière plastique ou en matière inerte, en proportion pondérale de 0,3 à 1 5, rapportée au poids d'explosif secondaire; c) la fraction nitramine est constituée d'une ou plusieurs fractions granulométriques définies; d) pour une charge propulsive relativement vive avec une densité de 0,8 g/cm3, la fraction nitramine est de 35 g en poids, avec une granulométrie voisine de 0,8mm la fraction nitrate d'amrnonium est de 45 % en poids, et la fraction mousse est de 20 % en poids; e) pour une charge relativement lente avec une densité de 0,8 g/cm3, la fraction nitramine est de 10 % avec une granulo métrie voisine de 0,4 mm,la fraction nitrate d'ammonium est de 67 en poids et la fraction mousse est de 20 % en poids; f) la couche de revêtement des grains d'explosif secondaire est faite de polyuréthane, d'éthylcellulose, de laque ou de poly ester, et, en ce qui concerne la matière inerte, de graphite, de cire ou d'aérosil. Les compositions quantitatives sont déterminées dans une large mesure par l'état de surface de la substance présentant la meilleure réactivité et la meilleure vitesse de réaction. En pratique, celà signifie qu'on pourra désormais utiliser des fractions granulométriques de nitramine qui sont courantes dans la technique des explosifs (fractions granulométriques de o,i à 1,0 mm), et qui sont de fabrication aisée. La moindre sensibilité aux effets de rupture en cas de choc constitue un avantage supplémentaire. L'utilisation de nitrate d'ammonium à l'état finement moulu, avec une granulométrie de 5 à 50 Fm est déjà connue, de même que la fabrication de charges propulsives d'artillerie à base de nitrocellulose ou de ntrocellulose-nitroglycérine, et de même aussi que la fabrication de charges propulsives de fusées à base de matière plastique (composite). Selon l'invention, par contre, on utilise du nitrate d'ammonium granulé de type commercial courant, ayant une granulométrie de 0,8 à 2 mm, et de plus ce nitrate est enrobé d'un masse plastique poreuse d'une densité de 0,5 à 1,2 g/cm3. Dans le cas des charges propulsives déjà connues et décrites ci-dessus, il est par contre nécessaire de prévoir une masse enrobante compacte et non-poreuse, 3 d'une densité de 1,4 à 1,6 g/cm , sans quoi il se produirait une combustion dont la vitesse ne pourrait pas être maîtrisée. Grâce à l'utilisation exclusive, selon l'invention, de gros granules, il devient possible de maintenir très basse la teneur en nitramine, sans déperdition d'énergie, et d'obtenir la vitesse de combustion habituelle et nécessaire pour le matériel d'artillerie, à des pressions comprises entre 2500 et 5000 bars. En plus des granules de nitrate d'ammonium pur, on peut aussi utiliser des granules contenant, entre autres, du nitrate de-potassium à titre d'additif pour modifier le point de transformation. Ceci permet de se dispenser d'avoir à ajouter d'autres constituants destinés à atténuer l'énergie initiale. La mince couche de revêtement sur la nitramine augmente considérablement la résistance mécanique de la substance active et procure une répartition homogène ae cette substance au sein de la composition propulsive, grâce à la surface lisse des grains. L'épaisseur de la couche de revêtement est calculée de telle sorte qu'elle exerce le moins possible d'effet retardateur. Cette couche recouvre les irrégularités du monocristal, telles que sommets; sillons, stries, méplats ou surfaces de cassure. I1 ne subsiste ainsi plus de surfaces différentes pour une même granulométrie uniforme. Ceci procure un effet de stabilisation des propriétés de combustion. Un écartement minimum entre les grains d'explosif non revêtus est réalisé avec une répartition uniforme des granules de nitrate d'ammonium. Au cas où il se forme des grumeaux, la couche de revêtement s'oppose à une augmentation de la vitesse de réaction, évitant ainsi de manière certaine une trop brusque et trop forte élévation de la pression. La couche de revêtement empêche aussi la formation de poussière d'explosif, de telle sorte qu'il ne se forme pas de surfaces réactives de tailles différentes. De plus, cette couche assure une plus grande résistance des monocristaux aux impacts, ce qui évite de manière certaine toute cassure de ces cristaux. Lors de la combustion de la charge propulsive, la montée en pression des gaz dégagés n'a pas d'influence sur la configuration des monocristaux. I1 ne se forme donc pas de nouvelles surfaces incontrôlees pouvant donner lieu à des crêtes de montée en pression. Les compositions de charges propulsives selon l'invention sont très avantageuses du point de vue économique, étant donné que tous leurs constituants sont disponibles sur le marché national dans-un état exactement défini, ce qui permet d'introduire ces compositions dans la douille à basse température, étant donné qu'elles sont directement mélangeables et directement obtenues sous la forme d'une mousse. Elles sont en outre exactement reproductibles en ce qui concerne leurs paramètres de performance, tels que la teneur énergétique par unité de volume. Ces compositions peuvent aussi être utilisées sans douille, sous la forme de gargousses. Pour optimiser les charges propulsives selon l'invention en ce qui concerne la vitesse de combustion désirée et/ou la vivacité d'action, on dispose des paramètres ci-après, dans le cadre de la composition indiquée plus haut Paramètres chimiques Teneur en constituant réactif nitramine Teneur en agent oxydant nitrate d'ammonium Addition d'autres substances dégageant des gaz, telles que la nitroguanidine Paramètres physiques Granulométrie de la nitramine Densité de la composition propulsive (porosité) Densité de chargement dans la chambre de combustion Solidité des grains (forme des grains) Revêtements de surface. Les facteurs ci-après exercent une influence sur la vitesse de combustion : Rapport surface/volume de la nitramine et du nitrate d' arnmonium constituant l'agent oxydant Proportion de mousse de polyuréthane (effet ralentisseur)0 Il est possible de combiner les effets de l'agent ralentisseur avec ceux du diamètre critique de l'explosif (formation de grumeaux) de telle sorte qu'il ne se produise aucune réaction excessive n de montée en pression trop brusque. Par rapport à l'état actuel de la technique, les compositions propulsives selon l'invention présentent de meilleures caractéri- stuques de sécurité, grâce à leur plus faible teneur en matière explosive secondaire Elles ont néanmoins des performances qui égalent celles des compositions propulsives classiques Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés au dessin sous forme unidimensionnelle La Fig. 1 représente une répartition uniforme dans la masse, La Fig. 2 représente les mêmes constituants que dans le Fig. 1, mais avec une répartition non uniforme, & a Fig. 3 représent.e ces mêmes constituants, selon une autre forme de réalisation La Fig 1 représente une répartition uniforme des grains au sein de la composition. Dans une mousse 1 de polyuréthane se trouvent des granules 2 de nitrate d'ammonium et, avec un certain espacement 3, des grains 4 d'une nitramine telle que l'octogène. Etant donné la disposition alternée de ces constituants, une répartition homogène se trouve réalisée, formant les conditions idéales pour ta combustion de ces constituants, @ progressant selon le sens de @ la flèche 5. La mousse 1 dans les intervalles 5 exerce un effet retardateur sur les grains a de nitramine a Fig. 2 représente, contrairement à la Fig. 1, une repartit tion non-homogène de granules 2 et de grains 4 dans la mousse 1. Lors de la combustion dans le sens de la flèche 5, les grains 4 de nitramine dans la zone amont 6 ré agis sent plus vite que les granules 2 dans la zone médiane 7. Ce qui est déterminant à cet egara, egest la plus grande vitesse de réaction des grains 4, par rapport aux granules 2. La mousse 1 située dans les inter- valles 3 entre es grains 4 ralentit la réaction de ces grains 4 se trouvant dans la zone 6. Dans la zone 8, figurée à droite, apparaît un grumeau 9 constitué de grains 4. Ces grains sont au contact les uns des autres. Il en résulte, dans la zone 8, une réaction plus rapide que dans la zone 6. La crête de pression qui pourrait éventuellement se produire est neutralisée par la mousse 1 environnante. Des essais ont montré que, grace à des méthodes appropriées de mélange, le diamètre critique de la nitramine n'est pas atteint ni même approché. L'équilibre entre l'effet retardateur de la mousse et celui du diamètre critique (formation de grumeaux) pourra être réglé pour qu'il ne se produise aucune réaction excessive. La Fig. 3 représente une composition dans laquelle les grains 4 sont entièrement revêtus d'une couche 10 d'éthylcellulose. Cette couche résistante et étanche est exempte de bulles Elle assure un écartement minimum entre les grains 4 d'un grumeau 9, tout en exerçant un effet retardateur. Dans le grumeau 9, l'ensemble des couches 10 empêche l'apparition d'une crête de pression au cours de la réaction. Ceci assure donc une vitesse as réaction normale. Le tableau ci-après presente une comparaison entre une composition propulsive connue d'après le brevet allemand 28 09 279 et six compositions selon la présente invention. Dans tous les cas, la densité est de 0,8 g/cm3 La colonne 1 indique la teneur en nitramine, % en poids, la colonne 2 le teneur en nitrate d'ammonium, % en poids, la colonne 3 la teneur en polyuréthane, x en poids, la colonne 4 la granulométrie de la nitramine, en mm, la colonne 5 l'énergie de réaction, en kJ/g la colonne 6 la surface de la nitramine, en cm2/g. 1 2 3 4 5 6 a) composition selon le brevet antérieur 80 -- 20 3J00 16,84 . . .. ~ . wo ) compositions selon 1' invention 1) 2 35 45 20 A0,8 3460 11,05 2) 42 . 25 57 18 ,1,0 3600 6,31 3) 20 63 17 N0,6 3830 8,42 4) 15 69 16 0,5 4030 6,32 5) 4 10 67 20 v0,4 3650 6,32 1 10 67 20 c0,3 3650 7,21 Dans le sens de la flèche 12, les compositions présentent un comportement de plus en plus vif. Dans le sens de la flèche 13, elles présentent un comportement de plus en plus lent Les compositions décrites en se référant aux Fig. 1 à 3 peuvent être adaptées, par un choix approprié de paramètres, pour constituer des charges propulsives pour des munitions d'artillerie ainsi que pour des dispositifs éjecteurs pyrotechniques. REVENDICATIONS 1. Compositions de charges propulsives pour munitions de tous calibres et pour dispositifs éjecteurs pyrotechniques, contenant une mousse plastique d'une densité de 0,5 à 1,2 g/cm3 avec une ou plusieurs substances explosives secondaires, c a r a c t é r i s é e s en ce que la proportion de mousse plastique, telle que mousse de polyuréthane,est de 15 à 25 % en poids, la proportion des explosifs secondaires est de 5 à 35 % en poids, tandis que ces compositions contiennent en outre de 40 à 80 % en poids de granules de nitrate d'ammonium de tailles différentes adaptées au calibre et au mode- d'utili- sation, avec une granulomètrie de 0,8 à 2 mm. 2. Compositions propulsives selon la revendication 1, caractérise es en ce que la surface spécifique de la fraction nitramine est de 6 A 12 cm2/g. 3. Compositions selon la revendication lc caractérisées en ce que l'explosif secondaire est revêtu d'une couche étanche compacte et exempte de bulles, en matière plastique ou en matière inerte, à raison de 0,3 à 1 % en poids, rapporté au poids d'explosif secondaire. 4. Compositions selon la revendication 1, caractérisées en ce que la fraction nitramine est constituez d'une ou plusieurs fractions granulométriques définies. 5. Compositions selon la revendication 1, caractérisées en ce que, pour une charge propulsive relativement vive avec une densité de 0,8 g/cm3, la fraction nitramine est de 35 % en poids avec une granulométrie voisine de 0,8 mm, la fraction nitrate d'am monium est de 45 t en poids, et la fraction mousse est de 20 % en poids. 6. Compositions selon la revendication 1, caractérisées en ce que, pour une charge relativement lente avec une densité de 0,8 3 g/cm , la fraction nitramine est de 10 g en poids avec une granulométrie voisine de C,4 mm, la fraction nitrate d'îninoni- um est de 67 t en poids et la fraction mousse est de 20 % en poids. 7. Compositions propulsives selon la revendication 3, caractérisé- es en ce que la couche (10) de revêtement des grains d'explosif secondaire est faite de polyuréthane, d'éthylcellulose, de laque ou de polyester, et, en ce qui concerne la matière inerte, de graphite, de cire ou d'aérosil.