Brevet FR2558463A1 — publié le 19850726

La présente invention concerne un procédé pour empêcher les inclusions d'air (cavités ou canaux) dans une charge explosive réalisée par coulée d'explosifs fusibles qui sont cristallins à l'état solidifié normal, comme par exemple le trinitrotoluène (TNT) et les autres explosifs analogues. L'invention vise également un dispositif de coulée, du genre dit chapeau de coulée, d'une configuration spéciale, pour l'exécution d'une coulée d'explosif suivant le procédé précité. On prévoit d'appliquer l'invention en premier lieu pour effectuer par coulée la mise en place de la charge explosive dans la cavité interne des projectiles d'artillerie (obus), et dans la tête de combat d'autres genres de projectiles. Dans lecas des projectiles d'artillerie, ou avec d'autres charges explosives qui ont à subir des accéléra- tions, toute inclusion d'air implique un risque inacceptable, car l'air ainsi emprisonné subit une compression adiabatique due à l'accélération du projectile au départ du coup, et cette compression de l'air inclus peut suffire à provoquer l'amorçage intempestif de la charge, alors que le projectile est encore dans le tube du canon. Dans le cas d'un projectile d'artillerie, on dit alors que la charge subit une explosion prématurée au départ du coup. On demande aux pièces d'artillerie moderne une portée accrue, et cette évolution s'est traduite par un plus grand effilement des projectiles, lancés à des vitesses initiales plus élevées. Il en est résulté des difficultés croissantes pour assurer le remplissage des projectiles d'artillerie avec une charge explosive coulée absolument sans aucune inclusion d'air, car l'évolution précitée entraîne des risques crois- sants d'explosion prématurée de ces projectiles au départ du coup, par suite de cavités internes, même minuscules, de leur charge. Pour éviter la formation d'inclusions d'air dans les charges d'explosif réalisées par coulée, on s'est efforcé jusqu'ici de maîtriser la solidification de l'explosif fondu, de manière à contrarier les inclusions d'air. A cet effet, on utilise couramment un chapeau de coulée, qui comporte un serpentin de chauffage incorporé, et une canne chauffante disposée dans l'axe du projectile à charger, de manière à plonger dans l'explosif en fusion, d'o l'on retire ensuite progressivement cette canne chauffante, suivant un mouvement ascendant soigneusement programmé à la suite d'essais proba- toires. En outre, on met souvent l'obus à charger dans un bain-marie, dont la température est également réglée suivant un programme déterminé. Ce procédé impose donc un réglage ou contrôle minutieux de la température, tant pour le chapeau de coulée que pour la canne chauffante, avec au besoin un réglage de refroidissement et un réglage de position de la canne chauffante, suivant des paramètres opératoires parti- culiers à chaque genre de projectile et d'explosif. Il faut que la température de la canne chauffante et de l'enroulement de chauffage du chapeau de coulée soit maintenue au-dessus de la température de solidification de l'explosif, pour assurer une coulée sans cavités. Mais par contre, il faut que la température ne soit pas trop élevée, faute de quoi on risque d'obtenir à la coulée une charge ayant une struc- ture cristalline grossière et indésirable, correspondant à des qualités médiocres de solidité mécanique et de facilité d'amorçage. Le procédé qu'on a décrit sommairement ci-dessus n'a pas seulement l'inconvénient de présenter des difficultés, liées à un contrôle et à un réglage précis de la température du chapeau de coulée et de la came chauffante, et à un réglage précis du mouvement de la canne chauffante hors du projectile qu'on vient de charger par coulée. En effet, ce procédé pose également des problèmes délicats quant au dispo- sitif correspondant, car il est obligatoire, pour des raisons de sécurité, d'utiliser des serpentins chauffants à circu- lation d'eau dans le chapeau de coulée et dans la canne chauffante. Or, les cannes chauffantes qu'on peut ainsi utiliser dans un atelier de chargement doivent avoir une épaisseur limitée, ce qui impose d'y prévoir des serpentins de chauffage de faible section transversale. Il en résulte automatiquement un risque de bouchage ou d'entartrage intersn à l'endroit des passages resserrés et des changements brus- ques de direction. Il faut donc pouvoir disposer pour la solidification, de grandes installations ou de grands locaux, o les projectiles qui viennent d'être chargés par coulée puissent se refroidir lentement, pour que leur charge se solidifie peu à peu, suivant un programme prédéterminé et vérifié par des essais probatoires. Mais il faut aussi pouvoir disposer de systèmes de régulation et de contr8ôle des températures, pour suivre minutieusement le processus de solidification de la charge coulée dans chaque projectile d'un lot, afin d'éviter toute variation d'un projectile à l'autre dans ce lot. Il faut éviter en outre l'apparition de cavités internes plus ou moins importantes dans la charge de chaque projectile, comme cela pourrait se produire par exemple à la suite d'un défaut sur une canne chauffante, ayant par exemple un serpentin de chauffage partiellement entartré, et fonctionnant de ce fait à une température trop basse. La complexité relative de ce procédé connu a évidemment conduit les spécialistes à chercher des solutions plus simples et plus économiques. Une telle solution est décrite dans la demande de brevet européen EP-A-81 200 997.5, qui vise un procédé destiné à éviter les cavités de solidifica- tion dans la charge d'explosif coulée dans un projectile creux, en maintenant au chaud la partie antérieure - située en haut - du projectile creux qui vient de recevoir la charge d'explosif fondu. Ceci est réalisé au moyen d'un appoint d'explosif fondu, en communication directe avec l'explosif déjà coulé dans le projectile creux, et contenu dans un chapeau de coulée thermiquement isolé et de taille impor- tante, monté autour de la partie avant supérieure du projec- tile. En prévoyant ainsi une quantité d'appoint suffisante d'explosif fondu dans le chapeau de coulée, en chauffant au préalable le chapeau à la température de fusion de l'explosif, avant d'introduire celui-ci dans le chapeau, et en choisissant bien le calorifugeage entourant ce chapeau, il est possible d'après ce document de régler la solidifi- cation de la charge d'explosif coulée dans le projectile, en opérant de manière que la solidification de l'explosif se produise en dernier lieu dans la partie supérieure du projectile, qui joue le rôle de chambre d'alimentation de la coulée, si bien qu'on évite les cavités de solidification au sein de la charge coulée. La demande précitée de brevet décrit deux modes diffé- rents de réalisation du chapeau de coulée. L'une des versions du chapeau comporte un volume pour l'appoint d'explosif, avec une cloison de séparation relativement mince, qui s'étend vers le bas en regard de la partie antérieure du projectile, de telle sorte que la zone de section minimum correspondant à l'orifice d'entrée du projectile creux se trouve complètement entourée d'explosif. En outre, ce chapeau comporte un ample volume pour l'explosif, au-dessus de l'orifice d'entrée du projectile creux. Dans la seconde version du chapeau de coulée, la masse d'explosif fondu, en regard de la face externe de l'ogive du projectile, est remplacée par une isolation thermique supplémentaire et largement dimensionnée. La demande précitée de brevet européen propose un procédé et un dispositif qui présentent plusieurs inconvé- nients, surtout à cause de la quantité importante d'explosif d'appoint qu'il faut consommer pour tenir au chaud la partie supérieure de la charge d'explosif coulée dans le projectile creux, au cours de la solidification de cette charge. Ceci impose notamment un retour de quantités importantes d'explo- sif vers le four de fusion; et une telle opération est indé- sirable, car en fondant ainsi à plusieurs reprises des explo- sifs cristallins fusibles, on tend à en affecter les qualités d'une manière tout à fait défavorable. Si on traite ainsi un explosif composite, les opérations de fusion successives, qui sont nécessaires avec le traitement en question/risquent en outre de modifier la composition de cet explosif. Le but de la présente invention est d'éviter les incon- vénients que l'on vient d'exposer, en proposant un procédé et un dispositif pour réaliser les opérations définies plus haut, sans avoir à consommer en appoint une quantité impor- tante d'explosif en fusion, afin d'assurer l'apport de chaleur nécessaire pour un refroidissement progressif et très lent de la charge d'explosif coulée dans chaque projectile creux. Selon l'invention, le procédé en question est caracté- risé en ce qu'on utilise dans le chapeau de coulée un produit qui retient la chaleur, et qui présente une chaleur de fusion élevée, et une température de fusion située dans une plage de + 30 C par rapport à la température de fusion de l'explo- sif considéré; et en ce qu'on dispose ce produit qui retfent la chaleur dans le chapeau de coulée, en regard de la cavité de coulée, en séparant ce produit de l'ambiance et de l'explo- sif. L'expérience montre qu'il est particulièrement intéres- sant d'utiliser un produit qui retient la chaleur et dont la température de fusion se situe dans une plage +!O C par rapport à la température de fusion de l'explosif. Quant à la chaleur de fusion de ce produit qui retient la chaleur, c'est-à-dire la quantité de chaleur absorbée au moment de la fusion et libérée au moment de la solidification, cette quantité doit être supérieure à celle de la chaleur de fusion de l'explosif considéré. Dans la plupart des cas, cet explosif est constitué de trinitrotoluène(TNT) ou à base de trinitro- toluène. Pour que le procédé conforme à l'invention soit d'une mise en oeuvre économique, il faut que le produit qui retient la chaleur soit à miême de supporter sans altération un très grand nombre de cycles de fusion et de solidification. Il faut donc que le produit qui retient la chaleur ne subisse aucune dégradation sous l'effet de la chaleur, car ce produit est destiné à être logé dans un compartiment fermé, situé dans le chapeau de coulée, en regard du corps creux prévu pour recevoir la charge d'explosif fondu, pour y être réchauffé en même temps que le chapeau de coulée, avant qu'on procède à la coulée de la charge d'explosif fondu dar. s le corps creux. Les travaux consacrés au cours des dernières années à la mise au point d'un produit capable d'emmagasiner de la chaleur, en particulier pour les systèmes de chauffage solaire, nous permettent de disposer d'un tertain nombre de sels fusibles, à même de supporter un très grand nombre de cycles répétés de fusion et de solidification, et présentant une température de fusion qui se trouve dans la plage de tempéra- tures recherchée. A titre d'exemple d'un sel de ce genre, on peut citer le (di) nitrate de magnésium hexahydraté, Mg(N03)2.6H20. Ce sel a un point de solidification d'environ 89 C, qui correspond très bien au point de solidification du trinitrotoluène, situé à environ 80 C. Le sel en question est donc très intéressant à utiliser dans le procédé conforme à l'invention, car le trinitrotoluène est le plus courant des explosifs fusibles. Pour l'exécution du procédé conforme à l'invention, il est prévu d'utiliser un chapeau de coulée isolé thermique- ment, et constituant pour la coulée un réservoir d'alimenta- tion, dans lequel est logé le produit qui retient la chaleur. On place ce chapeau de coulée sur la partie supérieure du corps creux o doit s'effectuer la coulée, et le chapeau entoure cette partie supérieure avec un jeu relativement faible. Comme déjà indiqué, le corps creux est constitué en général par le corps d'un projectile qu'il s'agit de remplir d'explosif fondu. Selon l'invention, le chapeau de coulée du genre indiqué ci-dessus est caractérisé en ce qu'il comporte un premier compartiment fermé de tous les c6tés, et séparé du corps creux, o doit s'effectuer la coulée, par une cloison ayant en général une épaisseur et une rigidité assez faibles, pour permettre une déformation limitée de cette cloison. Ce premier compartiment est rempli, au moins en partie, d'un produit fusible qui retient la chaleur, et qui présente une tempéra- ture de solidification appropriée, et une chaleur de fusion élevée, choisies pour correspondre à l'explosif qu'il s'agit de couler dans le corps creux. Le produit qui retient la ? chaleur est constitué par exemple par un sel, ou par un mélange de plusieurs sels différents, ou par une autre subs- tance ayant une chaleur de fusion élevée. D'une manière avan- tageuse, on effectue le remplissage de ce premier compar- timent avec une quantité de produit telle qu'une surpression d'une certaine valeur par rapport à la pression atmosphérique se produise dans ce compartiment, lorsque toute la masse de produit retenant la chaleur qu'il contient a été fondue. En conséquence, si on a réchauffé en même temps le chapeau de coulée et le corps creux constitué par le projectile à remplir d'explosif fondu, la cloison externe du compartiment du chapeau logeant le produit qui retient la chaleur se trouve, grâce à sa souplesse et sa minceur, appliquée en contact étroit contre le corps creux de manière à assurer une conductivité calorifique optimale entre le produit retenant la chaleur et logé dans le chapeau, d'une part, et le corps creux ainsi que la charge d'explosif fondu conte- nue dans le corps creux, d'autre part. Mais il peut y avoir des cas o il vaudra mieux, pour une raison ou une autre, réchauffer séparément le chapeau de coulée et le corps creux prévu pour recevoir la charge d'explosif fondu. Par exemple, il pourra être intéressant de procéder ainsi lorsqu'on sou- haite avoir des températures de départ un peu différentes pour le chapeau et le corps creux, hotamment lorsque le produit qui retient la chaleur a une température de fusion plus élevée que l'explosif. En ce cas, il peut être également nécessaire de prévoir une isolation thermique entre le com- partiment de chauffage du chapeau et le corps creux o s'effectue la coulée de la charge d'explosif fondu, pour éviter d'atteindre une température trop élevée dans le corps creux. Au-dessus du premier compartiment garni de produit retenant la chaleur (calorifuge) et à chaleur de fusion élevée, le chapeau de coulée est pourvu d'un second comparti- ment, réalisé pour constituer un réservoir d'alimentation de coulée d'un genre classique. Les deux compartiments du chapeu de coulée sont entourés par un revêtement calorifuge commun. En outre, le chapeau de coulée comporte un couvercle amovible calorifugé, éventuellement pourvu d'un compartiment interne pour un produit retenant la chaleur, et qui peut se monter sur l'orifice du chapeau de coulée aboutissant au second compartiment, pour obturer-cet orifice après remplis- sage du corps creux par une quantité appropriée d'explosif fondu. L'expérience montre qu'on peut avantageusement confec- tionner le chapeau de coulée en une matière plastique résis- tant suffisamment bien à la chaleur, telle qu'un polyester de qualité convenable. Un chapeau de coulée, tel qu'on vientde le décrire sommairement, doit être réalisé sur mesures pour chaque genre de projectile à remplir d'une charge d'explosif fondu. Cette adaptation sur mesures est rendue possible grâce aux program- mes de calcul par ordinateur dont on dispose maintenant, pour déterminer le processus de solidification de la charge d'explosif fondu mise en place par coulée dans un type de projectile donné, en tenant compte de l'influence d'un chapeau de coulée du genre décrit plus haut. Pour ce processus de solidification, le projectile creux reste libre en position debout, et sa partie arrière, située en bas, est éventuellement plongée dans un bain-marie. On part des valeurs calculées, pour les vérifier d'abord par des essais pratiques. Si on trouve ainsi que les valeurs calculées sont correctes, il n'y a pas lieu d'effectuer des mesures de température sur chacun des projectiles à changer, car le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir unr processus de solidification uniforme pour l'ensemble des projectiles qui sont munis du même type de chapeau de coulée, pourvu qu'on ait réchauffé tous ces chapeaux à la même tempé- rature, qu'on y ait introduit la même quantité d'explosif fondu, et qu'on ait laissé le refroidissement s'effectuer dans le même local. Il est alors possible de réduire au strict minimum la quantité d'explosif en excès nécessaire pour ali- menter la coulée, car c'est dans le chapeau de coulée que l'explosif se modifie en dernier lieu. On va maintenant décrire plus en détail le dispositif conforme à l'invention, en référence à la figure unique annexée. Cette figure représente en coupe longitudinale un projectile d'artillerie (1), dont la partie arrière, située en bas, est plongée dans un bain-marie (2), et dont la partie avant est coiffée par un chapeau de coulée (3), réalisé con- formément à l'invention. Ce chapeau contient un premier com- partiment (4), fermé de tous les côtés, et qu'une cloison de séparation (5) relativement mince limite en regard de la face externe du projectile (1). Ce premier compartiment (4) est rempli d'un produit qui retient la chaleur, tel qu'un sel fondu (6), ayant une chaleur de fusion et présent en une quantité totale exactement adaptée à l'explosif (7). Celui- ci est introduit dans la cavité interne (9) du projectile à partir d'un second compartiment axial ou central (8) du chapeau de coulée, qui constitue une chambre d'alimentation de coulée. La partie inférieure du chapeau de coulée (3) est entourée par un revêtement calorifuge (10) par exemple en polyuréthanne, et après la coulée de l'explosif, on recouvre la partie supérieure du chapeau avec un couvercle (11) égale- ment calorifugé. Pour certains types de projectiles, il peut être indiqué de prévoir dans le couvercle (11) une cavité contenant un produit qui retient la chaleur. Dans cette cavité du cou- vercle (11) et dans le compartiment (4) du chapeau de coulée, on peut utiliser le même produit qui retient la chaleur, ou utiliser des produits différents. On a également représenté sur la figure une bague filetée (12) de protection, placée sur le passage fileté prévu pour le montage de la fusée ou amorce à l'avant du projectile, et qui empêche une pénétration de l'explosif dans les filets de ce passage. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits et représentés. REVENDICATIONS 1. Procédé pour empêcher les inclusions d'air dans une charge explosive mise en place par coulée d'un explosif fusible qui se trouve à l'état cristallin dans des conditions normales; ce procédé consistant à garder au chaud la partie supérieure du volume de coulée, pour que la partie correspondante de la charge d'explosif s'y solidifie en dernier lieu, cette protection thermique de la partie supérieure du volume de coulée étant réalisée au moyen d'un chapeau de coulée qui est monté sur la partie supérieure du corps creux contenant la cavité de coulée, et comporte une isolation thermique et des moyens de chauffage, pour chauffer le chapeau avant d'effectuer la coulée de l'explosif; procédé caractérisé en ce qu'on utilise un produit qui retient la chaleur, et qui présente une chaleur de fusion élevée et un point de fusion situé dans une plage de + 30 C par rapport au point de fusion de l'explosif; et en ce qu'on dispose ce produit, qui retient la chaleur, dans le chapeau de coulée, en regard de la cavité de coulée, en séparant ce produit de l'ambiance et de l'explosif que l'on coule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit qui retient la chaleur est constitué par un sel fusible, ayant une chaleur de fusion qui n'est pas inférieure à celle de l'explosif considéré; ce sel fusible présentant une grande stabilité, et pouvant supporter un grand nombre de cycles de fusion et de solidification sans se modifier ni nécessiter d'être changé. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'on dispose le produit qui retient la chaleur dans un compartiment fermé situé à l'intérieur du chapeau de coulée, avec un agencement interne tel qu'une certaine pression, positive par rapport à la pression atmosphérique, s'établit dans ce compartiment au moment de la fusion du produit qui retient la chaleur, cette surpression ayant pour effet d'exercer une poussée sur la paroi du compartiment située en regard du corps creux prévu pour la coulée de l'explosif, afin d'appliquer cette paroi en contact étroit 2S58463 contre la surface externe du corps creux. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on chauffe ensemble le corps creux prévu pour la coulée et le chapeau de coulée, avant d'effec- tuer la coulée de l'explosif. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on chauffe à des températures différentes le chapeau de coulée et le corps creux prévu pour la coulée, avant d'effectuer la coulée de l'explosif. 6. Chapeau de coulée destiné à servir de chambre d'ali- mentation d'un corps creux pour effectuer dans celui-ci la coulée d'une charge d'un explosif fusible qui se trouve à l'état cristallin dans des conditions normales; ce chapeau de coulée servant en outre à conserver la chaleur de la partie supérieure du volume de coulée du corps creux, pour que la charge d'explosif coulée dans ce volume s'y solidifie à partir du fond de ce volume en allant vers le haut, afin d'éviter les inclusions d'air dans cette charge d'explosif; le chapeau de coulée (3) étant caractérisé en ce qu'il comporte un premier compartiment fermé (4), qui entoure la partie supé- rieure du corps creux (1) prévu pour la coulée, lorsque le chapeau de coulée est monté en position de service sur le haut de ce corps creux;et en ce que le compartiment (4) est rempli au moins en partie d'un produit fusible (6), ayant une chaleur de fusion élevée, et dont le point de fusion se situe dans un plage de + 30 C par rapport au point de fusion de l'explosif considéré; le chapeau de coulée (3) comportant en outre un second compartiment axial (8), prévu pour cons- tituer une chambre d'alimentation pour la coulée, et disposé au moins en partie au-dessus du premier compartiment (4) o se trouve le produit (6) destiné à retenir la chaleur; et les deux compartiments (4,8) étant entourés par un revêtement d'isolation thermique (10). 7. Chapeau de coulée (3) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier compartiment (4) comporte une cloison de séparation (5), disposée en regard du corps creux prévu pour la coulée, cette cloison (5) étant destinée à épouser le profil du corps creux et étant constituée à cet effet d'un matériau au moins partiellement déformable; et en ce que le premier compartiment (4) est rempli au moins en partie d'une quantité suffisante d'un produit fusible (6) qui retient la chaleur, et, éventuellement ou en variante, d'un gaz qui occupe le reste du volume du compartiment en question, de manière à exercer un effet de poussée sur la cloison de séparation (5), lorsqu'on chauffe le chapeau de coulée (3) et le corps creux prévu pour la coulée (1), en les portant à la température de fusion du produit qui retient la chaleur (6), afin d'appliquer la cloison de séparation (5) en contact étroit contre la face externe du corps creux (1) prévu pour recevoir la coulée. 8. Chapeau de coulée (3) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est confectionné en une matière plas- tique résistant suffisamment bien à la chaleur, telle qu'un polyester de qualité appropriée. 9. Chapeau de coulée (3) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un - couvercle amovible (11), qui contient un produit fusible retenant la chaleur; ce couvercle (11) étant prévu pour être mis en place sur le haut du chapeau de coulée (3) après exécu- tion de la coulée. 10. Chapeau de coulée (3) conforme à l'une des revendi- cations 6 à 9, caractérisé en ce que le premier compartiment fermé (4) du chapeau contient au moins un sel fusible, tel que le nitrate de magnésium hexahydraté, Mg(N03)2,6H20, qui constitue le produit prévu pour retenir la chaleur.