Brevet FR2550856A1 — publié le 19850222

DISPOSITIF DE RENFORCEMENT DYNAMIQUE DE STRUCTURES FORTEMENT SOLLICITEES L'invention concerne un dispositif de renforcement dynamique de structures fortement sollicitées telles que tubes, chambres de combustion, etc, comportant un agencement pour produire un état de 5 contrainte propre s'opposant à la sollicitation due au fonctionnement. D'une manière générale, il est connu que la sollicitation d'une matière d'une structure mécanique exposée à de fortes charges de fonctionnement peut être 10 réduite par application de charges antagonistes appropriées, ou par production d'un état de contrainte propre s'opposant à la sollicitation due au fonctionnement En particulier dans le cas des tubes ou récipients qui doivent supporter de fortes pressions 15 intérieures, comme par exemple dans le domaine des armes et munitions, on connait des procédés pour produire un état de contrainte propre par autofrettage, application d'enroulement ou contraction d'autres couches. Toutefois, cela présuppose toujours que l'état de 20 contrainte propre est appliqué avant la charge due au fonctionnement et doit subsister pendant toute la durée de vie de la structure Or, le risque de processus de relaxation existe dans de tels cas. Par la demande de brevet DE 15 78 052, on 25 connait un engin de tir présentant une chambre de charge hermétiquement fermée, remplie d'une charge propulsive pulvérulente, et dans lequel la fermeture est dimensionnée de manière qu'il y ait une pointe de pression excédant la limite d'allongement de la matière 30 de l'enveloppe mais ayant une durée si courte qu'une déformation permanente est exclue Ce procédé ne peut toutefois pas être utilisé d'une manière générale Le -2 niveau de l'état de précontrainte s'opposant à la contrainte ou charge due au fonctionnement est limité par la résistance statique de la matière de la structure, ou bien il faut tenir compte de conditons imposées par la forme de la structure. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif du genre mentionné au début, dans lequel les problèmes tels que relaxation, moindre stabilité de forme, etc, liés à une "précontrainte" préétablie, sont 10 évités, et avec lequel on disposera des bases permettant d'arriver à une normalisation de tubes de renforcement pour tubes haute pression. Selon l'invention, ce but est atteint de manière sûre par le fait qu'au dispositif sont conjuguées, pour 15 produire une charge de renforcement s'opposant à la charge due au fonctionnement, des structures assurant une application simultanée de la charge de renforcement et de la charge due au fonctionnement. Les autres caractéristiques et avantages de 20 l'invention ressortent de la description présentée ci-après et des dessins annexés, relatifs à des exemples de réalisation Sur les dessins, la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une forme de réalisation dans laquelle 25 seule une charge propulsive est allumée; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation avec allumage de plusieurs charges propulsives; et la figure 3 illustre un exemple de réalisation 30 avec agencement d'une plaque annulaire à l'embouchure, pour l'établissement d'une pression destinée à créer la charge de renforcement. Selon la ligne directrice générale de l'invention, la charge de renforcement s'opposant à la 35 charge due au fonctionnement doit être appliquée en même -3 temps que celle-ci, avec la même évolution dans le temps. Pour réaliser l'invention, il est prévu, dans la forme de réalisation esquissée sur la figure 1, que le 5 tube intérieur 16 à renforcer est logé dans le tube extérieur 10, en laissant subsister un espace intermédiaire 14, et que la pression de renforcement est produite par transfert de gaz propulseur de la chambre 11 à la chambre 12 Ceci étant, afin de limiter cette 10 pression de renforcement, une ou plusieurs ouvertures restrictrices 13 sont aménagées dans le tube intérieur 16 Ces ouvertures restrictrices 13 peuvent être conçues et réalisées de façon à s'élargir en fonction du temps, pour obtenir un débit croissant correspondant au 15 mouvement accéléré du projectile 18 On peut aussi modifier le nombre des ouvertures restrictrices et/ou leurs sections en fonction des nécessités Cela est déterminé par la combustion de l'agent propulseur ou par le fait que la chambre de gaz propulseur 11 s'agrandit 20 sous l'effet du mouvement du projectile Le tube intérieur 16 est revêtu d'un manchon 15 qui s'applique contre l'extrémité du tube extérieur 10 et forme, entre celui-ci et le tube intérieur 16, une chambre annulaire 12 Ce manchon 15 est en une matière suffisamment 25 ductile pour qu'aucune fissuration ne soit produite par le gonflement progressant vers l'avant sous l'effet du gaz propulseur entrant par les trous restricteurs 13 Le dimensionnement de la chambre annulaire 12 est aussi réduit que possible, afin de minimaliser le poids de 30 l'agencement Ceci étant, pour assurer une liaison mécanique, par serrage et par obstacle, entre tube extérieur 10 et tube intérieur 16, l'espace intermédiaire 14 peut être rempli d'une matière dure mais compressible, par exemple une mousse dure Un ou 35 plusieurs blocs d'appui 17 sont prévus pour transmettre la force de recul du tube intérieur 16 au tube extérieur 10. Bien entendu, le principe de la propagation d'élargissement d'un manchon, tel que décrit dans ce qui 5 précède, et le principe des ouvertures de transfert pour fournir de la pression aux espaces de renforcement annulaires, ainsi que le recours à de la mousse dure pour maintenir les parties emboîtées, peuvent être transposés à une structure de renforcement à plus de 10 deux étages. Un exemple de calcul concernant une réduction de masse d'un tube à double paroi comme celui décrit, effectué en se basant sur la résistance à court temps et en tenant compte de ce qu'aucune contrainte de 15 cisaillement n'apparaît dans le cas de l'effort de charge à symétrie de révolution considéré ici, a révélé qu'une résistance à court temps accrue de 25 % conduit à une réduction d'environ 41 % de la masse de la structure Dans l'art antérieur, les procédés connus 20 visant à acroître la pression intérieure admissible ne permettent, lorsqu'ils le peuvent, de recourir que de manière très limitée à une résistance à court temps, plus élevée Dans le cas des matériaux renforcés par fibres, il est à peine possible de maintenir pendant un 25 temps assez long un état de contrainte propre ayant une ampleur appropriée. Dans le cas de l'exemple de réalisation esquissé sur la figure 2, concernant un tube à haute pression, à plusieurs parois, utilisable une seule fois, pour 30 accélérer un projectile massique, il y a une baisse de pression étagée de l'intérieur vers l'extérieur, c'est-à-dire que Pl est plus grand que P 2 qui est plus grand que P 3, etc, toutes les pressions étant produites par des charges de poudre appropriées L'exemple 35 représenté se compose de trois parois 10, 22, entre lesquelles est réalisé à chaque fois un espace intermédiaire 20 ayant un volume déterminé A l'extrémité du tube 10 et des parois 22, les espaces intermédiaires 20 sont remplis de charges de poudre Pl 5 Pn et bordés, ou encore fermés, par des masses obturatrices 21 Ces masses obturatrices 21 sont conçues et réalisées de façon à recevoir toutes la même accélération En outre, dans un autre exemple de réalisation, il est prévu que les parois 22 sont 10 réalisées et portées à coulissement axial de façon à permettre l'introduction des masses de poudre désirées. Les charges de renforcement sont allumées en même temps que la charge primaire, et les efforts renforçants, autrement dit les charges de renforcement, sont ainsi 15 engendrés dans les espaces intermédiaires 20. Le principe proposé peut aussi être appliqué, par exemple, à des tubes de canons qui sont alors munis de tubes de renforcement extérieurs standardisés La charge de renforcement dynamique est, là encore, 20 produite par ignition d'une charge de poudre dans la cavité comprise entre tube primaire 10 et tube extérieur 16, lequel est éventuellement normalisé L'établissement de la pression dans l'espace intermédiaire peut être obtenu par le fait que la cavité formée entre les deux 25 tubes 10 et 16 est obturée, à l'embouchure, soit par un clapet sollicité par ressort, soit par une plaque annulaire 30 munie d'ajutages 31, comme représenté schématiquement sur la figure 3. Ce principe est également applicable aux 30 chambres de combustion dépourvues de symétrie de révolution, dans lesquelles l'établissement d'un état de précontrainte par exemple au moyen de couches d'enroulement n'est possible que de manière très limitée du fait d'une trop faible stabilité de forme. On peut aussi envisager d'appliquer le principe -6 selon l'invention à l'utilisation pour "un seul coup" d'un tube très brièvement sollicité, pour projectile massique, la surface extérieure du tube étant alors garnie d'explosif que l'on allume en même temps que la 5 charge primaire et dont la combustion progresse vers l'embouchure, à vitesse appropriée. Les dispositions proposées apportent une série d'avantages par rapport à l'état de la technique Comme la charge due au fonctionnement et la charge de 10 renforcement entrent en action simultanément, il n'y a aucun problème tel que relaxation, limitation' de la "précontrainte" par le sens de la "charge de précontrainte" En outre, les limites de résistance dépendant du signe de la sollicitation, par exemple résistances à la compression et à la traction différentes, ou les limites de précontrainte dépendant de la configuration de la structure, ne sont plus une source de problèmes. Dans les cas o le niveau de la "précontrainte" 20 admissible est limité par la résistance statique (résistance à long terme) d'un composant de la structure, par exemple dans le cas des tubes formés par enroulement dans lesquels la résistance à la pression de la matière du tube intérieur est atteinte, l'action 25 simultanée d'une charge de fonctionnement et d'une charge de renforcement autorise des charges de fonctionnement plus importantes. Lorsqu'il s'agit d'une brève sollicitation, n'ayant lieu qu'une seule fois, on peut envisager des 30 structures dynamiquement renforcées qui peuvent alors être dimensionnées en fonction de la résistance à court temps de la matière, ce qui permet d'obtenir des charges de fonctionnement admissibles plus élevées. Le fait d'utiliser des structures standardisées 35 pour supporter les efforts appliqués pour renforcer les structures primaires aboutit à une rationalisation et à une normalisation. -8 REVENDICA Ti ONS 1 Dispositif de renforcement dynamique de structures fortement sollicitées telles que tubes, chambres de combustion, etc, comportant un agencement 5 pour produire un état de contrainte propre s'opposant à la sollicitation due au fonctionnement, caractérisé par le fait qu'au dispositif sont conjuguées, pour produire une charge de renforcement s'opposant à la charge de fonctionnement, des structures assurant une application 10 simultanée de la charge de renforcement et de la charge de fonctionnement. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif pour produire la charge de renforcement comporte des tubes formant 15 plusieurs parois ( 22) entre lesquelles sont compris des espaces intermédiaires dans lesquels sont disposées des charges secondaires (P 2 Pn) qui sont activées en même temps que la charge primaire (P 1). 3 Dispositif selon la revendication 1, 20 caractérisé par le fait que le dispositif pour produire la charge de renforcement comporte un manchon ( 15) se déformant plastiquement, recouvrant une ou plusieurs ouvertures restrictrices ( 13) du tube ( 16) à renforcer, et situé dans l'espace intermédiaire ( 14) entre ce 25 dernier et le tube extérieur ( 10). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace intermédiaire ( 14) autour du manchon ( 15) est rempli d'une mousse dure pour créer une liaison 30 mécanique, par frottement et par effet d'obstacle, entre le tube extérieur ( 10) et le tube intérieur ( 16). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que des blocs d'appui ( 17) pour transmettre la force de recul sont agencés dans la chambre annulaire ( 12) formée par le manchon ( 15) entre tube intérieur ( 16) et tube extérieur ( 10). 6 Dispositif selon les revendications 1 et 2, 5 caractérisé par le fait que les tubes formant plusieurs parois ( 22) sont mutuellement mobiles pour permettre de modifier les mases des charges (P 2 Pn). 7 Dispositif selon les revendications 1, 2 et 6, caractérisé par le fait que des masses obturatrices 10 ( 21) agencées dans les espaces intermédaires ( 20) entre les divers tubes ( 22) sont dimensionnées de manière à recevoir toutes la même accélération. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que, pour 15 l'établissement de la pression destinée à créer la charge de renforcement dans l'espace compris entre tube intérieur ( 16) et tube extérieur ( 10), un clapet sollicité par ressort, ou une plaque annulaire ( 30) munie d'ajutages ( 31), est agencé à l'embouchure.