Brevet FR2561370A1 — publié le 19850920

Canon d'arme à profilé rayé. L'invention concerne le canon d'une arme à canon a profil rayé dont la spirale est calculée selon la loi de la courbe de la spirale parabolique y = A+Bx+Cx2. La détermination de l'inclinaison des rayures du canon d'armes à canon dépend des conditions imposées telles que la stabilité des projectiles pendant le vol et la sollicitation appliquée par les projectiles aux canons et aux bandes de guidage. On connaît par "Waffentechnisches Taschenbuch", Rheinmetall 1980, pages 523 à 529 divers types de spirales et d'allure de la force tangentielle appliquée le long du parcours du projectile dans le canon. Les types de spirales qui sont le plus souvent utilisées sont la spirale constante, la spirale parabolique et la spirale circulaire. Tous ces types présentent cependant divers inconvénients. La spirale constante présente une forte montée de la force tangentielle, avec pour inconvénient une sollicitation importante appliquée aux bandes de guidage et aux projectiles au début de leur mouvement dans le canon de l'arme. Ceci vient du fait que la force tangentielle maximale est appliquée à l'endroit de la pression maximale des gazo Quand il s'agit d'une spirale progressive à laquelle appartiennent aussi bien la spirale parabolique que la spirale circulaire, le maximum de la force tangentielle apparaît à l'embouchure du canon et a de ce fait une influence négative sur la balistique de départ des projectiles. On raccorde souvient à la spirale progressive une spirale constante pour réduire ainsi les force tangentielle dans cette région. Aux jonctions entre la spirale progressive et la spirale constante apparaissent :epeandant des sauts dans la courbe de la force tangentielle, ce qui là encore a un effet négatif sur l'usure du canon de l'arme. Comme montré en particulier à la figure 1137, page 525 de Waffentechnisches Taschenbuch", Rheinmetall 1980, la force tangentielle maximale, quand la spirale est constante, est à l'endroit du max:imam de la pression des gaz. La forte augmentation de la force tangentielle juste au début du mouvement du projectile a pour conséquence qu'en plus de la sollicitation importante appliquée à la bande de guidage et au projectile, les gaz de la poudre sont très chauds dans cette région et accélèrent donc fortement l'érosion du canon. Par contre, la sollicitation appliquée au projectile et à la bande de guidage quand la spirale est parabolique est plus faible au début du mouvement. La montée de la force tangentielle est relativement plate. De toute manière, d'importantes force tangentielle sont appliquées au projectile quand ii quitte le canon de l'arme et à l'embouchure de ce canon, ce qui a un effet négatif sur la précision du tir des projectiles. Le but de l'invention est donc de proposer un tube d'arme à canon du type mentionné dans le préambule qui possède une durée de vie plus longue, autorise de façon fiable une meilleure précision du tir et évite la sollicitation appliquée aux projectiles et aux bandes de guidage pendant le parcours dans le canon. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que l'allure de la spirale qui répond à la loi de la courbe de la spirale parabolique y = A+Bx+Cx2 est complétée de manière que l'augmentation du pas de la spirale dans la région de l'embouchure du canon ne comprenne pas de région montante lorsque la force trangentielle baisse, que la position de la pression maximale des gaz soit séparée du maximum de la force tangentielle maximale et que le sommet de la courbe représentant la force tangentielle puisse être déplacé par un exposant pouvant être choisi librement d'une constante supérieure à deux sur le parcours suivi par le projectile dans la région située entre le maximum de la pression des gaz et l'embouchure du canon, tout en présentant une hauteur sensiblement égale ou presque égale. La courbe de la spirale y = A+Bx+Cx peut être complétée selon l'invention au moyen d'un second terme à deux constantes, dont l'une est dans l'exposant et peut être choisie librement et peut prendre toutes les valeurs supérieures à deux, et en du fait que le sommet de la courbe représentant la force tangentielle peut être déplacé en fonction du choix de l'exposant sur le parcours suiri par le projectile entre les régions du maximum de la pression des gaz et l'embouchure du canon à une hauteur qui est la même ou presque la même. Selon la proposition de l'invention, l'allure de la spirale peut commencer par une montée plus lente de la force tangentielle au début du mouvement du projectile, séparer les maxima de la pression des gaz et de la force tangentielle et se terminer par un minimum de la force tangentielle à l'embouchure du canon, et présenter une liberté de choix de la position du maximum de la force tangentielle pour s'adapter à l'allure de la pression des gaz de la munition utilisée et à la géométrie et au matériau du canon de l'arme. Selon un autre développement de l'invention, la constante du terme ajouté Dxd peut déterminer les conditions additionnelles faisant que la dérivée seconde de la courbe de la spirale soit à la valeur zéro de la coordonnée xE de l'embouchure du canon de manière à réduire au minimum les force tangentielle à l'embouchure du canon, et que la première constante A de la courbe de la spirale soit également à zéro au point zéro de la coordonnée du début de la spirale, alors que l'exposant détermine en tant que paramètre la position du maximum de la force tangentielle. Pour éloigner suffisamment le maximum de la pression des gaz du maximum de la force tangentielle, l'exposant peut être un nombre compris entre quatre et douze. Selon l'invention, les éléments qui sont à la base de l'allure de la spirale sont constitués par: a) une force tangentielle qui présente une montée conforme à la loi de la parabole, en particulier de la parabole cubique, et tombe après le maximum à un minimum de la force tangentielle à l'embouchure du canon; b) un angle d'inclinaison augmentant de façon continue jusqu'à proximité de l'embouchure du canon et présentant une partie plate dans la région de l'embouchure du canon allant jusqu'à une augmentation nulle de l'angle d'inclinaison; c) une augmentation du pas de la spirale qui est continue depuis le début du mouvement et présente une augmentation nulle à proximité ou au niveau de l'embouchure du canon; et d) une courbure de rotation se présentant sous la forme d'une ligne droite de hauteur constante pratiquement jusqu'au début de l'embouchure du canon et tombant à zéro de façon continue à l'embouchure du canon. L'allure de la spirale des rayures de tubes d'armes à canon possédant les caractéristiques sus-mentionnées de l'invention offre une série d'avantages par rapport à l'état de la technique. L'allure d'ensemble de la spirale réunit toutes les propriétés positives de la spirale constante et de la spirale parabolique, sans en présenter les inconvénients. On ne constate plus de sauts dans la force tangentielle et il est pour la première fois possible de déplacer à volonté la position du maximum de cette force. La courbe de la spirale selon l'invention y = A+Bx+Cx +Dx avec pour conditions que l'exposant d $ 1,2 pour raccorder la spirale constante à la spirale parabolique, et la dérivée seconde de la courbe représentant la spirale à l'emplacement de l'embouchure du canon, à savoir y" (XE) = O, provoque la réduction au minimum de la force tangentielle à l'embouchure du canon. La partie connue en soi A+Bx+Cx qui est dans son ensemble au début détermine une montée plus lente de la force tangentielle au début du mouvement du projectile. L'exposant d qui peut être librement choisi offre la possibilité de déplacer le maximum de la force tangentielle dans le canon de l'arme. Le gros avantage dans ce cas est que la valeur maximale de la force tangentielle n'est modifiée que de façon insignifiante du fait du déplacement. Quand on utilise un exposant d plus important, le maximum de la force tangentielle se déplace en direction de l'embouchure du canon. Au cours d'essais, on a constaté que les valeurs les plus favorables étaient comprises entre quatre et douze. Pour résumer, on obtient grâce aux mesures selon l'invention les avantages suivants: 1. Réduction au minimum des force tangentielle à l'embouchure du canon pour améliorer le comportement au départ et la précision du tir des projectiles qui en découle, 2. Séparation des maxima de la pression des gaz et de la force tangentielle pour réduire l'érosion du canon dans la région o les pressions des gaz sont les plus élevées, qui sont liées à 2561370O l'apparition de températures plus élevées du canon, 3. Montée plus lente de la force tangentielle au début du mouvement pour éviter des sollicitations plus fortes et plus brusques imposées aux bandes de guidage, en particulier de bandes de guidage en matière plastique, 4. Possibilité de choisir librement la position du maximum de la force tangentielle, adaptée à l'allure de la pression des gaz de la munition utilisée et à la capacité du canon d'une arme, de géométrie prédéterminée et constitué en un matériau prédéterminé, à supporter des charges. Les constantes A et B découlent obligatoirement des paramètres du système qui sont prédéterminés. Quand on choisit l'exposant d de façon fixe, les autres constantes C et D sont déterminées de façon précise. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés sur les dessins annexes dans lesquels: la figure 1 représente la courbe de la force tangentielle par rapport au parcours du projectile, la figure 2 représente la courbe de l'angle d'inclinaison de la spirale par rapport au fond du projectile, la figure 3 représente la courbe de l'augmentation du pas de la spirale par rapport au parcours suivi par le projectile, la figure 4 représente la courbe de courbure de la spirale par rapport au parcours suivi par le projectile, la figure 5 représente les forces tangentielles pour-un calibre de 27 mm, avec divers exposants, la figure 6 représente lesforces tangentielles pour un calibre de mm, avec divers exposants. Les courbes des figures 1 à 4 se rapportent toutes à un canon de calibre de 25 mm. En outre, toutes les courbes des figures 1 à 4 ont en commun une constante A de la courbe de la spirale y=A+Bx+Cx qui est toujours nulle alors que le début de la spirale est toujours à l'origine des coordonnées. La figure i montre clairement les avantages présentés par la nouvelle courbe de la variation de la spirale par rapport aux forces tangentielles 6, et on a choisi dans ce cas de faire la comparaison avec la courbe de la spirale constante 1, avec la courbe de la spirale parabolique 2 et avec la courbe de la spirale circulaire 3. La force tangentielle augmente quand la spirale est de pas constant sur un court parcours 5 du projectile. L'inconvénient est que c'est dans cet endroit qu'apparait le maximum de la pression des gaz. La courbe 1 tombe ensuite rapidement et présente une valeur avantageusement réduite à l'embouchure du canon. Les courbes de spirale 2 et 3 sont pratiquement les mêmes. Alors que la montée de la force tangentielle est lente, les courbes 2 et 3 restent à une hauteur importante, ce qui provoque une force tangentielle importante à l'embouchure du canon. La courbe de spirale 4 selon l'invention présente par contre l'avantage d'avoir une montée lente comme celle des courbes 2 et 3 mais dans le même temps une valeur plus faible de la force tangentielle à l'embouchure du canon. La raison de cette allure de la courbe vient de la valeur ajoutée selon l'invention comprenant une constante et un exposant pouvant être choisi librement. La figure 2 représente la courbe de l'angle d'inclinaison 7 en degrés de la spirale le long du parcours 5 suivi par le projectile, pour une spirale de pas constant 1, une spirale parabolique 2 et une spirale circulaire 3, par comparaison avec la spirale 4 selon l'invention. Alors que la spirale constante 1 ne présente aucun changement d'angle sur l'ensemble du parcours 5 suivi par le projectile, la courbe représentant l'angle d'inclinaison de la spirale augmente de façon continue pour les courbes sensiblement égales de la spirale parabolique 2 et de la spirale circulaire 3. Elles se rencontrent dans la région de l'embouchure du canon. Dans ce cas, l'avantage est toujours la spirale 4 selon l'invention dont l'angle monte doucement au début du mouvement jusqu'à former un arc quand la courbe 4 atteint l'embouchure du canon, o l'angle d'inclinaison 7 est le même que celui de la spirale à pas constant 1. Les courbes représentant l'augmentation de pas 8 de la figure 3 ont pratiquement la même allure qu'à la figure précédente pour la spirale constante 1, la spirale parabolique 2, la spirale circulaire 3 et la spirale 4 selon l'invention, pour laquelle l'augmentation à l'embouchure du canon est nulle. L'augmentation de pas se calcule à partir de la dérivée première dy dx' La figure 4 représente la courbure de rotation 9 provenant de la dérivée seconde d2y/dx2 pour les types de spirales constante 1, parabolique 2, circulaire 3 et selon l'invention 4. On peut voir clairement comment seule la courbe de la courbure de rotation 9 de la spirale 4 selon l'invention tombe jusqu'à la valeur zéro en formant un arc. Aux figures 5 et 6 sont représentées les force-tangentielle en Kilonewtons le long du parcours 5 suivi par le projectile, et à titre d'exemple pour un canon automatique de calibre 27 mm (figure 5) et de calibre 30 mm (figure 6), pour des exposants différents. La mise en équation pour déterminer la spirale est obtenue dans les deux cas par 2 2 y=A+Bx+4Cx2+Dx Les prémisses pour la courbe de la figure 5 sont: XA = yA O pour le début de la spirale Y'(A) = tAnO =0 Y'(XA) = tand A; A = O angle d'inclinaison du début de la spirale Y'(XE) = tan DE; D A A A d-1i B + 2 CxA + d. Dx =tanA d-1 "t B + 2 Cx + d Dx =tance E E E 2 C + (d-l).d.DxEd-2 Après mise en équation, soustraction et réunion, on obtient: A= O B = tanOA (d-l) (tano D= - (d-2)dxEd-1 On peut voir que seule la puissance d reste disponible en tant que valeur libre. Grâce à un choix approprié de d on peut déplacer le maximum de la force tangentielle en pratiquement tout endroit quelconque entre xA et XE La figure 5 représente le déplacement du maximum de la force tangentielle aux points 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 et 10.5 pour des exposants d choisis librement de: 11.1 pour la valeur 4, 11.2 pour la valeur 6, 11.3 pour la valeur 8, 11.4 pour la valeur 10 et 11.5 pour la valeur 12. Quand les exposants montent jusqu'à 11.5, le maximum de la force tangentielle se déplace en direction de l'embouchure de l'arme o il tombe plus ou moins rapidement en fonction de l'éloignement de l'embouchure du canon. Le maximum de la force tangentielle reste pratiquement à la même hauteur malgré le déplacement. Les courbes de la figure 6 ont une allure tout à fait analogue. Dans cet exemple d'un canon automatique de calibre de 30 mm, on a choisi les prémisses suivantes: XA = YA = O pour le début de la spirale Y'(XA) = tan YA: OA = 2,5 angle de début de la spirale Y'(XE) = tan E; 0E = 8,5 angle de la fin de la spirale Y"(XE) = O pour le minimum de la force tangentielle à l'embouchure du canon. Le maximum 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 et 12.5 de la force tangentielle reste dans ce cas également à la même hauteur, alors qu'il présente le long du parcours 5 suivi par le projectile et en fonction de l'exposant d choisi librement: pour 13.1 la valeur 4, pour 13.2 la valeur 6, pour 13.3 la valeur 8, pour 13.4 la valeur 10 et pour 13.5 la valeur 12. Pour la détermination des conditions limites, XA représente toujours la coordonnée du début du mouvement et XE la coordonnée de l'embouchure du canon. Les caractéristiques de l'invention qui sont déterminantes et que l'on peut voir sur les diagrammes des courbes sont en résumé: - montée plus douce de la courbe de la force tangentielle jusqu'au maximum, puis baisse continue sans sauts jusqu'à un minimum de 14, 15 à l'embouchure du canon. On ne constate par de pointes de courte durée de la force; - augmentation douce et continue du pas de la spirale, se courbant en arc dans la partie terminale de la courbe pour parvenir à une tangente horizontale, la montée de l'augmentation du pas de la spirale étant alors nulle. Ceci signifie que la courbure de rotation a la valeur zéro; - toutes les courbes selon l'invention ont une allure continue et peuvent être différenciées à volonté aussi souvent que l'on veut; - le paramètre d détermine la rapidité avec laquelle la force tangentialle tombe au minimum. Plus la valeur de d est faible, plus la tombée est plate. Inversement, ceci signifie que pour une valeur importante du paramètre d on obtient une chute plus prononcée. REVENDICATIONS 1. Canon d'une arme à profil rayé dont l'allure de la spirale est calculée selon la loi de la courbe parabolique y = A+Bx+Cx, caractérisé en ce que cette formule est complétée de manière que l'augmentation du pas (8) de la spirale dans la région de l'embouchure du canon ne comprenne pas de région montante lorsque la force tangentielle (6) baisse, en ce que la position de la pression maximale des gaz est séparée du maximum de la force tangentielle (10, 12) et en ce que le sommet de la courbe représentant la force tangentielle puisse être déplacé par un exposant (11, 13), pouvant âtre choisi librement, d'une constante supérieure à deux sur le parcours (5) suivi par le projectile dans la région située entre le maximum de la pression des gaz et l'embouchure du canon, tout en présentant une hauteur sensiblement égale ou presque égale. 2. Canon d'une arme à profil rayé dont l'allure de la spirale est calculée selon la loi de la courbe parabolique y = A+Bx+Cx2, caractérisé en ce que la courbe de variation de la spirale y = A+Bx+Cx2 peut être déplacée selon l'invention au moyen d'un second terme à deux constantes, dont l'un est dans l'exposant et peut être choisi librement et peut prendre toutes les valeurs supérieures à deux et en ce que le sommet de la courbe représentant la force tangentielle peut être déplacé en fonction du choix de l'exposant sur le parcours (5) suivi par le projectile entre les régions du maximum de la pression des gaz et l'embouchure du canon, à une hauteur qui est la même ou presque la meme. 3. Canon d'une arme à profil rayé dont l'allure de la spirale est calculée selon la loi de la courbe parabolique y = A+Bx+Cx2, caractérisé en ce que l'allure de la spirale commence par une montée plus lente de la force tangentielle (6) au début du mouvement du projectile, sépare les maxima de la pression des gaz et de la force tangentielle, et se termine par un minimum de la force tangentielle à l'embouchure du canon, et présente une liberté de choix de la position du maximum de la force tangentielle (10, 12) pour s'adapter à l'allure de la pression des gaz de la munition utilisée et à la géométrie et au matériau du canon de l'arme. 4. Canon d'arme selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la constante du terme ajouté Dx peut déterminer les conditions additionnelles faisant que la dérivée seconde de la courbe de la spirale est fixée à la valeur zéro de la coordonnée XE de l'embouchure du canon, de manière à réduire au minimum les forces tangentielles(6) à l'embouchure du canon, et que la première constante A de la courbe de la spirale est également à la valeur zéro au point zero de la coordonnée du début de la spirale, alors que l'exposant (11, 13) détermine en tant que paramètre la position du maximum de la force tangentielle (10, 12). 5. Canon d'arme selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'exposant d (11, 13) déterminant la position du maximum de la force tangentielle est un nombre compris entre quatre et douze. 6. Canon d'arme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments qui sont à la base de l'allure du profil rayé du canon de l'arme sont les suivants: - une force tangentielle (6) qui présente le long du parcours (5) suivi par le projectile une montée conforme à la loi de la parabole, en particulier de la parabole cubique, et tombe lorsque le maximum (10, 12) a été atteint à un minimum (14, 15) de la force tangentielle à l'embouchure du canon; - un angle d'inclinaison (7) le long du parcours (5) suivi par le projectile augmentant de façon continue jusqu'à proximité de l'embouchure du canon et présentant une partie plate seulement dans la région de l'embouchure du canon allant jusqu'à une augmentation nulle de l'angle d'inclinaison; une augmentation du pas (8) de la spirale le long du parcours (5) suivi par le projectile qui est continue depuis le début du mouvement et présente une augmentation nulle à proximité ou au niveau de l'embouchure du canon; et - une courbure de rotation (9) le long du parcours (5) suivi par le projectile se présentant sous la forme d'une ligne droite de hauteur constante pratiquement jusqu'au début de l'embouchure du canon et tombant à zéro de façon continue à l'embouchure du canon.