Brevet FR2567197A1 — publié le 19860110

PROPULSEUR A POUDRE POUR PROJECTILE TIRE DANS UN TUBE DE LANCEMENT La présente invention se rapporte aux projectiles tirés dans un tube de lancement ouvert à ses deux extrémités et elle concerne plus particulièrement un propulseur à poudre destiné aux projectiles utilisés dans les armes individuelles telles que les armes antichars Une arme antichar individuelle comprend essentiellement un tube de lancement, à l'intérieur duquel est placé un projectile à autopropulsion B,e tube de lancement d'un diamètre interne sensi bernent égal au diamètre du projectile est ouvert a ses deux extrémités et il est équipé de moyens de visée optique permettant le pointage de l'arme sur la cible et de moyens de déclenchement du dispositif de mise à feu du propulseur Le tube de lancement est relativement léger puisqu'il n'est soumis qu'à une faible surpression à l'instant du tir Le propulseur du projectile doit etre capable de fournir une force de poussée très importante pendant un court instant de façon que le projectile quitte le tube de lancement avec une vitesse initiale élevée Le propulseur du projectile est constitué par une chambre de combustion à l'intérieur de laquelle est loge un chargement d'un propergol solide et ses moyens d'ignition, et cette chambre de combustion comporte une tuyère d'éjection des gaz de combustion du chargement de propergol Le problème qui se pose lors de la conception du propulseur est de minimiser la masse de celui-ci afin d'imprimer une vitesse initiale maximale au projectile D'autres facteurs de construction doivent etre également considérés 9 ce sont - la sécurité du tireur; à à cet effet il est souhaitable que la résistance mécanique à la rupture de la chambre de combustion du propulseur puisse etre vérifiée au cours de sa fabrication; le niveau sonore du propulseur, lequel doit être tolérable par le tireur, notamment lorsque l'arme est mise en oeuvre à l'intérieur d'un espace confiné, tel qu'un abri ayant un faible volume intérieur, par exemple, la cave d'une habitation - et enfin le coût de fabrication du propulseur doit être pris en compte, puisque le propulseur est un composant consommable. Dans un propulseur à poudre classique, la chambre de combustion qui intègre la tuyère d'éjection est obtenue par le bobinage entrelacé d'un fil imprégné d'une résine thermodurcissable. L'extrémité de la chambre de combustion opposée à la tuyère d'éjection est bobinée sur une pièce circulaire dont la fonction est de fournir un moyen d'accouplement au projectile. La répartition des forces de pression dans la chambre de combustion conduit à accroître la masse de celle-ci et donc celle du propulseur. Le but de l'invention est un propulseur dont la forme géométrique simple permet de réduire sa masse. Pour atteindre ce but, le propulseur comprend une chambre de combustion délimitée par un élément cylindrique ouvert qui est obtenu par bobinage d'un matériau filamentaire et est fixé, par l'une de ses extrémités, sur le culot du projectile, et un noyau central ayant une embase de fixation dans le culot du projectile, lequel noyau central se projette à travers le chargement propulsif et se termine par un élément bitronconique, lequel élément bitronconique, en combinaison avec la paroi interne de l'élément circulaire de la chambre de combustion, fournit une tuyère d'éjection annulaire du type e divergent-convergent. D'autres caractéristiques et avantages que procure l'invention apparaîtront plus clairement, dans la description détaillée d'une forme de construction du propulseur, faite en regard de dessins annexes ; sur ces dessins: - les figures la et lb, selon une vue en coupe longitudinale, montrent deux formes de construction de propulsurs à poudre de l'art antérieur; - la figure 2, selon une vue en coupe longitudinale, montre la structure de base du propulseur de l'invention; - la figure 3, selon une vue en coupe longitudinale, montre une forme de construction du propulseur; - la figure 4 se rapporte à la figure 3 et montre une forme de réalisation des moyens mécaniques de liaison entre le propulseur et l'enveloppe de la chambre de combustion. La figure la se rapporte à l'art antérieur et montre, selon une vue en coupe longitudinale, une première forme de construction du corps d'un propulseur à poudre 100. Le corps du propulseur est obtenu par le bobinage croisé IIO, d'un matériau filamentaire imprégné d'une résine thermodurcissable. Ce corps bobiné intègre la tuyère 120 du type "VENTURI" convergent-divergent destinée à l'écoulement des gaz de combustion fournis par un bloc de propergol solide 130 placé à l'intérieur de la chambre de combustion. flans ce mode de réalisation du propulseur, le problème industriel se situe au niveau de moyen d'accouplement 140 du corps 110 du propulseur avec le culot du projectile (non représenté).Le diamètre interne de la pièce de liaison 140 doit être sensiblement égal au diamètre externe du chargement de poudre, lequel chargement est placé dans la chambre de combustion après l'opération de timbrage destinée a contrôleur la tenue à la rupture du corps du propulseur. L'amarrage du bobinage 11Q sur la piece de liaison 140 doit être extrêmement solide, du fait que cette pièce de liaison est soumise à des forces d'arrachement résultant de la poussée longitudinale F des gaz de combustion sur la partie convergente de la tuyère 120. IB résulte, de cette difficulté d'amarrage de la pièce de liaison 140 au bobinage 110, et de la combinaison des forces de poussée sur la paroi interne du corps, que la masse du corps du propulseur est importante. D2un autre côté, l'opération de timbrage est complexe, du fait d'une part, que le bobinage peut ne pas être rigoureusement étanche, et d'autre part, que le profil de la chambre de combustion est complexe. La figure lb se rapporte également à l'art antérieur et elle montre, selon une vue en coupe longitudinale, une seconde forme de construction d'un propulseur à poudre. Ce propulseur 200 est construit autour du chargement de poudre 210. Dans une première étape, la tuyère 220 et le moyen d'accouplement au projectile constitué par l'élément 230 en alliage léger sont placés, de part et d'autre, du chargement de poudre et s'emboite dans un élément cylindrique 240. L'amarrage de ces éléments est obtenu par le bobinage croisé 250 d'un matériau filamentaire. Cet amarrage doit être extrêmement solide puisque la pièce de liaison 230 avec le culot du projectile et la tuyère sont soumises à des forces d'arrachement F importantes. L'inconvénient principal de cette forme de construction du propulseur réside dans le fait que l'opération de timbrage est exclue et que la sécurité du tireur doit assurée par d'autres moyens, par exemple, par le renforcement du tube de lancement du projectile. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale qui montre la structure de base du propulseur à poudre selon l'invention. Ce propulseur à poudre est un élément de révolution d'axe X-X' correspondant à l'axe longitudinal du projectile, et il est mécaniquement accouplé au culot du projectile. Le propulseur comprend essentiellement les différents éléments suivants: une chambre de combustion 1 délimitée par une enveloppe cylindrique 2, un chargement de propergol 3, un noyau central 4 ayant une embase 4a de fixation dans le culot 5 du projectile, ce noyau central se projetant à travers le chargement de propergol et comportant une partie bitronconique 4b, laquelle en combinaison avec l'enveloppe fournit une tuyère annulaire du type divergent-convergent dont la section du col de tuyère 6 est adaptée au débit du flux de gaz produit par la combustion du chargement du propergol. L'enveloppe 2 de la chambre de combustion est obtenue par bobinage circulaire d'un fil et imprégnation d'une résine. Le fil de bobinage peut être un matériau tel que le carbone, et selon une technique de bobinage plus économique, le bobinage peut être obtenu par enroulement de mêches de fils de carbone.Cette enveloppe comporte des moyens de liaison 7 avec le culot 5 du projectile. Ces moyens de liaison peuvent être constitués par des vis, des pions, ou obtenus par vissage ou sertissage de l'enveloppe sur le culot du projectile. L'étanchéité aux gaz de combustion de la liaison enveloppe-culot du projectile est fournie, par exemple, par un joint torique 8 placé dans une gorge usinée dans le culot du projectile ou par tout autre moyen équivalent. De plus, la liaison enveloppe-culot du projectile doit assurer que l'axe du propulseur et l'axe longitudinal du projectile soient confondus. Le chargement du propergol 3 est de forme tory'dal et il est maintenu fixé sur la face interne de l'enveloppe.La surface de combustion de ce chargement de propergol doit nécessairement être importante pour fournir, pendant une période de temps extrêmement courte, un flux de gaz de fort débit. Le noyau central 4 est un élément rigide comportant à l'une de ses extrémités une embase filetée 4a de fixation dans le culot du projectile et à son autre extrémité une partie bitronconique 4b destiné à former le flux de gaz de sortie du propulseur. Ce noyau central, dans le but d'alléger le propulseur, est un élément creux. Lors de la combustion du chargement du propergol, le flux de gaz provoquerait une érosion rapide de l'enveloppe de la chambre de combustion, notamment, au droit du col de tuyère 6. Pour éviter ce phénomène d'érosion, une virole circulaire métallique 2a, de très faible épaisseur, est fixée sur la paroi interne de l'enveloppe. Les accessoires d'allumage qui peuvent être, d'un type conventionnel, ne sont pas représentés sur cette figure. Dans cette structure de propulseur les forces de pression du flux de gaz sont tangentes à la paroi interne de l'enveloppe, il en résulte que, la liaison enveloppeculot du projectile ne subit pas de force d'arrachement, et que l'enveloppe n'est soumise qu'à des forces de rupture radiales auxquelles elle doit résister.Par contre, le noyau central 4 est soumis à des forces d'arrachement appliquées sur la partie convergente de l'élément bitronconique, ce qui implique que la liaison noyau central-culot du projectile, fournie par l'embase filetée, doit être suffisamment robuste. L'écoulement des gaz dans une tuyère d'éjection du type annulaire est extrêmement complexe, cependant on a pu constater expérimentalement que le niveau sonore du flux de gaz était notablement inférieur à celui créé par une tuyère conventionnelle. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale qui montre une forme de construction d'un propulseur destiné à un projectile tiré en autorotation dans un tube de lancement. De plus, ce projectile muni d'un micropropulseur de croisière. Le propulseur décrit ci-après a un diamètre d'environ 100 millimètres d'une durée de combustion de l'ordre de 20 millisecondes et opérant avec une pression de combustion d'environ 250 bars. L'enveloppe 2 de la chambre de combustion 1 est constituée par une mince virole métallique 2a sur laquelle est bobiné un fil ou un groupement de fils de carbone. Le bobinage de l'enveloppe, est, préférentiellement, un bobinage circulaire, du fait qu'il est uniquement soumis aux forces de pression radiales, puisque selon l'invention les forces de pression longitudinales ont été transférées sur le noyau central. La virole métallique 2a est localement renforcée à son extrémité située en regard du culot du projectile dans le but de rigidifier la liaison enveloppe-culot du projectile et de recevoir des moyens d'arrêt tels que des pions. Le chargement de propergol 3 peut être, par exemple, du type lamellaire, c'est-à-dire constitué par une semelle plastique 3a, dans laquelle sont implantées des fines lamelles de propergol régulièrement espacées. Une forme de fabrication d'un tel chargement de propergol est décrite dans la demande de brevet français NO 81.20446 déposée au nom de THOMSON BRANDT. Le noyau central 4 est un élément cylindrique creux réalisé en un matériau métallique. Ce noyau central comporte une embase filetée 4a qui fournit le moyen de fixation dans le culot du projectile. Le diamètre externe du noyau central est inférieur au diamètre interne du chargement de propergol. L'extrémité du noyau central opposée à l'embase se termine par une partie bitronconique 4b pour former une tuyère d'écoulement des gaz de forme annulaire ayant une section interne divergente et une section externe convergente ; le point de jonction de ces deux sections délimitent le col de la tuyère 6. Le noyau central est un élément métallique réalisé en un matériau tel qu'un alliage léger. Les moyens d'allumage du chargement du propergol sont fournis par un logement annulaire 9 dans lequel est placée une charge d'allumage dont les gaz de combustion peuvent diffuser dans le chargement de propergol à travers une grille 10.Les'accessoires de mise à feu de la charge d'allumage qui sont connus en soi, ne sont pas représentés et en conséquence ils ne seront pas décrits Dans cette forme de construction du noyau central, la partie creuse demeure disponible pour loger, éventuellement, un micropropulseur à poudre 11 qui fournit une force de poussée sur la trajectoire de tir du projectile. Ainsi la tuyère du propulseur et la tuyère 12 du micropropulseur sont des éléments concentriques parfaitement découplés l'une de l'autre.Ce micropropulseur peut être un composant classique et en conséquence ne sera pas décrit Sur cette figure 3 on a représenté un propulseur dont le diamètre externe est inférieur au diamètre du projectile afin de disposer sur l'enveloppe de la chambre de combustion un jeu d'ailettes déployables 13 régulièrement espacées. Chacune des ailettes 13 est articulée librement autour d'un axe 14, et leur déploiement en sortie du tube de lancement peut être assure par la mise en rotation du projectile lors de son trajet dans le tube de lancement.L'élément 16 fournit un moyen de carénage des ailettes et il est également solidaire du culot du projectile Dans le but d'imprimer un mouvement d'autorotation au projectile, la section divergente de la tuyère du propulseur est munie d'un jeu de micro- ailettes 15 sensiblement inclines par rapport à l'axe longitudinal X-X' du propulseur La virole métallique 2a peut être obtenue par le procédé de fluotournage qui permet à partir d'une ébauche de réaliser un élément cylindrique parfaitement circulaire ayant une faible épaisseur, de l'ordre du dixième de millimètre L'élément bobiné de l'enveloppe dont l'épaisseur est d'environ 15 dixième de millimètre fournit pratiquement la totalité de la résistance à la rupture de l'enveloppe. Le choix du matériau de la virole métallique est principalement guidé par ses propriétés physiques relatives au fluotournage et secondairement par sa résistance mécanique à la rupture. La fonction principale de la virole métallique est d'éviter L'érosion interne de l'enveloppe, aussi cette virole peut-elle se limiter à un "clinquant". Si l'on considère la tuyère annulaire 6, on voit que la distance entre l'enveloppe 2 et l'élément bitronconique 4 est de l'odre de quelques millimètres. Cette distance d doit être maintenue constante afin que la combustion soit stable; dans ce but un jeu d'entretoises 17 peut être disposé radialement entre l'enveloppe 2 et le noyau central 4.. La figure 4 est une coupe transversale suivant A-A du propulseur de la figure 3 qui montre une forme de réalisation d'un moyen de fixation de l'extrémité de l'enveloppe de la chambre de combustion 2 sur le culot 5 du projectile. L'extrémité 2a de l'enveloppe comporte des perforations également espacées dans lesquelles sont placés des pions 17 qui se fixent dans le culot 7 du projectile. Ce mode de fixation par pion vissé facilite le démontage de l'enveloppe si cela s'avère nécessaire. D'autres moyens de fixation sont envisageables si l'on ne souhaite pas assurer un démontage du propulseur, par exemple, l'enveloppe peut être sertie ou goupillée sur le culot du projectile. On voit maintenant plus clairement les avantages complémentaires que procure un propulseur selon l'invention: l'enveloppe de la chambre de combustion peut être soumise à des contrôles de tenue à la rupture avant les opérations d'assemblage des éléments du propulseur, et le niveau sonore du flux de gaz s'écoulant dans la tuyère annulaire est notablement inférieur à celui produit par une tuyère classique. L'association des différentes propriétés du propulseur: légèreté, sécurité de fonctionnement et niveau sonore permet d'étendre les performances opérationnelles des armes mettant en oeuvre des projectiles auto-propulsés. L'invention n'est pas limitée dans ces caractéristiques au mode de construction décrit à titre illustratif, mais nullement limitatif, notamment les dimensions du propulseur doivent être adaptées au projectile auquel il est accouplé, la nature des matériaux peut être modifée en fonction des procédés d'usinage utilisés, et les divers accessoires, tels que les moyens de mise en auto-rotation et les moyens de stabilisation aérodynamique du projectile peuvent être omis. L'invention n'est pas limitée dans ses applications à un projectile antichar, mais d'une façon plus générale trouve son application dans les projectiles autopropulsés tirés dans un tube de lancement ouvert à ses deux extrémités. REVENDICATIONS 1. Propulseur pour projectile tiré dans un tube de lancement, comprenant essentiellement une chambre de combustion et sa tuyère d'éjection du gaz, et un chargement propulsif consitué par un propergol solide, caractérisé en ce que la chambre de combustion (1) est délimitée par un élément cylindrique ouvert (2) obtenu par le bobinage d'un matériau filamentaire, cet élément cylindrique étant fixé par l'une de ses extrémités sur le culot (7) du projectile, et en ce que, ce propulseur comprend un noyau central rigide (4) ayant une embase de fixation (4a) dans le culot du projectile, lequel noyau central (4), se projette à travers le chargement propulsif (3) et se termine par un élément de révolution de forme bitronconique (4b), lequel élément bitronconique en combinaison avec la paroi interne de élément circulaire (2) de la chambre de combustion fournit une tuyère annulaire (6) du type convergent-divergent. 2. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément cylindrique bobiné (2) qui délimite la chambre de combustion (1) comporte, intérieurement, une virole métallique mince (2a), afin d'éviter érosion de l'élément circulaire sous l'action des gaz de combustion. 3. Propulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la virole métallique interne (2a) est renforcée à l'une de ses extrémités pour fournir un moyen de fixation (7) de l'élément circulaire (2) sur le culot (5) du projectile. 4. Propulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité renforcée de la virole métallique (2a) comporte une pluralité de perforations destinées à recevoir des pions (17) qui se fixent dans le culot (5) du projectile. 5. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section divergente de l'élément bitronconique (4b) du noyau central (4) est munie d'ailettes (15) destinées à imprimer un mouvement d'autorotation au projectile. 6. Propulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le diamètre de la chambre de combustion (1) étant inférieur à celui du projectile, il comprend un jeu d'ailettes déployables (13) articulé sur l'élément circulaire (2). 7. Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau central (4) est un élément creux. 8. Propulseur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un micropropulseur est loge a l'intérieur (11) du noyau central (4). 9. Propulseur selon la revendication I, caractérisé en ce que jeu d'intertoises (17) est radialement disposé entre l'enveloppe (2) et le noyau central (4).