Brevet FR2581747A1 — publié le 19861114

La présente invention est relative à des perfectionnements apportés aux charges creuses. On sait que le calibre a toujours été le facteur essentiel de l'efficacité et de l'effet terminal de tous les projectiles et de toutes les armes. Seule, l'ingéniosité de l'ingénieur, utilisant à tout moment les progrès de la technologie et de la science, a su réaliser le progrès de l'efficacité au- trement qu'en suivant les lois classiques de la similitude, partant du calibre. L'innovation, l'invention, en sont les moyens, les facteurs déterminants. C'est ainsi que, toutes choses égales par ailleurs, le calibre d'une charge creuse détermine encore essentiellement son pouvoir performant, mais avec un progrès spécifique extraordinaire. Cette observation étant faite, l'expression "toutes choses égales par ailleurs" exprime bien une vérité qui n'est cependant pas aussi facile à réaliser dans n'importe quelles conditions. Ainsi, par exemple, la première charge creuse opérationnelle utilisait une fusée mécanique d'ogive montée à l'avant, avec percussion et transmission d'onde par le sommet du revêtement, muni dans ce but d'un trou. On éliminait ainsi la fraction la plus rapide du jet engendré par la zone voisine du sommet. Par la suite furent réalisées de nouvelles charges creuses entièrement convergentes d'avant en arrière. Ce fut ainsi la famille, par exemple, des charges creuses françaises de 73 mm, Mle 1950 (Fig. 1 des dessins annexés). On pensait alors que le revêtement 1 de la charge était transformé en jet très puissant par l'action de l'onde de détonation engendrée,à partir de l'amorçage 2 (central), par une quantité (la plus faible possible) d'explosif 3 entourant ledit revête- ment 1. Cette onde, sa puissance, sa vitesse, la pression de son front de propa- gation, ne dépendant que de la nature de l'explosif, il n'était, pensaiton à l'époque, pas indispensable d'avoir de grande "épaisseur" d'explosif. Les pro- blèmes (normaux) de légèreté firent ainsi rechercher et réaliser, avec des effets terminaux jugés alors très satisfaisants, des matériels d'un rapport diamètre arrière d sur diamètre du revêtement D: d/D (Fig. 1) très inférieur à 1, et même voisin ou inférieur à 0,5. Avec l'emploi d'hexolite, le pouvoir perforant atteignit alors 4 calibres (pour des distances d'attaque inférieures à 2 calibres, toujours pour des raisons de recherche de masse et d'encombrement réduits). Dans une étape suivante, l'on perfectionna tant les formes du revêtement que la qualité du chargement en explosif. Ainsi naquirent les charges creuses dites de deuxième génération, géné- ralement tronconiques, d'un diamètre arrière peu inférieur au calibre du projec- tile ( rapport diamètre arrière "d"' de l'ordre de 0,7 à 0,9 calibre). diamètre du revêtement "D"' 2 2581747 Ainsi purent naître, d'une part, les amorçages de culot à écran, à onde torique ou annulaire, nécessitant donc un diamètre relativement important, plus important que dans le cas d'un amorçage "central". La Figure 2 des dessins annexée illustre un exemple d'une telle charge. Sur cette Figure 2, on voit le revêtement 4, l'explosif principal 5, l'écran 6, et l'amorçage 7. Cette forme de charge per- mettait notamment de réaliser, par compression isostatique, par centrifugation ou par décantation (naturelle ou "forcée"), des chargements homogènes, riches en ex- plosif de grande énergie et puissant. Le pouvoir perforant atteignit d'abord, et dépassa ensuite 5 calibres. Par ailleurs, les progrès de la connaissance de la physique de la déto- nique, son analyse comme sa mise en équation mathématique, la connaissance des équations d'état des composants, l'emploi de machines informatiques, ont permis d mieux connaître le mécanisme de la formation du jet, de connaître "les tendances" et le r6le de tel ou tel paramètre d'un projectile (roquette, missile, obus...) à charge creuse. On a également pu mesurer la masse et la vitesse de diverses fractions d'un revêtement transformé en jet de charge creuse. Sur la Figure 3 des dessins annexés, on a représenté schématiquement l'évolution de la vitesse d'un jet de charge creuse en fonction de la masse cumu- lée des éléments. L'on voit ainsi (courbe C en trait plein) que seulement moins de 30 Z de la masse d'un revêtement (en cuivre) sont efficaces, car, au-dessous de 3 Km/s, les éléments du jet ne sont guère perforants. Or, les éléments les plu rapides proviennent du sommet du revêtement, et les éléments les plus lents pro- viennent de la base. La présente invention apporte des perfectionnements aux charges creuses permettant de nouveaux progrès d'effet terminal, tout en réalisant un matériel plus léger, moins encombrant, et de caractéristiques plus fiables. A cet effet, l'invention concerne une charge creuse caractérisée en ce que sa forme est convergente depuis l'arrière (amorçage) vers l'avant (calibre ot diamètre du revêtement).En d'autres termes, dans la charge creuse selon l'inven- tion, le diamètre ou calibre de la base du revêtement est inférieur au diamètre de la tranche arrière de la charge. Les divers caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de exemples ci-après. Il est bien précisé qu'il s'agit uniquement d'exemples, et qui toutes autres formes, proportions, dispositions, modes de constructions, peuvent être également utilisés sans sortir du cadre de l'invention. Au cours de cette description, on se référera aux dessins, sur lesquels: - les Figures 1 et 2 sont des schémas représentant, en coupe axiale longitudinale, les charges creuses connues décrites ci-dessus; 3 2 5 2581747 - la Figure 3 illustre la relation entre les masses relatives du jet de charge creuse et les vitesses du jet; - la Figure 4 représente le schéma d'une charge creuse convergente d'ar- rière en avant, selon l'invention, à laquelle on a superposé volontairement, en jouant sur les traits et les hachures, dans la même longueur L, une charge creuse "classique" de même calibre D", tronconique, rétreinte à l'arrière, et encore une charge creuse "cylindrique", toujours de même calibre D", cette superposition mettant clairement en évidence les avantages d'une charge selon l'invention; et, - les Figures 5 à 7 illustrent des variantes de la charge creuse selon l'invention, ces variantes étant caractérisées par la conception de leur bloc d'amorçage respectif. En se référant à la Figure 4, on voit que la charge classique, rétreinte à l'arrière, comprend un revêtement 11, un chargement en explosif principal 12 et un profil extérieur tronconique 8 (traits interrompus). Le calibre D" est supé- L5 rieur au diamètre S du culot (disposition classique). Dans ces conditions, la courbe C (trait plein, Figure 3) de la masse relative cumulée des fragments du jet montre que les fragments animés d'une vitesse supérieure à 3 Km/s ne constituent qu'environ 25 % de la masse du revêtement. Or, ce sont ces seuls fragments qui contiennent réellement le pouvoir 0 perforant du jet. De plus, il est nécessaire que la charge soit fiable, que les éléments du jet soient alignés depuis ceux engendrés par le sommet du revêtement jusqu'aux éléments en provenance de la région voisine de la base dudit revêtement, phénomène à la fois de puissance de l'onde de détonation comme de symétrie de tous les éléments de charge, donc plus difficile à réaliser par la technologie, au fur !5 et à mesure que l'onde de détonation avance à partir du centre situé au culot, et avance donc dans un chargement de plus en plus "mince" annulairement, par la cons- truction même d'une charge creuse (cône- revêtement + enveloppe). La charge convergente d'arrière en avant, selon l'invention, représentée Figure 4, utilise le même calibre D" et le même revêtement 11, mais son diamètre O arrière est d" > D", selon l'invention. Sur la Figure 4, le profil extérieur de la charge convergente selon l'in- vention est représenté par le trait double 10, qui montre, à longueur égale, la quantité annulaire supplémentaire d'explosif (différence entre les troncs de canes 8 et 10). L'on voit déjà, à calibre égal de revêtement, le supplément de puissance engendré par une charge "convergente" selon l'invention. Si l'on met en correspondance le graphe des masses relatives de jet et des vitesses du jet (Fig. 3) avec le schéma de la Figure 4, on observe que les éléments du sommet S (Fig. 4) correspondent aux vitesses les plus élevées du jet: 8 Km/s ou plus. Par contre, les vitesses plus faibles (3 Km/s), correspondant à seulement environ 25% de la masse du revêtement, sont celles des éléments provenant de la zone avant du revêtement et notamment de la zone voisine de la base (zone B,Fig.4). On constate ainsi que (courbe C, Fig.3) que pour une charge "classique", seuls les éléments de vitesse supérieure à 3 Km/s sont efficaces et perforants; or, ils ne représentent que 25% environ de la masse du revêtement. Or, on voit facilement que, tant la quantité d'explosif de la zone B (Fig. 4) que sa "qualité" (densité, symétrie granulométrique, etc.) sont diffi- cilement parfaites ou fiables, étant donné l'extrême minceur de la couche annu- laire d'explosif de ladite zone B (Fig. 4), par la nature même des géométries en présence: revêtement, en général conique, et charge de forme classique, tron- conique 8, ou même cylindrique 9. Bien au contraire, la charge "convergente" selon l'invention apporte une proportion supplémentaire significative d'épaisseur, donc de quantité, de puis- sance et de fiabilité à cette zone B. En résulte, selon l'invention, une meilleure utilisation de la base du revêtement, avec, à la fois, un accroissement des vitesses dans cette zone et un supplément de masse du jet. La courbe en traits interrompus C' de la Figure 3 montre schématiquement le progrès d'énergie ansi réalisé par une charge "conver- gente" selon l'invention. Mais la charge "convergente" selon l'invention est aussi source d'autres progrès de puissance et de fiabilité. On voit ainsi, sur le schéma de la Figure 4, que les diamètres de culot sont: pour une charge classique (profil 8); A ' > 1 pour une charge cy- lindrique (profil 9), et d" >. ' > LN pour la charge "convergente" selon l'in- vention. A ces diamètres t, /%' et d" correspondent (Fig. 4) des blocs d'amorçage 3 (hauteur ou épaisseur e relativement importantes) portant par exemple un écran, tel que 13. L'on voit immédiatement, sur la Figure 4, que, pour une distance h également constante (entre le sommet S du revêtement Il et le sommet S' de l'écran 13), l'onde est plus "couchée" (selon l'expression en usage dans la dé- tonique) sur le sommet dudit revêtement 11, angle gente" selon l'invention, profil 10, angle z de la charge convergente selon l'ivention. Bien entendu, le chargement en explosif principal 12, qu'il soit coulé par décantation (naturelle ou "forcée"), qu'il soit réalisé par compression iso- 2 258 1747 statique, qu'il soit monté simplement par juxtaposition des éléments, est favo- risé par le profil "convergent" de la charge selon l'invention: richesse, puis- sance, homogénéité, symétrie, fiabilité. De plus, pour une telle charge "convergente" selon l'invention, le choix de tous les éléments en valeur, en géométrie, en similitude, en combinaison, est infiniment plus facile, étant donné le champ ouvert par la forme générale "con- vergente" d'arrière en avant selon l'invention. En particulier, la possibilité de "coucher" l'onde sur le revêtement (angle c, Fig. 4) permet de jouer, tant sur les diamètres E, E' ou E" de l'écran, auxquels correspondent des points diamé- traux extrêmes d'initiation C8, C9, C10, de l'onde annulaire, couplés à leur tour aux angles indiqués plus haut dans la recherche de l'obtention d'une meilleure puissance, sans modifier l'en- combrement de ladite charge, facteur souvent essentiel dans l'étude d'une roquette ou d'un missile antichars. D'autres avantages de la charge selon l'invention résultent de sa forme "convergente" d'arrière en avant. Ainsi, une telle forme permet de faire participer le corps lui-même (profil convergent 10) à la forme aérodynamique du projectile, d'une forme favo- rable de moindre traînée, sans que l'ogive elle-même 14 soit de longueur excessive. D'ailleurs, le diamètre D" du revêtement 11 de la charge "convergente" selon l'invention étant inférieur au diamètre arrière d" (diamètre du missile, de la roquette ou du projectile), on obtient la possibilité, selon l'invention, pour une longueur donnée, en valeur absolue, d'avoir une distance d'attaque rapportée au calibre D" plus grande que pour une charge classique, autre facteur de puis- sance et de fiabilité favorable à la charge convergente selon l'invention. La plupart des têtes militaires modernes sont aujourd'hui à détection, fusée et amorçage électriques, et il est très fréquent d'avoir à faire passer des fils depuis l'ogive jusqu'à l'arrière de la charge. Dans le cas de charges classiques cylindriques ou coniques, cette parti- cularité, cependant nécessaire, pose de multiples problèmes difficiles à résoudre, étant donné que le revêtement 11, de diamètre D", occupe en entier le diamètre même du projectile. On est même arrivé à grossir le calibre du projectile (missile, roquette) pour la simple raison de "passer" les fils, sans aucune autre raison ni avantage snthétique détonique. Or, la possibilité de caréner (mousse/15, par exemple) la forme exté- 6 2581747 rieure de la charge de profil convergent 10 selon l'invention jusqu'à un diamètre D"' > D" (tout en respectant les avantages de masse, de traînée, de détonique, décrits plus haut) permet aussi de faire "passer" les fils de liaisons électriques sans aucun des inconvénients que l'on supporte dans le cas classique. La description faite ci-dessus, en référence à la Figure 4, a permis de faire ressortir les caractéristiques et les avantages d'une charge "convergente" d'arrière en avant selon l'invention. Celle-ci est équipée d'un écran et d'un bloc d'amorçage en disque cylindrique épais, dont la face avant était généralement plan perpendiculaire à l'axe de ladite charge (sauf pour le logement arrière de l'écrar On se réfère maintenant aux Figures 5, 6 et 7, qui représentent une sériE de blocs d'amorçage particulièrement bien adaptés à une charge convergente selon l'invention. La Figure 5 représente un bloc d'amorçage 16, également convergent selon l'invention, de diamètre arrière A > A', diamètre avant dudit bloc. Sa hauteur e (épaisseur) est relativement grande. La face avant de diamètre A' dudit bloc d'amorçage est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la charge et est plane, sauf l'empreinte en creux du loge. ment de l'écran 17. Le diamètre A" dudit écran 17 permet, compte tenu de la distance h4, le choix optimum (par rapport à A' > A") de l'angle oD permettant de "coucher" au mieux l'onde de détonation issue de l'amorçage sur le revêtement (d'angle au som- met 20). La forme tronconique du bloc d'amorçage selon l'invention permet, par ailleurs, d'user de grandes facilités de montage, de réalisation et de précision, d'o une très boniefiabilité. La Figure 6 représente une variante de bloc d'amorçage tronconique conve gent à la périphérie, selon l'invention, caractérisé par une forme concave de sa face avant (vue par un observateur placé au sommet du revêtement). Dans ce cas, l'épaisseur du bloc 18 est toujours f à la hauteur de la tranche arrière du cylindre de centrage de diamètre A" de l'écran 19. Mais, grâce à sa forme concave vers l'avant, selon l'invention (rayon de courbure R déterminé lors du travail d'optimisation), la périphérie tronconique, selon l'invention, dt bloc 18, avance de e - e et apporte, selon les potentiels et vitesses de détc nation des explosifs, comprenant, d'une part le bloc 18, et, d'autre part, le chargement principal 20, un autre moyen, selon l'invention, d'optimisation de 1'" ficacité, de la puissance et de la fiabilité de la charge convergente selon l'in vention. La Figure 7 représente une autre variante du bloc d'amorçage 21 tronco- nique, convergent à la périphérie, selon l'invention, caractériséepar une forme conique creuse de sa face avant (vue par un observateur placé au sommet S du re- 7.2 25$81747 vêtement). Dans ce cas, l'épaisseur du bloc 21 est toujours e à la hauteur de la tranche arrière du cylindre de centrage, de diamètre A", de l'écran 22. Mais, grâce à sa forme conique creuse vers l'avant (valeur de l'angle de ce c8ne à déterminer pendant le travail d'optimisation), la périphérie tronconique du bloc 21 avance de e' - C et apporte, selon le potentiel et la vitesse de détona- tion des explosifs composant, d'une part le bloc 18, et, d'autre part, le charge- ment principal 23, un autre moyen, selon l'invention, de l'optimisation de l'effi- cacité, de la puissance et de la fiabilité de la charge convergente selon l'inven- tion. O Les divers caractéristiques et avantages de la charge convergente selon l'invention ont donc été décrits par l'ensemble de l'exposé cidessus. Les divers moyens de construction, de réglage des dimensions, de la géométrie, de la masse, de la longueur, de la distance d'attaque, et, pour résumer en un mot, d'optimisa- tion de la charge, ont été également décrits, d'o, en particulier, un haut niveau de fiabilité. Mais on peut se poser la question du "sacrifice de puissance", qui serait la conséquence même du principe préconisé par l'invention charge conver- gente vers l'avant, donc d'un calibre du revêtement inférieur, par définition, au diamètre "maximum" (calibre) arrière ("culot", diamètre de l'amorçage, etc.). Mais c'est là qu'intervient l'intérêt de la charge selon l'invention. Cette optimisation, jouant sur un nombre de paramètres plus grand, en position plus favorable au départ (puissance, forme de l'amorçage, onde plus facilement "couchée" sur le sommet du revêtement, hauteur h4 et longueur totale, passage des liaisons électriques à la base du revêtement, qualité de la masse d'explosif et sa quantité localement plus forte à la base du revêtement, en conséquence, plus i grande énergie du jet) fait que, pour un calibre inférieur, la charge convergente selon l'invention procure une puissance au moins égale ou supérieure à celle d'une charge "classique" de calibre plus grand (par exemple, de calibre égal à celui du diamètre arrière de la charge convergente selon l'invention). En découle donc une charge plus légère et moins encombrante, facteur es- sentiel d'avantages pour un missile, roquette ou projectile. Mais, de plus, cette plus grande fiabilité intrinsèque de la charge conduit à une "étendue" de disper- sion beaucoup plus faible. Ainsi, la performance minimale, celle qui intéresse généralement, au premier chef, tout utilisateur (par exemple, la performance à 3 ou 4 écarts type) est, de ce fait, bien supérieure à celle d'une charge classique, plus lourde et plus encombrante, même si elle pouvait posséder des caractéristiques moyennes équivalentes de puissance. 8 2581747 REVENDICATIONS 1 - Charge creuse caractérisée en ce qu'elle présente une forme conver- gente d'arrière en avant: son diamètre (D"), ou calibre de la base du revêtement (11), est inférieur au diamètre (d") de-la tranche arrière de la charge. 2 - Charge creuse selon la revendication 1, caractérisée par une forme tronconique. 3 - Charge creuse selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'on combine les divers paramètres géométriques en jeu, visant, dans le cas d'une masse et d'un encombrement réduits, à "coucher" l'onde de détonation issue du bloc d'amorçage sur le sommet du revêtement. 4 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par un accroissement de la quantité et de la qualité de la masse an- nulaire d'explosif entourant la base du revêtement (11), afin d'obtenir un accrois- sement de l'énergie du jet. 5 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par un chargement en explosif principal puissant, de grande qualité, résultant de la valeur relative, supérieure au calibre du revêtement (11), du dia- mètre arrière (d") de ladite charge, quel que soit le mode de chargement: décan- tation naturelle, décantation "forcée", décantation sous haute pression, compres- sion isostatique. 6 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par une forme aérodynamique d'ogive (14), prolongée jusqu'au culot par la forme convergente de ladite charge. 7 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par un passage des fils de liaison électriques de l'ogive (14) avec les éléments arrière, complètement à l'extérieur du chargement (12) et du revête- ment (11), dans la zone de la base dudit revêtement. 8 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, 1 hétht e caractérisée par un carénage en mousse/ i extelleurement à la forme convergente, permettant de donner à l'ensemble du projectile la forme voulue par l'arme, l'em- ploi, notamment une forme cylindrique. 9 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un bloc d'amorçage (16) en disque à intaille de grande hauteur relative, caractérisée par une forme tronconique de sa périphérie. carac- 10 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendicationsprécédentes térisée par un bloc d'amorçage (18) dont la face avant,vue par un observateur pla- cé au sommet du revêtement, est de forme concave, le rayon de cette concavité étant optimisé selon l'importance que l'on veut donner à l'avancée du bord périphérique de la périphérie tronconique dudit bloc. 9 2 5 2581747 11 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée par un bloc d'amorçage (21) dont la face avant, vue par un observateur placé au sommet du revêtement, est de forme conique, creuse, l'angle ( X) de ce cône étant optimisé selon l'importance que l'on veut donner à l'avan- cée du bord périphérique de la périphérie tronconique dudit bloc. 12 - Charge creuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'installation ele centrage, de l'écran sur la face avant du bloc d'amorçage sont réalisés en épousant la forme avant dudit bloc, forme con- cave ou conique.