Brevet FR2587328A1 — publié le 19870320

Chargements propulsifs mixtes résistant à haute température La présente invention se rapporte au domaine des chargements propulsifs pour munitions balistiques comportant une douille combustible ou non combustible. Plus précisément l'invent.Lon concerne un chargenent mixte constitué par un mélange de poudre propulsive en grains et de charges propulsives fraplentables de forme spherique, ledit chargement conservant ses proprietés à haute température et convenant parti culièrement bien de ce fait aux munitions destines d être embar quees à bord des avions de combat. Les chargements propulsifs traditionnels pour munitions balistiques sont constitués eac des grains de poudre propulsive en vrac dans une douille combustible ou non combustible. Ces chargements présentent l'.r.convénienc autre être selon les cas peu ou pas progres- sifs, ce qui revient à dire que si l'on trace la courbe représen- tant la variation de la pression dans l'arme en fonction du temps au moment de la mlse à feu, cette courbe a l'allure générale d'un pic croissant très rapidement et décroissant également très rapidement.Compte-tenu des impératifs de pression maximale liés au fonctionnement de l'arme, les chargements classiques sont limitées d'une part par leur plogressivite (pour une même compositioni et d'autre part par leur densite de chargement qui est liée à leur densité apparente Dans la présente description l'expression densité de chargement" désigne la masse de poudre pouvant etre introduite dans le volume utile de la douille. Divers essais ont été faits pour rechercher des chargements plus progressifs, c'est-à-dire des chargements conduisants à une courbe "pression en fonction du temps ayant l'allure générale d'un plateau plutôt que d'un pic, permettant par la meme d'obtenir un meilleure densité de chargement de la douille et par voie de conséquence une vitesse initiale du projectile plus élevée sans risque de rupture du tube de 1' arme. Le choix de la poudre propulsive constitue deja une possibilité de solution à ce problème. On peut en effet améliorer la progressi vité de la poudre en jouant d'une part sur la géométrie du grain de poudre, c'est ainsi qu'un grain de poudre cylindrique à 19 trous est plus progressif qu'un grain de poudre à 7 trous lui même plus progressif qu'un grain de poudre monotubulaire, et d'autre part sur la composition du grain de poudre grâce aux opérations de lissage qui permettent d'incorporer un moderateur de combustion en surface du grain de poudre. Néanmoins ces possibilités sont encore insuffisantes pour beaucoup de chargements. On a par ailleurs proposé des chargements progressifs constitués par un bloc cylindrique fragmentable en poudre aggloméree, présen- tant un canal central dans lequel est placé de la poudre propulsive en grains. Au moment de la mise à feu la poudre propulsive en grains brûle la première en provoquant la fragmentation du bloc cylindrique qui brûle à son tour comme une poudre en vrac. De tels chargements, décrits par exemple dans les brevets- français 2 374 278, 2 411 817, 2 436 766, au nom de la demanderesse, permettent d'améliorer sensiblement la densité de chargement de la munition et, pour une meme munition d'un calibre 30 mm permettent par exemple d'augmenter la vitesse initiale du projectile de 780 m/s à environ 870 ;/s. Néanmoins ces chargements présentent deux inconvénients majeurs.D'une part, au niveau des performances balistiques, ces chargements présentent une mauvaise conservation des performances en température (qu'il s'agisse de cycles en tem perature au cours desquels la poudre séjourne à différentes tempé- ratures avant d'être tirée à température ambiante ou des tirs en température) conduisant à une grande dispersion des résultats. D'autre part ces chargements conviennent mal aux douilles à collet présentant un rétrécissement au niveau de l'orifice de chargement. En effet, pour ce dernier type de douilles, le diamètre du bloc cylindrique fragmentable, forcément plus faible que le diamètre du corps de la douille en raison du rétrécissement présenté par l'orifice de chargement, laisse subsister un volume mort beaucoup trop important. On a aussi propose une solution consistant à mélanger des poudres de natures différentes avec un agglomérant liquide, à introduire ce mélange dans la douille et à le durcir par compression ou cuisson selon la nature de l'agglomérant. Cette solution décrite dans le brevet français 2 422 925, permet d'obtenir un chargement progressif utilisable dans tous les types de douille et permet bien d'améliorer la densité de chargement mais n'est pas d'une mise en oeuvre industrielle aisée et parfaitement reproductible du fait qu'elle implique le remplissage d'une douille avec un mélange de consistance pâteuse. On a également proposé une autre solution conduisant à des chargements progressifs utilisables aussi bien dans les munitions comportant une douille cylindrique que dans celles comportant une douille à collet. Cette solution, décrite dans le brevet français 2 214 672, consiste à avoir un chargement mixte constitue par un mélange d'une part de charges propulsives fragmentables en forme de petites tablettes constituées de poudre agglomérée et dont les dimensions sont faibles par rapport à celles de la douille et d'autre part de poudre propulsive en grains. Un tel chargement permet bien d'améliorer la densité de chargement de la munition mais ne permet pas d'assurer une bonne reproductibilité des résultats de tir du fait du manque de reproductibilité dans la répartition des tablettes à l'intérieur de la douille.Par ailleurs la réalisation industrielle d'un tel chargement n'est pas très commode. La demanderesse a alors propose un type de chargement pour munitions avec douille permettant d'améliorer la densité de chargement de la munition tout en garantissant une bonne reproductibilité des résultats de tir et qui soit d'une réalisation industrielle aisee. Ce type de chargement, décrit dans le brevet européen 0082758, consiste en un chargement mixte constitué d'une part par des charges fragmentables en forme de sphère et d'autre part par de la poudre propulsive en grains.Lesdites charges fragmentables sont obtenues par agglomération d'une poudre propulsive en grain et ont un diamètre inférieur au diamètre de l'orifice de chargement de ladite douille en ayant une valeur telle que lesdites charges fragmentables en forme de sphère se répartissent dans la douille par couches de une, deux, trois ou quatre sphères, les charges de la couche de rang n étant disposées en quinconce par rapport aux charges des couches de rangs n-l et n+1. Une fois que les charges fragmentables en forme de sphère sont disposées dans la douille, on rajoute de la poudre propulsive en grains qui vient se loger dans les vides intersticiels existants d'une part entre les sphères et d'autre part entre les sphères et les parois de la douille. Les chargements mixtes tels que décrits dans le brevet européen sus-mentionné, s'ils permettent bien d'améliorer la densité de chargement de la munition tout en garantissant une bonne reproduc tibilité des résultats de tir, présentent cependant l'inconvénient de conduire à des surpressions lorsque la munition est tirée à haute température, c'est- -dire une température supérieure à 70 OC, ou même lorsqu'elle a simplement séjourne a haute température. il s'agit la d'un inconvénient particulièrement gênant pour les munitions destinées à être embarquées à bord des avions de combat car ces munitions sont susceptibles d'être exposées à des températures supérieures à 70 OC. L'objet de l'invention est précisément de proposer des chargements mixtes constitués par un mélange de charges fragmentables en forme de sphère et par une poudre propulsive en grains qui ne présentent pas l'inconvénient sus-mentionné. L'objet de l'invention est atteint grâce à un chargement mixte pour munitions avec douille (2), constitué par un mélange de poudre propulsive en grains (6) et de charges propulsives fragmentables (5) en forme de sphères dont le diamètre est inférieur au diamètre de l'orifice de chargement de ladite douille (2), lesdites charges (5) se répartissant à l'intérieur de la douille (2) par couches successives de 1, 2, 3 ou 4 sphères, caractérisé en ce que lesdites charges fragmentables (5) sont obtenues par compression de grains d'une poudre propulsive (A > enrobés par un mélange de nitrate de polyvinyle et d'un composé choisi dans le groupe constitué par l'acétate de cellulose et l'acétate de polyvinyle, le poids du nitrate de polyvinyle servant à l'enrobage des grains de poudre (A) étant au moins égal à 1,5 % du poids desdits grains de poudre (A) et le rapport pondéral entre ledit composé et le nitrate de polyvinyle étant inférieur ou égal à 2/3. Selon une réalisation-préférée de l'invention le rapport pondéral entre ledit composé et le nitrate de polyvinyle est voisin de 1/2. Selon une autre réalisation préférée de l'invention le poids total du nitrate de polyvinyle et dudit composé est inférieur ou égal à 5 % du poids desdits grains de poudre (A). On décrit ci-après l'invention de manière détaillée par référence aux figures 1 et 2. La figure 1 représente, vue en coupe selon un plan de symétrie, une munition complète contenant un chargement mixte selon l'invention. La figure 2 représente une coupe selon II-II de la munition représentée à la figure 1. On a représenté à la figure 1 une munition selon l'invention constituée par un obus (1), une douille cylindrique (2) sertie à une extrêmité autour de l'obus (1) et fermée à l'autre extrêmité par un culot (3) portant une amorce (4). Ladite douille (2) contient un chargement mixte constitué d'une part par des charges fragmentables (5) en forme de sphère et d'autre part par des grains de poudre propulsive (6). La conception générale des chargements mixtes utilisés dans le cadre de la présente invention est celle des chargements mixtes décrits dans le brevet européen 0082758 dont la description est, par référence, incorporée à la présente description. L'originalité de la présente invention porte sur le mode d'obtention et la nature des charges fragmentables (5) en forme de sphère. Selon la caractéristique essentielle de la présente invention les charges fragmentables (5) sont obtenues par compression de grains d'une poudre propulsive (A) enrobés par un mélange de nitrate de polyvinyle et d'un composé choisi dans le groupe constitué par l'acétate de cellulose ou l'acétate de polyvinyle. La poudre propulsive en grains (A) destinée à la confection des charges fragmentables (5) est essentiellement choisie en fonction des propriétés thermodynamiques désirées pour lesdites charges. Pour des raisons de sécurité on préférera cependant utiliser des poudres ne contenant pas de nitroglycérine. Celà dit, on peut utiliser toute poudre propulsive en grains qui ne contient pas d'in grédients qui puisse se décomposer à la température de compression. Les grains de la poudre propulsive (A) sont enrobés, par une opé- ration de type "lissage", par un mélange de nitrate de polyvinyle et d'un composé choisi dans le groupe constitué par l'acétate de cellulose et l'acétate de polyvinyle. Pour ce faire le nitrate de polyvinyle et ledit composé sont mis en solution dans un solvant, par exemple un mélange acétone-alcool éthylique, ou encore dans l'acétate d'éthyle. La solution ainsi obtenue est pulvérisée, de préférence dans un drageoir, sur les grains de poudre (A) jusqu'à obtention de l'enrobage désire. La quantité de nitrate de polyvinyle et dudit composé déposée sur les grains de poudre (A) est déterminante dans le cadre de la pré- sente invention. Il faut en premier lieu que le poids de nitrate de polyvinyle de- posé sur les grains de poudre (A) soit au moins égal à 1,5 % du poids desdits grains de poudre (A). Il faut en second lieu que le rapport pondéral entre ledit composé et le nitrate de polyvinyle soit inférieur ou égal à 2/3. Ces deux conditions sont impératives pour la mise en oeuvre de l'invention. Selon une première réalisation préférée de l'invention le rapport pondéral entre ledit composé et le nitrate de polyvinyle doit être voisin de 1/2. Selon une autre réalisation préférée de l'invention le poids total du nitrate de polyvinyle et dudit composé déposés sur les grains de poudre (A) doit être inférieur ou égal à 5 8 du poids desdits grains de poudre (A). Les grains de poudre propulsive (A) ainsi enrobés sont alors comprimés soit directement sous forme de sphères, soit sous forme de demi-sphères qui sont ensuite collées deux à deux, par exemple à l'aide d'un collodion à base de nitrocellulose. La compression est en général une compression rapide (en général quelques secondes) effectuée sous une pression voisine de 100 bars, à une température inférieure à 110 C. Conformément à l'enseignement général du brevet européen 0082758 la dimension desdites charges fragmentables (5) en forme de sphère n'est pas sans importance. Il est d'abord nécessaire que lesdites sphères soient d'un diamètre inférieur à l'orifice de chargement de ladite douille (2) et, dans le cas des douilles cylindriques, qu'il soit suffisamment inférieur à ce dernier pour permettre d'introduire dans toute la douille les grains (6) de poudre propulsive en vrac à côté desdites sphères (5). Cela étant, le diamètre desdites charges fragmentables (5) en forme de sphère peut être supérieur à la moitié du diamètre intérieur du corps de ladite douille (2), auquel cas les charges (5) se répartiront dans la douille (2) en couches successives ne contenant chacune qu'une seule sphère. Le diamètre desdites charges fragmentables (5) en forme de sphère peut également être égal ou inférieur à la moitié du diamètre intérieur du corps de ladite douille (2), auquel cas les charges (5) se répartiront dans la douille (2) en couches successives contenant chacune deux, trois ou quatre sphères. Dans la pratique on n'a pas intérêt, du point de vue balistique, à aller au-delà de quatre sphères par couche, c'est-à-dire à utiliser des sphères d'un diamètre inférieur à celui conduisant à un arrangement de quatre sphères par couche. La demanderesse a constaté que les meilleures performances balistiques sont obtenues lorsque le diamètre des charges fragmentables (5) en forme de sphère est légèrement inférieur à la moitié du diamètre intérieur du corps de la douille (2). Dans ce cas les sphères se répartissent naturellement par couches de deux, les sphères de la couche de rang n étant disposées en quinconce par rapport aux sphères des couches de rang n-l et n+1, comme repré senté à la figure 2. Un chargement mixte selon l'invention se compose d'autre part de grains (6) d'une poudre propulsive. Cette dernière peut être, par rapport à la poudre (A) ayant servi- à la confection des charges fragmentables (5), identique, analogue ou de nature différente. Cette poudre sera choisie par l'homme de métier en fonction de la munition et des performances balistiques désirées. La seule condition imposée est celle relative aux dimensions des grains (6). Les grains (6) doivent pouvoir s'écouler à travers les vides intersticiels existant d'une part entre lesdites charges (5) en forme de sphère et d'autre part entre lesdites charges (5) et les parois intérieures de la douille (2). Un chargement mixte constitué dans les conditions énoncées cidessus présente les avantages inhérents aux chargements mixtes décrits dans le brevet européen 0082758, à savoir une augmentation de la matière énergétique susceptible d'être introduite dans une douille de volume donné ainsi qu'une amélioration sensible de la progressivité au moment du tir, mais présente l'avantage supplémentaire de ne pas conduire à des augmentations de pression importantes en cas de tir à une température supérieure a 70 OC et de retrouver ses propriétés initiales à température ambiante après un séjour, même prolongé, à haute température.Ce dernier avantage constitue un progrès important par rapport aux chargements mixtes du brevet européen 0082758 pour lesquels une dégradation irréversible du chargement se produit en cas d'exposition à une température supérieure à 70 OC, dégradation conduisant à des surpressions systématiques quelle que soit ensuite la température de tir. C'est la nature particulière de l'enrobage des grains de la poudre propulsive (A) servant à la confection des charges fragmentables (5) qui permet d'éviter cette dégradation a haute température. Les chargements mixtes selon l'invention trouvent donc leur application privilégiée dans les munitions susceptibles d'être exposées à haute température, ce qui est notamment le cas des munitions destinées à être embarquées à bord des avions de combat. La mise en oeuvre de l'invention est illustrée à l'aide des exemples donnés ci-après à titre non limitatif. Exemple 1 On a réalisé un chargement mixte selon l'invention pour munition de calibre 30 mm. La douille est une douille cylindrique en laiton de longueur utile 77 mm et de diamètre 30 mm, l'obus passe 235 g et l'amorçage est un amorçage électrique par amorce. On a fabriqué des charges fragmentables en forme de sphères de diamètre 14,7 mm à partir d'une poudre propulsive a simple base à la nitrocellulose en grains cylindriques monotubulaires ayant un potentiel de 900 calories par gramme. Les grains de cette poudre ont été lissés au drageoir avec une solution de lissage présentant la composition suivante - nitrate de polyvinyle : 2 parties en poids - acétate de cellulose : 1 partie en poids - acétone : 21 parties en poids - alcool éthylique : 4 parties en poids. On a effectué l'opération de lissage de manière à déposer sur les grains de poudre une pellicule d'enrobage dont la teneur pondérale en nitrate de polyvinyle représentait 2 % du poids du grain de poudre et dont la teneur pondérale en acétate de cellulose représentait 1 % du poids du grain de poudre. Les grains de poudre ainsi enrobés d'une pellicule de nitrate de polyvinyle et d'acétate de cellulose ont été comprimés en sphères sous une pression de 170 bars, à une température de 120 OC, pendant 5 secondes. On a ainsi obtenu des sphères de diamètre 14,7 mm pesant chacune 2,6 g. On a réalisé un chargement mixte constitué par 12 sphères réparties dans la douille en 6 couches de deux, disposées en quinconce et par de la poudre en vrac identique à la poudre ayant servi à la confection des charges fragmentables. Le poids total du chargement était de 60 g. Les résultats de tir ont été les suivants TEMPERATURE VITESSE DE L 'OBUS PRESSION MAXIMALE DE TIR A 25 m DU CANON DANS L'ARME + 21 OC 890 m/s 3 000 bars + 100 OC 905 m/s 3 600 bars A titre de comparaison on a tiré, dans les mêmes conditions, un chargement mixte analogue en tout point au précédent, à la seule différence que les charges fragmentables ont été obtenues par compression de grains de poudre enrobés avec 3 % en poids de nitrate de polyvinyle seul.Les résultats de tir ont été les suivants TEMPERATURE VITESSE DE L'OBUS PRESSION NAXDMALE DE TIR A 25 m DU CANON DANS L'ARME + 21 OC 895 m/s 2 950 bars + 100 OC 935 m/s 4 100 bars On constate que les deux chargements conduisent à des performances analogues à température ambiante mais qu'à chaud, pour des vitesses sensiblement identiques, le chargement selon l'invention permet une réduction notable de la pression maximale dans l'arme. Exemple 2 On a réalisé, dans les mêmes conditions que celles relatives à l'exemple 1, un chargement mixte pour munition de calibre 30 mm. Les charges fragmentables en forme de sphères ont été obtenues à partir d'une poudre propulsive à simple base à la nitrocellulose en grains cylindriques monotubulaires ayant un potentiel de 900 calories par gramme. Les grains de cette poudre ont été lissés au drageoir avec une solution de lissage présentant la composition suivante - nitrate de polyvinyle : 1,5 parties en poids - acétate de cellulose : 1,0 parties en poids - acétone : 21 parties en poids - alcool éthylique : 4 parties en poids. On a effectué l'opération de lissage de manière à déposer sur le grain de poudre une pellicule d'enrobage dont la teneur pondérale en nitrate de polyvinyle réprésentait 1,5 % du poids du grain de poudre et dont la teneur pondérale en acétate de cellulose représentait 1 % du poids du grain de poudre. Par compression on a obtenu des sphères de diamètre 14,7 mm pesant chacune 2,6 g. On a réalisé un chargement mixte constitué par 12 sphères réparties dans la douille en 6 couches de deux disposées en quinconce et par une poudre en vrac à simple base à la nitrocellulose en grains cylindriques monotubulaires ayant un potentiel de 920 calories par gramme. Le poids total du chargement était de 60 g. Les résultats de tir ont été les suivants TEMPERATURE VITESSE DE L'OBUS PRESSION NAXINALE DE TIR A 25 m DU CANON DANS L'ARME 21 OC 847 m/s 2830 bars 100 OC 889 m/s 2965 bars A titre de comparaison on a tiré, dans les mêmes conditions, un chargement mixte analogue au précédent, à la seule différence que les charges fragmentables ont été obtenues par compression de grains de poudre enrobés avec 2 8 en poids de nitrate de polyvinyle seul. Les résultats de tir ont été les suivants TEMPERATURE VITESSE DE L'OBUS PRESSION MAXIMALE DE TIR A 25 m DU CANON DANS L'ARME 21 0C 862 m/s 2710 bars 100 OC f 915 m/s 3567 bars On constate également que les deux chargements conduisent à des performances analogues à température ambiante mais qu a chaud, pour des vitesses sensiblement identiques, le chargement selon l'invention permet une réduction notable de la pression maximale dans l'arme. Revendications 1. Chargement mixte pour munitions avec douille (2) constitué par un mélange de poudre propulsive en grains (6) et de charges propulsives fragmentables (5) en forme de sphères dont le diamètre est inférieur au diamètre de l'orifice de chargement de ladite douille (2), lesdites charges (5) se répartissant à l'intérieur de la douille (2) par couches successives de 1, 2, 3 ou 4 sphères, caractérisé en ce que lesdites charges fragmentables (5) sont obtenues par compression de grains de poudre propulsive (A) enrobés par un mélange de nitrate de polyvinyle et d'un composé choisi dans le groupe constitué par l'acétate de cellulose et l'acétate de polyvinyle, le poids du nitrate de polyvinyle servant à 1' enro- bage des grains de poudre (A) étant au moins égal à 1,5 % du poids desdits grains de poudre (A) et le rapport pondéral entre ledit composé et le nitrate de polyvinyle étant inférieur ou égal à 2/3. 2. Chargement selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport pondéral entre ledit composé et le nitrate de polyvinyle est voisin de 1/2. 3. Chargement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le poids total du nitrate de polyvinyle et dudit composé est inférieur ou égal à 5 % du poids desdits grains de poudre (A).