Brevet FR2599134A1 — publié le 19871127

Tête militaire pour engin L'invention concerne les têtes militaires pour engins munis de fusée de proximité et destinés à être 5 utilisés contre les cibles qui pénètrent dans l'atmosphère à très grande vitesse et depuis une altitude élevée. Elle trouve une application particulièrement importante dans les têtes militaires destinées à être utilisées sur des engins à auto-directeur de défense 10 contre des ogives qui, lorsqu'elles plongent vers l'atmosphère, ont une vitesse habituellement comprise entre 3 et 20 km/sec à une altitude pouvant dépasser km. Dans le cas de cibles de ce genre, à vitesse 15 très élevée, un impact direct est très peu fréquent. Jusqu'à présent, on a recherché la destruction de la structure des cibles par mise à feu de la charge de la tête militaire dans des conditions telles que l'énergie cinétique cumulée des éclats atteignant la cible dépasse 20 un seuil, dont la valeur dépend de la nature de cette cible. On a notamment proposé dans ce but des têtes militaires pour engins munis d'une fusée de proximité, du type comprenant une enveloppe à préfragmentation 25 contenant deux charges explosives concentriques, la charge interne étant séparée de la charge externe par un jeu radial, munie d'un relais de mise à feu et prévue pour provoquer la détonation de la charge externe par onde de choc à travers le jeu. Pour augmenter le pouvoir 30 létal de la tête, les deux charges sont constituées de façon que les -éclats provenant de l'enveloppe se répartissent en une gerbe rayonnante, dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe et aient des énergies cinétiques aussi voisines que possible (EP-A35 0138 640). L'invention utilise une approche complètement différente. Elle part de la constatation que, lorsque la cible est animée d'une vitesse très élevée, l'énergie cinétique des éclats ne joue qu'un rôle très secondaire. En effet, il suffit alors de placer des éclats sur le 5 trajet de la cible pour que cette dernière s'empale sur eux du fait de sa vitesse propre puis se désintègre lors de la rentrée dans l'atmosphère. Le problème à résoudre devient alors seulement d'établir un rideau d'éclats aussi dense et homogène que possible sur la trajectoire o10 estimée de la cible et en avant de cette dernière. En d'autres termes, pour obtenir la destruction d'une ogive arrivant à grande vitesse, la solution proposée ici consiste à déployer sur sa trajectoire un nuage d'éclats suffisamment dense pour être sûr que le 15 nombre d'impacts qu'elle subira conduira à sa mise hors service. Pour une classe d'ogives donnée et des éclats bien définis, il existe donc une densité minimale critique que l'on peut caractériser par le nombre d'éclats 20 vus à travers l'unité de surface perpendiculaire à la trajectoire de l'ogive. La solution optimale pour.réaliser la mission est donc de déployer un nuage de densité uniforme, juste supérieure à la densité critique, d'éclats de taille 25 juste supérieure à la taille minimale pour assurer l'interception compte tenu de la distance de passage de l'ogive. A priori, il semble impossible de mettre en oeuvre une telle approche dans la pratique car la 30 disposition relative qu'auront les trajectoires de la tête militaire et la cible lors de la rencontre ne peuvent être prévues au moment du tir. L'invention utilise la constatation supplémentaire que, dans le cas d'engins à très grande vitesse et 35 notamment d'engins balistiques, dont la trajectoire de pénétration ne peut varier que dans de faibles limites et est proche de la verticale, la rencontre se produira alors que les vitesses de déplacement de la tête de la cible sont presque parallèles et sont de sens opposés. Il est en conséquence possible, en associant la fusée de 5 proximité à des moyens de calcul embarqués, de déterminer, quelques millisecondes avant le passage de la tête au point de moindre écartement avec la cible, un modèle mathématique du déplacement relatif et donc l'emplacement. optimal de la zone de répartition d'éclats 10 (coordonnées le long de la trajectoire et radialement à celle-ci). L'invention propose en conséquence une tête du type ci-dessus défini dont la charge externe est munie d'un relais de mise à feu propre et est agencée de façon 15 que sa détonation ne provoque pas celle de la charge interne. Il s'agit là d'une disposition qui, sur les têtes militaires habituelles, est rejetée: en effet, la mise à feu de la charge externe seule conduit à laisser 20 inutilisée une charge interne alors que, dans les têtes militaires existantes, on cherche au contraire à utiliser au maximum la charge explosive pour accroître l'énergie cinétique des éclats. Grâce à cette constitution de la tête, il est 25 possible de choisir, quelques millisecondes avant d'atteindre le point de la trajectoire correspondant au rapprochement maximum, entre la mise à feu de la charge externe ou celle de la charge interne. La charge externe est prévue pour que, dans le premier cas, les éclats se 30 répartissent à faible vitesse suivant un disque entourant la tête: ce mode d'activation sera utilisé lorsque la distance minimale a déduite de l'estimation des trajectoires est inférieure à un seuil d. La charge interne est prévue pour que, dans le second cas, les 35 éclats se répartissent suivant un tore que traversera la cible. Ce second mode d'activation sera utilisé lorsque la distance minimale d est supérieure au seuil do. Les instants de mise à feu seront déterminés par l'évaluation du temps requis pour que l'explosion provoque la formation du nuage d'éclats immédiatement en avant de la 5 cible, sur la trajectoire de cette dernière. Au surplus, par sélection de l'avance de la mise à feu par rapport à l'instant de croisement des trajectoires estimées, on règle la distance moyenne entre trajectoires de la tête et des éclats lors de l'arrivée de la cible dans le 10 nuage d'éclats. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécution de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui 15 l'accompagnent, dans lesquels: - les Figures 1 et 2 sont des schémas de principe montrant les dispositions classiques que peuvent avoir les trajectoires du missile et d'un engin, et la répartition recherchée des éclats dans chaque cas; - la Figure 3 montre une constitution possible de la tête militaire de l'engin; - la Figure 4 est un schéma montrant la répartition des vitesses des éclats dans un plan passant par l'axe de la charge externe; - la Figure 5 est une vue de détail montrant un mode de préfragmentation possible de l'enveloppe. Sur la Figure 1, les lignes 10 et 12 représentent les trajectoires de rapprochement suivies par une ogive 14 et un engin auto-guidé 16,. représentés à un 30 même instant to. L'engin 16 est équipé d'une fusée de proximité et d'un calculateur de bord qui permet, à partir des relevés successifs des positions de l'ogive 14 et de la connaissance des paramètres de la trajectoire 12, de déterminer le mouvement relatif de l'ogive 35 par rapport à l'engin eti notamment, la distance minimale d des deux trajectoires et l'instant tO0+t1 auquel la distance sera la plus courte. La tête militaire de l'engin 16 est prévue pour permettre de donner deux répartitions différentes aux éclats. Dans le cas de la Figure 1, la distance a est 5 inférieure à un seuil prédéterminé do et les éclats doivent être répartis de façon aussi homogène que possible dans une zone en forme de disque 18, ce qui implique de les projeter à des vitesses faibles et différentes dans le sens radial. Dans le cas montré en 10 Figure 2, o la distance d est supérieure au seuil do, on recherche une répartition homogène des éclats dans une zone en forme d'anneau de tore 20k, limitée par des cercles interne et externe tels que l'ogive 14 traverse le tore. Dans ce cas, il est nécessaire de donner aux 15 éclats des vitesses radiales plus élevées que dans le premier cas, toujours avec une répartition provoquant un étalement dans le sens radial, et de mettre à feu la charge à un instant tO approprié, correspondant à la position 16k. En effet, une mise à feu prématurée, en 20 16_, conduirait à une répartition d'éclats du genre 20a, moins efficace. Ce résultat peut être atteint en utilisant une tête du genre montré en Figure 3, présentant une symétrie de révolution autour d'un axe 23. La tête 25 comprend une enveloppe 24 fragilisée suivant des lignes afin de donner naissance à des éclats homogènes. Dans le cas illustré, les lignes de fragilisation 26 sont réparties suivant deux réseaux orthogonaux, mais cette disposition n'est nullement exclusive. L'enveloppe 24 30 contient deux charges concentriques. La charge externe 28 présente une épaisseur croissant d'une extrémité vers l'autre de la tête et elle est munie, à l'extrémité étroite, d'un relais de mise à feu annulaire 30 déclenché par un allumeur 35 central 32 et un conduit détonant 34. Avant de décrire davantage la tète, on va montrer comment on peut réaliser, à l'aide de la charge externe 28, une gerbe d'éclats ayant une répartition du genre montré en Figure 1 et, de façon plus précise, en Figure 4. La vitesse donnée aux éclats par la charge évolue de O à VM suivant la position d'origine des éclats sur la génératrice de la tête. Pour régulariser ces éclats, l'enveloppe ou revêtement 26 peut être préfragmenté ou préfragilisé en éclats préformés; elle 10 peut être en divers matériaux. Il peut être utile de préformer les éclats suivant la disposition schématisée par la Figure 5 car on augmente ainsi progressivement le nombre d'éclats par rangée en fonction de l'abscisse initiale de cette rangée sur la génératrice de la charge 15 et on homogénéise la densité de répartition d'éclats dans la gerbe. Dans cette disposition, la dimension longitudinale des éclats augmente et leur dimension circonférentielle diminue lorsqu'on passe de la zone d'épaisseur faible à la zone d'épaisseur forte 20 d'explosif de la charge externe 28. Des calculs simples permettent de déterminer, pour un revêtement donné, la loi de vitesse initiale des éclats permettant d'obtenir un "bouclier' de densité uniforme pour un diamètre externe donné. Par exemple, dans le cas d'une projection d'éclats perpendiculaire à l'axe de la charge, la loi de vitesse est donnée par l'expression suivante: Vx/VM [1/1-(RC/Rb)] J {q Rc/Rb)2x +(Rc/Rb) 2(RcIRb)J r dans laquelle les notations sont: x: abscisse initiale d'un éclat Vx: vitesse initiale d'un éclat d'abscisse initiale x VM: vitesse initiale d'un éclat d'abscisse initiale x + L (vitesse maximale) L: longueur de la charge Rc: rayon de la charge Rb Rb rayon externe du bouclier à obtenir lors du croisement avec la cible. La loi de vitesse initiale et celle de l'angle 5 d'éjection permettent alors de définir l'édifice explosif propulseur, c'est-à-dire la constitution de la charge 28. Plus le diamètre du bouclier à obtenir sera grand, plus la charge devra être longue et donc lourde, 10 si elle est prévue pour fournir une gerbe en forme de disque. Suivant l'invention, cet inconvénient est écarté en réalisant une tête telle que, dès que la valeur RM à obtenir dépasse un seuil, on constitue une gerbe d'éclats répartis sur une zone annulaire (Figure 2) et 15 non plus en forme de disque. La tête de la Figure 3 remplit cette fonction. Elle comporte pour cela une charge interne séparée de la charge externe par un espace annulaire de détente et munie d'un système de mise à feu propre. L'espace de détente est destiné à permettre: - de faire détoner la charge externe sans initier la charge interne, - de faire détoner la-charge interne de façon qu'elle provoque l'explositon de la charge externe, par 25 impact d'un revêtement 38 de la charge interne qui assure un confinement dynamique des produits de détonation. L'édifice explosif de la charge interne est destiné à provoquer une gerbe d'éclats semblable à la 30 moitié externe de la gerbe d'éclats de la charge externe décrite précédemment. Pour éviter que la détonation de la charge externe n'entraîne celle de la charge interne, la composition explosive 40 est peu sensible, soit en totalité, 35 soit au moins dans la zone en contact avec l'enveloppe 38 (délimitée par une ligne en tirets sur la Figure 3). On peut notamment utiliser une composition à liant plastique à teneur réduite d'un mélange d'octogène et de triaminotrinitrobenzène. (TATB) comme explosif peu sensible et, à l'intérieur de ce dernier, un explosif 5 préférable comme propulseur, tel qu'un composite à l'octogène. L'explosif peu sensible peut être un composite à liant polyuréthane d'octogène-TATB à 60% de TATB en masse dans le composite. Dans le cas illustré en Figure 3, la charge 10 externe peut également présenter une constitution composite. Dans ce dernier cas, elle se compose d'une zone intérieure (délimitée par la ligne 42 en tirets) en explosif facile à amorcer par impact (tel qu'un composite octogène- pentrite) et une zone extérieure d'explosif 15 propulseur (tel qu'un composite à l'octogène). Le système de mise & feu de la charge interne peut être similaire à celui de la charge externe et comporter un relais annulaire 44 associé à un allumeur 46 par un cordeau ou un anneau détonant (fils explosifs 20 par exemple). La sélection et l'activation de relais sont effectuées. par l'électronique 48 associée à la fusée de proximité. Les systèmes de mise à feu peuvent être noyés dans 'une masse inerte 49 (polytétrafluoroéthylène ou polyamide moulé par exemple). Une cavité 25 centrale 51 sera généralement prévue dans la charge 40 et occupée par une mousse de matériau synthétique. La forme des charges, en section par un plan passant par l'axe, peut être déterminée directement par le calcul & partir des vitesses d'éclat recherchées en 30 chaque point de la génératrice et de la vitesse de propagation de l'onde de détonation. L'épaisseur de composition explosive 28 en contact avec le relais 30 sera en général à peine supérieure au minimum nécessaire pour qu'il y ait détonation, puisqu'on ne recherche 35 aucune vitesse radiale. L'épaisseur de l'espace 36 sera choisie pour permettre la mise en vitesse de l'enveloppe 38, une valeur de l'ordre du centimètre étant généralement suffisante. L'invention est susceptible de nombreuses variantes. La tête peut en particulier être rendue symé5 trique, pour faciliter le confinement des produits de détonation dans la zone comportant une couche épaisse d'explosif 28. Pour cela, la plaque terminale 50 de la Figure 3 peut être remplacée par un ensemble symétrique de celui représenté sur la Figure. La gerbe présente 10 alors, en section, une forme en cloche correspondant au doublement de celle de la Figure 4. Des explosifs autres que ceux donnés à titre d'exemples peuvent être utilisés et la couche d'explosif peu sensible peut être remplacée par un matériau inerte en contact avec l'enveloppe 38. 15 Cette dernière est par exemple en cuivre pour présenter la déformation souhaitable. Quant à l'explosif de la charge externe, il sera en règle générale constitué par un composite résistant aux vibrations, à teneur élevée en explosif énergique (octorane par exemple). Enfin, 20 l'enveloppe 26 peut avoir une forme autre que cylindrique (notamment tronconique). REVENDICATIONS 1. Tête militaire pour engin muni d'une fusée de proximité, comprenant une enveloppe de révolution (24) 5 contenant deux charges explosives concentriques, la charge interne étant séparée de la charge externe par un jeu radial de détente (36), munie d'un relais de mise à feu- (44) et prévue pour provoquer la détonation de la charge. externe à travers le jeu, caractérisée en ce que 10 la charge externe est munie d'un relais (30) de mise à feu propre et agencée de façon que sa détonation ne provoque pas celle de la charge'interne. 2. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge externe est munie d'un relais 15 d'allumage à une extrémité axiale au moins et présente une épaisseur radiale variable d'une extrémité à l'autre, suivant une loi provoquant une répartition radiale. des éclats de l'enveloppe suivant une gerbe en forme de disque. 3. Tête selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de la charge externe en contact avec le relais d'allumage est légèrement supérieure à l'épaisseur minimale de détonation. 4. Tête selon la revendication 1, 2 ou 3, 25 caractérisée en ce que la charge interne (40) est constituée, en totalité ou dans sa zone externe, en une composition peu sensible. 5. Tête selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la charge 30 interne est entourée d'une enveloppe de confinement (38. 6. Tête selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est symétrique et munie de relais aux deux extrémités axiales. 7. Tête selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enveloppe de 1 1 révolution (24) est préfragmentée en éclats de dimension circonférentielle allant en décroissant dans le sens axial d'augmentation d'épaisseur de la charge externe (28).