Brevet FR2620210A1 — publié le 19890310

Le secteur technique de la présente invention est celui des dispositifs anti-arcure destinés aux tubes de canons d'armes de gros calibre et plus particulièrement des canons équipant les véhicules blindés. On sait qu'un tube de canon est soumis à des contraintes thermiques de deux origines: -extérieures liées aux conditions climatiques (pluie, vent, soleil); -endogènes, c'est à dire dues au tir (combustion de la charge propulsive et frottement du projectile dans le tube); chacune de ces contraintes pouvant engendrer un gradient de température entre deux génératrices opposées, gradient provoquant une différence de dilatation entre ces génératrices induisant ainsi une déformation du tube appelé arcure thermique, qui est nuisible à la précision du tir, principalement en tir tendu. A titre d'exemple, pour un canon de 120 mm, un gradient de température de 1'C entraîne une déviation de l'axe du tube de l'ordre de 0,35 millièmes (le millième étant l'unité propre à l'artillerie telle que 6400 millièmes = 2x radians). On peut imaginer ce même canon entre deux tirs et soumis à un vent latéral: la génératrice au vent sera plus froide que son opposée. On aura alors une arcure et une déviation latérale du tube. On conçoit donc aisément dans ces conditions qu'au cours du tir on ait des dispersions importantes, et ce d'autant plus que les arcures ne seront constantes ni en valeur absolue ni en direction; ces déviations pouvant par ailleurs prendre des valeurs rédhibitoires dans le cas de conditions climatiques rigoureuses combinées à un échauffement important du canon tel qu'il peut s'en produire après un tir à cadence soutenue. On a donc cherché à remédier à ces inconvénients en proposant divers systèmes visant à isoler tout ou partie du tube de l'air ambiant de façon à homogénéiser la température de celui-ci, et celà quelles que soient les conditions du tir. Ainsi, le brevet US 4424734 propose un fourreau composite dont au moins un élément est un isolant thermique recouvrant le tube du canon. Ce type de protection présente l'inconvénient grave d'emmagasiner la chaleur dans le tube, notamment au niveau de la chambre de combustion. I1 en résulte un risque d'auto allumage (phénomène connu sous le nom de "cook-off") d'une munition restée à poste; risque incompatible avec la sécurité des servants de l'arme. Une autre solution proposée consiste à utiliser plusieurs manchons tubulaires juxtaposés axialement, liés en rotation et en translation au tube du canon et fermés à leurs extrémités, formant ainsi autant de cavités concentriques au tube. Chaque manchon est constitué par une enveloppe en matériau à conductivité thermique élevée (supérieure à 100 W/(m x K)), par exemple un alliage de magnésium, lui permettant une mise en isothermie rapide. Dans ces conditions, la couche d'air emprisonnée entre le tube et le manchon constitue un isolant thermique entre le tube de l'arme et l'air ambiant. Le principal inconvénient de cette disposition est que lors du tir, l'élévation de température du tube (la température périphérique du tube atteint près de 100' pour 10 coups environ tirés en 30 minutes), va provoquer un échauffement de cette couche d'air entraînant ainsi des mouvements de convection des molécules d'air. Ces mouvements vont provoquer une accumulation de calories au voisinage de la génératrice supérieure du tube, créant ainsi un gradient de température entre celleci et la génératrice inférieure, une telle dissymétrie provoquant une arcure. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif simple, léger et peu onéreux, permettant d'une part d'isoler tout ou partie du tube de -3 l'arme de l'air ambiant au moyen d'une couche d'air isolante, et d'autre part d'éviter les gradients thermiques au niveau de cette couche. Le dispositif anti-arcure pour un tube d'une arme, en particulier de gros calibre, selon l'invention est constitué par. au moins un manchon, rendu solidaire du tube en translation et en rotation par un moyen de liaison, délimitant, autour de celui-ci et sur une partie de sa longueur, au moins une cavité annulaire, fermée à ses extrémités, il est caractérisé en ce qu'il comporte un système de ventilation destiné à évacuer les calories pouvant s'accumuler dans la cavité annulaire au voisinage de la génératrice supérieure du tube. Selon un mode particulier de réalisation le système de ventilation est constitué par au moins un orifice d'évacuation, solidaire du manchon, et disposé au voisinage de la génératrice supérieure du tube coopérant avec au moins un orifice d'admission situé au voisinage de la génératrice inférieure du tube, ces orifices faisant communiquer la cavité annulaire avec l'air ambiant, la surface totale du ou des orifices d'évacuation etant comprise entre une fois et 20 fois la surface totale du ou des orifices d'admission. D'une façon préférentielle le manchon est cylindrique et il comporte plusieurs orifices d'admission régulièrement espacés le long d'une de ses génératrices, la densité minimum de répartition de ces orifices étant de 15 orifices par mètre, le diamètre maximum de chaque orifice d'admission étant de 5 mm, et le diamètre minimum de chaque orifice d'évacuation de 10 mm. Selon une autre caractéristique le dispositif comporte un système de protection du ou des orifices d'évacuation, constitué par au moins un chapeau, disposé à la verticale de ces derniers, de façon à les recouvrir en projection suivant une direction verticale. Le système de protection comporte également des joues, situées de part et d'autre des orifices d'évacuation, et percées de lumières ayant une surface supérieure à celle de ceux-ci. Il sera avantageux de disposer les lumières en alternance avec les orifices d'évacuation le long de la direction axiale du manchon. Selon un autre mode particulier de réalisation, le système de ventilation comporte un compresseur relié à la cavité annulaire au voisinage de la génératrice supérieure du tube, et au moins un évent, aménagé sur le manchon au voisinage de la génératrice inférieure du tube, faisant communiquer la cavité annulaire avec l'air ambiant. En particulier le système de ventilation peut comporter une canalisation, solidaire du manchon, disposée dans la cavité annulaire au voisinage de la génératrice supérieure du tube et s'étendant sensiblement sur toute la longueur du manchon, cette canalisation étant reliée au compresseur et comportant au moins un trou d'injection. Le compresseur pourra être tel qu'il crée une pression d'air dans la canalisation. Selon une variante de l'invention le dispositif est tel que la distance séparant le manchon de la génératrice inférieure du tube est supérieure à celle le séparant de la génératrice supérieure de celui-ci. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et dans lesquels: -la figure 1 est une coupe transversale d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention; -la figure 2 est une coupe longitudinale simplifiée montrant une application particulière de ce premier mode de réalisation -la figure 3 est une coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. -la figure 4 est une coupe longitudinale simplifiée montrant une application particulière de ce deuxième mode de réalisation 26202 1 0 Le dispositif représenté à la figure 1 comporte un manchon 1, cylindrique et coaxial à un tube 2 d'un canon, par exemple de gros calibre, une cavité annulaire 3 se trouve ainsi aménagée entre le tube et le manchon, cavité qui est fermée à ses deux extrémités par des cloisons solidaires du manchon (non représentées ici), celà afin d'éviter des courants d'air axiaux en particulier au moment du recul. Au moins un orifice d'admission 4 est pratiqué sur le manchon au voisinage de la génératrice inférieure du tube, ainsi qu'au moins un orifice d'évacuation 5 au voisinage de la génératrice supérieure de ce dernier. Ces orifices constituent un système de ventilation destiné à évacuer les calories pouvant s'accumuler (surtout pendant le tir) dans la cavité annulaire, au voisinage de la génératrice supérieure du tube de l'arme. La surface du ou des orifices d'évacuation 5 est comprise entre une fois et fois la surface du ou des orifices d'admission 4 celà pour une raison qui sera explicitée plus loin. Lorsque la température s'accroit dans la cavité 3, et plus particulièrement lors d'un tir, les mouvements de convection des molécules d'air vont avoir pour effet de faire s'échapper l'air chaud par le ou les orifices d'évacuation , créant ainsi une dépression dans la cavité 3 et par suite un appel d'air frais dans celle-ci, au travers du ou des orifices d'admission 4, air frais dont l'écoulement turbulent favorise la répartition dans la cavité 3. La surface du ou des orifices d'évacuation sera supérieure à celle des orifices d'admission de façon à permettre le renouvellement de l'air contenu dans la cavité 3; une disposition contraire, en freinant l'évacuation de l'air chaud tout en favorisant l'entrée de l'air froid, aurait pour conséquence d'augmenter le gradient thermique entre les génératrices supérieures et inférieures du tube et donc l'arcure. De façon préférentielle le diamètre des orifices d'admission 4 n'éxcèdera pas 5 mm, celà dans le but d'éviter un refroidissement excessif de la génératrice inférieure. Pour une raison analogue, le diamètre des orifices d'évacuation 5 sera supérieur ou égal à 10 mm, facilitant ainsi la sortie de l'air chaud. Il sera utile également de répartir régulièrement les orifices d'admission et d'évacuation le long de leurs génératrices respectives, celà de façon à régulariser les mouvements de convection intervenant dans l'ensemble de la cavité annulaire en régime permanent. Une densité minimum de répartition de 15 orifices d'admission par mètre donnera de bons résultats. A titre d'exemple, des essais comparatifs ont été menés entre un tube d'une arme de gros calibre, équipé de quatre manchons identiques, couvrant ainsi sensiblement toute sa longueur, et ne comportant pas d'orifices d'évacuation ni d'orifices d'admission, et un tube équipé de quatre manchons selon l'invention, ayant même géométrie que les précédents mais comportant chacun 17 orifices d'admission de diamètre 4 mm et 5 orifices d'évacuation de diamètre 32 mm régulièrement espacés. Après une série de 6 coups tirés dans un intervalle de temps de 20 minutes, le tube selon l'état de la technique a présenté une déformation totale de 0,8 millièmes, alors que l'arcure totale du tube équipé des manchons selon l'invention n'excédait pas 0,3 millièmes. On voit un autre avantage de l'invention, qui est de permettre d'utiliser d'autres matériaux que le magnésium pour réaliser les manchons. En effet, les manchons non percés, suivant l'état de la technique, devaient présenter une conductivité thermique importante, à la fois radiale et circonferentielle, celà afin de pouvoir, d'une part homogénéiser la température de l'air contenu dans la cavité annulaire, et d'autre part évacuer, par échange avec l'air ambiant, les calories transférées par le tube à la cavité annulaire et qui risquaient d'entraîner un échauffement excessif de celui-ci. Un gradient thermique dû aux contraintes thermiques endogènes subsistait néanmoins. Les mouvements de convection et le renouvellement de l'air contenu dans la cavité annulaire, possibles avec le système de ventilation du dispositif selon l'invention, en permettant d'évacuer les calories pouvant s'accumuler au voisinage de la génératrice supérieure du tube, autorisent l'emploi d'un matériau de conductivité thermique quelconque. Eventuellement un matériau isolant pourrait même être utilisé, permettant ainsi de limiter l'effet des gradients thermiques d'origine extérieure sur le tube de l'arme. Afin d'isoler le tube 2 des contraintes climatiques extérieures au droit des orifices d'évacuation 5 (pluie, neige etc..), contraintes susceptibles de perturber l'homogénéité des températures, le manchon présente à sa partie supérieure un système de protection qui est constitué par une gouttière 6 composée d'un chapeau 7, disposé à la verticale des orifices d'évacuation, s'appuyant sur des joues 8, situées de part et d'autre de ces orifices, et présentant des lumières 9 permettant l'évacuation de l'air chaud, ces lumières ayant chacune une surface égale ou supérieure à celle de l'orifice d'évacuation 5 de façon à ne pas perturber le mouvement de sortie de l'air chaud. Le chapeau 7 a des dimensions telles qu'en projection suivant une direction verticale il recouvre complètement les orifices 5. Il sera avantageux d'alterner axialement les lumières 9 et les orifices d'évacuation 5, celà dans le but de diminuer les perturbations pouvant être occasionnées par un vent latéral. Il sera également intéressant d'équiper le tube au moyen de plusieurs manchons, identiques ou non, ceci afin d'en faciliter la fabrication, le stockage et le transport, voire d'en optimiser le rendement. La figure 2 est une représentation simplifiée d'un dispositif anti-arcure constitué par quatre manchons 1 juxtaposés axialement et couvrant ainsi sensiblement toute la longueur du tube. Les manchons 1 seront rendus solidaires du tube en rotation et en translation de manière connue par un moyen de liaison non représenté ici. On pourra en particulier réaliser des manchons constitués par deux coquilles symétriques articulées et se refermant autour du tube par une attache rapide, on consultera les brevets EP183432 et DE1918422 qui décrivent de tels moyens de liaison appliqués à des dispositifs anti-arcure. r Il sera possible de faire varier le nombre, la surface et la répartition des orifices d'admission 4 ainsi que des orifices d'évacuation 5, la surface et la position des lumières 9 par rapport aux orifices d'évacuation 5, le volume de la cavité 3, de façon à adapter le dispositif en fonction des caractéristiques (calibre, épaisseur du tube, température après tir...) propres à chaque type d'arme. On peut envisager en particulier d'utiliser des manchons tels que la distance séparant le manchon de la génératrice inférieure du tube 2 soit supérieure à celle le séparant de la génératrice supérieure de celui-ci, par exemple en adoptant des manchons cylindriques dont l'axe se trouve au montage décalé et parallèle à l'axe du tube. On obtient ainsi un volume d'air moins important au niveau de la génératrice supérieure du tube, d'o une évacuation plus rapide de l'air chaud et un volume d'air plus important au niveau de la génératrice inférieure, d'o une homogénéisation meilleure de la température de l'air aspiré avec celui déjà contenu dans la cavité. D'autres systèmes de ventilation sont envisageables. La figure 3 représente un deuxième mode particulier de réalisation d'un tel système, dans lequel le manchon 1, est cylindrique et coaxial au tube 2 de l'arme comme précédemment. Une canalisation 10 cylindrique, solidaire du manchon et s'étendant sensiblement sur toute la longueur de celui-ci, est fermée à une de ses extrémités et reliée par son autre extrémité à un compresseur 11 (voir figure 4), solidaire de l'arme. La canalisation 10 est disposée dans la cavité annulaire 3 et au voisinage de la génératrice supérieure du tube 2, elle porte le long d'une de ses propres génératrices (par exemple celle en regard du tube), des trous d'injection 13 (ici 3 trous de diamètre 3 mm, régulièrement répartis le long d'une génératrice de la canalisation avec une densité de 5 trous par mètre). Le manchon porte également des évents 12 (ici 10 évents de diamètre 2 mm), disposés au voisinage de la génératrice inférieure du tube qui font communiquer la cavité annulaire avec l'air ambiant. Le compresseur 11, la canalisation 10 et les évents 12 constituent un système de ventilation conforme à l'invention. Le compresseur va envoyer un fluide sous pression, par exemple de l'air, dans la canalisation. Ce fluide va diffuser à travers les trous d'injection 13 dans la cavité annulaire 3. En régime permanent la température de sortie du fluide est homogène le long de la canalisation et se trouve inférieure à la température de l'air présent dans la cavité annulaire au voisinage de la génératrice supérieure du tube, (un dispositif permettant de stabiliser la température du fluide peut également être prévu entre le compresseur et la canalisation). L'effet de ce système de ventilation est double: il agit d'une part thermiquement, en refroidissant l'air contenu dans la cavité annulaire à l'endroit même o la température risquait d'être la plus élevée, d'autre part mécaniquement,le courant de fluide ainsi créé chasse l'air chaud vers la zone inférieure de la cavité annulaire, l'air chaud s'échappe alors par les évents 12, car les manchons sont étanches par ailleurs. La figure 4 est une représentation simplifiée d'un dispositif anti-arcure couvrant sensiblement toute la longueur du tube 2 de l'arme, et dans ce but le manchon est constitué par quatre tronçons 14 dont les diamètres décroissants tiennent compte de la conicité du tube. Chaque tronçon est séparé de ses voisins par une cloison 15 étanche, le manchon 1 délimite ainsi autour du tube quatre cavités annulaires 3. La canalisation 10 traverse ces cloisons et s'étend ainsi sur sensiblement toute la longueur du manchon 1. Il est possible comme dans le cas du premier mode de réalisation de l'invention de faire varier le nombre, la surface et la répartition des trous d'injection 13 ainsi que des évents 12, le diamètre de la canalisation 10, le débit du compresseur Il et la température du fluide fourni par ce dernier, et enfin le volume de la cavité 3, cela de façon à adapter le dispositif en fonction des caractéristiques (calibre, épaisseur du tube, température après tir...) propres à chaque type d'arme. Il sera possible également de concevoir un dispositif d'une architecture analogue au précédent mais dans lequel le compresseur 11 aspire l'air contenu dans la cavité annulaire à travers les trous d'injection 13 au lieu d'injecter un fluide. Le but recherché étant toujours d'évacuer les calories pouvant s'accumuler au voisinage de la génératrice supérieure du tube. Dans ce dernier cas la dépression ainsi créée dans la cavité annulaire va provoquer une aspiration d'air à travers les évents 12, et il sera utile de prévoir une distance entre le manchon et la génératrice inférieure du tube qui soit supérieure à celle le séparant de la génératrice supérieure de ce dernier. Le volume d'air plus important situé alors en regard des évents 12 permettra d'obtenir une meilleure homogénéisation de la température de l'air aspiré avec celui déjà contenu dans la cavité. REVENDICATIONS 1. Dispositif anti-arcure pour un tube (2) d'une arme, en particulier de gros calibre, constitué par au moins un manchon (1), rendu solidaire du tube en translation et en rotation par un moyen de liaison, délimitant, autour du tube et sur une partie de sa longueur, au moins une cavité annulaire (3), fermée à ses extrémités, caractérisé en ce qu'il comporte un système de ventilation destiné à évacuer les calories pouvant s'accumuler dans la cavité annulaire (3) au voisinage de la génératrice supérieure du tube (2). 2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le système de ventilation est constitué par au moins un orifice d'évacuation (5), solidaire du manchon (1), et disposé au voisinage de la génératrice supérieure du tube, coopérant avec au moins un orifice d'admission (4) situé au voisinage de la génératrice inférieure du tube, ces orifices faisant communiquer la cavité annulaire avec l'air ambiant, et en ce que la surface totale du ou des orifices d'évacuation (5) est comprise entre une fois et 20 fois la surface totale du ou des orifices d'admission (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le manchon est cylindrique et qu'il comporte plusieurs orifices d'admission (4) régulièrement espacés le long d'une de ses génératrices, la densité minimum de répartition de ces orifices étant de 15 orifices par mètre, le diamètre maximum de chaque orifice d'admission (4) étant de 5 mm, et en ce que le diamètre minimum de chaque orifice d'évacuation (5) est de 10 mm. 4. Dispositif selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un système de protection du ou des orifices d'évacuation (5), constitué par au moins un chapeau (7), disposé à la verticale de ces derniers, de façon à les recouvrir en projection suivant une direction verticale. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système de protection comporte des joues (8), situées de part et d'autre des orifices d'évacuation (5), et percées de lumières (9) ayant une surface supérieure à celle des orifices d'évacuation. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les lumières (9) sont disposées en alternance avec les orifices d'évacuation (5) le long de la direction axiale du tube. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de ventilation comporte un compresseur (11) relié à la cavité annulaire (3) au niveau de la génératrice supérieure du tube, et au moins un évent (12), aménagé sur le manchon au voisinage de la génératrice inférieure du tube et faisant communiquer la cavité annulaire avec l'air ambiant. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système de ventilation comporte une canalisation (10), solidaire du manchon (1), disposée dans la cavité annulaire (3) au voisinage de la génératrice supérieure du tube (2) et s'étendant sensiblement sur toute la longueur du manchon, en ce que cette canalisation est reliée au compresseur (11) et qu'elle comporte au moins un trou d'injection (13). 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le compresseur (11) crée une pression d'air dans la canalisation (10). 10. Dispositif selon les revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la distance séparant le manchon (1) de la génératrice inférieure du tube (2) est supérieure à celle le séparant de la génératrice supérieure du tube.