Brevet FR2614096A1 — publié le 19881021

Objets combustibles en forme d'étui borgne La présente invention se rapporte au domaine des objets combusti- bles contenant de la nitrocellulose utilisables dans les munitions et notamment les munitions d'artillerie. Plus précisément l'in- vention concerne des objets combustibles en forme d'étui borgne tels que notamment des douilles combustibles. Traditionnellement une douille pour munition est constituée par un corps qui se présente sous forme d'un tube cylindrique ou conique, et par un fond ou culot, porteur d'un système d'amorçage qui vient fermer l'une des extrémités dudit corps. La douille ainsi consti- tuée est remplie par une charge de poudre et est le plus souvent sertie à un obus pour constituer la munition. Il existe également des systèmes d'arme, notamment des canons d'artillerie, pour les- quels la munition est constituée par un obus et une douille indé- pendante non sertie à l'obus. L'obus et la douille sont mis à poste dans l'arme indépendamment l'un de l'autre. Ce type de muni- tion dans lequel la douille est indépendante de l'obus présente l'avantage de permettre un ajustement de la quantité de poudre à utiliser dans la douille, juste avant le tir, sur le terrain, en fonction des besoins. De telles douilles sont constituées par un corps fermé à l'une de ses extrémités par un fond, par une charge de poudre placée à l'intérieur dudit corps et par un couvercle venant fermer l'autre extrémité dudit corps. On trouve le plus souvent également un disque de calage placé à l'intérieur dudit corps de manière à caler la charge de poudre et à empêcher tout déplacement de cette dernière à l'intérieur dudit corps. Dans les munitions classiques la douille, qu'il s'agisse d'une douille sertie à l'obus ou d'une douille indépendante de ce der- nier, est constituée par un matériau métallique incombustible, en général du laiton. Une telle douille présente deux inconvénients majeurs du fait d'une part que son prix de revient est élevé, no- tamment dans le cas des munitions pour armes de moyen et gros ca- libre, et d'autre part qu'elle nécessite, puisqu'elle est incom- bustible, d'être extraite complètement de la culasse de l'arme après le tir, ce qui ne va pas sans poser un certain nombre de difficultés, notamment dans le cas des armes à grande cadence de tir ou dans le cas des armes tirant à haute pression. L'homme de métier a donc été amené à rechercher des munitions com- portant une douille entièrement combustible qui ne présentent pas les inconvénients sus-mentionnés et qui de surcroit apportent un supplément d'énergie de par leur combustion. Diverses tentatives de solutions ont été proposées dans ce do- maine. Il a été ainsi proposé des douilles combustibles consti- tuées par une mousse chargée en explosif. Une telle solution est par exemple décrite dans le brevet français 2 294 421. Néanmoins ce type de solution est d'une mise en oeuvre délicate et dange- reuse du fait qu'elle recourt aux produits explosifs et de sur- croit elle convient mal pour les munitions de grandes dimensions. L'homme de métier s'est donc orienté vers des solutions faisant appel aux matières fibreuses consumables comme la cellulose qui sont, à priori, d'une mise en oeuvre plus aisée. D'une façon générale pour qu'une douille à base de matières fi- breuses soit parfaitement combustible il ne suffit pas qu'elle contienne des fibres organiques hydrocarbonées comme des fibres de cellulose, mais il a été constaté qu'il faut qu'au moins une par- tie de ces fibres soient nitrées pour assurer une combustion par- faite et suffisamment rapide qui ne laisse pas de traces de pro- duits imbr lés dans l'arme. Diverses solutions ont déjà été proposées en vue de la réalisation de douilles combustibles. C'est ainsi que l'on a proposé de con- fectionner des étuis combustibles à partir de fibres textiles en nitrant en continu des fibres textiles, en assemblant les fibres ainsi nitrées en rubans qui par enroulement autour d'un mandrin donnent des étuis de fibres nitrées. Cette technique est par exem- ple décrite dans le brevet français 2 074 832 mais est d'une mise en oeuvre complexe et délicate, ce qui limite considérablement son intérêt pour la fabrication en grande série d'étuis combustibles à bon marché. On a également proposé d'imprégner des feuilles de papier avec des latex contenant de la nitrocellulose et de confectionner des étuis combustibles à partir de feuilles de papier ainsi imprégnées, mais une telle technique, par exemple décrite dans le brevet français 1 552 875, ne permet pas d'obtenir des étuis parfaitement homo- gènes car l'imprégnation du papier ne se fait pas de façon parfai- tement homogène et par ailleurs la combustion de tels étuis laisse des résidus de cendres commrne il est dit dans les exemples de ce brevet, résidus qui encrassent très vite une arme. Il a par ailleurs été proposé de fabriquer des douilles combus- tibles par moulage de compositions énergétiques contenant de la nitrocellulose. Cette technique, décrite par exemple dans les brevets français 2 240 258 et 2 278 660 au nom de la demanderesse, si elle donne satisfaction quant à la qualité technique des douilles combustibles obtenues, se prête mal aux fabrications de grande série en raison des limitations inhérentes à toute tech- nique de moulage du fait de l'immobilisation même des moules à l'occasion de chaque opération de moulage. On a également cherché à fabriquer des douilles combustibles par feutrage d'une suspension aqueuse contenant de la nitrocellulose en mélange avec des fibres de cellulose. Cette technique est par exemple décrite dans le brevet français 2 234 113 au nom de la demanderesse. Cette technique donne d'excellents résultats pour la fabrication de douilles destinées à des armes de gros calibre et devant être produites en quantités relativement faibles. Mais cette technique, d'une part de par les dimensions mnême des appa- reils nécessaires à sa mise en oeuvre, d'autre part de par ses li- mitations quant au débit de fabrication, se prête mal à la fabri- cation en grande série. De manière à rendre possible la fabrication en grande série des douilles combustibles on a cherché à fabriquer les différents élé- ments constitutifs de la douille à partir de papier combustible contenant de la nitrocellulose en utilisant les techniques pape- tières. C'est ainsi que les brevets français 2 485 182 et 2 555 302 décrivent la fabrication de corps de douilles combus- tibles par spiralage de bandes de papier combustible contenant de la nitrocellulose et que les demandes de brevet français 2 570 645 et 86.04039 décrivent la fabrication d'éléments de fermeture com- bustibles et notamment du culots combustibles par emboutissage de disques de papier combustible contenant de la nitrocellulose. Ces techniques rendent ainsi possible la fabrication en grande sé- rie des différents éléments combustibles qui par assemblage et, en général, collage permettent de constituer la douille combustible ou, plus généralement, l'objet combustible qui se présente sous la forme d'un étui borgne. Le seul problème qui n'a pas encore été résolu de manière tout à fait satisfaisante jusqu'à présent est celui de la tenue mécanique des jonctions entre les différents élnéments constitutifs de l'ob- jet combustible. L'objet combustible compte-tenu de sa forme géné- rale est constitué d'une part par un élément tubulaire et d'autre part par un élément de fermeture comportant une paroi sensiblement cylindrique dont le diamètre extérieur et le diamètre intérieur sont tels que l'un des dits éléments puisse s'encastrer dans l'au- tre. De manière à renforcer la tenue de la jonction entre ces élé- ments on utilise en général une colle mais, au moment de l'intro- duction des différents éléments les uns dans les autres cette colle a tendance à être refoulée et à n'assurer ultérieurement qu'une ligne de collage entre les deux éléments et non pas une vé- ritable surface de collage. Par ailleurs dans le cas o c'est l'élément de fermeture qui est encastré dans l'élément tubulaire, cet élément de fermeture a tendance à se déformer et à fluer sous l'effet d'une charge et sa paroi cylindrique a tendance à se déso- lidariser de l'élément tubulaire auquel elle est jointe. Cela est notamment le cas lorsque l'élément de fermeture est un culot de douille combustible destinée à une munition d'artillerie de gros calibre impliquant la mise en place dans la douille d'une charge de poudre importante. Le but de la présente invention est précisément de remédier aux inconvénients sus-mentionnés en proposant des éléments combus- tibles obtenus par technique papetière à partir de papier combus- tible contenant de la nitrocellulose qui permettent, par assem- blage, d'obtenir des objets combustibles, et notamment des douilles combustibles, présentant une bonne tenue mécanique des jonctions entre le corps tubulaire et les éléments de fermeture. La présente invention concerne donc, à titre de produits indus- triels nouveaux, des objets combustibles en forme d'étui borgne constitués chacun par au moins un élément tubulaire cylindrique et par au moins un élément de fermeture comportant une paroi sensi- blement cylindrique, le diamètre extérieur et le diamètre inté- rieur de la dite paroi étant tels que l'un des dits éléments puisse s'encastrer dans l'autre au niveau de leurs parties cylin- driques, caractérisés en ce que le dit élément encastrable est ob- tenu par mise en forme de feuilles de papier combustible contenant de la nitrocellulose et en ce qu'il porte sur la surface exté- rieure de sa partie encastrable un relief d'accrochage. Préférentiellement le dit relief d'accrochage est constitué par des rainures ou des nervures. La présence d'un relief d'accrochage sur la surface extérieure de la partie encastrable de l'un des éléments permet à la fois d'as- surer une bonne retenue de la colle sur toute la surface de jonc- tion et un bon accrochage mécanique des surfaces de contact des deux éléments. On obtient ainsi des objets combustibles en forme d'étui borgne et notamment des douilles combustibles dont les élé- ments de fermeture n'ont pas tendance à se désolidariser de l'élé- ment tubulaire, mnême sous l'effet de contraintes importantes. On donne ci-après une description détaillée de l'invention en se référant aux figures 1 à 6. La figure 1 représente, de manière schématique, un objet combus- tible dans lequel l'élément encastrable est l'élément de ferme- ture. La figure 2 représente, de manière schématique, un objet combus- tible dans lequel l'élément encastrable est l'élément tubulaire. La figure 3 représente, en coupe longitudinale, une douille com- bustible conforme au mode de réalisation représenté à la figure 2. La figure 4 représente, en vue externe, le corps de la douille combustible représenté à la figure 3. La figure 5 représente, en coupe longitudinale, une douille com- bustible conforme au mode de réalisation représenté à la figure 1. La figure 6 représente, en vue externe et en échelle agrandie, le culot de la douille combustible représentée à la figure 5. L'invention concerne donc des objets combustibles, comme par exem- ple des douilles combustibles en forme d'étui borgne. Des objets combustibles 1 selon l'invention sont représentés de manière sché- matique aux figures 1 et 2. Un objet combustible selon l'invention est constitué par au moins un élément tubulaire cylindrique 2 et par au moins un élément de fermeture 3 comportant une paroi sensi- blement cylindrique 4. Le diamètre extérieur et le diamètre inté- rieur de la dite paroi 4 de l'élément de fermeture 3 sont tels que l'un des dits éléments puisse s'encastrer dans l'autre au niveau de leurs parties cylindriques. Dans la réalisation représentée à la figure 1 c'est l'élément de fermeture 3 qui peut s'encastrer dans l'élément tubulaire 2, la partie encastrable 3a de l'élé- ment 3 se confondant dans ce cas avec sa paroi cylindrique 4. Dans la réalisation représentée à la figure 2 c'est l'élément tubu- laire 2 qui peut s'encastrer dans le cylindre défini par la paroi cylindrique 4 de l'élément 3, déterminant ainsi une partie encas- trable 2a de l'élément 2. L'invention se rapportant aux objets combustibles destinés aux mu- nitions pour armes, chaque élément constitutif de l'objet doit na- turellement être combustible. Mais selon une première caractéris- tique de l'invention, pour des raisons de malléabilité et de plas- ticité, l'élément encastrable doit obligatoirement être obtenu par mise en forme de feuilles de papier combustible contenant de la nitrocellulose. Si l'élément encastrable est l'élément tubulaire comme représenté à la figure 2, la mise en forme se fera par spi- ralage de bandes de papier combustible contenant de la nitrocellu- lose comme décrit dans les brevets français 2 485 182 et 2 555 302, si l'élément encastrable est l'élément de fermeture comme représenté à la figure 1, la mise en forme se fera par emboutissage de disques découpés dans des feuilles de papier combustible contenant de la nitrocellulose comme décrit dans les demandes de brevet français 2 570 645 et86.04039. La fabrication des feuilles de papier combustible contenant de la nitrocellulose se fait à partir d'une suspension aqueuse contenant de la nitrocellulose, des fibres d'origine organique, synthétique, végétale ou minérale, une résine et éventuellement un stabilisant comme la diphénylamine et des charges telles que du talc, de l'an- hydride tungstique ou de l'oxyde de titane. Comne nitrocellulose on peut utiliser toute nitrocellulose industrielle ayant un taux d'azote inférieur à 13,8 %, du moment que le taux d'azote du pa- pier sortant de la machine à papier ne dépasse pas 12 %. Selon une réalisation préférée de l'invention on utilisera une teneur en ni- trocellulose telle que le taux d'azote du papier sortant de la ma- chine à papier soit voisin de 9%. Comme fibres d'origine organique on utilisera avantageusement les fibres de cellulose comme les fibres de kraft, mais les autres fibres cellulosiques naturelles ou régénérées peuvent tout aussi bien convenir, y compris les fibres de pâte mécanique ou mi-chimique ou encore les viscoses. Comme fibres d'origine synthétique on utilisera avantageusement des fibres polyesters ou des fibres acryliques. Comme fibres d'origine végétale on utilisera avantageusement les fibres de sisal et comme fibres d'origine minérale, on utilisera avantageu- sement les fibres de verre. La présence d'une résine est indispensable pour améliorer la cohé- sion des fibres entre elles et la stabilité de la feuille de pa- pier. On peut utiliser comme résine dans la présente invention toute résine organique ayant la propriété de floculer sur les fibres de nitrocellulose ou de cellulose et supportant un passage sur machine à papier. Les résines préférées sont les résines acry- liques, les résines vinyliques, les latex à base de butadiène comme les latex butadiène-styrène ou butadiène-acrylonitrile. On a observé qu'il est nécessaire que la quantité pondérale de résine représente au moins 2% de la quantité pondérale de nitrocellulose et de cellulose sèches utilisées, on utilisera de préférence une quantité voisine de 5%. Les rapports pondéraux de nitrocellulose par rapport aux autres fibres peuvent varier entre 80: 10 et : 80 et, de préférence, entre 70: 20 et 20: 70. Quant à la concentration des matières solides dans la suspension aqueuse, elle dépend essentiellement de la machine à papier utilisée, des normes d'emploi conseillées par son constructeur et des spécifica- tions du produit recherché. En sortie de machine de papier, la feuille obtenue peut être calandrée, à chaud ou à froid, ou ne pas être calandrée. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, non seulement les éléments encastrables mais la totalité des éléments constitu- tifs de l'objet combustible seront obtenus par mise en forme de feuilles de papier combustible contenant de la nitrocellulose. Mais il ne s'agit pas là d'une condition obligatoire pour la mise en oeuvre de l'invention et l'homme de métier pourra, dans cer- tains cas, préférer utiliser pour les éléments non encastrables d'autres techniques d'obtention comme par exemple le feutrage d'une suspension aqueuse de fibres de cellulose, de nitrocellulose et de résine, la mise en forme de fils nitrés ou le moulage de composition énergétique tel que cela a été exposé plus haut dans l'état de la technique. Selon une seconde caractéristique de l'invention l'élément encas- trable porte sur la surface extérieure de la partie encas- trable 2a ou 3a un relief d'accrochage. Le dit relief d'accrochage est préférentiellement constitué par des rainures ou par des ner- vures. On utilisera avantageusement des rainures lorsque l'élément encastrable est l'élément tubulaire et des nervures lorsque 1'élé- ment encastrable est l'élément de fermeture. On a représenté aux figures 3 et 4 une douille combustible dans laquelle le corps de douille 5 constitue l'élément tubulaire en- castré dans un culot 6 combustible constituant l'élément de ferme- ture. Le culot 6 comprend une paroi sensiblement cylindrique 7 recevant le corps de douille 5. Le corps de douille 5 est un corps cylindrique dont la partie encastrable 5a est terminée par un chanfrein 9. Sur toute la longueur de la portion cylindrique de la partie encastrable 5a du corps de douille 5 ont été façonnées des rainures qui, avantageusement, sont inclinées par rapport à l'axe du corps de douille 5. Un premier intérêt présenté par l'utilisation des techniques papetières réside dans le fait que le matériau obtenu par ces techniques est malléable. On peut ainsi fabriquer en série, par spiralage de bandes de papier combustible contenant de la nitrocellulose, des corps de douille 5 cylindri- ques en grande série et ensuite façonner par matriçage ces corps de douille de manière à ce qu'ils présentent un chanfrein et des rainures à l'aide d'un outil de calibrage comportant des machoires en forme de secteurs tronconiques portant des poinçons destinés à façonner les rainures 8. Les dites rainures 8 sont ainsi obtenues par matriçage sans enlè- vement de matière. Les rainures peuvent être parallèles à l'axe de révolution du corps de douille 5 ou inclinées par rapport à cet axe. Dans ce dernier cas les rainures peuvent avoir des inclinai- sons différentes et constituer un réseau croisé de rainures. Le corps de douille 5 étant ainsi préparé, on enduit de colle soit la portion cylindrique de la partie encastrable 5a du corps de douille soit, selon une variante préférée de l'invention, la surface intérieure de la paroi 7 du culot 6. On introduit alors dans le culot 6 le corps de douille 5. Les rainures 8 fonctionnent au moment de l'introduction dans le culot comme des réservoirs de colle et assurent ainsi un collage efficace sur la surface 5a en évitant le refoulement de la colle vers le fond. Avantageusement, aux fins de l'invention, la surface totale présentée par l'en- semble des rainures 8 doit représenter entre 20% et 25% de la sur- face de la partie encastable 5a du corps de douille 5. Un second intérêt présenté par l'utilisation des techniques pape- tières réside dans le fait que le matériau obtenu non seulement est malléable mais encore est légèrement plastique. Il est ainsi possible, juste avant l'introduction du corps de douille 5, d'im- primer à la partie encastrable 5a de ce dernier un léger rétreint facilitant l'introduction en évitant les risques de déchirement de la paroi 7 du culot et assurant après reprise de sa forme initiale par la partie encastrable 5a une adhésion parfaite de la surface extérieure de la partie encastrable 5a contre la surface inté- rieure de la paroi 7 du culot 6. On a représenté aux figures 5 et 6 un autre type de réalisation de douilles combustibles selon l'invention. Dans ce type de réalisa- tion c'est le culot 11 qui constitue l'élément de fermeture qui est encastrable dans 1'élément tubulaire constitué par le corps de douille 10. Le culot 11 porte sur la surface extérieure de sa paroi cylindrique 12 des nervures 13. Avantageusement ces ner- vures 13 sont des nervures circonférentielles disposées dans des plans perpendiculaires à l'axe du culot 11. Il est possible d'ob- tenir directement un tel culot par emboutissage de disques de pa- pier combustible dans une matrice présentant la forme correspon- dante au moyen d'un poinçon souple déformable comme décrit dans la demande de brevet français 86.04039. Là encore l'introduction du culot 11 dans le corps de douille 10 sera facilité par l'élasti- cité présentée par la paroi 12 du culot 11. L'action combinée de la reprise de forme initiale de la paroi 12 après introduction et de l'effet d'ancrage assuré par les nervures 13 assurera une adhé- rence parfaite de la surface extérieure de la paroi 12 du culot 11 contre la surface intérieure du corps de douille 10. Cet effet d'ancrage sera particulièrement efficace lorsque les ner- vures 13 présenteront, conmme représenté à la figure 6, une sec- tion d'allure triangulaire. Cette adhérence pourra encore être améliorée par la présence de colle disposée entre les ner- vures 13. Par ailleurs, même en cas de contrainte importante résultant de la présence d'une grande charge de poudre, le fluage et le décrochage du culot Il seront rendus impossibles par la 2 6 1 4 0 9 6 par la présence des nervures 13. Exemple On a fabriqué une douille combustible pour munition de calibre mm selon la réalisation représentée aux figures 3 et 4. Le corps de douille 5 a été obtenu par spiralage de- bandes de papier combustible contenant de la nitrocellulose, le culot 6 par feutrage d'une suspension aqueuse de fibres de cellulose, de nitrocellulose et de résine. La partie encastrable 5a constituait la surface latérale d'un cylindre de diamètre extérieur 163,8 mm et de hauteur 15 mm. Après matrigage cette partie Sa présentait les caractéristiques suivantes: a) un chanfrein 9 de 2,8 À 1,6 mm b) 40 rainures 8 réparties sur la portion cylindrique de la par- tie 5a. Ces rainures sont disposées hélicoidalement et incli- nées de 30' par rapport à l'axe du corps de douille 5. Ces rai- nures représentent un volume intérieur disponible d'environ 35 mm3 chacune et une surface totale de collage de 18cm2. Pour l'introduction du corps de douille 5 dans le culot 6 on a provoqué un rétreint temporaire de la partie encastrable 5a par compression de manière à assurer un jeu de 0,3 mm au moment de l'assemblage. L'assemblage ainsi constitué présente une résistance mécanique élevée puisque lors de tests de désolidarisation on constate la rupture du fond du culot 6 mais pas la déchirure de la jonction corps de douille-culot. Revendications 1. Objet combustible (1) en forme d'étui borgne constitué par au moins un élément tubulaire cylindrique ment de fermeture (3) comportant une paroi sensiblement cylin- drique (4), le diamètre extérieur et le diamètre intérieur de la dite paroi étant tels que l'un des dits élémnents puisse s'encas- trer dans l'autre au niveau de leurs parties cylindriques, carac- térisé en ce que le dit élément encastrable est obtenu par mise en forme de feuilles de papier combustible contenant de la nitrocel- lulose et en ce qu'il porte sur la surface extérieure de la partie encastrable (2a, 3a) un relief d'accrochage. 2. Objet combustible selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit relief d'accrochage est constitué des rainures ou des nervures. 3. Objet combustible selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'élément encastrable est le dit élément tubulaire (5). 4. Objet combustible selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dit relief d'accrochage est constitué par des rainures (8) inclinées par rapport à l'axe du dit élnément tubulaire (5). 5. Objet combustible selon la revendication 4 caractérisé en ce que les rainures inclinées (8) constituent un réseau croisé. 6. Objet combustible selon l'une quelconque des revendications 3 à caractérisé en ce que la surface totale présentée par l'ensemble des rainures (8) représente entre 20% et 25% de la surface de la partie encastrable (Sa) du dit élément tubulaire (5). 7. Objet combustible selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'élément encastrable est le dit élément de fermeture (11). 8. Objet combustible selon la revendication 5 caractéris6 en ce que le dit relief d'accrochage est constitué par des ner- vures (13) circonférentielles situées dans des plans perpendicu- laires à l'axe de la paroi cylindrique (12) du dit élément de fermeture ( 11).