Brevet FR2635177A1 — publié le 19900209

La présente invention concerne un blindage notamment pour véhicule autopropulsés de combat tels que chars, destiné à protéger-ces derniers en particulier contre les projectiles à charge creuse. Les blindages connus sont en général de structure homogène en acier. On sait que le jet formé à l'impact des projectiles à charge creuse avec de tels blindages pénétre à l'intérieur de ceux-ci A une vitesse de l'ordre de plusieurs kilomètres à la -seconde. Ce jet entraîne le fluage du blindage en formant un cratère de diamètre nettement plus important que celui du jet. Dans ce mode de pénétration, le seul élément susceptible de contrarier la progression du jet est la résistance opposée axialement au jet par le métal du blindage. Pour résister aux impacts des charges creuses on est ainsi amené å choisir de très fortes épaisseurs de blindage, ce qui augmente corrélativement le poids du véhicule blindé au détriment des performances et de la mobilité de celui-ci. On a tenté d'augmenter l'efficacité des blindages par des matériaux autres que l'acier. Ainsi on a proposé d'utiliser des plaques de verre noyées dans un matériau absorbant l'onde de choc. Ces blindages présentent une efficacité améliorée par rapport à ceux en acier. En effet, lors de la pénétration du jet dans le verre, ce dernier subit au contact du jet une transformation de structure qui se traduit par une modification locale du volume du verre. Cette dernière, tend à refermer le cratère formé par le jet. Ce phénomène induit des forces radiales qui tendent à ralentir la vitesse du jet. Ces forces radiales s'ajoutent à la force axiale précitée,'de sorte qu'on accrort sensi blement l'efficacité du blindage. Toutefois cette augmentation d'efficacité des blindages à base de plaques de verre est peu importante par rapport à celle des plaques en acier, car l'effet ralentisseur des forces radiales précitées est relativement faible. Le but de la présente invention est précisément d'accroître l'efficacité des blindages à blocs de verre ou plus généralement, contenant un matériau à base de silice. Suivant l'invention, le blindage est caractérisé en ce que les blocs en matériau à base de silice sont entourés au moins en partie par un matériau rigide ayant une impédance acoustique supérieure à celle du matériau constituant lesdits blocs. Le fait que les plaques en matériau à base de silice soient entourées au moins en partie par un matériau rigide ayant une impédance acoustique supérieure à celle du matériau à base de silice permet d'augmenter d'une manière surprenante l'efficacité du blindage. Cette augmentation d'efficacité peut s'expliquer de la manière suivante Le matériau rigide entourant le matériau à base de silice engendre à l'impact du jet de la charge creuse des réflexions d'ondes de choc qui renforcent considérablement les contraintes radiales susceptibles de contrarier la progression du jet. Selon une version avantageuse de l'invention, les blocs en matériau à base de silice sont entièrement confinés dans une armature constituée par ledit matériau ayant une impédance acoustique supérieure à-celle du matériau à base de silice. Ce confinement total est favorable au développement de contraintes radiales au jet susceptibles de perturber la progression de ce dernier. Selon une version préférée de l'invention, le matériau ayant une impédance acoustique supérieure à celle du matériau à base de silice est de l'acier. De préférence le matériau à base de silice est confiné avec précontrainte dans l'armature constituée par ledit matériau ayant une impédance acoustique supérieure à celle du matériau à base de silice. Cette précontrainte permet d'améliorer encore l'efficacité du blindage en renforçant les effets radiaux perturbateurs du jet de la charge creuse. En effet du fait de cette précontrainte l'énergie emmagasinée est restituée lors de la rupture du verre par le jet vers la zone d'impact de celui-ci en perturbant sa progression. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un élément de blindage conforme à l'invention. La figure 2 est une vue montrant la pénétration du jet d'une charge creuse dans l'élément de blindage de la figure 1. La figure 3 est un diagramme montrant l'évolution du volume du verre en fonction de la pression induite par le jet. La figure 4 est une vue partielle en coupe transversale d'un blindage conforme à l'invention. La figure 5 est une vue en perspective d'un élément de blindage parallélipipédique, incomplètement assemblé. La figure 6 est une vue en coupe suivant le plan VI-VI de la figure 5, l'élément étant complètement assemblé et précontraint. La figure 7 est une vue en perspective d'un élément de blindage cylindrique. La figure 8 est une vue en coupe suivant le plan VIII-VIII de la figure 7. La figure 9 est une vue en coupe d'une autre variante d'élément de blindage. La figure 10 est une vue en coupe transversale d'un blindage incliné par rapport à la direction d'impact du jet d'un projectile a charge creuse. La figure 11 est une vue en coupe transversale d'un autre blindage. La-figure 12 est une vue en coupe transversale d'une autre version de blindage. Dans la réalisation de la figure 1, l'élément 1 constitutif d'un blindage conforme à l'invention, comprend un bloc 2 en matériau A base de silice entouré par une armature 3 en un matériau rigide ayant une impédance acoustique supérieure à celle du matériau du bloc 2. Le matériau à base de silice est de préférence du verre sodocalcique ou borosilicate, mais peut également être constitué par du quartz, de la silice, du granit ou par tout autre espèce amorphe ou cristalline renfermant de la silice. Le matériau constituant l'armature 3 est de préférence de l'acier, mais peut également être constitué par ùn autre métal de numéro atomique supérieur à celui du titane, ce qui exclu en particulier l'aluminium. Sl'impact ' imp4ct Sur la fig.2/d'un projectile à charge creuse avec l'élément de blindage 1, le jet 4 traverse d'abord l'armature 3 puis pénètre dans le bloc de verre 2 en formant un trou 5 de diamètre superieur à celui du jet 4. On voit que ce trou 5 est resserré à sa partie arrière 5a. Ce resserrement 5a est dû aux deux phénomènes suivants dont les effets se conjuguent Sous l'effet de la compression et de ltéchauffement engendré par le jet 4, la silice contenue dans le verre 2 se transforme localement en une variété cristalline appelée "Stishovite" sensiblement deux fois plus dense que le verre, ce qui se traduit par une variation locale de volume du verre. Cette variation de volume induit des perturbations radiales qui ont pour effet de disperser ou de fragmenter le jet 4 en réduisant ainsi ses effets. Cet effet de resserrement du trou 5 est renforcé par l'action des ondes de choc qui se réfléchissent contre les parois de l'armature de confinement 3. Cet effet serait sensiblement négligeable si le matériau 3 présentait une impédance acoustique inférieure à celle du verre 2. La figure 3 montre que la compression du verre 2 engendre. en 6 un changement d'état cristallin, puis une détente en 7. Après cette détente le verre revient à son état initial en induisant en Sa une impulsion radiale au jet 4. Ainsi, l'effXcacité d'un bloc de verre 2 présentant une épaisseur e peut être équivalente à celle d'un blindage d'acier d'épaisseur égale à 6e. Dans la réalisation de la figure 4, le blindage comprend deux couches successives d'éléments de blindage 1. Ces éléments de blindage 1 peuvent avoir une épaisseur comprise entre le 30ième et une fois leur plus grande dimension. Ces éléments de blindage 1 sont noyés dans un matériau amortisseur 8 constitué par exemple par une mousse de matière plastique telle que polyéthylène ou polyuréthane. Lors de l'impact du jet 4 avec l'un des éléments de blindage 1, ce matériau amortisseur 8 abserbe les ondes de choc engendrées latéralement vers les autres éléments 1. Par ailleurs, la dissymétrie du point d'impact par rapport aux bords de chaque éléments-de blindage I engendre des ondes de choc en retour retardées différemment les unes par rapport aux autres et agissant donc sur le jet 4 à des instants différents. On limite ainsi considérablement les effets de ces ondes de choc en retour. Sur la figure 4, on voit en outre que les éléments de blindage 1 de l'une des couches sont décalés par rapport aux éléments 1 de l'autre couche pour assurer une protection efficace dans le cas d'un impact situé entre les éléments de blindage 1 de la première couche. Sur la figure 4, on voit en outre qu'un espace vide 9 est laissé antre le matériau amortisseur 8 contenant les éléments de Blindage 1 et une couche intérieure 10 de blindage homogène par exemple en acier. Cet espace 9 permet de disperser le jet 4 qui aurait pa atteindre cet espace, et par suite, d'en diminuer l'efficacité. Selon une version préférée de l'invention, les blocs de verre 2 des éléments de blindage 1 sont confinés avec précontrainte dans l'armature rigide 3. Cette précontrainte ou compression des blocs de verre 2 à l'intérieur de l'armature 3 est de préférence réalisée dans une direction perpendiculaire à l'axe du jet 4. Cette contrainte peut toutefois également être multidirectionnelle. Dans la réalisation des figures 5 et 6, l'élément de blindage il parallélépipédique comprend une armature 12 en acier qui entoure le bloc de verre 13 à 11 exception des deux faces opposées 13a et 13b de ce bloc. Ces faces 13a et 13b font très légèrement saillie de part et d'autre de l'armature 12. Sur ces deux faces 13a et 13b sont appliquées des plaques 14 et 15. Ces plaques 14 et 15 sont fixées à l'aarmature 12 par exemple au moyen de tirants 16, comme indiqué sur les figures 5 et 6. Le serrage des tirants 16 permet d'induire dans le bloc de verre, une contrainte de compression F normale aux faces 13a et 13b du bloc de verre 13. La contrainte peut également être obtenue par chauffage de l'armature 12 avant introduction du bloc de verre 13. Cette contrainte s'exerce alors lors du retrait de l'armature 12 résultant de son refroidissement. On peut ainsi atteindre des contraintes de compression de l'ordre de 30-hectobars dont la valeur peut être prédéterminée. Ces contraintes favorisent la tzansformation cristalline de la silice contenue dans le verre et par suite entraînent une augmentation du resserrement 5a du trou 5 formé lors de la pénétration du jet de la charge creuse. Par conséquent, la précontrainte des blocs de verre 13 du blindage permet d'améliorer l'efficacité de ce dernier. Dans la réalisation des figures 7 et 8, l'élément de blindage 17 renferme un bloc de verre 18 cylindrique. Ce bloc 18 est logé dans une armature annulaire 19 en acier fermée par deux disques 20 également en acier. Ces disques 20 peuvent être fixés à l'armature 19 au moyen de tirants (non représentés) ou analogues. La présontrainte peut être induite par chauffage de l'armature 19 avant l'introduction du bloc de verre 18. Ces contraintes sont dirigées radialement par rapport à l'axe du bloc de verre 18. Ces contraintes agissent par conséquent de manière radiale par rapport à un jet axial. L'énergie emmagasinée par cette précontrainte est restituée lors de la rupture du verre par le jet du projectile en engendrant des forces radiales qui perturbent la progression de ce jet. Dans la réalisation de la figure 9, qui est une variante de l'élément de blindage des figures 5 et 6, le bloc de verre 21 parallélépipédique est compris entre deux flasques de confinement 22 dont les bords adjacents 22a et 22b sont liés entre eux par une soudure 23. Cette liaison peut être remplacée par un serrage au moyen de On voit en outre, sur la figure 9, que des plaques 24, 25 sont intercalées entre le bloc de verre 21 et les bords adjacents 22a et 22b des deux flasques 22. Ces plaques 24 et 25 sont réalisées en une matière ductile , telle que le cuivre, pour permettre une jonction parfaite entre le bloc de verre 21 et les bords 22a et 22b soudés des deux flasques 22. L'efficacité du blindage conforme à l'invention est également remarquable lorsque la pénétration du projectile se fait sous un angle incliné par rapport à la surface extérieure du blindage. En effet, comme indiqué sur la figuré 10, les plaques de confinement 26 et 27 du fait de leur- impédance acoustique supérieure à celle verre 18, induisent dans ce dernier des ondes de compression réfléchies (voir flèches F) qui, à leur détente, perturbent de manière dissymétrique le jet 29 par fermeture du trou 30 formé par ce dernier. Dans la réalisation de la figure 11, le blindage comprend une couche d'acier 31 constituant un préblindage pour les petits projectiles du champ de bataille. Cette couche 31 est suivie par une couche de matériau amortisseur 32 pour réduire l'effet des Xclats susceptibles de se détacher de la face interne de la couche de préblindage 31. Cette couche de matériau amortisseur 32 précède une double couche d'éléments de blindage 33 noyés dans ce matériau amortisseur 32. Ce matériau amortisseur 32 ne transmet ni l'onde de choc ni la fracture des éléments de blindage 33 de sorte que la zone de blindage détruite n'est jamais supérieure à celle correspondant à l'élément de blindage 33 atteint par le projectile et à ceux qui lui sont contigus. La double couche d'éléments de blindage 33 est séparée de la couche intérieure de blindage en acier 32 par un espace vide 35 permettant de disperser les effets du jet du projectile à charge creuse. La figure 12 représente une variante du blindage décrit ci-dessus. Il comprend des couches externe et interne 36 et 37 de blindage en acier. Entre ces deux couches 36 et 37 s'étendent des rangées d'éléments de blindage 38 disposées obliquement par rapport aux couches 36 et 37. Comme dans la réalisation selon la figure 11, les éléments de blindage 38 sont noyés dans un matériau amortisseur 39. De plus, les différentes rangées d'éléments de blindage38 sont séparées entre elles par des espaces vides 40. Cette réalisation permet d'obtenir un blindage relativement léger dans lequel le projectile rencontre quel que soit son angle d'incidence, un ou plusieurs éléments de blindage 38 et un espace vide 39 permettant de disperser les effets du jet des charges creuses. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que liron vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les blocs de verre ou de matériau à base de silice peuvent être de formes variées telles que prismes à base polygonale quelconque, ou sphères. La précontrainte des blocs de verre ou autre matériau à base de silice peut être effectuée au moyen de vérins mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques, ou encore par trempe Le verre peut encore être coulé à l'intérieur de moules constituant l'armature de confinement Bien entendu le blindage conforme à l'invention apporte également une protection efficace à l'égard des projectiles classiques. REVENDICATIONS 1. - Blindage notamment pour la protection contre les projectiles à charge creuse, comprenant des blocs de verre ou de matériau à base de silice, caractérisé en ce que ces blocs sont entourés au moins en partie par un matériau rigide ayant une impédance acoustique supérieure à celle du matériau constituant lesdits blocs. 2. - Blindage conforme à la revendication I, caractérisé en ce que les blocs en matériau à base de silice sont entièrement confinés dans une armature constituée par ledit matériau ayant une impédance acoustique supérieure à celle du matériau à base de silice. 3. - Blindage conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau ayant une impédance acoustique supérieure à celle du matériau à base de silice est de l'acier. 4. - Blindage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau à-base de silice est confiné avec précontrainte dans l'armature constituée par ledit matériau ayant une impédance acoustique supérieure à celle du. matériau à base de silice. 5. - Blindage conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les blocs de matériau à base de silice sont précontraints dans une direction transversale par rapport à la direction dtimpact des charges creuses. 6. - Blindage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les blocs en matériau à base de silice et confinés dans leur armature sont noyés dans un matériau capable d'amortir les ondes de choc. 7. - Blindage conforme à la revendication 6, caractérisé entre qu'il comprend plusieurs couches successives de blocs en matériau à base de silice, les blocs de l'une des couches étant décalés par rapport aux blocs de la couche adjacente et lesdites couches étant sensiblement parallèles à la surface extérieure du blindage. 8. - Blindage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une couche extérieure en acier de blindage. 9. - Blindage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche ou les couches de blocs en matériau à base de silice sont séparées par un espace vide d'une. couche interne de blindage. 10. - Blindage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une couche extérieure et une couche intérieure de blindage classique et en ce qu'entre ces deux couches de blindage sont disposées des rangées parallèles de blocs en matériau à base de silice, ces rangées étant obliques par rapport aux couches extérieure et intérieure de blindage et ces rangées étant séparées par des espaces vides.