Brevet FR2630820A1 — publié le 19891103

- 1 - Dispositif de lancement de projectiles L'invention concerne un dispositif pour le lancement de projectiles placés dans un tube fermé sur un c8té, au moyen d'un plasma chauffé électriquement et de deux électrodes entre lesquelles brûle l'arc électrique qui chauffe le plasma, la première des deux électrodes étant montée du c8té de la culasse. Il est connu que les dispositifs de tir fonctionnant selon le principe électrothermique (voir par exemple US-PS 2 899 864) utilisent la conversion de l'énergie électromagnétique en énergie thermique. Dans les dispositifs de tir de ce type, le plasma chaud qui est nécessaire à l'entraînement du projectile est créé et chauffé par un arc électrique br lant entre des électrodes fixes. Les électrodes fixes sont dans ce cas montées soit sur le c8té de la culasse, soit le long de la longueur du tube. Dans le cas o les électrodes sont disposées du côté de la culasse, la pression du gaz qui parvient contre le fond du projectile atteint d'abord très rapidement une valeur élevée qui est limitée par les propriétés de résistance de la chambre de combustion de l'arc électrique, du tube et du projectile. Pendant l'accélération du projectile, cette pression diminue cependant à nouveau très rapidement en raison des processus d'écoulement dans le tube. La vitesse du projectile à l'extrémité du tube est dans ce cas nettement inférieure à celle qui serait possible si la pression était constante. - 2- Dans la mesure o les électrodes sont réparties sur la longueur du tube, on ne constate pas cet inconvénient. Il est possible de maintenir la pression appliquée sur le fond du projectile à un niveau sensiblement constant par une création contrôlée et continue de décharges électriques et par la vaporisation du matériau situé immédiatement à l'arrière du projectile qui en découle. L'inconvénient de cet agencement est cependant le coût technique très élevé du tube et de l'alimentation en énergie qui sont constitués par plusieurs composants. L'invention a donc pour but de proposer un dispositif du type mentionné dans le préambule qui soit de constitution simple et grâce auquel on puisse également maintenir à un niveau sensiblement constant la pression appliquée contre le fond du projectile. Ce but est atteint du fait que la seconde électrode est constituée par le fond du projectile. Avant la création de l'arc électrique, le projectile est relié à l'électrode située du c6té de la culasse par l'intermédiaire d'un fil électriquement conducteur. Par ailleurs et avant la création du plasma, le projectile est relié à un contact placé dans l'embouchure du tube par l'intermédiaire d'un second fil électriquement conducteur. Selon l'invention, le projectile peut comprendre un évidement en forme de cuvette pour recevoir le second fil lors du tir du projectile. Selon un autre mode de réalisation, l'invention prévoit de disposer sur l'ogive du projectile une petite fusée et de placer le fil électriquement conducteur dans un réceptacle, et de le relier aussi bien au projectile qu'à la petite fusée. Le projectile peut être monté sur une douille en un matériau non conducteur et la douille peut être remplie d'un matériau pulvérulent ou fluide et mauvais conducteur de l'électricité, et à forte teneur en hydrogène. La douille peut aussi être remplie d'eau, d'huile, d'hydrure de lithium ou de poudre de polyéthylène. D'autres détails et avantages de l'invention vont maintenant être décrits à l'aide d'exemples et en se référant aux dessins dans -3- lesquels: la figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un dispositif de tir électrothermique selon l'invention; la figure 2 montre l'exemple de la figure 1 au début du processus d'accélération du projectile; la figure 3 représente le dispositif de lancement de la figure 1 à un moment plus tardif dans le temps du processus d'accélération du projectile; les figures 4a et 4b montrent un mode de réalisation d'un projectile comprenant un dispositif pour recevoir le fil; la figure 5 montre un autre mode de réalisation d'un dispositif de tir électrothermique selon l'invention; les figures 6 et 7 représente le dispositif de tir de la figure 5 à deux moments différents. Les figures 1 à 3 montrent le principe de fonctionnement du dispositif de tir électrothermique selon l'invention. Le dispositif de tir est constitué par une tube 1 (d'une longueur d'environ 4 m et d'un calibre de 50 mm) constitué en un matériau mauvais conducteur de l'électricité et très résistant mécaniquement (par exemple en une matière synthétique renforcée de fibres de verre) et une électrode 2 située du côté de la culasse ainsi qu'un contact de forme annulaire 3 du côté de l'embouchure. L'électrode 2 et le contact 3 sont fixés au tube 1 par des liaisons à vis 4 et reposent sous pression contre des joints toriques 5. Le tube 1 est muni d'un tube en matière isolante 6 qui peut être remplacé. Dans le tube 1 est placé un projectile 7 en forme de gobelet et réalisé en un matériau électriquement conducteur. Du côté de la culasse, une douille électriquement non conductrice 8 est montée sur le projectile 7, cette douille étant remplie d'une substance mauvaise conductrice, fluide ou pulvérulente 9, à forte teneur en hydrogène (telle que de l'eau, de l'huile, de l'hydrure de lithium, de la poudre de polyéthylène) de manière à former un gaz de faible poids moléculaire. Le projectile 7 est relié à l'électrode 2 qui est située du côté de la culasse par un mince fil 10 (en aluminium ou lithium et d'un - 4- diamètre de 0,2 mm), qui est électriquement conducteur et qui passe à travers le matériau 9 et la douille 8. Le projectile 7 est relié au contact 3 situé du côté de l'embouchure par un fil électriquement conducteur 11 (par exemple en cuivre et d'un diamètre de 2,5 mm) qui est fixé dans le fond d'un évidement en forme de gobelet 17 du projectile 7. L'électrode 2 et le contact 3 sont reliés à une source d'énergie constituée par une source de tension 12 à propriétés capacitives, un interrupteur 13, une bobine 14 et un interrupteur de court-circuit 15. La figure 2 représente l'agencement au début du processus d'accélération. La source de tension 12 qui est chargée par une tension U fait passer, après fermeture de l'interrupteur 13, un puissant courant i (par exemple de 50 kA) par l'intermédiaire de la bobine 14, du contact 3, du fil 11, du projectile 7, du fil 10 et de l'électrode 2. De ce fait, le fil mince 10 est rapidement chauffé et finalement se vaporise, ce qui fait qu'un arc électrique 16 est créé entre l'électrode 2 et le fond 70 du projectile, qui chauffe le matériau de remplissage 9 et le vaporise. La pression qui en découle projette le projectile 7 en direction du contact de forme annulaire 3 situé du côté de l'embouchure. La figure 3 montre l'agencement à un moment plus tardif pendant le processus d'accélération. Lorsque le courant i a atteint son maximum, l'interrupteur de court-circuit 15 est fermé, ce qui fait que le courant passe alors de la bobine dans l'agencement et que l'énergie électromagnétique ne peut plus revenir à la source de tension capacitive. On peut éviter d'avoir recours à la fermeture de l'interrupteur de courtcircuit 15 quand l'énergie électromagnétique prélevée du circuit du courant est si élevée, en raison de l'arc électrique qui est refroidi de façon intense, que l'énergie électromagnétique est déjà consommée avant qu'elle puisse retourner à la source de tension capacitive. L'arc électrique 16 qui brûle entre le fond 70 du projectile 7 et l'électrode 2 située du c8té de la culasse chauffe en outre le matériau de remplissage vaporisé 9 et adapte alors sa longueur. à la distance -5 d'accélération parcourue par le projectile. En outre, le matériau provenant du tube en matériau isolant 6 se vaporise. Il en résulte que le volume de gaz à l'arrière du projectile 7 s'échauffe de façon continue sur la totalité de sa longueur et que la pression du gaz est maintenue sensiblement constante dans l'espace et dans le temps pour la totalité du volume de ce gaz. Le fil 11 situé à l'avant du projectile 7 est alors capté dans l'évidement en forme de gobelet 17 du projectile 7 et ce cisaille lors de la sortie du projectile 7 hors du tube 1. Avec des projectiles 7 présentant une masse comprise entre 200 et 300 g, on peut atteindre des vitesses à l'embouchure comprises entre 3 et 4 km/s. Pour éviter une influence sur la stabilité du projectile due au cisaillement du fil à la sortie de l'embouchure et à la résistance de l'air relativement élevée qui s'oppose au projectile en forme de gobelet, le projectile - comme montré aux figures 4a et 4b - peut être lancé dans la pratique à l'aide d'une cage de poussée 40. Dans l'exemple représenté, la cage de poussée 40 est constituée de deux moitiés qui se déploient après la sortie de l'embouchure et libèrent le projectile 41 qui a avantageusement une forme aérodynamique. Pendant le processus d'accélération, le fil 42 est rassemblé dans l'une des deux chambres 43, 44 de la cage de poussée 40. Pour prévenir en cas de besoin un sectionnement du fil 42, ce fil 42 peut être dimensionné de manière à se vaporiser de façon explosive peu avant la sortie de l'embouchure. Pour éviter que le fil 42 ait besoin d'être relié à la main avant chaque tir au contact 3 situé du c8té de l'embouchure (voir figure 1), ce fil 42 peut être également relié à l'aide d'un petit dispositif de tir entre le projectile et l'électrode située du coté de l'embouchure (voir la description qui suit concernant la figure 5). Pour éviter que le fil ait besoin d'être capté à chaque processus de lancement, il peut être en outre disposé de manière à se vaporiser directement après le début du processus d'accélération et être remplacé par un plasma conducteur. Un exemple du petit dispositif de tir mentionné dans ce qui précède est montré à la figure 5. Cet agencement se différencie du précédent du fait qu'à la place - 6 d'un évidement en forme de gobelet, on dispose à la pointe du projectile à lancer 18 une petite fusée 19. A l'intérieur de la fusée 19 est placée une faible quantité d'une poudre formant une charge propulsive. Sur la fusée 19 est monté un dispositif de retenue de fil 190 dans lequel se trouve le fil 20. Pour amorcer l'accélération du projectile 7, la petite fusée 19 est raccordée à l'électrode 3 située du côté de l'embouchure, la poudre formant la charge propulsive étant allumée par exemple par un dispositif d'allumage électrique (non montré à la figure 5) (la vitesse de la fusée étant par exemple de 10 m/s). Le fil 20 est alors tiré depuis le projectile 18 jusqu'au contact 3 situé du coté de l'embouchure (voir figures 6 et 7). Quand la petite fusée 19 a quitté le tube 1 et quand le fil 30 a atteint le contact 3 situé du côté de l'embouchure et est entré en contact avec lui, l'écoulement du courant est amorcé. Le courant i qui monte rapidement provoque un échauffement brusque des deux fils 10 et 20 et finalement leur vaporisation. Il en résulte les arcs 22 et 23 montrés à la figure 7 entre l'électrode 2 située du côté de la culasse et le projectile 18, ou entre le projectile 18 et le contact 3 situé du côté de l'embouchure. La pression régnant dans l'espace situé entre le projectile 18 et l'électrode située du côté de la culasse 2 est considérablement plus élevée que celle régnant entre le projectile 18 et le contact 3 situé du côté de l'embouchure, du fait que le gaz chauffé dans le volume de gaz se trouvant à l'avant du projectile peut s'échapper du tube. Le projectile 18 est donc accéléré en direction de l'embouchure du tube. Le couplage de l'énergie se présentant sous forme électromagnétique dans le tube 1 s'effectue surtout dans le volume de gaz situé entre le projectile 18 et l'électrode 2 du fait que l'arc 22 en cet endroit est refroidi de facon extrêmement poussée par le matériau de remplissage 9 et que sa résistance ohmique est donc considérablement plus importante que la résistance ohmique de l'arc 3 entre le projectile 18 et l'électrode 3 située du côté de l'embouchure. -7- REVENDICATIONS 1. Dispositif de lancement d'un projectile (7, 18) placé dans un tube (1) fermé sur un côté, au moyen d'un plasma chauffé électriquement, comprenant deux électrodes (2; 70; 180) entre lesquelles brûle un arc électrique qui chauffe le plasma, la première des deux électrodes (2) étant.disposée du côté de la culasse, caractérisé en ce que la seconde électrode est constituée par le fond (70; 180) du projectile (7, 18). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le projectile (7, 18) est relié à l'électrode (2) située du c6té de la culasse par un fil électriquement conducteur (10) avant la création de l'arc. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le projectile (7, 18) est relié par un second fil électriquement conducteur (11, 20) à un contact (20) placé dans l'embouchure du tube avant la création du plasma. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, - caractérisé en ce que le projectile (7) comprend un évidement en forme de gobelet (17) pour y recevoir le second fil (11) lors du tir du projectile (7). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une petite fusée (19) est montée sur la partie formant l'ogive du projectile (18), et en ce que le fil électriquement conducteur (20) est placé dans un réceptacle à fil. (190) et est relié aussi bien au projectile (18) qu'à la petite fusée (19). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le projectile (7, 18) est monté sur une douille (8) en un matériau non conducteur, et en ce que la douille (8) est remplie d'un matériau pulvérulent ou fluide (9) et mauvais conducteur de l'électricité, et à forte teneur en hydrogène. 7. Dispositif selon la revendication 6, carac-térisé en ce que la douille (8) est remplie d'eau, d'huile, d'hydrure de lithium ou de poudre de polyethylene.