Brevet FR2627272A1 — publié le 19890818

La présente invention concerne une enveloppe métallique d'une munition destinée à contenir une charge explosive confinée, son procédé de fabrication et son application à la prévention de la détonation en cas d'incendie. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication des munitions contenant des explosifs. Les munitions telles que les obus, les bombes, les torpilles ou les grenades, comportent une enveloppe métallique épaisse et fragmentable à l'intérieur de laquelle une charge explosive est confinée. En cas d'incendie, l'élévation de température d'une charge explosive confinée provoque sa déflagration et, par suite, la transition de la déflagration en détonation. Ce phénomène entraîne la projection des éclats de l'enveloppe métallique, ce qui est très dangereux pour les équipes de secours qui luttent contre l'incendie des entrepôts ou soutes, dans lesquels des munitions sont stockées. A bord des navires de guerre, un incendie peut entratner l'explosion d'une première charge qui entraîne à son tour, l'explosion d'autres charges, ce qui peut causer des avaries très importantes au navire et même le naufrage de celui-ci. Ce risque est particulièrement important à bord des po,rte-avions dans le cas où des avions chargés de bombes atterrissent pendant un incendie ou en étant eux-mêmes en feu. Afin de prévenir ce risque, on connast les solutions ci-après applicables aux munitions. I1 est possible d'utiliser des protections thermiques passives ou actives, c'est-à-dire absorbant la chaleur par une décomposition physico-chimique. Ces protections sont mises en place lors du stockage de la munition, mais elles doivent être enlevées lors d'un usage opérationnel alors que les risques sont les plus importants. Ces protections peuvent également être incorporées à la munition mais cette solution conduit à diminuer sa charge utile et par conséquent son efficacité. D'autre part; des systèmes d'éjection permettant de libérer la charge explosive de son confinement en découpant son enveloppe, soit par cordeau détonant, soit en expulsant des éléments de celle-ci, peuvent être utilisés. Ces solutions présentent l'inconvénient d'ajouter à l'incendie un risque de projections dangereux pour les équipes d'intervention. Par ailleurs, il est connu d'utiliser des systèmes de refroidissement, mais ils ont pour inconvénient de nécessiter une installation spécifique autour de la munition, ce qui est peu compatible avec un usage opérationnel. Enfin, il est possible de recourir à des explosifs moins sensibles à l'incendie, notamment des explosifs du type composite mais ces explosifs ont l'inconvénient de présenter un coût élevé. Dans le domaine des propulseurs, il est connu d'utiliser des moyens de décharge de la pression tels que des systèmes claquables, des cordeaux découpeurs munis de contacteur thermique, des pastilles de substances thermiques se décomposant à la température pour libérer une ouverture. Toutefois, ces dispositifs ne sont pas applicables à des charges explosives, étant donné que, dans ce dernier cas, les pressions sont plus élevées et les temps de réponse doivent être beaucoup plus courts. L'invention a pour but de proposer des moyens pour éviter en cas d'incendie les risques de détonation d'une munition confinée dans une enveloppe métallique qui permet, en premier lieu, de ne pas restreindre l'emploi opérationnel de la munition, en deuxième lieu, d'avoir un temps de réponse très court afin de libérer de leur confinement des explosifs réputés très sensibles à l'incendie, tels l'hexolite, et enfin de ne pas provoquer de projections susceptibles d'empêcher les équipes d'intervention de lutter contre l'incendie. Conformément à la présente invention, la détonation des charges explosives confinées dans une enveloppe est évitée, en cas d'incendie grâce à des moyens qui permettent l'échappement hors de l'enveloppe des gaz issus de la décomposition de l'explosif à une température inférieure à celle qui entrain la transition en détonation de l'explosif Pour ce faire, l'invention a pour objet une enveloppe métallique d'une munition destinée à contenir une charge explosive confinée, caractérisée en ce qu'elle comporte des orifices qui sont obturés, de façon étanche, par un matériau qui fond à une température inférieure à la température de transition de déflagration en détonation de la charge explosive. Ainsi, si des munitions telles que des bombes ou des obus ou des charges de missiles se trouvent placées accidentellement dans des flammes, par exemple dans un incendie, l'élévation de température de l'enveloppe se propage au matériau qui obture les orifices et celui-ci fond à une température nettement inférieure à la température de détonation de la charge explosive. Celle-ci s'enflamme et les gaz provenant de la combustion s'évacuent par les orifices de l'enveloppe, de sorte que la pression à l'intérieur de l'enveloppe reste faible et l'explosif contenu dans celle-ci brûle sans détoner et sans faire éclater l'enveloppe en projetant des éclats. Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque orifice est bouché par un bouchon métallique en un alliage de plomb, étain et antimoine ayant un point de fusion compris entre 900C et 1100C. La limite inférieure de 900C est choisie de telle sorte que les bouchons ne risquent pas de fondre lorsque lesmunitions sont stockées au soleil. La limite supérieure est choisie de façon à être nettement inférieure à la température de transition en détonation des explosifs les plus sensibles qui s'enflamment vers 1800C. Selon un autre mode de réalisation, la charge explosive est enveloppée dans une feuille mince d'étain qui est placée contre la face interne de l'enveloppe et qui masque les orifices et les orifices sont obturés par une cire. En cas d'élévation anormale de la température de l'enveloppe, la cire et la feuille d'étain fondent et libèrent les orifices avant que la charge explosive ne risque de détoner. Le résultat de l'invention est la possibilité de fabriquer des munitions contenant une charge explosive confinée dans une enveloppe qui brûle sans détoner lorsqu'elle se trou-. ve placée accidentellement au contact des flammes. Un avantage important des munitions selon l'invention réside dans le fait qu'en cas d'incendie des magasins ou des soutes dans lesquelles elles sont entreposées, elles ne projettent pas des éclats de métal qui interdisent l'approche du personnel de lutte contre l'incendie. Les munitions selon l'invention sont particulièrement adaptées pour être embarquées sur des navires de guerre et sur des avions de porte-avions, du fait qu'elles réduisent les risques d'avaries des navires en cas d'incendie se propageant aux soutes à munitions. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de réalisation de munitions selon l'invention. La figure 1 représente une coupe axiale partielle d'une munition selon l'invention. La figure 2 est une coupe transversale de la figure 1. La figure 3 est un schéma géométrique. Les figures 4 et 5 représentent respectivement une coupe axiale partielle et une coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation d'une munition selon l'invention. La figure 1 représente une coupe axiale partielle d'une munition, par exemple d'une bombe, d'un obus, d'une torpille, d'un missile, qui comporte une enveloppe métallique épaisse 1 contenant une charge explosive 2. Si une telle munition est placée accidentellement au contact de flammes, par exemple en cas d'incendie, la température de l'enveloppe puis celle de l'explosif s'élèvent rapidement. L'explosif s'enflamme en dégageant des gaz qui restent emprisonnés dans l'enveloppe, de sorte que la pression à l'intérieur de l'enveloppe crott et on atteint très rapidement une température et une pression auxquelles l'explosif détone en provoquant l'éclatement de l'enveloppe 1 et en projetant des éclats de métal très dangereux. Les figures 1 et 2 représentent une enveloppe 1 qui comporte des orifices 3 de forme quelconque, généralement cylindriques. Chaque orifice 3 est obturé de façon étanche par un bouchon métallique 4, qui est composé d'un alliage ayant un point de fusion très bas et nettement inférieur à la température de transition en détonation de l'explosif. Avantageusement, les bouchons 4 sont composés d'un alliage de plomb, étain et antimoine connu sous la dénomination d'alliage de DARCET, qui a un point de fusion compris entre 900C et 1100C. La limite inférieure de 900C est choisie de telle sorte que les bouchons 4 ne risquent pas de fondre lorsque les munitions sont exposées au soleil sous les climats les plus chauds. La limité supérieure de 110 C est nettement inférieure à la température de transition de déflagration en détonation des explosifs les plus sensibles qui est de l'ordre de 1800C. La température de transition de déflagration en détonation en enceinte confinée de la plupart des explosifs militaires se situe entre 1800C et 3500C. Dans le cas où la munition contient des explosifs moins sensibles ayant une température de transition de déflagration en détonation relativement élevée, on peut utiliser des bouchons 4 composés d'un alliage ayant une température de fusion supérieure pouvant aller jusqu'à 1200C environ. Les figures 1 et 2 représentent un mode de réalisation préférentiel dans lequel les orifices 3 sont uniformément répartis sur toute la surface de l'enveloppe 1. En cas d'élévation accidentelle de la température de l'enveloppe, les bouchons 4 fondent bien avant que la température et la pression dans l'enveloppe n'aient atteint une valeur où la détonation de l'explosif se produit. Une fois les bouchons 4 fondus, les gaz provenant de la décomposition de l'explosif 2 s'évacuent à travers les orifices 3 bien avant que la transition de déflagration en détonation de l'explosif ne se produise. L'explosif continue à brûler en régime déflagrant sans éclatement de l'enveloppe. La section des orifices 3 et leur espacement sont calculés en fonction des caractéristiques physiques de l'explosif, de façon à éviter la transition de déflagration en détonation. La forme des orifices peut être déterminée en fonction d'autres considérations (telle la fragmentation), pourvu que les conditions de débits soient respectées. I1 existe une section minimale et un espacement maximal des orifices, tels que le débit des gaz de décomposition soit suffisant pour éviter l'élévation de pression dans 1 'enveloppe. La figure 3 représente une coupe partielle d'une enveloppe 1 et de deux orifices voisins 3a, 3b situés à une distance d. A partir de ces orifices, la combustion se propage dans l'explosif suivant des surfaces shpériques sensiblement tangentes à l'enveloppe qui sont représentées en pointillés et dont les diamètres vont en croissant jusqu'à ce que les surfaces S1, S2 se recoupent. Soit At la section d'un orifice et Ab la surface d'émission à l'intérieur de chaque surface sphérique S1, S2. On sait calculer le rapport Ab/At par une formule connue Ab/At = CD/p.a.Pn~l dans laquelle CD est un coefficient constant qui dépend de la forme des orifices et de la nature de l'explosif, e est la masse volumique de l'explosif, P est la pression limite de transition en détonation, n est un exposant dit de vitesse de combustion et a est un rapport égal à v/pn, v étant la vitesse de combustion de l'explosif et p la pression dans le volume intérieur à la surface S1 ou S2. On démontre que le rapport entre l'espacement des orifices d et le diamètre de ceux-ci, doit être inférieur ou égal à Ab/4At. On peut choisir des sections nettement supérieures au seuil calculé et des orifices plus rapprochés, mais on doit rester dans des limites qui ne risquent pas de diminuer l'efficacité des munitions destinées à produire des éclats et qui ne risquent pas également de réduire excessivement la ré sistance mécanique des enveloppes. Dans la pratique, quel que soit l'explosif et quel que soit le calibre des munitions, on obtient un bon résultat avec des orifices ayant un diamètre compris entre 2 mm et 5 mm et une distance entre orifices comprise entre 20 mm et 40 mm. Les bouchons 4 peuvent être coulés dans les orifices 3. Toutefois, les enveloppes métalliques 1 sont composés généralement d'aciers spéciaux afin de favoriser l'éclatement de l'enveloppe et le fait de couler un alliage fondu dans les orifices 3 peut modifier la structure du métal de l'enveloppe. Pour cette raison, on coule avantageusement les bouchons 4 dans des moules, puis on les emmanche à froid dans les orifices 3. Après avoir emmanché les bouchons, on usine la surface interne et externe de l'enveloppe. Avantageusement les bouchons 4 sont enduits de colle avant d'être emmanchés dans les orifices 3, de sorte que l'obturation des orifices est étanche. Après mise en place des bouchons, on vérifie l'étanchéité. Le matériau composant les bouchons 4 doit avoir un point de fusion très bas, de l'ordre de 1000 à 2000 et une bonne conductibilité thermique. Les alliages de type DARCET conviennent bien à cet usage, mais on peut utiliser d'autres alliages ayant des propriétés équivalentes. Les figures 4 et 5 représentent une variante de réalisation de l'invention respectivement en coupe axiale et transversale. Dans cette variante, l'explosif 2 est enveloppé dans une feuille mince 5 qui est placée contre la face interne de l'enveloppe et qui masque les orifices 3. La feuille 5 est par exemple une feuille d'étain ayant une épaisseur comprise entre 0,05 mm et 0,5 mm, qui fond vers 230 C. Cette solution est utilisable seulement avec des explosifs ayant une température de transition de déflagration en détonation supérieure à 2500C. Dans cette variante, les orifices 3 sont obturés avec un bouchon de cire 6. Dans les deux modes de réalisation, l'explosif 2 peut être du type coulé-fondu ou du type composite. Il peut être coulé ou moulé directement dans l'enveloppe 1. L'explosif peut également être sous la forme d'un bloc préfabriqué qui est placé ensuite dans l'enveloppe en intercalant des cales entre le bloc d'explosif et la face interne de l'enveloppe. Dans ce cas, les cales doivent être positionnées de telle sorte qu'elles n'obturent pas les orifices 3. Dans le cas d'une enveloppe préfragmentée comme les enveloppes quadrillées des grenades, les orifices 3 sont placés avantageusement aux noeuds des rainures du quadrillage et ils servent alors à amorcer la fragmentation et à faciliter celle-ci. - REVENDICATIONS 1- Enveloppe métallique (1) d'une munition destinée à contenir une charge explosive (2) confinée, caractérisée en ce qu'elle comporte des orifices (3) qui sont obturés, de façon étanche, par un matériau qui fond à une température inférieure à la température de transition de déflagration en détonation de la charge explosive. 2- Enveloppe selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque orifice (3) est obturé par un bouchon métallique (4) en un alliage de plomb, étain et antimoine ayant un point de fusion compris entre 900C et 1100C. 3 - Enveloppe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices (3) uniformément répartis sur sa surface présentent une section circulaire de-diametre compris entre 2 mm et 5 mm et que la distance entre deux orifices adjacents est comprise entre 20 mm et 40 mm. 4 - Enveloppe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge explosive (2) est enveloppée par une feuille mince d'étain (5) placée contre la face interne de l'enveloppe (1) et que les orifices (3) sont obturés avec de la cire. 5 - Procédé de fabrication d'une enveloppe selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes 1) on coule les bouchons (4) dans des moules, 2) on emmanche les bouchons à froid dans les orifices (3) 3) on usine la surface interne et externe de l'enveloppe. 6 - Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bouchons (4) sont enduits de colle avant d'être emmanchés dans les orifices.