Brevet FR2634010A1 — publié le 19900112

LANCEUR D'ECLATS A TRES GRANDES VITESSES DESCRIPTION La présente invention concerne un lanceur d'éclats à très grandes vitesses, c'est-à-dire à quelques dizaines de kilomètres par seconde. De tels éclats peuvent être intéressants pour simuler des impacts de petits corps célestes, pour des essais balistiques ou pour l'étude de la fusion contrôlée par compression brutale de plasma par impact de l'éclat. De telles vitesses ne peuvent être atteintes par le simple placement d'un projectile devant une charge d'explosif selon le principe des canons ordinaires. On*a donc été amené à placer dans l'âme du lanceur, en aval du projectile, un second projectile de masse plus faible que celle du premier. Selon les équations bien connues des chocs (conservation de la quantité de mouvement et del'énergie), le projectile aval acquiert une vitesse plus grande que le projectile amont, si l'intégrité de ces projectiles est conservée après l'impact. Il est pour cela nécessaire que l'on interpose entre ces projectiles un matériau Léger très compressible. Ce matériau intermédiaire léger dont la compression atténue le choc évite ainsi l'écaillage du projectile aval. On a également employé à la place du matériau Léger une couche d'explosif qui présente sensiblement les mêmes propriétés mais qui permet en plus, par son auto-allumage, de constituer un étage propulsif qui accélère encore le projectile aval. Le principal problème rencontré alors est que la détonation de la couche d'explosif produit des pressions extrêmement élevées qui s'exercent sur le projectile aval et qui conduisent à sa destruction par fusion, désintegration ou mime vaporisation. Dans la pratique, les vitesses que l'on peut atteindre par ce procédé Sont donc limitées. L'invention permet de s'affranchir de ces inconvénients par une configuration nouvelle de la charge d'explosif par rapport au projectile aval, d'après laquelle on prévoit d'intercaler entre eux une lame d'air ou de tout autre gaz à pression suffisamment basse. Dans la pratique, l'air à pression atmosphérique convient fort bien, quoique le vide conduise à des résultats encore meilleurs. La charge d'explosif détone en effet par contact avec le projectile amont, et les produits de détonation peuvent alors se détendre entre la charge d'explosif et le projectile aval. La compressibilité des gaz est alors beaucoup plus importante, ce qui fait que les pressions transmises au projectile aval sont moins élevées, jusqu'à peut-être quatre fois moins. Ceci est suffisant pour éviter toute destruction du projectile aval. Il est alors possible et avantageux de placer en aval de cet étage propulsif constitué de la charge d'explosif et du projectile aval d'autres étages propulsifs de constitution semblable mais plus petits, aussi bien en ce qui concerne la masse du projectile que celle de la charge d'explosif. Le lancement se résume alors à une succession d'impacts de projectiles, chaque projectile accélérant le projectile situé immédiatement en aval. Des vitesses de plusieurs dizaines de kilomètres par seconde peuvent être obtenues avec un nombre suffisant d'étages propulsifs. Leb éclats sont soit constitués par le projectile aval lui-même - on est alors en présence d'un lanceur à éclat unique - soit portés par ce projectile aval, par exemple insérés dans des découpes adaptées à leur forme dans ce projectile. Dans sa forme la plus générale, L'invention est donc constituée d'un lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses comprenant, d'amont en aval dans une âme, une charge d'explosif amont, un projectile amont, caractérisé en ce qu'il comprend ensuite au moins un étage propulsif, les étages propulsifs étant en succession d'amont en aval dans l'âme et constitués chacun d'une chargé d'explosif, d'un projectile en aval de l'explosif, un intervalle occupé par du gaz ou le vide s'étendant entre l'explosif et le projectile, les projectiles ayant des masses décroissantes vers l'aval et les éclats se trouvant sur le projectile le plus en aval. Deux configurations principales sont exposées plus en détail plus loin: dans l'une d'entre elles, l'âme est cylindrique et les charges d'explosif sont planes ainsi que les projectiles ou plaques; dans la seconde, l'âme est conique et converge vers l'aval alors que les charges d'explosif et les plaques sont des portions concaves de cylindres ou de sphères creuses par exemple. Des règles d'étanchillonnage sont également données, qui montrent en particulier que les étages propulsifs ont avantageusement une configuration géométrique identique à une homothétie près. Un autre objectif de l'invention est de projeter les éclats sans perturber les essais par la projection de matière non souhaitée, provenant par exemple des débris de la plaque la plus en aval portant des éclats. A cet effet, on peut interposer en aval de ladite plaque un écran oblique par rapport à l'âme et qui est percé de lumières en face des éclats. Lors de la détonation, l'écran est normalement détruit par ces débris et projeté dans une direction proche de la direction normale à sa surface, pendant que les débris sont déviés par l'écran avant sa destruction dans une direction opposée. On va maintenant passer à la description des figures suivantes qui décrivent les principaux aspects de l'invention à titre illustratif et nullement limitatif: - La figure 1 représente une réalisation possible de l'invention, - la figure 2 représente une autre réalisation de l'invention, - la figure 3 représente une configuration possible de la plaque la plus en aval portant les éclats, - la figure 4 représente une autre configuration possible de cette plaque dans le cas ou l'éclat est unique, et - la figure 5 représente une réalisation différente de l'âme du lanceur. On trouve sur la figure I les composantes principales de l'invention. Une âme I abrite successivement, d'amont en aval, une charge d'explosif détonant amont 2, un projectile ou plaque amont 3, et un certain nombre d'étages propulsifs 4, ici au nombre de quatre, et qui sont constitués chacun, d'amont en aval, d'une charge d'explosif détonant 5, d'un intervalle 6 d'air ou de vide et d'une plaque 7. L'âme I peut être tubulaire ou, plus généralement, constituée d'une structure rigide dont l'assemblage assure la fixation de son contenu et le guidage longitudinal des plaques 3 et 7. Un assemblage de tiges longitudinales reliées par des cerces 16 (figure 5) peut ainsi convenir. Un espace inoccupé 12 apparait entre chaque étage 4, qui peut être rempli d'air ou de vide et dont l'épaisseur est suffisante pour permettre à chaque plaque 3 ou 7 de ne heurter la charge d'explosif 5 de l'étage propulsif suivant 4 qu'après avoir été suffisamment accélérés. Dans cette réalisation, l'âme 1 est par exemple cylindrique et les projectiles 3 et 7 sont des plaques planes, tandis que les charges d'explosif 5, les intervalles 6 et les espaces inoccupés 12 sont également des volumes sensiblement plans. Les étages propulsifs 4 vont s'amincissant d'amont en aval, tes rapports des épaisseurs de la charge d'explosif 5, de l'intervalle 6 et de la plaque 7 étant constants à l'intérieur de chaque étage propulsif 4; de plus, le rapport des épaisseurs de deux composants de même espèce, par exemple les plaques 7, est uniforme entre deux étages propulsifs 4 consécutifs quels que soient ces étages propulsifs 4. On obtient donc une configuration géométrique o chaque étage propulsif 4 peut être déduit des précédents par une homothétie de rapport constant ou légèrement variable d'un étage à l'autre. L'âme 1 est entaillée sur sa surface extérieure 8 par des rainures circonférentielles ou des gorges 9 étroites et profondes. Comme l'explique en effet le brevet français n 87 16888, l'onde de choc produite par la détonation circule plus vite dans l'âme 1 qu'à l'intérieur de celle-ci et se traduit par une contraction ou un pincement de l'âme 1 qui coince les projectiles. Les gorges 9 sont destinées à filtrer cette onde de choc. La charge d'explosif amont 2 dépasse partiellement de l'extérieur de l'âme 1, le lanceur étant dépourvu de culasse. La charge d'?xplosif amont 2 est mise à feu par un détonateur 10 relié à un dispositif quelconque de mise à feu 11. Ce détonateur amorce d'abord un générateur d'onde de détonation plane 2' faisant partie de la charge d'explosif amont 2 et de forme tronconique. Selon l'application envisagée, l'éclat que l'on cherche à lancer peut être constitué par la plaque la plus aval du lanceur, qui porte ici la référence 107, ou bien simplement par des éclats 20 de plus petites dimensions inclus dans cette plaque aval 107 dessinée également sur la figure 3. Les éclats 20 peuvent être selon les besoins de formes et de dimensions diverses. Ils sont insérés préalablement au lancement dans la plaque aval 107 après qu'on a opéré dans celle-ci des découpes appropriées et sont détachés de la plaque aval 107 au moment de l'explosion. Dans le cas o l'on recherche uniquement l'impact des éclats 20 sur une cible 21 représentée figure 1 en face de l'âme 1, il peut être intéressant d'interposer entre l'âme 1 et la cible 21 un écran 22 disposé obliquement par rapport à l'âme 1 et à la trajectoire des éclats 20. L'écran 22 est par exemple relié à l'extrémité aval de l'âme 1 par des tiges métalliques 23 et muni de lumières 24 situées en face des éclats 20 et parallèles à leurs trajectoires. Le lancement des éclats 20 s'effectue en agissant sur le dispositif de mise à feu 11 qui provoque donc la détonation, plane de préférence, de la charge d'explosif-amont 2. L'énergie produite par cette détonation provoque à son tour la mise en mouvement de la plaque amont 3 qui traverse le premier espace inoccupé 12. Un impact se produit avec la charge d'explosif 5 du premier étage propulsif 4 et conduit à la détonation de cette dernière. Les gaz d'explosion se répandent à pression relativement faible dans l'intervalle 6, si bien que la plaque 7 est accélérée sans choc excessif et n'est pas détruite par désintégration, fusion ou vaporisation. Comme la plaque 7 a une masse inférieure à la plaque amont 3, elle est projetée avec une vitesse plus importante, d'autant plus que la charge d'explosif 5 lui communique un surcroît d'énergie cinétique. La charge d'explosif 5 suivante détone ensuite dès qu'elle est heurtée par la plaque 7, et le processus se répète pour tous les étages propulsifs 4 jusqu'à ce que la plaque aval 107 soit à son tour atteinte. Les éclats 20 sont alors projetés vers la cible 21 suivant des trajectoires rectilignes 30 et atteignent celle-ci après avoir passé par les lumières 24. Les autres morceaux de projectile originaires des plaques 3 et 7 sont par contre interceptés par l'écran 22 contre lequel ils rebondissent avant d'être déviés selon les trajectoires 31. Eventuellement, l'écran 22 est lui- même détruit par ces impacts multiples et ses morceaux sont projetés suivant les trajectoires 32. Les trajectoires 31 et 32 passent donc, grâce à l'inclinaison de l'écran 22, en dehors de la cible 21 qui n'est atteinte que par les éclats 20. L'écran 22 n'est cependant pas toujours nécessaire. C'est par exemple le cas quand l'éclat que l'on veut projeter n'est autre que la plaque aval 107 elle-même. C'est encore le cas dans la configuration de la figure 4, o la plaque aval, référencée ici 207, n'est pas plane mais conique et s'amincissant en son centre o est logé un éclat unique 220. Cette configuration du projectile 207 convient lorsque les plaques 7 des étages antérieurs rebondissent sur les produits de détonation des charges avant 5 et 5'. Au cours de l'explosion, la plaque aval 207 commence par se déformer, puis se brise en fragments animés d'une vitesse centrifuge qui les écarte progressivement de l'éclat 220. Ce dernier peut être conçu avec une forme d'origine en pastille qui lui permet de se déformer au cours de la détonation pour acquérir finalement un bord avant 221 convexe et un bord arrière 222 concave qui lui confèrent une forme aérodynamique. Une autre réalisation préférée de l'invention est représentée figure 2. La plupart des éléments de la figure 1 s'y retrouvent avec des fonctions semblables et des formes différentes. C'est ainsi que l'âme 1' est de forme conique et s'effile vers l'aval en un cône d'angle au sommet 60 environ et dont le sommet est tout proche de la plaque aval 107'. La plaque aval 107' est donc de dimensions très petites par rapport au reste du lanceur, ce qui fait que cette solution est adaptée avant tout à une plaque aval 107' portant un éclat 20' unique. La plaque aval 107' est quasi plane et installée dans une embouchure 19' cylindrique de l'âme 1', alors que le reste de la surface interne 18' de l'âme 1' est conique et que la charge d'explosif amont 2', le projectile amont 3' et les composants des étages propulsifs 4', c'est-à-dire, comme précédemment et successivement, une charge d'explosif 5', un intervalle 6' et un projectile 7', sont en portions de sphères creuses perpendiculaires a la surface interne 18' de l'âme 1'. La surface externe 8' de l'âme 1' est entaillée de gorges 9' tandis que plusieurs détonateurs ' ou de préférence un dispositif générateur d'une onde de détonation sphérique (afin de réaliser une détonation plus brève de la charge d'explosif amont 2') sont reliés à un système de mise à feu 11'. Des espaces inoccupés 12' existent entre les étages propulsifs 4'. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est identique à celui de la figure 1. La principale différence est que la plaque aval 107' est accélérée avec une énergie plus importante et acquiert donc une vitesse plus élevée, toutes choses égales par ailleurs, qu'ayec le système de la figure 1. La configuration d'implosion cylindro-conique ou sphéricoconique ne permet pas de produire un grand nombre d'éclats. Une comparaison entre les réalisations des figures I et 2 peut être effectuée à l'aide des tableaux I et II dont le premier concerne un lanceur plan avec une âme cylindrique 1, et le second un lanceur sphérique avec une âme conique 1'. L'explosif est dans les deux cas de l'octolite et les projectiles sont en acier. La charge d'explosif amont a 400 mm d'épaisseur et le projectile amont 16 mm. Pour chaque étage propulsif, le rapport entre la masse d'explosif par unité de surface et la masse de projectile par unité de surface est égale à 0,5. Le rapport d'homothétie (épaisseur d'un élément d'un étage propulsif sur l'épaisseur correspondante dans l'étage propulsif précédent) est égal à 0,4. Pour le tableau II, le rayon extérieur de la charge d'explosif amont est égal à 550 mm. Les intervalles 6 ont, environ, une épaisseur une à deux fois égale à. celle des projectiles 7 à partir du deuxième étage, de même que les charges d'explosif 5. Les tableaux I et II indiquent donc, en fonction du numéro de chaque étage propulsif 4, l'épaisseur du projectile de l'étage propulsif en question et la vitesse qu'il atteint après la détonation. On constate que pour obtenir des vitesses élevées, il est nécessaire d'augmenter le nombre d'étages propulsifs et qu'alors la configuration d'implosion sphérico-conique devient beaucoup plus intéressante car les épaisseurs de plaques et d'éclats que l'on peut projeter sont alors beaucoup plus importantes, par rapport à la configuration plane, dans un rapport proche de 2 dès le premier étage et d'environ 500 au dixième étage. Pour un nombre d'étages important, seule la configuration d'implosion peut être raisonnablement envisagée. Mais d'autres formes concaves de projectiles 3' et 7' ainsi que de couches d'explosif 2' et 5' peuvent être utilisées. L'air qui occupe les intervalles 6 ou 6' doit pouvoir permettre la détente poussée des gaz produits par la détonation des charges explosives 5 ou 5'; la pression atmosphérique convient. Des résultats encore meilleurs pourront être obtenus si on réalise le vide dans les intervalles 6 et 6'. L'air peut aussi être remplacé par tout autre gaz. TABLEAU I Numéro d'étage 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 propulsif 4 épaisseur du projectile 3 16 6;4 2,56 1,025 0,41 0,165 0,065 0,026 0,01 0,004 0,0016 ou 7 (mm) Vitesse ac-. quise par le 3,855 5,78 8,19 11,2 14,97 19,68 25,56 32,92 42,12 53,6 67,2 projectile (Km/s) I TABLEAU II Numéro d'étage 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 propulsif 4' épaisseur du projectile 3' 16 11,78 8,68 6,4 4,715 3,47 2,56 1,88 1,39 1,02 0,75 ou 7' (mm) M Vitesse ac- quise par Le quiecpre 3,855 5,78 8,19 11,2 14,97 19,68 25,56 32,92 42,12 53,6 67,2 o projectile (km/s) > REVENDICATIONS 1. Lanceur d'au moins un éclat (20, 20') à très grandes vitesses comprenant, d'amont en aval dans une âme (1, 1') une charge d'explosif amont (2, 2'), un projectile amont (3, 3'), caractérisé en ce qu'il comprend ensuite au moins un étage propulsif (4, 4'), les étages propulsifs (4, 4') étant en succession d'amont en aval dans l'âme (1, 1') et constitués chacun d'une charge d'explosif (5, 5'), d'un projectile (7, 7') en aval de l'explosif (5, 5'), un intervalle (6, 6') occupé par du gaz ou le vide s'étendant entre l'explosif (5, 5') et le projectile (7, 7'), les projectiles (3, 3', 7, 7') ayant des masses décroissantes vers l'aval et les éclats (20, 20') se trouvant sur le projectile (107, 107') le plus en aval. 2. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme est une structure rigide assurant la fixation des étages propulsifs (4, 4') de la charge d'explosif amont et du projectile amont. 3. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme (1) est cylindrique. 4. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme (1') est conique et rétrécie vers l'aval. 5. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les projectiles (3, 7) et les charges d'explosif (5) sont plans. 6. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon l'une quelconque des revendications 2 à , caractérisé en ce que les projectiles (3', 7') et les charges d'explosif (5') sont de forme concave. 7. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les étages prorulsifs (4, 4') ont une configuration géométrique approximativement identique à une homothétie près. 8. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éclats (2C) sont insérés dans des découpes de la plaque (107) la plus en aval. 9. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon la revendication 8, dans lequel toutefois l'éclat est unique, caractérisé en ce que l'éclat (220) est dans une découpe au centre de la plaque la plus en aval (207), la plaque la plus en aval s'amincissant vers sont centre. 10. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le gaz occupant les intervalles (6, 6') est a une pression entre la pression atmosphérique et le vide. 11. Lanceur d'au moins un éclat à très grandes vitesses selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en ce qu'un écran (22) est interposé en aval de la plaque la plus en aval, obliquement par rapport à l'âme, et en ce que l'écran est percé de lumières (24) en face de chacun des éclats (20).