Brevet FR2630102A1 — publié le 19891020

La présente invention concerne un procédé de chargement et de remplissage de munitions par des-substances explosives, ainsi que l'appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'exigence de performances détoniques croissantes conduit à l'utilisation plus fréquente d'explosifs très énergétiques, dits à haute brisance, dont il faut bien sur améliorer, notamment au plan de la sécurité, les conditions demis en oeuvre. Une munition peut être remplie d'explosif principalement par des procédés de coulée ou de compression. Des explosifs très énergétiques, tels l'hexogène ou l'octogène, peuvent être mis en oeuvre dans ces procédés quand ils sont liés par un matériau plastique, tels les explosifs composites coulés ou des explosifs de compression à liants plastiques, ou liés par un explosif moins performant mais à bas point de fusion, telle la tolite dans les mélanges coulés type hexolite ou octolite. De façon générale, dans le domaine des chargements par coulée, la performance de la charge explosive finale est elle aussi obtenue en augmentant autant que possible la proportion de l'explosif de haute brisance. Ce but est atteint en optimisant soit la granulométrie pour favoriser la coulée, soit le compactage ou la sédimentation après la coulée. On peut utiliser des familles granulométriques spécifiques pour obtenir, au moment de la coulée, une meilleure répartition de la fraction solide représentant l'explosif le plus énergétique. On peut aussi réaliser un compactage ou une sédimentation, partielle ou artificielle, après l'étape de coulée, en maintenant par exemple le liant sous forme liquide, afin de permettre la mise en place ou l'homogénéisation de la partie représentant l'explosif le plus énergétique dans la charge explosive de la munition. Le brevet FR- 2 498 314 décrit un procédé de chargement de charges explosives, dont la densité et la teneur en composants hautement explosifs ou brisants sont améliorées. Le procédé de remplissage de moules par la composition explosive comprend une étape de vibration mécanique de ces moules, après une étape de fusion préalable et avant des étapes de sédimentation et de refroidissement. Ce procédé nécessite l'utilisation d'un appareillage complexe et lourd, qui n'est pas facilement utilisable dans une chaine de fabrication automatisée. En effet, il nécessite des moyens mécaniques importants pour imprimer un mouvement vibratoire simultané à un grand nombre de moules et à leur support indispensable , tel un chariot déplaçable.D'autre part, cette technique de sédimentation par vibrations mécaniques implique que la composition traitée contienne au moins deux composants explosifs distincts, ce qui est incompatible avec certaines exigences d'homogénéité. On connaît par ailleurs des procédés de chargement plus sophistiqués, comme des compressions à chaud, ou des coulées sous vide, mais qui ne peuvent pas être utilisés dans des chatnes de chargement automatisées à grandes cadences de fabrication. La présente invention propose un procédé et un appareillage pour le chargement et le remplissage de munitions qui remédient aux inconvénients relevés plus haut, en permettant d'améliorer la qualité et la performance du chargement, notamment en ce qui concerne sa densité et son homogénéité, et son adaptation à une chaîne de chargement automatisée. Pour ce faire, la présente invention a pour objet un procédé de chargement d'une munition en explosif à haute brisance, comportant des étapes successives de fusion, de coulée, de compactage et de refroidissement de l'explosif, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'application de vibrations ultrasonores à l'explosif entre l'étape de fusion et celle de refroidissement. Selon le cas, les vibrations ultrasonores peuvent être appliquées pendant l'étape de coulée, ou pendant l'étape de compactage, lequel est du soit à des vibrations, soit à une sédimentation, ou encore à une compression. Ainsi, on a découvert que l'utilisation d'ultrasons permettait un meilleur écoulement au niveau des vannes de coulée, et favorisait l'arrangement des particules solides au sein du liant, après la coulée ou après la phase de sédimentation. Elle permet de plus une vibration localisée des substances explosives. Enfin, cette technique est facilement automatisable. On connaît l'utilisation de vibrations ultrasonores dans divers autres domaines techniques et autres que celui des mises en oeuvre de substances explosives. Par exemple le brevet FR2 471 821 montre leur application pour faciliter des coulées d'acier. Les brevets FR- 2 500 336, et FR- 2 526 335 décrivent diverses variantes de vibrateurs ultrasonores pour le compactage de substances céramiques pulvérulentes lequel est très différent du compactage de suspensions solides dans un liquide. D'autres avantages du procédé selon l'invention apparattront à la lecture suivante de la description de divers modes de réalisation de dispositifs pour sa mise en oeuvre, sans caractere limitatif, en référence au dessin sur lequel - la figure 1 schématise un dispositif pour l'application d'ultrasons sur une munition chargée, tandis que, - la figure 2 schématise un dispositif pour l'application d'ultrasons sur une vanne de coulée. La figure 1 montre, de façon connue, un corps de charge 1 d'une munition, surmonté d'une réhausse 2, qui a servi à son remplissage par coulée par une composition explosive 3 comprenant par exemple un explosif solide en suspension dans un liant fondu. Le corps de charge cylindrique présente un fond conique constituant le revêtement métallique 4 de la charge. Le dispositif-est complété par une sonotrode 5 présentant une forme extérieure conjuguée à celle du revêtement et qui est par exemple appliquée sous ce revêtement. De façon connue, la sonotrode est reliée à un générateur d'ultrasons 6 et son système de commande pour la durée, la fréquence et l'amplitude du signal. Les particules solides ainsi mises en mouvement au sein de la phase liquide acquiérent un meilleur positionnement relatif. Grâce à cet empilement optimisé, on obtient des chargements à fort taux en explosifs hyperénergétiques, et plus homoge- nes en fonction du type de traitement de refroidissement qui leur est appliqué. La figure 2 montre une cuve d'homogénéisation 7 connue équipée d'un agitateur, présentant dans sa partie inférieure une vanne de coulée 8, de diamètre variable suivant la viscosité-des compositions explosives, le plus souvent fondues, utilisées, munie d'un robinet de coulée 9. Une sonotrode 10, reliée à un géné- rateur d'ultrasons 11 et à son système de commande, est appliquée latéralement au contact de la vanne de coulée, au niveau du robinet de coulée par exemple. Les vibrations ultrasonores favorisent alors l'écoulement de l'explosif, notamment pour les solutions de fortes viscosités. Divers essais ont été réalisés sur des mélanges d'explosifs constitués par des hexolites (75/25 et 70/30) contenus dans des éprouvettes cylindriques de diamètres voisins de 30 mm. L'application des ultrasons a permis d'obtenir avec une amplitude de 20 microns un gradient minimal donc la charge la plus homogène. On obtient également le meilleur coefficient de porosité et la masse volumique la plus élevée. L'amplitude du signal a une influence sur la qualité du produit final : la plus grande 40 microns permet d'obtenir la meilleure concentration en explosif cristallin supérieure de 1% à celle obtenue sur une éprouvette non vibrée mais génère aussi le taux de porosité le plus important +1%, la plus faible 10 microns donne des résultats légèrement inférieurs à la normale en ce qui concerne les concentrations (-1%) mais améliore la porosité (-0,5%). Une amplitude moyenne 20 microns donne des résultats légèrement supérieurs à la normale. On constate qu'un temps d'application long n'améliore pas la concentration en explosif cristallin mais augmente la porosité du chargement. Les meilleurs résultats ont été obtenus pour des temps d'application de l'ordre de la seconde. REVEND ICAT IONS 1 - Procédé de chargement d'une munition en explosif à haute brisance, comportant des étapes successives de fusion, de coulée, de compactage et de refroidissement de l'explosif, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'application de vibrations ultrasonores à l'explosif entre l'étape de fusion et celle de refroidissement. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vibrations ultrasonores sont appliquées pendant l'étape de coulée. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vibrations ultrasonores sont appliquées pendant l'étape de compactage par vibrations. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vibrations ultrasonores sont appliquées pendant l'étape de compactage par sédimentation. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vibrations ultrasonores sont appliquées pendant l'étape de compactage par compression. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les vibrations ultrasonores présentent une fréquence de l'ordre de 20 Khz, une amplitude comprise entre environ 10 à-40 micromètres, et sont appliquées pendant une durée de l'ordre de 0,5 à 10 secondes. 7 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1,4 ou 6, comprenant un corps de charge (1) fermé dans sa partie inférieure par un revêtement (4), caractérisé en ce qu'il comporte une sonotrode (5), de forme conjuguée à celle du revêtement et placée sous celui-ci, et reliée à un générateur d'ultrasons (6). 8 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendication 1,2 ou 6, comprenant une cuve d'homogénéisation (7) équipée d'une vanne de coulée (8) fermée par un robinet de coulée (9), caractérisé en ce qu'il comporte de plus une sonotrode (10) appliquée sur le robinet de coulée et reliée à un générateur d'ultrasons (11).