Brevet FR2633381A1 — publié le 19891229

I 2633381 La présente invention concerne un dispositif comportant un canon et un projectile y afférent dans lequel: - un tube-de post-accélération qui est remplis- sable avec du gaz explosif, est disposé coaxialement devant le tube de canon; et - le projectile coulissant sans jeu dans le tube de canon, est guidé dans le tube de post-accélération en conservant une certaine distance par rapport à une par- tie de la paroi interne dudit tube de post-accélération et présente un contour extérieur tel qu'entre la paroi interne du tube de postaccélération et la paroi externe du projectile se forme un diffuseur sur toute la longueur de ce dernier. Mais la présente invention s'applique aussi très expressément au canon, au projectile ou au tube de post- accélération décrit ci-après tout seul, respectivement. Afin d'augmenter la vitesse de sortie qu'on peut obtenir dans un tube de canon usuel, il a été pro- posé, avant tout sur le plan théorique, d'envoyer le projectile, lorsqu'il quitte l'embouchure du canon, à travers un canal coaxial au tube de canon et disposé en avant de lui, rempli de gaz explosif, et de concevoir le projectile par rapport à la section interne du canal cylindrique circulaire de façon que le volume libre intermédiaire situé entre ledit projectile et la paroi interne dudit canal, s'étendant de la pointe du projec- tile et à l'encontre de sa direction de vol, forme un diffuseur comme cela est aussi le cas dans un stato- réacteur. Si on déplace le projectile à travers le gaz explosif admis préalablement dans le canal formant le tube de post-accélération à une vitesse ultrasonore, il se développe sur le projectile une augmentation de pres- sion, comme cela est aussi le cas pour un diffuseur d'un stato-réacteur. Les ondes de poussée prenant naissance par suite de l'écoulement à vitesse ultrasonore échauf- fant le gaz explosif jusqu'à ce qu'il s'enflamme, l'élé- vation de pression qui en résulte engendre alors la poussée supplémentaire souhaitée sur la partie arrière convergente du projectile. Cette réflexion théorique a été vérifiée par un essai pratique, en tirant à partir d'un tube de canon lisse un projectile sous-calibré muni d'une surface de poussée dans un tube de post-accélération. Le tube de postaccélération était obturé à ses deux extrémités par une solide membrane qui devait résister à la forte pres- sion initiale dans celui-ci et était traversée par le projectile. Les extrémités des surfaces de guidage dépassant radiale- ment du corps du projectile coulissaient dans le tube de postaccélération lisse dont le calibre coïncidait ainsi avec celui du tube du canon. Un dispositif était prévu entre le tube du canon et le tube de post-accélération pour éloigner les parties constitutives de la surface de poussée indispensable dans le tube du canon pour for- mer une étanchéité pour les gaz. Bien que ce dispositif connu ait amené une augmentation de la vitesse du projectile, il présentait cependant une série d'inconvénients graves qui rendaient son utilisation pratique ultérieure très problématique. Ce projectile connu nécessite des surfaces de 3 63 338 guidage qui sont disposées longitudinalement, sont rigi- des et longues, afin de guider le projectile dans le tube de post-accélération. Naturellement de telles sur- faces de guidage présentent une grande résistance à l'air, ce qui est particulièrement défavorable dans le cas des grandes vitesses de vol envisagées. De plus la longueur radiale de ces surfaces de guidage ne peut pas être choisie à volonté, de sorte que le calibre du tube de post- accélération qui détermine les dimensions du diffuseur en liaison avec les dimensions du corps du projectile, ne peut pas être choisi de façon optimale. De plusv le tube de post-accélération doit présenter une surface interne usinée avec une haute pré- cision; des ouvertures dans la paroi du tube, par exemple pour l'introduction de gaz, sont problématiques; on ne peut pas utiliser des sondes de mesure ou des dis- positifs d'allumage qui émergent à l'intérieur du tube de post-combustion. Les membranes qui obturent le tube de post- accélération doivent pouvoir résister à la pression interne préconisée de 10 bars du gaz qui remplit le tube de post-accélération et sont donc très raides du fait du calibre relativement important et freinent ainsi le projectile de façon défavorable. Mais le plus difficile est d'éloigner la sur- face de poussée dont les éléments constitutifs ne doi- vent pas pénétrer dans le tube de post-accélération, car ils pourraient boucher le "diffuseur", c'est-à-dire le volume intermédiaire situé entre le corps du projectile et la paroi du tube. L'utilisation du tube de post-accélération connu avec un canon à tube étiré n'est pas possible. Etant donné cet état de la technique connu, le but de la présente invention est d'éliminer au moins par- tiellement les inconvénients ci-dessus mentionnés et de proposer de préférence un dispositif du type ci-dessus décrit, qui est plus approprié pour une application pratique effective que le dispositif connu, ou qui tout au moins permet d'envisager celle-ci. Suivant l'invention, ce dispositif est carac- térisé en ce que - le tube de post-accélération présente un plus grand calibre que le tube de canon; et - le tube de post-accélération possède au moins trois nervures de guidage disposées sur la périphérie interne à une certaine distance les unes des autres, s'étendant sensiblement en direction longitudinale du tube de post-accélération et délimitant par leurs sur- faces terminales internes formant des surfaces de guigage, un contour ayant une forme transversale qui correspond à celle de la section du projectile. Selon la présente invention, le tube de post- accélération présente des nervures de guidage qui s'éten- dent essentiellement en direction longitudinale dans ledit tube de postaccélération et font saillie sur sa paroi interne. Les surfaces longitudinales radiales internes de ces nervures de guidage qui sont au moins, et de préférence, au nombre de trois, délimitent un contour correspondant au calibre du projectile, c'est- à-dire au corps du projectile, de sorte que le projec- tile est guidé dans le tube de post-accélération par lesdites surfaces internes ou bien par leurs arêtes latérales. L'avantage primordial de la présente invention réside dans le fait que le projectile est guidé sur le corps du projectile lui-même, de sorte qu'il n'a pas besoin d'avoir des surfaces de guidge convenablement rigides et qu'il présente donc une moindre résistance à l'air. Simultanément une partie seulement de la surface interne du tube de post-accélération est destinée à coopérer avec le projectile. Ainsi le projectile ne nécessite pas de sur- face de poussée pour être propulsé dans le tube de canon lui-même, de sorte que l'on évite les problèmes qui sont liés au fait qu'il faut interdire aux éléments de la surface de poussée l'entrée dans le tube de post- accélération. Le tube de post-accélération présente au moins trois gorges internes s'étendant sensiblement en direc- tion longitudinale, séparé par les nervures de guidage, c'est-à-dire par leurs surfaces de guidage, gorges dont les surfaces ne viennent pas au contact du projectile; ainsi il n'est pas nécessaire de porter une attention particulière à la finition des surfaces de ces parties de la surface interne,du tube de post-accélération qui sont occupées par ces gorges. Plus important est cepen- dant le fait qu'il n'existe aucune contrainte pour le choix de la profondeur de ces gorges: on peut optimiser cette dernière de telle manière qu'il en résulte simulta- nément une section optimale pour la formation du "diffuseur" par une adaptation à la zone de vitesses considérée et par la composition optimale correspondante du mélange gazeux explosif, sans que la forme optimale initialement déjà donnée au projectile soit influencée pour autant. Par ailleurs il est possible, et même recommandé selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, de disposer les trous prévus dans le tube de post-accélération connu et destinés à la mise en place d'une sonde de mesure, ou à l'introduction de gaz, ou analogue, de telle manière dans le tube de post- accélération conforme à la présente invention qu'ils débouchent dans le fond desdites gorges. De ce fait, ces trous non seulement n'influencent pas le mouvement du projectile, mais encore il est même possible de monter dans ces trous des dispositifs qui émergent à l'inté- rieur du tube presque jusqu'au niveau des nervures de guidage. Ainsi il devient possible de procéder à des mesures dans des zones éloignées de la paroi; il est particulièrement important de rendre possible par une installation d'allumage complémentaire comme une bougie d'allumage, une action précise sur la détonation du remplissage en gaz explosif, car le déclenchement de cette détonation provoqué par la bougie d'allumage ne se produit plus à l'intérieur d'un perçage formant une espèce de chambre de pré-combustion, comme cela était le cas jusque là, mais il est produit directement à l'intérieur du tube par une bougie d'allumage qui émerge à l'intérieur même dudit tube. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que les deux membranes qui obturent le tube de post-accélération ont à recouvrir une distance plus faible que ce qui était nécessaire dans les tubes de post-accélération connus jusque là, car lesdites membra- nes peuvent être fixées sur les surfaces frontales des nervures de guidage. Ainsi lesdites membranes peuvent avoir une épaisseur plus faible que celle qu'elles avaient jusque là, ce qui diminue d'autant le freinage que celles-ci exercent sur le projectile et donc augmente l'efficacité du dispositif conforme à la présente invention. Le tube de post-accélération conforme à la pré- sente invention peut être directement rajouté au tube de canon proprement dit ou être réalisé en une seule pièce avec ce dernier; entre eux deux, il ne faut en fait ménager qu'une simple sortie d'air qui sert à la dériva- tion du coussin d'air propulsé vers l'avant par le pro- jectile, afin que celui-ci ne chasse pas le remplissage en gaz du tube de post-accélération. Les ouvertures de sortie d'air peuvent être situées au début du tube de post-accélération et déboucher dans les gorges, de sorte que les surfaces de guidage internes des nervures de guidage peuvent se raccorder directement avec l'alésage de l'âme du tube de canon. On évite ainsi tout mouvement libre du projec- tile qui est tout simplement désavantageux, ainsi que les inconvénients pouvant résulter de membranes dans lesquelles des ouvertures de sortie d'air devraient être ménagées. Mais il serait aussi possible, et éventuellement avantageux, de créer un alésage traversant pour le tube de canon et le tube de post-accélération et de prévoir un manchon d'étanchéité sur le projectile; dans ce cas, et à la fin du processus de chargement du canon, cet alésage complet serait rempli avec du gaz explosif qui serait repoussé par le projectile, durant l'accélération initiale de ce dernier, du tube de canon dans le tube de postaccélération o il serait alors comprimé. Après mise en place de la membrane du c8té de la bouche, le remplissage en gaz pourrait être commandé automatique- ment par le mouvement de verrouillage. Un tel canon serait déjà complètement utilisable en pratique, en comparaison avec le dispositif précédemment décrit qui ne peut finalement fonctionner que dans des conditions expérimentales de laboratoire. De préférence, le tube de canon est lisse et le projectile est réalisé de manière auto-stabilisante, par exemple par déplacement de son centre de gravité vers l'avant. Dans ce cas, on donne de préférence aux nervures de guidage une forme rectiligne; mais il serait également possible, et éventuellement avantageux de leur donner une forme hélicoïdale afin de conférer au projec- tile une légère rotation afin de minimiser les influences des irrégularités qui entraînent des déviations par rap- port au but visé. Un avantage spécifique de la présente inven- tion consiste cependant en ce qu'elle peut s'appliquer aussi à des canons ayant un tube étiré: dans ce cas, le calibre délimité par les faces internes des nervures de guidage correspond à celui des champs du rainurage du tube de canon, et la largeur de guidage desdites sur- faces ne dépasse pas la largeur desdits champs du tube de canon. De préférence, les surfaces de guidage forment le prolongement desdits champs, et présentent donc la même forme hélicoïdale avec le même pas que ces derniers. Dans le cas des nervures de guidage très hautes et étroites, il peut être par ailleurs avantageux que leur progression hélicoïdale en allant vers la bouche du tube de post-accélération soit dégressive, c'est-à-dire ait un pas croissant, et cela, en fait, dans une mesure telle que la rotation imprimée au projectile dans le tube de canon qui est totalement suffisante pour sa stabilisa- tion, soit simplement maintenue durant la post-accélération. La contrainte des nervures de guidage en direction péri- phérique est ainsi réduite à une valeur minimale. Mais inversement, il serait également possible, et éventuellement même avantageux dans certains cas, de prévoir un tube de post-accélération avec un pas d'hélice présentant une valeur plus faible ou une valeur progres- sivement croissante; dans ce cas, le tube de canon pourrait avoir une hélice qui ne soit pas tout à fait suffisante pour conférer au projectile la rotation néces- saire. Par cette disposition, on empêche la sortie pré- maturée du projectile hors du tube de canon ou on rend possible une plus grande accélération du projectile dans le tube de canon, de sorte que l'efficacité du disposi- tif selon la présente invention est également améliorée par une telle mesure. Il faut naturellement réaliser les nervures de guidage de telle manière qu'elles soient capables de transmettre les forces que doivent exercer ces nervures de guidage sur le projectile pour augmenter sa rotation. Finalement il est également possible de tirer avec le dispositif conforme à la présente invention un projectile sous-calibré qui peut même présenter des surfaces de guidage aérodynamiques optimisées dans le cas de la réalisation avec un tube lisse: dans ce cas, cette partie du contour externe du projectile qui forme le "diffuseur" en coopérant avec le fond de la gorge du tube de post-accélération est constitué au moins partiellement par la surface de poussée qui ne se déta- che du projectile lui-même qu'après avoir quitté le tube de postaccélération. Pendant que la surface de poussée traverse le tube de postaccélération, les segments de ladite surface de poussée sont maintenus réunis entre eux par les surfaces de guidage dudit tube de post- accélération. Ainsi il est possible de profiter égale- ment de tous les avantages de la présente invention avec des projectiles contrôlés par des surfaces de guidage ou sous-calibrés. Le gaz explosif est constitué de préférence par un mélange d'hydrogène ou d'hydrocarbures avec de l'oxygène et des gaz d'addition inertes tels que l'azote et l'hélium, de sorte que, par une modification du mélange d'azote et d'hélium la vitesse du son dans le mélange gazeux peut être ajustée et le nombre de Mach peut être maintenu dans une zone optimale, malgré les variations de vitesse du projectile. Il est ainsi possi- ble de régler le courant gazeux dans le "diffuseur" en fonction de la vitesse du projectile dans le tube de post-accélération de manière à obtenir toujours le degré d'efficacité optimal. Selon la zone de vitesse, la combustion se produira en régime sub-sonique comme dans un RAMJET ou en régime ultra-sonique comme dans le cas du SCRAMJET (allumé par une onde de détonation oblique). La présente invention sera décrite à titre d'exemple non limitatif avec plus de détails à l'aide 263 381 des dessins schématiques ci-joints qui représentent: - figure 1, une coupe longitudinale à travers une partie du tube de post-accélération selon la pré- sente invention, à l'instant o il est traversé par un projectile conforme à la présente invention; - figure 2, une représentation analogue à celle de la figure 1, cependant sous une forme encore plus schématique, des conditions de vitesses différentes de celles de la représentation de la figure 1 étant ici illustrées; et - figure 3, une coupe à plus grande échelle à travers le tube de post-accélération de la figure 1. Les figures 1 et 3 représentent un tube de post-accélération 1 en coupe longitudinale et transver- sale. Ce tube de post-accélération présente sur sa face interne trois nervures de guidage 2 disposées longitu- dinalement dans le tube et à égale distance les unes des autres, leurs surfaces de guidage 3 orientées vers l'in- térieur délimitant ainsi un contour circulaire qui est représenté en pointillé sur la figure 3. Entre les nervures de guidage 2 sont disposées des gorges longitudinales 4 dont le fond a, en section, une forme d'arc de cercle coaxiale aux surfaces de guidage 3. La transition entre le fond de la gorge 4 et les parois de la gorge qui forment les faces latérales des nervures de guidage 2, est fortement arrondie, afin que ces nervures de guidage 2 soient capables de suppor- ter de fortes contraintes transversales. La figure 2 montre un projectile 5 qui repose sur les surfaces de guidage 3 par sa plus grande section circulaire et se trouve ainsi à une certaine distance des fonds de gorge respectifs. Le projectile présente un nez pointu en forme de cone, une partie médiane 7 de forme cylindrique circulaire et une partie arrière qui va en se rétré- cissant en forme de tronc de cône. Le nez 6 du projectile forme donc par rapport à la paroi du fond de gorge de chacune des gorges 4 un volume intermédiaire dont l'importance va en diminuant dans le sens de l'avance du projectile 5, soit, sur la figure 1, de gauche à droite; le volume intermédiaire formé entre la partie arrière 8 du projectile et le fond des gorges va en s'agrandissant dans la même direction, et le volume formé entre la partie médiane 7 et le fond des gorges reste constant. Si le projectile 5 se déplace dans le tube de post-accélération 1, l'afflux d'air dans le volume intermédiaire libre situé entre le nez 6 du projectile et le tube de post-accélération est tel pour une vitesse de déplacement de l'air appropriée, qu'il se produit une compression ultrasonore; à nouveau, pour une vitesse de déplacement de l'air appropriée, il se produit une compression sub-sonique dans le volume intermédiaire situé entre la partie arrière 8 du projectile et le tube de post-accélération 1. Il se forme ainsi entre le projectile 5 et le tube de post-accélération 1 un diffuseur qui se déplace avec le projectile 5, qui est alimenté par le gaz explo- sif se trouvant dans le tube de post-accélération 1 et dont l'effet correspond au diffuseur d'un stato-réacteur qui donne naissance à une pression de chambre de combus- tion à la manière d'un compresseur. La zone située à droite du projectile (figure 1) ou, pour une circulation d'air appropriée, à droite du surpresseur ultrasonique (figure 2), se comporte en chambre de combustion. Sous l'effet des pointes de pres- sion qui en résultent, le gaz explosif est inflammé dans cette zone et explose, ce qui fait qu'il exerce une pres- sion sur la partie arrière du projectile. Du fait de la pression engendrée dans le diffuseur, une pénétration du front de l'explosion vers la partie avant du pro- jectile 5 n'est pas possible. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le projectile 5 en déplacement est alimenté dans le sens de la flèche en gaz explosif au repos à une vitesse supé- rieure à la vitesse du son dans ce gaz. Il se forme circulairement autour du nez 6 du projectile une onde frontale 9 qui se réfléchit sur la paroi du tube de post-accélération 1. Dans la zone de la partie arrière 8 du projec- tile, s'installe une onde de poussée plane 10 qui déli- mite vers l'avant une zone de pression élevée, dans laquelle la vitesse est située en dessous de la limite sonore, comme dans un stato-réacteur. Cette zone de pres- sion élevée s'étend jusqu'à la zone de combustion. La pression élevée agit sur cette section du projectile qui est située au niveau de l'onde de poussée 10. Dans la zone de combustion 12, la vitesse du courant gazeux s'élève jusqu'à la vitesse du son. Il s'agit donc dans l'exemple de réalisation de la figure 1 d'une combustion sub-sonique avec blocage thermique. La figure 2 représente de manière très schéma- tique le dispositif déjà illustré en détail sur la figure 1, la vitesse de circulation des gaz étant simple- ment plus élevée que celle de l'exemple de réalisation de la figure 1. A la différence de ce qui se passe dans la forme de réalisation de la figure 1, la vitesse du courant gazeux demeure dans le domaine des vitesses ultrasonores, aussi bien dans la zone de la partie arrière 8 du projectile, que derrière ledit projectile 5. Dans cet exemple de réalisation, la pression de détonation agit sur la totalité de la section du projectile 5. Par ailleurs, la figure 3 illustre la mise en place d'une ouverture d'entrée de gaz 14, d'une sonde de mesure 15 et d'une bougie d'allumage 16, à chaque fois dans une traversée de la paroi du tube de post- accélération 1. Ces dispositifs 14, 15 et 16 débouchent respectivement chacun dans le fond d'une gorge 4 et au milieu entre deux nervures de guidage 2. Comme le montre le dessin, la bougie d'allu- mage 16 émerge à l'intérieur du tube de post-accélération 1, mais se termine cependant avant le contour de guidage délimité par les surfaces 3 de guidage et représenté en pointillés sur la figure 3. Le tube de post-accélération 1 peut être dis- posé à l'avant d'un canon à hélium classique à un étage, qui confère au projectile 5 l'accélération nécessaire pour atteindre la vitesse ultrasonore. Le tube de post- accélération est destiné à former une pièce accessoire placée à l'avant d'un tube de canon classique dont le projectile est poussé de façon usuelle avec des moyens pyrotechniques. Par une adaptation appropriée du mélange de gaz qui est constitué de préférence par de l'hydrogène, de l'oxygène, de l'azote et de l'hélium, ce dernier servant au réglage de la vitesse du son dans le gaz, il est également possible d'optimiser la distance entre le fond des gorges et les surfaces de guidage 3 dans le tube de post-accélération représenté, et d'adapter celle-ci à la vitesse du projectile sans que, pour autant, une quelconque intervention sur la géométrie ou la cons- truction du projectile lui-même soit nécessaire. On peut ainsi atteindre un rendement balisti- que constant de l'ordre de 25%. La pression effective (définie ccmme étant la force exercée sur le projectile divisée par la surface de sa section utile) reste prati- quement constante jusqu'à une vitesse d'environ 2 300 m/s et diminue ensuite légèrement dans le cas ?633381 d'une combustion sub-sonique (exemple de réalisation de la figure 1, qui entre en ligne de compte jusqu'à une vitesse absolue du projectile d'environ 3 000 m/s). Elle s'élève au départ à environ 60% de la pression de pointe se développant lors de la combustion, pression pour laquelle le tube de post-combustion 1 et le projec- tile 5 doivent être prévus. Ceci signifie qu'ensuite la post-accélération du projectile 5 se fait sous une pres- sion constante située aux environs de 60% de la pression maximale et ne commence à diminuer lentement que pour une vitesse de projectile d'environ 2 300 m/s, si le tube de post-accélération est utilisé jusqu'à sa pres- sion maximale correspondant à sa résistance à la pres- sion, par une adaptation appropriée de sa pression de remplissage. Lors d'une combustion explosive, des pointes de pression relativement élevées surgissent et sont toujours situées à des niveaux de l'ordre de cinq fois plus élevés que la pression effective. Si la charge du tube de post-accélération est réduite jusqu'à cette zone en tenant compte de qui pré- cède, de manière que la pression maximale admissible pour le projectile et le tube de post-accélération ne soit pas dépassée, alors le projectile ne peut être accéléré qu'avec une pression effective d'environ 20% de cette valeur. Toutefois cette accélération peut être maintenue constante jusqu'aux environs de 6 000 m/s -à nouveau par une adaptation appropriée de la composi- tion initiale du gaz détonant-. Ci-dessus, il est entendu que le projectile est accéléré dans un tube de canon avant de pénétrer dans un tube de post-accélération. Mais il est égale- ment possible de choisir un autre mode de préaccéléra- tion, par exemple au moyen d'un champ électromagnétique, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif constitué par un canon et un projectile y afférent, dans lequel: - un tube de post-accélération qui est remplis- sable avec du gaz explosif, est disposé coaxialement devant le tube de canon; et - le projectile coulissant sans jeu dans le tube de canon, est guidé dans le tube de post-accélération en conservant une certaine distance par rapport à une partie de la paroi interne dudit tube de postaccélération et présente un contour extérieur tel qu'entre la paroi interne du tube de post-accélération et la paroi externe du projectile se forme un diffuseur sur toute la longueur de ce dernier, caractérisé en ce que - le tube de post-accélération (1) présente un plus grand calibre que le tube de canon; et - le tube de post-accélération (1) possède au moins trois nervures de guidage disposées sur la périphé- rie interne à une certaine distance les unes des autres, s'étendant sensiblement en direction longitudinale du tube de post-accélération (1) et délimitant par leurs surfaces terminales internes formant des surfaces de guidage (3), un contour ayant une forme transversale qui correspond à celle de la section du projectile (5). 2. Dispositif selon la revendication 1 ci- dessus, avec un tube de canon lisse, caractérisé en ce que les nervures de guidage (2) s'étendent en ligne droite. 3. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le tube de canon est étiré et que les nervures de guidage (2) présentent une forme en hélice et font suite aux champs du tube de canon. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le projectile est réalisé sous la forme d'un projectile (5) sans sur- face de poussée et que la forme du contour délimité en section par les surfaces de guidage (3) coïncide avec le calibre du tube de canon lisse, ou avec les champs de tube de canon étiré. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un équipement annexe (14, 15, 16) est disposé dans la paroi du tube de post-accélération (1) et, à chaque fois, entre deux ner- vures de guidage (2). 6. Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que ledit équipement annexe (16) émerge à l'intérieur du tube de post-accélération (1).