Brevet FR2624596A1 — publié le 19890616

Cette invention a pour objet un canon électromagnétique et ses projectiles. Il est connu de fabriquer un dispositif nommé accélérateur de particules chargées qui comporte deux rails-électrodes parallèles comprenant, dans l'espace vide qui les sépare, une substance conductrice de l'électricité. Lorsqu'un courant électrique très important passe entre les électrodes par l'intermédiaire de la substance conductrice de l'électricité, il se crée des champs électrique et magnétique intenses. Cela a pour conséquence l'accélération de la substance conductrice de i o l'électricité le long de l'entrefer situé entre les rails-électrodes, accélération due à la force résultant de l'lnteraction du champ magnétique existant entre les rails-électrodes et les particules en déplacement dans la substance conductrice. Toute substance conductrice peut être accélérée de cette manière. Par exemple, Il est bien connu de créer un plasma conducteur de courant entre deux rails-électrodes par déchargement d'un condensateur à accumulation pour vaporiser de façon explosive un.conducteur électrique logé entre les rails-électrodes. La configuration normale d'un accélerateur à plasma est telle-qu'un champ magnétique est créé derrière le plasma qui est perpendiculaire au courant passant à travers le plasma. La force perpendiculaire résultante s'exerçant sur le plasma accélère ce dernier le long de l'entrefer séparant les rails-électrodes. Des accélérateurs de particules chargées ou, comme ils sont quelquefois nommés, canons à rails, peuvent être utilisés comme des systèmes d'arme efficaces. La substance conductrice de l'électricité située entre les rails-électrodes peut avoir la forme d'un projectile. Si l'on fait passer un courant électrique d'une force suffisante à travers les railsélectrodes et le projectile, on peut obtenir une accélération du 1 o projectile très importante. Dans une autre réalisation d'accélérateur à particules chargées, une substance non conductrice telle qu'une céramique peut être utilisée comme projectile. L'accélération d'un projectile non conducteur de ce type est obtenu par la création d'un plasma derrière le projectile, de sorte que l'accélération du plasma i 5 provoque l'accélération résultante du projectile. L'inconvénient de tels systèmes réside en ce qu'ils tendent à n'être efficaces que pour l'accélération rapide de petits projectiles et que l'interaction entre le projectile ou le plasma et les électrodes-rails pose souvent des problèmes. Ainsi, dans le cas de projectiles conducteurs de l'électricité massifs, un système efficace de contact électrique doit être établi entre le projectile et les rails-électrodes et, dans le cas d'un plasma, les électrodes peuvent être gravement endommages sur leur longueur, étant soumises à l'attaque du plasma chaud. Si l'on désire accélérer des projectiles plus grands que ceux qui peuvent être accélérés efficacement par un accélérateur de particules chargées et éviter le problème posé par l'interaction du projectile et des rails-électrodes, on peut utiliser un accélérateur à induction linéaire. Un accélérateur à induction linéaire approprié peut comporter un tube ou un cylindre destiné à contenir et à diriger le projectile qui doit être accéléré, ainsi qu'une pluralité d'inducteurs ayant la forme de bobines qui sont agencées en série le long du cylindre. Si les inducteurs Z624596 sont activés séquentiellemenrt par le passage d'un fort courant à travers eux, une série de champs magnétiques est.créée, qui aqit sur le projectile et l'accélère le long du cylindre. Ainsi, comme il n'est pas requis qu'un courant s'écoule du cylindre vers le projectile, le contact physique entre eux n'est pas nécessaire, ce qui permet d'éviter les problèmes d'interaction électrodes/projecttles. Cependant, bien qu'un accélérateur à Induction linéaire soit capable d'accélérer des projectiles plus Importants que ne peut le faire un accélérateur à particules chargées, il n'est pas aussi efficace. De façon plus spécifique, lorsque le courant alimentant les Inducteurs cesse, les champs magnétiques qu'ils avaient créés disparaissent et induisent une e.m.f. dans les inducteurs, ce qui se traduit par une perte d'énergie. Un objet de la présente Invention est un canon électromagnétique capable d'accélérer des projectiles qui aient une masse supérieure à celle des projectiles qui peuvent être accélérés efficacement et de façon appropriée par un accélérateur à particules chargées et qui soit plus efficace qu'un accélérateur à induction linéaire. Selon la présente invention, un canon électromagnétique comporte - un cylindre pour, en fonctionnement, contenir et dirtger un projectile conducteur de l'électricité, - au moins un inducteur configuré et agencé de sorte que, quand Il est activé électriquement, il crée un champ magnétique a l'intérleur. dudit cylindre, lequel champ est orienté de telle façon qu'il accélère le long dudit cylindre tout projectile situé dans ledit cylindre, et - au moins une paire de rails-électrodes parallèles, positionnés, par rapport au mouvement du projectile, en aval d'au moins la plus grande partie du champ magnétique créé par ledit inducteur active, et alignés en outre avec la direction du mouvement du projectile, lesdits ralls-électrodes étant connectés électriquement en parallèle avec ledit inducteur et positionnés de telle façon dans ledit cylindre qu'ils sont interconnectés électriquement par tout projectile lors de son passage entre lesdites électrodes pour court-circuiter ledit inducteur. L'invention va maintenant être décrite au moyen d'exemples avec référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique d'un type de canon électromagnétique selon la présente invention, ainsi que de son unité de puissance associée; la figure 2 est une représentation schématique d'une portion du circuit électrique du canon électromagnétique représenté sur la figure 1, la figure 3 est une représentation schématique d'une autre forme de canon électromagnétique selon l'invention, ainsi que de son unité de puissance associée la figure 4 est une représentation schématique d'une portion du circuit électrique du canon électromagnétique représenté sur la figure 3; la figure 5 est une vue de côté d'un projectile propre à être utilisé dans un canon électromagnétique selon la présente invention, représentant sa disposition par rapport à une portion du canon électromagnétique; et, la figure 6 est une vue en coupe de la figure 5 selon la ligne A-A. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit qu'un canon électromagnétique, désigné dans son ensemble par le chiffre de repère , comporte un cylindre 1 1 ayant un alésage 12 de section octogonale, lequel cylindre, en fonctionnement, contient un projectile 13 qui a une section correspondante sur la plus grande partie de sa longueur. Le cylindre 11 est entouré par quatre inducteurs similaires 14, 15, 16 et 17, bien qu'il doive être entendu qu'un nombre inférieur ou supérieur d'inducteurs puisse être également utilisé si on le désire. Chacun des inducteurs 14, 15, 16 et 17 a la forme d'un enroulement annulaire qui est positionné par rapport au cylindre 11 de façon à être coaxial à l'axe 18 dudit cylindre. Les inducteurs 14, 15, 16 et 17 sont tous connectés électriquement en para lèle, par l'intermédiaire d'inducteurs additionnels 19 et 20, à la sortie d'un générateur homopolaire 21. Le générateur homopolaire 21 est de construction conventionnelle et est entrainé par deux moteurs à turbine à gaz similaires 22 et 23, qui sont également de construction conventionnelle. Le générateur homopolaire 21 est agencé de façon à fournir une sortie électrique de courte durée très importante. Les inducteurs 14, 15, 16 et 17 sont agencés de façon que, lorsqu'ils sont activés électriquement par la sortie électrique importante du générateur homopolaire, Ils créent chacun un champ magnétique qui tend à accélérer le projectile 13 le long du cylindre 11. Pour produire une accélération progressive du projectile 13, les Inducteurs 14, 15, 16 et 17 sont activés séquentiellement par une série de commutateurs 24. De la sorte, le premier inducteur 14 est activé pour accélérer le projectile 13 le long du cylindre 1i1 jusqu'à ce qu'il atteigne le second inducteur 15, a la suite de quoi, le second inducteur 15 est activé pour accélérer le projectile 13 le long du cylindre Jusqu'au troisième inducteur 16 et ainsi de suite. Un accélérateur à induction linéaire est ainsi défini par les inducteurs 14, 15, 16 et 17. L'inconvénient des canons électromagnétiques dont le fonctionnement ne repose que sur les champs magnétiques créés par les inducteurs 14, 15, 16 et 17 pour accélérer le projectile 13, est que l'énergie emmaganisée dans les inducteurs 14, 15, 16 et 17 est perdue lorsque le courant alimentant les inducteurs 14, 15, 16 et 17 est discontinu Cette énergie peut être exprimée par la formule 1/2 12 L, o I est le courant circulant à travers l'inductance et L est l'inductance de l'inducteur. La présente invention cherche à utiliser cette perte d'énergie pour fournir une accélération additionnelle au projectile 13. On obtient ce résultat en prévoyant des rails-élettrodes à l'intérieur du cylindre 11, qui sont électriquement connectés en parallèle aux les inducteurs 14, 15, 16 et 17. De façon plus spécifique, chaque inducteur 14, 15, 16 et 17 est connecté à une paire de ràils-électrodes parallèles 25, comme on peut le voir clairement sur la figure 2. Chaque paire de rails-électrodes est logée dans l'alésage 12 du cylindre 1i1 de façon à être située, par rapport au déplacement du projectile 13, immédiatement en aval de son inducteur associé 14, 15, 16, et 17, respectivement. En outre, chaque paire de rails-électrodes 25 est alignée avec l'alésage 12 du cylindre et est positionnée de façon à établir un contact électrique avec le projectile 13 lorsqu'il passe entre les électrodes. Apres que le projectile 13 a été accéléré le long du cylindre t 1 par le champ magnétique créé par l'inducteur 14, Il passe entre les rails- électrodes 25 connectés électriquement à l'inducteur 14. Une partie du 1io projectile 13 est conducteur de l'électricité de façon que, aussitôt que les rails-électrodes 25 sont interconnectés électriquement par le projectile 13, Ils servent à court-circuiter l'inducteur 14. Une diode appropriée prévient le court-circuitage du générateur homopolaire 21. Ainsi, l'énergie présente dans l'inducteur 14, au lieu d'être perdue, est dirigée vers les rals-électrodes 25 o elle sert à créer un champ qui fournit une accélération additionnelle au projectile 13. Ainsi, chaque rail-électrode 25 constitue un accélérateur à particules chargées. Après avoir reçu cette double accélération, le projectile 13 se dirige vers le second inducteur 15 et ses rails-électrodes 25 associés o le même processus de double accélération se reproduit, et ce processus se répète avec les autres inducteurs 15 et 16 et leurs rails-électrodes 25 associés de sorte qu'ils coopèrent tous pour communiquer une accélération rapide aux projectiles 13. On peut voir la constitution du projectile 13 plus clairement sur les figures 5 et-6. En fait, le projectile 13 est fait de deux portions: un sabot 27 de section orthogonale et une tête 28, bien que l'on doive comprendre que le sabot 27 et la tête 28 peuvent être intégraux si on le désire. Le sabot 27 est fait d'un matériau non conducteur de l'électricité, tel qu'une céramique, comme l'est la tête 28. Le sabot 27 comporte quatre passages transversaux 29, 30, 31 et 32 qui en interconnectent les faces opposées de façon à former un angle les uns visà-vis des autres. Les passages contiennent un matériau métallique approprié. La paire de rails-électrodes 25 associée au premier inducteur 14 est alignée avec le passage 29 à l'extrémité arrière du sabot 27, comme on peut le voir sur la figure 6. Lorsque le projectile 13 est accéléré par le champ magnétique de l'inducteur 14, les ratils-électrodes 25 entrent dans la. proximité très rapprochée du matériau métallique logé à l'intérieur du passage 29. La différence de potentiel importante existant entre les rails-électrodes 25 provoque la vaporisation du matériau métallique de sorte qu'un plasma conducteur de l'électricité est créé à l'intérieur du passage 29. C'est ce plasma qui est accéléré par le champ résultant, et, à son tour, le plasma accélère le sabot 27 et sa tête 28. Lorsque le sabot 27 arrive dans la zone située au-delà de l'influence des rails-électrodes 25 associés au premier inducteur 14, le plasma présent dans le passage 29 est détruit. Cependant, les rails- électrodes 25 associés au second inducteur 15 sont positionnés de façon à être alignés avec le second passage 30 du sabot et un second plasma est créé. Ce second plasma est alors accéléré ultérieurement pour fournir une accélération additionnelle au sabot 27 et à sa tête 28. Les railsélectrodes 25 associés aux autres Inducteurs 16 et 17 sont alignés de façon similaire avec les extrémités des passages 31 et 32 du sabot, de sorte que des plasmas sont créés encore ultérieurement pour faciliter une plus grande accélération du sabot 27. Un autre mode de réalisation de la présente invention est décrit sur les figures 3 et 4, les composants identiques à ceux du canon électromagnétique 10 décrit en référence aux figures I et 2 étant désignés par les même chiffres de référence suffixés par la lettre a. La différence essentielle entre le canon électromagnétique 33 représenté sur les figures 3 et 4 et le canon 10 représenté sur les figures 1 et 2 réside dans la disposition des rails-électrodes 25a. Ainsi, au lieu de comporter une série de rails-électrodes 25, comme c'est le' cas pour le canon électromagnétique 10, le canon électromagnétique 33 est muni seulement d'une paire de ralls-électrodes 25a. Les ralls-électrodes 25a sont logés dans l'alésage du cylindre 12a de façon à établir un contact électrique avec le projectile 13a lorsqu'il passe entre eux, comme le font semblablement les rails-électrodes 25 avec le projectile 13. Cependant, les rails-électrodes 25a sont disposés, par rapport au mouvement du projectile 13a dans le cylindre 1 la, en aval du dernier inducteur 17a. En fonctionnement, les inducteurs 14a, 15a, 16a, et 17a sont activés électriquement séquentlellement pour accélérer le projectile le long du cylindre d'une façon similaire à ce qui se passe dans le canon électromagnétique 10, Cependant les rails-électrodes 25a sont, comme on peut le voir sur le circuit schématique de la figure 4, interconnectés électriquement en parallèle avec tous les Inducteurs 14a, 15a, 16a et 17a. Ainsi, lorsque le projectile a été accéléré par les inducteurs 14a, 15a, 16a et 17a, il passe entre les rails-électrodes 25a, et court- circuite ainsi tous les inducteurs 14a, 15a, 16a et 17a simultanément. L'énergie emmagasinée dans ces inducteurs sert à fournir des forces d'accélération additionnelles au projectile de la manière décrite plus haut à propos des ralls-électrodes 25 du canon électromagnétique 10. Comme le projectile 13a a seulement à établir un contact électrique avec une paire de ralls-électrodes 25a, 1l n'est pas nécessaire de prévoir une série de sources de plasma, comme dans le cas du projectile 13. Ainsi, le projectile 13a ne nécessite qu'un anneau 34 fait d'un matériau conducteur de l'électricité disposé à sa circonférence pour assurer l'interconnexlon électrique nécessaire entre les rails- électrodes 25a, le reste du projectile étant fait d'un matériau céramique. On voudra bien considérer cependant qu'un dispositif approprié, tel qu'un ensemble de brosses, peut être nécessaire sur les rails-électrodes 25a pour faciliter un contact électrique efficace avec le projectile l3a. Il va de sol également que l'alésage 12a du cylindre, ainsi que leprojectile 13a ne sont pas forcément de section octogonale et peuvent être aussi bien de section circulaire. On voudra bien considérer aussi que les canons électromagnétiques selon la présente invention présentent les avantages des accélérateurs à particules chargées et des accélérateurs à induction linéaire connus, tandis qu'ils sont exempts d'une partie de leurs lnconvénients. Bien que la présente invention ait été décrite en référence à des canons électromagnétiques qui utilisent des moteurs à tUrbine a gaz et des générateurs homopolaires comme source de puissance, on voudra bien considérer que d'autres sources de puissance à haute énergie, tels que des réacteur nucléaires, des générateurs magnéto-hydrodynamiques 1 o et des générateurs à compression de flux magnétique, pourraient également être utilisés si on le souhaitait. Cependant, les moteurs à turbine à gaz et les générateurs homopolaires ont l'intérêt d'être d'un encombrement réduit et de pouvoir être transportés, ce qui rend leur utilisation avantageuse, par exemple pour des canons électromagnétiques montés sur des chars. REVENDICATIONS 1. Canon électromagnétique comportant: - un cylindre pour, en fonctionnement, contenir et diriger un projectile conducteur de l'électricité, et - au moins un inducteur configuré et agencé de sorte que, quand il 5. -est activé électriquement, il crée un champ magnétique à l'intérieur dudit cylindre, lequel champ est orienté de telle façon qu'il accélère le long dudit cylindre tout projectile situé dans ledit cylindre, ledit canon étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de rails-électrodes (25) parallèles positionnés, par rapport au mouvement du projectile, en aval d'au moins la plus grande partie du champ magnétique créé par ledit inducteur activé (14), et alignés en outre avec la direction du mouvement du projectile, lesdits ralls- électrodes (25) étant connectés électriquement en parallèle avec ledit inducteur (14) et positionnés de telle façon dans ledit cylindre (11) s15 qu'ils sont interconnectés électriquement par tout projectile (13) lors de son passage entre lesdites électrodes (25) pour court-circuiter ledit inducteur (25). 2. Canon électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit canon (10) est muni d'une pluralité desdits inducteurs (14) et paires de rails-électrodes (25) disposés en série le long dudit cylindre, chaque paire desdits rails-électrodes (25) étant interconnectée électriquement en parallèle avec son inducteur associé (14) et étant disposée, par rapport au mouvement du projectile, en aval de la plus grande partie du champ magnétique créé par son inducteur associé (14) de sorte que lesdits inducteurs (14) et paires de rails- électrodes (25) sont disposés alternativement le long dudit cylindre (I i) , des moyens (24) étant prévus pour l'activation électrique séquentielle desdits inducteurs (14). 3. Canon électromagnétique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens (26) sont prévus pour prévenir le courtcircultage de la source de puissance (21) fournissant ladite activation électrique lors du court-circuitage dudit au moins un inducteur ( 14). 4. Canon électromagnétique selon la revendicaton 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (26) pour prévenir le court-clrcultage de ladite source de puissance (21) comporte des diodes. 5. Canon électromagnétique selon une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chacune desdites paires de rails-électrodes (25) n'est pas dans un alignement axial, par rapport audit cylindre ( I 1), avec o la paire de rails-électrodes adjacente (25). 6. Canon électromagnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la section de l'alésage dudit cylindre (11) est un polygone régulier ayant un nombre pair de côtés, chacune des électrodes de chacune desdites paires de rails-électrodes (25) étant disposée sur des i s faces opposées dudit alésage. 7. Projectile pour un canon électromagnétique revendiqué dans une des revendications précédentes, caractérisé. en ce que ledit projectile (13) comporte une source d'un matériau capable de former un plasma par coopération avec ladite au moins une paire desdIts rai'ls-électrodes quand ils sont activés électriquement. 8. Projectile pour un canon électromagnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit projectile comporte une pluralité de sources d'un matériau capable de former un plasma avec lesdites paires de railsélectrodes (25), lesdites sources de matériau étant disposées transversalement par rapport au mouvement du projectile et faisant un angle les unes par rapport aux autres, de façon que chaque source de matériau soit alignée avec une paire différente desdits rails-électrodes (25). 9, Projectile pour un canon électromagnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que au moins une partie dudit projectile (13) a la même section que l'alésage dudit cylindre (11) et en ce que ledit projectile (25) comporte une pluralité de sources de matériau capable de former un plasma par coopération avec lesdites paires de rails-électrodes (25), lesdites sources de matériau étant disposées transversalement par rapport au mouvement du projectile (13) et faisant des angles les unes par rapport aux autres, de façon que chaque source de matériau soit alignée avec les différentes paires desdits rails-électrodes (25). 10. Projectile selon une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit projectile (13) comporte un sabot (27), ledit matériau formant plasma étant logé dans ledit sabot (27). 1 1. Projectile selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit sabot (27) est fait d'un matériau céramique. 12. Canon électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit canon (10) est muni d'une pluralité desdits inducteurs (14) disposés en série le long dudit cylindre et d'une paire desdits rails- électrodes (25) interconnectés électriquement en parallèle avec tous les inducteurs ( 14), ladite paire de rails-électrodes (25) étant positionnee, par rapport au mouvement du projectile, en aval de tous lesdits inducteurs ( 14). 13. Canon électromagnétique selon une des revendications I à 6 et 12, caractérisé en ce que la source de puissance destinée à l'activation électrique desdits inducteurs comporte un générateur homopolaire (21). 14. Canon électromagnétique selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit générateur homopolaire est entraîné par au moins un moteur à turbine à gaz (22).