Brevet FR2631692A1 — publié le 19891124

Arme à tube à injection de propergol, à régénération L'invention a pour objet une arme à tube à injection de propergol à régénération, par au moins un piston mobile axialement. Par le brevet DE-C 31 53 053 C2, on connaît déjà un dispositif de canon à propergol liquide, à injection directe. Ce dispositif comporte sur le boîtier de culasse, un perçage de culasse dans lequel se déplace axialement un piston de pression différentielle. La tête du piston de pression différentielle est tournée vers l'extrémité du tube de l'arme, dans le boîtier de culasse. Le perçage de culasse est disposé dans une chambre de combustion, à l'extrémité du tube de canon du boîtier de culasse, et est subdivisée en un réservoir de propergol annulaire, entourant la tige du piston de pression différentielle. Par l'intermédiaire d'un piston de commande particulier, l'injection de propergol est commandée dans le perçage de culasse axial. Pour la recharge en projectiles, le piston de commande est relativement mobile à l'intérieur du piston de pression différentielle, et peut être enlevé. L'injection de propergol se fait par des canaux disposés radialement et axialement dans le piston de pression différentielle, et qui communiquent avec la chambre de combustion, à l'extrémité du tube d'arme. La construction du dispositif d'injection de propergol est coûteuse et nécessite une commande particulière pour les pistons de commande et les pistons de pression différentielle se déplaçant l'un par rapport à l'autre. En outre, ce dispositif ne convient pas à l'injection de deux ergols à mélanger entre-eux, tels qu'un combustible et un comburant, auxquels on a recours pour utiliser des diergols. L'invention a pour- but de réaliser une arme à tube du tube précité permettant d'utiliser aussi bien un diergol qu'un monoergol, et qui présente une dynamique équilibrée, sous un encombrement relativement faible et avec une construction relativement simple. Ce but est atteint suivant l'invention en ce qu'il est prévu une enceinte cylindrique annulaire, entourant coaxialement le tube de l'arme ou la chambre de projectiles, dans laquelle sont disposés deux pistons annulaires, opposés, se déplaçant en sens contraire, dont les tiges de piston subdivisent le volume disponible à l'arrière de la tête de piston, en deux volumes de charge pouvant être reliés entre eux au choix, en ce que chaque tête de piston comporte des canaux partant des volumes de charge et débouchant dans les faces frontales des têtes de piston, et qui sont décalés l'un par rapport à l'autre, de telle sorte qu'ils assurent réciproquement leur étanchéité, lorsque les faces frontales des têtes de piston opposées sont en contact, et en ce que des ajours radiaux, pratiqués dans la paroi de cylindre, sont dirigés vers la chambre de projectiles, dans la zone du plan de contact des deux faces frontales des têtes de piston. Dans ce cas, toute la surface de passage des ajours peut au moins être égale à la section transversale de la chambre de projectiles. Dans une variante de l'invention, la course des pistons annulaires opposés peut être au choix égale ou différente. En outre, les volumes de charge peuvent être limités radialement vers l'intérieur par la paroi de cylindre entourant la chambre de projectiles, et radialement vers l'extérieur par le boîtier d'arme ou le boîtier de culasse, et axialement par des supports d'étanchéité, qui comportent en même temps les canaux d'alimentation des ergols et les canaux d'échappement d'air. Pour obtenir un bon freinage des pistons annulaires vers la fin d'une course, les pistons annulaires peuvent être pourvus sur leur zone de transition intérieure et extérieure, entre la tête de piston et la tige de piston, d'épaulements qui pénètrent dans des contre-contours de même forme, des supports d'étanchéité arrière. L'effet de freinage repose ici sur l'effet d'étranglement de l'orifice d'entrée des buses, réduit en fonction de la course. L'avantage particulier de ce dispositif retenu, réside dans l'utilisation de toute la surface de piston côté volume de charge, comme surface de freinage utile, la sollicitation des pistons annulaires étant considérablement réduite pendant l'opération, et les deux chambres ainsi formées, communiquant entre elles par des orifices de compensation pratiqués dans le support d'étanchéité et/ou par des rainures dans la zone des épaulements. A cet effet, les canaux d'alimentation menant aux buses peuvent partir des épaulements et aboutir à la face frontale de la tête de piston. La chambre de projectiles peut être formée par un élément de calibre qui forme entre sa surface d'enveloppe extérieure et le boîtier d'arme, l'enceinte de cylindre destinée aux pistons annulaires, et comporte sur les deux faces frontales, une bague d'étanchéité par laquelle l'élément de calibre s'applique frontalement contre les inserts à monter dans le boîtier d'arme. L'une des faces frontales de l'élément de calibre est soumis à une pression, -dans le tube d'arme. La sollicitation axiale de l'élément de calibre, dont la zone critique est constituée par les cloisons séparant les ajours, est largement réduite en ce que l'une des faces frontales de l'élément de calibre est soumis à l'action de la pression de gaz existante provenant du tube d'arme, et en ce que l'on passe ainsi d'une sollicitation de traction en une sollicitation de pression. Enfin, les faces frontales opposées des pistons annulaires peuvent avoir une surface structurée, telle qu'un moletage, des stries, des rainures annulaires ou similaires, et les canaux d'alimentation peuvent déboucher dans des buses qui sont placées par force ou par concordance de forme, dans des évidements pratiqués dans les faces frontales de la tête de piston. La fixation peut se faire par exemple par vissage des buses dans les évidements. Ces buses sont constituées d'un insert de buse avec des orifices de buse qui ont un très petit diamètre et qui sont répartis sur un insert de buse. Une arme à tube pour injection de propergol à régénération, présentant ces caractéristiques, possède toute une série d'avantages. D'une part, on peut utiliser des ergols à un ou deux composants (diergols, monoergols). Les pistons annulaires opposés pour l'injection de propergol à régénération, peuvent avoir une course différente ou équivalente. Pour des raisons dynamiques et pour minimiser le volume de construction, une disposition symétrique des pistons annulaires est particulièrement avantageuse. Sous un volume de construction réduit, on obtient ainsi une bonne répartition de la plus grande quantité possible de propergol pour un diamètre intérieur de boîtier aussi petit que possible et pour une course de piston donnée. La tige annulaire de chaque piston annulaire partage le volume de charge disponible à l'arrière du piston annulaire, en deux volumes partiels qui peuvent communiquer entre eux ou être séparés. La répartition des constituants du propergol dans les quatre volumes de charge ainsi obtenus, peut se faire au choix, et selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, de la façon suivante: - le premier constituant du propergol se trouve à l'arrière du premier piston annulaire et le deuxième constituant se trouve complètement derrière le deuxième piston annulaire, ou - le premier constituant du propergol se trouve dans les deux volumes de charge extérieurs derrière les deux pistons annulaires, et le deuxième constituant du propergol est introduit dans les deux volumes de charge intérieurs des deux pistons annulaires, ou - les rapports des volumes du constituant du propergol sont tels, dans une répartition particulière des deux constituants, que le premier constituant du propergol se trouve par exemple dans trois volumes de charge des pistons annulaires, et le deuxième constituant uniquement dans un volume de charge d'un piston annulaire. Cette construction autorise donc différents rapports de répartition des ergols. Les pistons annulaires se déplaçant en sens contraire, l'injection des jets de propergol se fait. également en sens contraire, ce qui garantit un bon brassage et une bonne combustion des ergols utilisés, dans la zone des buses ou la zone d'injection. Les gaz de combustion sont guidés dans la chambre de projectiles, à travers des -ajours particulièrement choisis, pratiqués dans l'élément de calibre. Enfin, le comportement dynamique de deux pistons annulaires se déplaçant en sens contraire, est également plus favorable, car l'impulsion s'équilibre dans le cas de deux masses relativement importantes, accélérées en sens inverse, tandis que dans le cas par exemple o l'on n'a qu'un seul piston dans un sens de travail, il peut se poser des problèmes dynamiques assez graves. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Un mode de réalisation de l'invention est illustré à titre d'exemple non limitatif aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une coupe longitudinale -du boîtier de l'arme à tube pour injection de propergol à régénération, comportant deux pistons annulaires se déplaçant en sens contraire; La figure 2 est un détail agrandi d'un piston annulaire, apparaissant dans le cercle II de la figure 1. L'arme à tube 1 comporte à l'extrémité arrière du tube 2, un boîtier 3. Dans le boîtier d'arme 3 se trouve, coaxialement à la ligne de tir 4, la chambre de projectiles 5 dans laquelle est introduit un projectile 6 prêt à. être lancé. La chambre de projectiles 5 est formée par un élément de calibre 7 de forme cylindrique, qui par ses faces frontales 8 et interposition d'une bague d'étanchéité 9, s'applique contre des inserts 10 s'appliquant axialement contre l'élément de calibre 7. Ces inserts sont assemblés par concordance de forme au boîtier d'arme 3, par un assemblage à vis 11. Entre la surface d'enveloppe 12 extérieure de l'élément de calibre 7 et la surface d'enveloppe 13 intérieure du boîtier d'arme 3, il est formé une enceinte cylindrique 14 annulaire dans laquelle sont montés deux pistons annulaires 15 opposés, et qui peuvent se déplacer axialement en sens contraire. La longueur de la course de chacun de ces pistons annulaires 15 est égale ou différente, au choix. Les pistons annulaires 15 ont une tête de piston 16 et une tige de piston 17, les zones de transition entre la tête de piston 16 et la tige de piston 17 présentant, sur le côté radial intérieur et sur le côté radial extérieur, des épaulements 18 et 19 qui pénètrent dans des évidements 20 et 21 correspondants de supports d'étanchéité 22 et 23, en position arrière. Les supports d'étanchéité 22 et 23 sont des manchons qui sont- placés sur la face intérieure et la face extérieure des tiges de piston 17, et qui comportent des éléments d'étanchéité 24, ou des segments de piston ou des bagues d'étanchéité, placés dans des rainures annulaires. On obtient ainsi une étanchéité radiale des volumes de charge 25 et 26, à l'arrière de la tête de piston 16, en direction des tiges de piston 17. Des faces frontales 27 des têtes de piston annulaire 16 partent des canaux d'alimentation 28 et 29 qui débouchent dans des volumes de charge 25 et 26, dans la zone des épaulements 18 et 19. Les canaux d'alimentation 28 et 29 présentent, sur la face frontale 27 des têtes de piston, des évidements dans lesquels sont vissées les buses 40. Les buses sont pourvues d'inserts de buse 41, dans lesquels sont pratiqués plusieurs petits orifices de buse 42. Ces buses 40 sont décalées sur les pistons annulaires de telle sorte que lorsque les faces frontales 27 des pistons annulaires occupent la position représentée sur les figures 1 et 2, les perçages de buse 41 sont rendus étanches. D'autres orifices de compensation 30 et 31 se trouvent dans les supports d'étanchéité 22 et 23, et partent de leurs faces frontales, situées dans les volumes de charge 25 et 26, pour déboucher dans les zones de transition 32 et 33. Au lieu des orifices de compensation, on peut aussi prévoir des rainures 45 sur les épaulements 18, 19 des tiges de piston 17. Des bagues d'étanchéité 34 et 35 placées sur la tête de piston 16, assurent une étanchéité particulière. Dans la zone du plan de contact 36 des deux faces frontales 27 des têtes de piston, il est prévu des ajours 38 radiaux pratiqués dans la paroi cylindrique de l'élément de calibre 7 ou de la chambre de projectiles 5, dont la surface de passage est au moins égale à la section transversale de la chambre de projectiles 5. Les ajours 38 disposés en anneau sont séparés les uns des autres par des cloisons 39. Pendant le déplacement simultané des pistons annulaires 15 opposés, à partir de la position représentée sur les figures 1 et 2, les têtes de piston 16 traversent les volumes de charge 25 et 27, et pénètrent dans les évidements 20 et 21 des supports d'étanchéité 22 et 23. Grâce aux perçages de compensation 30 et 31 pratiqués dans les supports d'étanchéité 22 et 23, on obtient une compensation de la pression lors du retour des pistons annulaires 15. Les canaux 28 et 29 réalisent un effet de freinage dans les épaulements 18, 19 des pistons annulaires 15. Pendant le mouvement de retour des pistons annulaires, le propergol se trouvant dans les volumes de charge 25 et 26, est injecté par les canaux 28 et 29, dans le volume situé entre les deux faces frontales 27 des pistons annulaires. Cette injection en sens contraire a pour effet une bonne préparation du mélange dans la chambre de combustion donnée. Les produits de la combustion (les gaz) sont comprimés lors du mouvement de retour des deux pistons annulaires 15, dans la chambre de projectiles 5, à travers les ajours 38. Après allumage convenable de ce mélange propulsif, par un allumage électrique ou par un mélange d'allumages, le projectile 6 se trouvant dans la chambre de projectiles 5 est propulsé et mis à feu dans le tube d'arme 2. La combustion du mélange de propulsion qui est introduit dans les volumes de charge 25, 26, par les canaux d'alimentation 43 comportant les soupapes 44, a donc lieu devant les pistons annulaires 15. Les tiges de piston 17 annulaires partagent le volume de charge disponible à l'arrière de la tête de piston 16, en deux volumes de charge 25 et 26 qui, au choix, communiquent entre eux ou peuvent être séparés. La distribution des constituants du propergol dans les quatre volumes de charge 25 et 26 possibles, ainsi formés, peut se faire différemment. Si l'on utilise des diergols, on a la possibilité d'introduire l'un des constituants, par exemple le comburant, derrière la tête de piston 16 du piston annulaire 15 droit et le deuxième constituant, par exemple le combustible, derrière la deuxième tête de piston 16 du piston annulaire 15 gauche. D'autre part, il est possible de loger le premier constituant du propergol dans les deux volumes de charge 25 extérieurs, et le deuxième constituant dans les deux -volumes de charge 26 intérieurs. On a en outre la possibilité de répartir les volumes de charge en fonction des rapports des volumes des constituants du propergol, de manière que le premier constituant se trouve dans trois volumes de charge, et le deuxième dans un volume de charge seulement. Cette possibilité de choix signifie enfin que l'on peut aussi avoir des rapports de volumes importants entre le comburant et le combustible L'effet de freinage obtenu par les orifices de compensation 30 et 31 pratiqués dans les supports d'étanchéité 22 et 23, offrent l'avantage de permettre l'utilisation de toute la surface du piston côté volume de charge, comme surface de freinage utile, ce qui réduit considérablement la sollicitation des pistons annulaires 15 pendant le freinage. REVENDICATIONS 1. Arme à tube à injection de propergol à régénération par un piston mobile axialement, caractérisée en ce qu'il est prévu une enceinte cylindrique (14) annulaire, entourant coaxialement le tube de l'arme ou la chambre de projectiles (5), dans laquelle sont disposés deux pistons annulaires (15), opposés, se déplaçant en sens contraire, dont les tiges de piston (17) subdivisent le volume disponible à l'arrière de la tête de piston (16), en deux volumes de charge (25, 26) pouvant être reliés entre eux au choix, en ce que chaque tête de piston7 (16) comporte des canaux (28, 29) partant des volumes de charge (25, 26) et débouchant dans les faces frontales (27) des têtes de piston, et qui sont décalés l'un par rapport à l'autre, de telle sorte qu'ils assurent réciproquement leur étanchéité, lorsque les faces frontales (27) des têtes de piston opposées sont en contact, et en ce que des ajours (38) radiaux, pratiqués dans la paroi de cylindre (37), sont dirigés vers la chambre de projectiles (5), dans la zone du plan de contact des deux faces frontales (27) des têtes de piston. 2. Arme à tube selon la revendication 1, caractérisée en ce que toute la surface de passage des ajours (38) est égale à la section transversale de la chambre de projectiles (5). 3. Arme à tube selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur de la course des pistons annulaires (15) opposés peut au choix être égale ou différente. 4. Arme à tube selon la revendication 1, caractérisée en ce que les volumes de charge (25, 26) sont limités radialement vers l'intérieur, par la paroi de cylindre (37) entourant la chambre de projectiles (5), et radialement vers l'extérieur par le boîtier d'arme (3), ainsi qu'axialement vers des zones arrière, par des supports d'étanchéité qui comportent en même temps les canaux d'alimentation des ergols et les canaux d'échappement d'air. 5. Arme à tube selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les pistons annulaires (15) comportent dans leurs zones de transition intérieures et extérieures, entre la tête de piston (16) et les tiges de piston (17), des épaulements (18, 19) qui pénètrent dans des contre-contours (20, 21) de forme correspondante, des supports d'étanchéité (22, 23) arrière. 6. Arme à tube selon les revendications 1 et 5, caractérisée en ce que les canaux d'alimentation (28, 29) menant aux buses, partent des épaulements (18, 19) et débouchent sur la face frontale (27) des têtes de piston, au choix, dans des buses (40) insérées, tandis que des faces frontales des supports d'étanchéité (22, 23) partent des orifices de compensation (30, 31), qui débouchent chacun radialement sur la surface d'enveloppe tournée vers la tige de piston 17. 7. Arme à tube selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de. projectiles (1) est formée par un élément de calibre (7) qui forme, entre sa surface d'enveloppe (12) extérieure et le boîtier d'arme (3), l'enceinte cylindrique (14) du piston annulaire (15), et comporte sur chacune des deux faces frontales (8) opposées, une bague d'étanchéité (9) par laquelle l'élément de calibre (7) s'applique frontalement contre des inserts (10) placés de manière fixe dans le boîtier d'arme (3). 8. Arme à tube selon les revendications 1 et 7, caractérisée en ce que l'une des faces frontales de l'élément de calibre (7) est soumise à l'action d'une pression. 9. Arme à tube selon une ou plusieurs des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les faces frontales (27) opposées des pistons annulaires (15) présentent chacune une surface structurée dans les zones extérieures aux buses (40). 10. Arme à tube selon une ou plusieurs des revendications 1 à 9? caractérisée en ce que les canaux d'alimentation (28, 29) débouchent sur les faces frontales (27) des têtes de piston, dans des buses (40) qui sont placées par force ou par concordance de forme dans des évidements pratiqués dans les faces frontales (27) des têtes de piston, et sont constituées d'un insert de buse (41) et d'orifices de buse (42).