Brevet FR2640367A1 — publié le 19900615

Munition de production de champ électromaanétiaue intense. L'invention a pour objet une munition de gros calibre (pratiquement supérieur à 250 mm) dont l'activation produit un champ électromagnétique intense dans une bande de fréquence susceptible de détruire des circuits radio-Çlectriques situés à proximité. La création d'un champ d'intensité suffisante pour avoir des effets destructeurs exige de disposer d'une source impulsionnelle de puissance fournissant un courant électrique ayant une vitesse de montée de l'ordre du MA/sec. On a déjà réalisé de telles sources, notamment pour servir aux études d'effet de type plasmafocus, comme décrit par exemple dans *Pulse Power applications of flux compression generators" par Fowler et al, pages 344-350, 3rd Pulsed Power Conference, Albuquerque, NM, 1981.Ces sources comprennent une source primaire de courant telle qu'une génératrice homopolaire impulsionnelle ou une batterie de condensateurs, et un générateur à compression de champ magnétique ayant une enceinte conductrice alimentée par la source primaire et qui est brutalement déformée par mise à feu d'un explosif pour comprimer le flux en-réduisant l t inductance de l'enceinte. L'approche à la base de l'invention consiste à associer une telle source à une antenne adaptée dans une munition qui peut être ou non auto-propulsée. L'invention propose en conséquence une munition comportant une enveloppe contenant une source primaire de faible puissance d'alimentation d'un générateur à compression de champ à enceinte conductrice de compression du champ alimentée par la source primaire, l'énergie nécessaire à la compression du champ étant générée par détonation ou déflagration d'une masse de propergol ou d'explosif. Une telle disposition permet d'envisager un rendement énergétique de l'ordre de 40 %. On profite en conséquence de l'énergie spécifique extrêmement élevée des explosifs. Le générateur à compression de champ alimente à son tour une antenne adaptée, qui sera en général une antenne filaire de plusieurs dizaines de mètres de longueur, par l'intermédiaire d'un organe d'adaptation d'impédance, qui sera généralement un transformateur d'impulsions élévateur de tension sans fer qui augmente la tension appliquée à l'antenne jusqu'a une valeur pouvant dépasser le mégavolt. Suivant l'énergie à fournir et suivant l'énergie que permet de stocker la source primaire, le générateur à compression de champ sera à un ou plusieurs étages. La source elle-même pourra être une pile thermique ou, dans la mesure où l'on admet de transférer une énergie électrique importante juste avant le tir, une batterie de condensateurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, où l'échelle n'est pas respectée pour plus de clarté, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un premier mode de réalisation de source suivant l'invention, - la figure 2 montre une constitution possible de transformateur utilisable dans la source de la figure I, - la figure 3 montre une disposition possible de la source montrée en figure 1 dans un engin, - la figure 4, similaire à une fraction de la figure I, montre une variante de réalisation. La figure 1 montre, de façon schématique, les composants électriques d'une source'impulsionnelle associant une source primaire de courant 10 et un générateur à compression de champ (ou GCC1 à deux étages. La source primaire 10 peut être une pile thermique ou une batterie de condensateurs préalablement chargée. Les électrodes de la source primaire 10 sont reliées à un interrupteur 12 à fermeture ultra-rapide permettant d'alimenter le GCC 14. il peut avoir une constitution connue, par exemple celle décrite dans "System design of the ultrahigh velocity gedi expriment LAUGHLIN et al, pages 139-143, Electromagnetic launch technology, 3rd symposium, Austin TX, 1986. Le premier étage 15 du GCC 14 peut notamment être constitué par une paroi externe cylindrique 16 en matériau conducteur en forme d'hélice, par une paroi conductrice interne 18 et par une masse d'explosif massive ou étagée 19 contenue dans la paroi 18, en forme de tube. La paroi peut notamment être constituée par une couche mince d'aluminium qui est un bon conducteur et déformable. Une couche annulaire 20 de matériau amortisseur, en matière plastique par exemple, peut être interposée entre la paroi interne 18 et l'explosif. Ce dernier sera avantageusement à grande énergie spécifique, de l'ordre de 5 MJ/kg.Un détonateur 22 placé dans l'axe de masse d'explosif 19 permet d'y créer une onde de détonation qui se propage d'une extrémité vers l'autre, en provoquant l'expansion radiale progressive de la paroi conductrice interne 18 qui vient s'appliquer contre des spires successives de la paroi externe 16, comme indiqué par la flèche fO. Ce détonateur sera actionné par un séquenceur de façon å commencer la compression à la valeur maximale du courant de décharge de la source 10, après la fermeture de l'interrupteur ultra-rapide 12. La paroi externe 16 n'est pas obligatoirement en forme d'hélice elle peut être en forme de cylindre plein ou remplacée par deux parois parallèles planes. L'étage 15 comporte, à l'opposé du détonateur 22, un dispositif de commutation 24 qui - dans l'état initial de l'étage constitue une charge 26 fermant le circuit constitué par la source 10, l'interrupteur 12 et les parois 16 et 18, et - à l'instant où un courant maximum a été créé du fait de la compression de flux due à l'expansion de la paroi interne 18, interrompt la liaison directe entre les parois pour permettre au courant de traverser le second étage 28. Dans le iode de réalisation montré en figure 1, le dispositif de commutation 24 comporte une masse 29 de matériau formable sous pression et électriquement isolant, avantageusement de polytétrafluoréthylène, destinée a ouvrir le circuit 26 en coupant le conducteur et en interrompant l'arc. Pour cela cette masse 29 peut etre mise en forme de charge diédrique. La mise à feu de la charge du second étage 28 est effectuée par un détonateur 31 commandé par un séquenceur. Le second étage 28 a une constitution similaire à celle du premier. Il se compose d'une enceinte délimitée par une paroi externe électriquement conductrice 30 et par une paroi interne tubulaire 32 coaxiale à la première et d'une masse d'explosif 34 å l'intérieur de la paroi interne 32. Un amortisseur tubulaire sera généralement encore prévu. Une masse 36 de matériau formable sous pression et électriquement isolant remplit la même fonction que la masse 29 en ce qui concerne la commutation entre le second étage 28 et un transformateur d'impulsions 38. La paroi externe 30 se prolonge vers l'intérieur, côté détonateur 31, par une partie tronconique amont qui, dès le début de l'expansion de la paroi 32, entre en contact avec elle pour constituer une jonction de fermeture du circuit du second étage, comme indiqué en tirets sur la figure 1. Une partie tronconique terminale aval de la paroi externe 30 est destinée à recevoir l'impact de la paroi 32 en fin d'expansion de cette dernière et de mettre en court-circuit le primaire du transformateur 38, comme indiqué en traits mixtes en 40. La masse de polytétrafluoréthylène 36 joue le même rôle que la masse 29 : successivement elle coupe la liaison 42 et souffle l'arc de coupure. Le transformateur 38 peut être constitué par un auto-transformateur ayant la constitution de principe montrée en figure 2. il comporte une bande électriquement conductrice 44 enroulée sur elle-même et dont les spires sont séparées par une feuille isolante 46. La bande 44 peut avoir une épaisseur décroissante d'une extrémité à l'autre pour réduire le risque de contournement. Le primaire est constitué par la premiere spire, reliée au second étage 28. Le secondaire est constitué par l'ensemble des spires. il est relié par la spire intérieure 48 & l'antenne 50. Le transformateur 38 permet de porter la tension de sortie à une valeur de plusieurs HV. Il joue un rôle d'adaptation d'impédance et doit être calculé en fonction de l'impédance de l'antenne 50, beaucoup plus élevée que celle du générateur 14. L'antenne sera en pratique adaptée à la fréquence fondamentale correspondant au temps de montée de l'impulsion fournie par le transformateur ; ce sera généralement une antenne filaire de quelques mètres, voire plusieurs dizaines de mètres de longueur. La munition pourra par exemple être un engin auto-propulsé guidé, du type montré en figure 3. Sur la figure 3, l'engin comporte une enveloppe en plusieurs tronçons. Le tronçon avant 52 contient un auto-directeur et la partie électronique ; le tronçon médian 54 contient l'ensemble de la source. Il est relié & une section d'antenne 56. Le tronçon arrière constitue un corps de propulseur 58. La section d'antenne peut contenir une bobine plate de fil d'antenne, terminé par une masselotte 60 destinée à provoquer le déroulement sous l'effet des forces aérodynamiques lorsqu'il est éjecté ou libéré de l'enveloppe. Etant donné les tensions extrêmement élevées mises en jeu, il peut être utile de remplir initialement la section 54 d'un gaz à très forte tension de claquage, tel qu'un "fréon".L'antenne est déroulée avant que l'engin survole la cible, de façon que le champ électromagnétique créé par l'explosion provoque la destruction des circuits de la cible (radar par exemple), La variante de la figure 4 (où les organes déjà montrés sur la figure 1 portent le même numéro de réf é- rence) s'en différencie par la constitution du dispositif de commutation 24. Ce dispositif comprend un feuillard conducteur tronconique 62 de fermeture de circuit du premier étage, prolongé par un cornet également conducteur 64 dirigé du premier étage vers le second et mis en liaison avec la paroi interne 18 par le feuillard. La paroi 18 est également reliée à la paroi interne 32 du second étage, par un tube conducteur 66 en forme de cô- ne.La paroi externe 30 du second étage se prolonge vers le premier étage par un entonnoir conducteur 70 qui s'engage légèrement à l'intérieur du cornet 64 et qui est séparé du cône 66 par un coin isolant 72 débordant à l'avant de l'entonnoir 70. Etant donné qu'un tel dispositif commutateur ne provoque pas la mise & feu de la masse d'explosif 34 du second étage, un cordeau détonnant 74 relie les masses 19 et 34, par l'intermédiaire d'un dispositif de synchronisation 75. Le fonctionnement de ce dispositif de commuta- tion est le suivant : avant que l'onde de détonation n'atteigne l'extrémité aval de la masse d'explosif 19, elle provoque la formation d'un plasma qui se déplace suivant la direction indiquée par la flèche f1. Au cours de la première partie de son trajet, ce plasma maintient une liaison électrique entre le cornet 64 et le cône 66 de liaison entre les parois 18 et 32. Cette liaison disparait progressivement lorsque le plasma aborde le coin isolant 72, qui sera généralement en céramique. Lorsque le plasma aborde l'entonnoir 70, il met en communication les parois interne et externe du second étage et referme le premier étage sur le second. La longueur libre du coin 72 doit évidemment être inférieure A la longueur du "bouchon1 de plasma conducteur et le retard provoqué par le cordeau détonnant 74 et son dispositif de synchronisation 75 doit être adapté à la vitesse de déplacement de ce plasma. L'invention est susceptible d'autres variantes encore de réalisation. Dans tous les cas, on obtient une munition de destruction des cibles sensibles au rayonnement électromagnétique dont le poids est faible et qui fournit un champ électromagnétique très supérieur à celui d'une explosion nucléaire, dans un volume restreint compte tenu de la proximité de la cible. Un seul étage peut être suffisant dans la mesure flù la source primaire est capable de stocker une énergie suffisante, typiquement supérieure à 10 kJ. Inversement, un GCC à plus de deux étages peut être prévu. Dans d'autres variantes encore, les interrupteurs 26 et 42 sont remplacés par des dispositifs fusibles de type feuilles explosées, judicieusement dimensionnés, et/ou le transformateur 38 est monté autour du second générateur å compression de champ 28, réalisant ainsi un gain notable de volume. REVENDICATIONS 1. Munition de production de champ électromagnétique intense, caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe contenant une source primaire (10) d'alimentation d'un générateur à compression de champ (14) à enceinte conductrice de compression du champ alimentée par la source primaire, l'énergie nécessaire à la compression du champ étant générée par combustion ou détonation d'une masse de propergol ou d'explosif à l'état solide (19,34), ledit générateur alimentant une antenne adaptée par l'intermédiaire d'un organe d'adaptation d'impédance. 2. Munition selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'adaptation d'impédance est un transformateur d'impulsions élévateur de tension, sans fer. 3. Munition selon la revendication 1 ou 2, ca ractérisée en ce que l'antenne est une antenne filaire de plusieurs mètres à plusieurs dizaines de mètres, stockable dans l'enveloppe et déroulable a partir de cette dernière. 4. Munition selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le transformateur comporte une bande conductrice (44) enroulée dont les spires sont séparées par une feuille isolante (46) et dont le primaire est constitué par une des spires. 5. Munition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par des moyens de commutation entre le générateur å compression de champ (14) et l'organe d'adaptation d'impédance (38) comprenant une charge diédrique de matériau isolant formable sous pression (36) placée de façon à interrompre une liaison entre des parois interne et externe (30,32) définissant une enceinte de compression de champ et des moyens (40) de fermeture simultanée du générateur à compression de champ sur l'organe (38). 6. Munition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le générateur à compression de champ (14) comprend deux étages successifs (15,28) et des moyens de commutation entre les étages, lesdits moyens ayant une charge diédrique (29) de matériau isolant formable sous pression placée de façon à couper une liaison entre paroi externe (16) et une paroi interne (20) expansible pour comprimer le champ, du premier étage, ladite paroi expansible mettant en court-circuit complet les deux parois en fin d'expansion. 7. Munition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le générateur à compression de champ (14) comprend deux étages successifs (15,28) et des moyens de commutation entre les étages, lesdits moyens comportant un trajet annulaire pour le plasma dû au fonctionnement du premier étage, trajet délimité par : un tube conducteur (66) reliant les parois internes expansibles (18,32) des deux étages à l'intérieure dans le sens radial ; un cornet (64) conducteur relié à la paroi externe (16) du premier étage üne zone isolante (72) et un entonnoir conducteur (70) relié à la paroi externe du second étage. 8. Munition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la munition comprend successivement, de l'avant à l'arrière, un autodirecteur, le générateur et un propulseur.