Brevet FR2635859A1 — publié le 19900302

Perfectionnements aux systèmes d'armes à propulseur liquide. L'invention est relative à des systèmes d'armes utilisant un propulseur ou propergol liquide, et elle concerne, plus particulièrement, un mécanisme d'inflam- mation pour de tels systèmes. Des canons à propulseur liquide sont bien connus dans la technique antérieure et se trouvent décrits et représentés, par exemple, dans les brevets US n 4 023 463, n 4 051 762 et dans la demande de brevet de la deman- deresse FR n 81 14200. De tels canons, avec mise à feu de propulseurs qui ne sont pas du type hypergol, exigent une impulsion ini- tiale de gaz chaud et sous haute pression dans la cham- bre de combustion pour amorcer le processus d'inflamma- tion lors de chaque coup. Pour une mise à feu à répéti- tion, on doit prévoir des impulsions successives. Quand on utilise des amorces pyrotechniques, l'amorce brûlée doit être remplacée après chaque coup ainsi que le dé- crit le brevet US no 4 051 762 cité ci-dessus. A titre de variante, certains monopropulseurs peuvent être en- flammés par compression adiabatique de la manière décri- te dans les brevets US n 3 366 058, n 3 576 103 et n 4 231 282. Même quand on utilise un arc électrique pour l'inflammation, le propulseur doit être renfermé et exposé à une température et sous une pression suffi- santes pour qu'une combustion de la totalité de la char- ge se produise. Une telle situation est plus facilement réalisée dans un système chargé en vrac o la chambre de combustion est complètement remplie de propulseur. Dans un système à piston régénérateur, la chambre de combustion est relativement vide de propulseur à l'ins- tant de l'inflammation. Un but de la présente invention est de réaliser un mécanisme électrique pour l'inflammation de propulseurs liquides et utilisable plus particulièrement dans des systèmes à piston régénérateur. Une caractéristique de la présente invention est l'établissement d'un mécanisme d'inflammation pour une chambre de combustion principale comportant une anti- chambre d'inflammation possédant une zone ayant une première superficie en section droite, une électrode et un orifice d'entrée pour un propulseur liquide; une conduite possédant un rapport de la longueur au diamè- tre supérieur à un, une zone ayant une seconde superficie en section droite inférieure à celle de la zone possédant la première superficie en section droite, et un orifice d'entrée qui s'ouvre dans l'antichambre d'inflammation et une sortie qui s'ouvre au travers d'un orifice prévu dans la chambre de combustion principale. Ces différents buts, particularités et avantages de l'invention, et d'autres encore, apparaîtront au cours de la lecture de la description suivante et à l'examen des dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 représente, en coupe longitudinale, un mécanisme d'inflammation réalisé conformément à l'inven- tion; - la figure 2 comporte trois graphiques illustrant respectivement la variation du courant d'inflammation, de la pression de colonne et de la pression dans l'anti- chambre d'inflammation en fonction du temps exprimé en millisecondes pour un exemple de réalisation du disposi- tif représenté figure 1; et - la figure 3 représente, en coupe longitudinale, un mécanisme d'inflammation établi conformément à l'inven- tion et équipant un canon à propulseur liquide et muni d'un piston régénérateur. La figure 1 illustre le principe d'un système d'inflammation établi conformément à l'invention. Le dispositif en question comporte essentiellement une en- ceinte renfermant la charge d'inflammation et de montée en pression pour le cycle de fonctionnement du canon. Le système comprend une enveloppe 10 possédant une chambre de combustion principale 12, une antichambre d'inflammation 14, et une conduite 16 communiquant avec et entre ces deux chambres. La superficie en section droite de la conduite est plus petite que la superficie en section droite de chacune des deux chambres. L'ouver- ture de la conduite 16 débouchant dans la chambre prin- cipale 12 est restreinte par un orifice 18. Le rapport de la longueur au diamètre de la conduite 16 est supé- rieur à un. Il convient que la longueur et le diamètre de la conduite 16 soient choisis en fonction des carac- téristiques désirées de fonctionnement de l'inflammation, par exemple de l'énergie totale appliquée à la chambre de combustion principale, de la pression maximum appa- raissant dans la chambre de combustion principale, de l'allure de répétition, etc. Une électrode 20 fait saillie jusque dans l'antichambre d'inflammation et est espacée de la paroi latérale conductrice 22 de cette chambre par un intervalle annulaire 24. La susdite pa- roi latérale 22 sert de seconde électrode. L'électrode 20 est fixée et scellée dans un alésage 26, ménagé dans l'enveloppe 10, à l'aide d'une perle 28 en diélectrique rigide qui est immobilisée par un élément tubulaire fileté 30. A titre de variante, le montage d'électrode est réalisable de la manière décrite dans le brevet US n 4 215 620. Une source 32 de propulseur liquide sous pression est raccordée par une conduite 34 et une valve 36 à l'antichambre d'inflammation. La valve 36 et une source d'électricité (non représentée) connectée aux électrodes sont synchroniquement commandées au cours de chaque cycle de fonctionnement du canon par une came à tambour telle que celle décrite dans le brevet US n 3 763 739. En cours de fonctionnement, la valve 36 est initia- lement ouverte pour admettre du propulseur liquide sous pression jusque dans l'antichambre d'inflammation 14 et dans la conduite 16 et les remplir de ce liquide et pour entraîner tout l'air et le gaz de combustion résiduels, pouvant s'y trouver, jusque dans la chambre de combustion principale. Ensuite, la valve 36 est fermée et la source d'électricité, qui est classiquement un condensateur chargé, est connectée pour que le condensateur se déchar- ge entre les électrodes 20 et 22. Ce courant d'inflamma- tion passe au travers du propulseur liquide contenu dans l'antichambre d'inflammation. Le courant engendre de la chaleur qui décompose une partie du propulseur. La décom- position engendre du gaz qui cherche à s'expanser dans la conduite en dépit de la résistance antagoniste opposée par le propulseur liquide qui se trouve au repos dans la conduite et agit à la manière d'un bouchon ou d'une colon- ne d'inertie. Cette colonne d'inertie contient le propul- seur liquide se trouvant dans l'antichambre et permet le développement, dans l'antichambre, d'une pression de gaz adéquate en vue de l'amorçage de la combustion du propul- seur liquide et de la propagation de cette combustion. L'interface gaz/liquide progresse au travers de l'anti- chambre et dans la conduite 16. Le propulseur liquide dans la conduite est progressivement accéléré sous l'ef- fet de la pression du gaz de combustion et déchargé dans la chambre de combustion principale. En temps voulu, le propulseur liquide qui est déchargé est lui-méme active- ment soumis à une combustion et sert à provoquer l'in- flammation du propulseur liquide dans la chambre de com- bustion principale. Dans un système choisi à titre d'exemple, la condui- te 16 possède un diamètre de 3,2 mm et une longueur de 47,9 mn, et l'orifice possède un diamètre de 3,2 mm. L'antichambre 14 possède un diamètre de 6,35 mm et un espacement 24 entre électrodes de 2,4 mm. La figure 2 illustre le fonctionnement de ce mode de réalisation du système en question choisi comme exemple au cours d'un laps de temps d'un intérêt particulier et dont la durée est de une milliseconde. On peut constater que l'inten- sité du courant qui passe entre les deux électrodes est de 700 ampères, et que le passage de ce courant engendre un maximum de pression de 4700 bars dans l'antichambre d'inflammation 14 et un maximum de pression de 3800 bars dans la conduite 16. La figure 3 représente une variante du mécanisme décrit ci-dessus en se référant à la figure 1 et qui équipe un canon à propulseur liquide et comportant un piston différentiel, du type décrit dans la demande de brevet français citée ci-dessus. Le système de canon comprend un ensemble constituant un tube 50 fixé à l'intérieur d'une enveioppe 52. Le tube comporte une âme rayée 54 de mise à feu, une chambre 56 recevant un projectile, et un cône intermédiaire 58 de coinçage. Un projectile 60 muni d'une ceinture 62 est engagé dans la chambre et est verrouillé par une culasse mobile 64 agencée dans un alésage longitudinal 66 prévu dans l'enveloppe, qui est coaxial avec l'âme 54, et ladite culasse est commandée à l'aide d'un ensemble 67 du type à came-tambour et palpeur de came. La culasse 64 comporte un corps 68 de culasse ayant une portion avant 70 en forme de tronc de cône avec une face avant 72 et un alésage longitudinal borgne 74 qui se termine en arrière de la face avant 72 de la culasse. Plusieurs trous radiaux 76 établissent une communi- cation entre l'extrémité avant de l'alésage 74 et l'ex- térieur de la surface tronconique 70. Une électrode 78 est fixée dans l'extrémité arrière de l'alésage 74 par un tube 80 en substance diélectrique et possède une portion avant s'étendant jusque dans une portion élargie 82 dudit alésage. Plusieurs conduits radiaux 84 s'étendent depuis la portion élargie 82 de l'alésage 74 jusqu'à l'extérieur du corps de culasse. Le corps 68 de la culasse coulisse d'une manière étanche à l'intérieur de deux joints annu- laires 86, 88 qui sont fixés respectivement dans deux gorges annulaires 90, 92 ménagées dans l'alésage 66. Une conduite 98 percée au travers de l'enveloppe 52 établit une communication depuis une source de propulseur liquide sous pression jusqu'à une gorge annulaire 99 ménagée dans l'alésage longitudinal 66. La culasse exécute un déplacement de va-et-vient dans l'alésage 66 sous la com- mande d'une came-tambour de la manière décrite dans les brevets US n 3 763 739 et n 4 244 270. Le joint annu- laire d'étanchéité 88 peut être du type décrit dans le brevet US n 3 783 737 ou dans le brevet US n 4 050 352. La came-tambour fait aller et venir la culasse entre une position le plus en arrière pour laquelle les conduits 84 de culasse sont en arrière du joint 86, une position intermédiaire pour laquelle les conduits 84 de culasse sont dans l'alignement de la gorge 99 ménagée dans l'en- veloppe, et une position le plus en avant pour laquelle les conduits 84 de culasse sont en avant du joint 88. Quand la culasse se trouve dans sa position le plus en arrière, un projectile peut être amené jusqu'au canon de la manière décrite dans le brevet US n 4 244 270 cité ci-dessus. Quand la culasse occupe ou passe par sa position intermédiaire, du propulseur liquide peut être dosé, à partir du réservoir sous pression et en passant par les conduites 98 et 84, jusque dans l'élargissement 82 d'alésage qui sert d'antichambre d'inflammation et dans le reste de l'alésage 74 qui set de conduite ou de colonne d'inertie. Le tube et l'enveloppe définissent une cavité 134 sensiblement en forme de cylindre creux dans laquelle sont agencés télescopiquement une valve 136 sensiblement en forme de cylindre creux et un piston 138 sensiblement en forme de cylindre creux. La valve 136 comporte une portion annulaire avant possédant une surface de paroi intérieure 142 éta- blissant un espace ou passage annulaire 144 adjacent à la surface de paroi extérieure 146 du tube. La portion annulaire 140 est d'une seule pièce avec une portion tubulaire intermédiaire 152 possédant une surface de pa- roi intérieure 154 établissant une cavité annulaire 156 adjacente à la surface de paroi extérieure 146, et une surface de paroi extérieure 158 établissant une cavité annulaire 160 adjacente à la surface de paroi intérieure 150 de l'enveloppe. La portion intermédiaire 152 est d'une seule pièce avec une portion annulaire arrière 162 possédant une surface de paroi intérieure 164 qui porte d'une manière sensiblement étanche sur la surface de paroi extérieure 166 du tube, une surface transversale arrière 168, une surface transversale avant 170, une ca- vité annulaire intérieure 172, plusieurs alésages ou passages longitudinaux 174 s'étendant entre les surfaces 168 et 170, et un joint d'étanchéité annulaire 176 dis- posé dans une gorge annulaire ménagée dans la surface de paroi extérieure 158. Plusieurs alésages longitudinaux 177 établissent des passages de communication entre la cavité 156 et la cavité 172 quand la valve 136 est en arrière de sa position le plus en avant. Deux tiges 178 ont leurs extrémités arrière respectivement fixées à la portion annulaire avant 140, et elles passent au travers d'alésages ménagés dans l'enveloppe. Les tiges sont cha- cune repoussées vers l'arrière par un ressort hélicoïdal respectif 310 travaillant à la compression et maintenu prisonnier entre une clavette transversale prévue sur la tige et un tampon placé dans l'enveloppe. Chaque tige peut comporter un joint d'étanchéité respectif, non représenté. Le piston 138 comporte une portion annulaire avant possédant une surface de paroi intérieure 192 s'ap- pliquant sur la surface 158 de la valve et une surface de paroi extérieure 194 espacée de la surface 150 de l'enveloppe. La portion annulaire 190 est d'une seule pièce avec une portion tubulaire intermédiaire 196 pos- sédant une surface intérieure 192 portant contre le joint d'étanchéité annulaire 176 agencé dans la valve, et une surface extérieure 200 portant contre un joint d'étan- chéité annulaire 202a disposé dans une gorge annulaire ménagée dans la surface intérieure 204 de l'enveloppe. Un joint torique 202b renforce l'action du susdit joint annulaire d'étanchéité 202a. La portion intermédiaire 196 est d'une seule pièce avec une portion annulaire arrière 206 sur laquelle est monté un joint annulaire 208 qui est normalement auto-repoussé pour s'appliquer d'une manière étanche contre la portion le plus en ar- rière 166a de la surface extérieure 166 du tube. La por- tion de valve 208 est creusée d'une saignée qui permet au diamètre de l'anneau de croître sous l'effet d'une contre-pression interne. On peut donc constater que la superficie effective en section droite de la surface avant 214 de la portion annulaire arrière 206 est infé- rieure à la superficie effective en section droite de la surface arrière 212, ce qui permet de faire fonc- tionner le manchon de piston 138 à la manière d'un piston différentiel. Le tube 50, la valve 136 et le piston 138, selon leurs positions mutuelles, peuvent être considérés com- me définissant une cavité 156 de remplissage de propul- seur liquide, une cavité 172 de valve, une cavité 218 de pompage et une cavité 220 de combustion. Le tube 50 comporte une première série de passages radiaux 226 qui servent à établir une communication entre la chambre de pompage 218 et l'âme 54. Des moyens d'alimentation 251 servant à fournir du propulseur liquide sous pression sont raccordés à une valve 252 commandée par came qui est elle-même raccordée à une conduite d'entrée dans l'enveloppe qui aboutit à un passage annulaire 254 établi dans l'enveloppe et à partir duquel plusieurs passages radiaux 256 conduisent jusqu'à la'portion avant de la surface 150 et au travers de cette portion avant. Un alésage radial 258 conduit à partir de la surface 150 et au travers de cette surface en arrière de la portion annulaire 190 du piston 138 jusqu'à un évent. Les moyens d'alimentation 251 sont raccordés aussi, par l'intermédiaire d'une valve 259 com- mandée par came, à la conduite 98. Deux tiges 270 et 272 ont leurs extrémités arrière respectivement fixées à la portion annulaire avant 190 du piston 138, et passent au travers d'alésages équipés de joints d'étanchéité établis dans une cale d'espace- ment 149 et dans l'enveloppe. Les extrémités avant des tiges se terminent respectivement en un élargissement. Une came-tambour, telle que celle décrite dans le brevet US n 3 763 739 cité ci-dessus, possède une piste de commande hélicoïdale dans laquelle se déplace un palpeur de came possédant un bras qui se termine en un palpeur de tige. Les tiges sont libres de se déplacer vers l'a- vant indépendamment du palpeur, mais sont commandées dans leur déplacement vers l'arrière par la piste de came par l'intermédiaire des palpeurs. La piste de came permet aussi de tirer les tiges vers l'avant par l'intermédiaire des palpeurs. Le tube 50 possède une portion élargie 300 avec une surface extérieure 159 munie d'un joint d'étanchéité 302 qui coulisse en assurant l'étanchéité contre la surface intérieure 154 de la valve 136. Plusieurs alésages 177 sensiblement longitudinaux sont disposés en une couron- ne annulaire au travers de l'élargissement pour servir de passages depuis la cavité annulaire de remplissage 156 jusqu'à la cavité 172 de la valve. Les multiples alésages longitudinaux 174 servent de passages depuis la cavité 172 de la valve jusqu'à la cavité de pompage 218. Quand la différence de pression entre la cavité de pompage 218 et la chambre de combustion 220 excède la poussée naturelle de la valve de pied 208, elle for- ce la valve 208 à s'ouvrir afin d'établir, entre la sur- face extérieure 166a du tube et la valve, un intervalle qui sert de passage depuis la cavité de pompage 218 jusqu'à la chambre de combustion 220. Une rondelle Belleville 306 prend appui, dans la cavité 172 de valve, sur le tube à proximité immédiate des alésages 177 et est retenue par un anneau de retenue 308. La rondelle 306 est normalement de forme conique et permet l'écoulement de propulseur liquide depuis la cavité de remplissage 156, au travers des passages 177, autour de la rondelle 306, au travers de la cavité 172 de valve, et au travers des passages 174 jusque dans la cavité de pompage 218. Avant la mise à feu, la valve différentielle 136 est maintenue dans la position re- présentée dans la portion supérieure de la figure 3 et au moyen de ressorts extérieurs 310 travaillant en com- pression et couplés aux tiges 178, de façon telle que la surface 166 de la tête 162 de la valve ferme les alésages radiaux 226 et empêche l'écoulement de propul- seur liquide depuis la cavité de pompage 218 jusque dans ces alésages. Au commencement de l'inflammation, la pression du liquide dans la cavité de pompage 218 s'élè- ve et est communiquée à la cavité 172 de la valve. Cet accroissement de pression sur la face arrière de la rondelle 306 en plus de la pression régnant sur la face avant de la rondelle forcera la rondelle à s'aplatir en dépit de la force développée par son élasticité propre de façon à fermer les passages 177, ce qui a pour effet d'isoler la cavité de remplissage 156, et tout son sys- tème situé en amont, des pressions balistiques de fluide engendrées au cours de la mise à feu. Au cours de la mise à feu, et parce que la face avant 170 de la tête de valve a une superficie transversale, en section droite, inférieure à celle de la face arrière 168, la force différentielle ainsi engendrée déplacera à force la val- ve 136 vers l'avant, en dépit de la résistance antago- niste des ressorts 310, ce qui a pour effet de diminuer le volume de la cavité 172 de valve jusqu'à une valeur sensiblement nulle et de découvrir les alésages 226. Dans le mode de réalisation représenté, la mise à feu est amorcée par le passage d'un courant électrique, à partir d'une source 37 de courant commandée par came, entre l'extrémité exposée de l'électrode 78 et la paroi intérieure de l'élargissement 82 de l'alésage de façon à engendrer un gaz chaud sous haute pression et à le faire passer au travers de l'alésage 74 et au travers des évents 76 jusque dans la cavité de combustion 220. Ce gaz sous pression agira sur la face arrière 212 de la tête 206 du piston de manière à chasser à force le piston vers l'avant, ce qui a pour effet d'accroître la pression dans la cavité de pompage 218 de manière à ouvrir la valve 208 de pied et à établir ainsi un espa- cement annulaire. Du propulseur liquide est injecté à force depuis la cavité de pompage 218 au travers de cet espacement annulaire jusque dans la cavité de combustion 220 et est enflammé par le gaz chaud qui s'y trouve con- tenu. Parce que la superficie en section droite de la face avant 214 et de la tète du piston est inférieure à celle de la face arrière 212, la force différentielle ainsi engendrée déplacera à force le piston vers l'avant en permettant que se poursuive l'écoulement de propulseur liquide au travers de l'espacment annulaire. A une valeur prédé- terminée de la pression de gaz dans la chambre de com- bustion, la ceinture 62 du projectile recevra l'emprein- te des rayures établies dans l'âme du tube du canon et ledit projectile se trouvera chassé vers l'ô:nt dans ladite âme jusqu'à ce que les alésages 226 se trouvent découverts. Etant donné que la tête 162 de la valve a déjà découvert ces alésages, du propulseur liquide est désormais libre de passer depuis la cavité de pompage 218 au travers de ces alésages jusque dans l'extrémité arrière de l'âme du tube du canon de façon à établir dans cette âme un anneau de propulseur liquide dont la face intérieure subit continuellement une combustion et dont la face extérieure est continuellement renouvelée. Dans l'éventualité d'un raté de mise à feu, la val- ve différentielle 136 et la rondelle Belleville 306 demeurent toutes deux dans leur position initiale d'ou- verture, ce qui permet au propulseur liquide contenu dans la cavité de pompage 218 d'être renvoyé vers le système d'alimentation 251 grâce au déplacement du piston différentiel vers l'avant, ce déplacement étant commandé par les tiges 170 et 172. REVENDICATIONS 1. Canon à propulseur liquide, caractérisé en ce qu'il comprend: une chambre de combustion principale; une antichambre d'inflammation possédant en section droite une première superficie, deux électrodes espacées et un orifice d'entrée pour du propulseur liquide; et une première conduite possédant un rapport de la longueur au diamètre supérieur à un et une deuxième superficie en section droite qui est inférieure à ladite première superficie en section droite, une entrée qui s'ouvre dans l'antichambre d'inflammation et une sortie qui s'ou- vre dans la chambre de combustion principale. 2. Canon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie de conduite comporte un orifice possé- dant en section droite une troisième superficie qui est inférieure à la deuxième superficie en section droite. 3. Canon selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source (251) de propul- seur liquide sous pression; des deuxièmes moyens de conduite (98) comportant des moyens du type valve (259) et raccordant la source de propulseur liquide à l'orifi- ce d'entrée (84)de l'antichambre (82); et des moyens de commande couplés aux moyens du type valve pour obli- ger la source (251) à débiter une quantité prédéterminée de propulseur liquide jusque dans l'antichambre et la première conduite. 4. Canon selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: une enveloppe (52); une âme (54) de tube de canon; un manchon (136) constituant une valve annulaire coaxiale avec l'âme du tube du canon; un manchon (138) constituant un piston différentiel annu- laire coaxial avec l'ame du tube du canon; le manchon du type valve et le manchon du type piston définissant une cavité de pompage; le manchon du type piston et l'enveloppe définissant la cavité de combustion. 5. Canon selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une enveloppe (52) possédant un alésage ou tonnerre (66) de culasse; un corps de culasse (64) agencé de manière amovible à l'intérieur du tonnerre; l'antichambre d'inflammation (82) et la pre- mière conduite (74) étant agencés à l'intérieur du corps de culasse. 6. Canon selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une came commandant la posi- tion du corps de culasse; et une came commandant l'ap- plication d'un courant électrique aux deux électrodes.