Brevet FR2652892A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne un procédé d'accélé- ration par explosif d'au moins un éclat préformé, dans lequel le front d'ondes de choc libéré lors d'un allu- mage de l'explosif est introduit dans l'éclat par l'arrière (par rapport à la direction de vol désirée de l'éclat), et le cas échéant par le côté, ainsi qu'une tête militaire avec effet d'éclat dans laquelle des éclats préformés sont en contact avec ou sont insérés dans une charge explosive de telle manière que lors de la détonation de ladite charge, chaque éclat puisse être directement accéléré, et l'utilisation de la tête mili- taire pour l'accélération par explosif d'un projectile et comme tête militaire à éclat sous-marine. L'accélération directe par explosif d'un ou plu- sieurs éclats préformés est par exemple décrite dans le DE 2 821 732 C2. Un front d'ondes de choc passe par l'arrière (par rapport à la direction de vol) de la charge explosive dans l'éclat. Le phénomène ne s'arrête toutefois pas à la transmission d'énergie et d'impul- sions souhaitée pour l'accélération de l'éclat. Le front d'ondes de choc entré dans l'éclat provoque également des réactions indésirables dans l'éclat. Le front d'ondes de choc est à peine amorti et il est réfléchi sur la surface avant du projectile, ledit projectile étant ainsi tellement sollicité qu'il subit au moins une déformation plastique, voire est souvent arraché en par- tie. Les propriétés balistiques de l'éclat sont modi- fiées de manière incontrôlable. Ce type de sollicita- tions mécaniques du matériau apparaissent en particulier dans des éclats dont le rapport longueur/diamètre maxi- mal est supérieur à 3. Tous les éclats connus jusqu'à présent qui peuvent être accélérés directement par explosif ont par conséquent principalement une forme sphérique ou sont formés de manière irrégulière sans direction privilégiée. L'invention a pour objet de développer un procédé et de créer un dispositif permettant d'accélérer par explosif des éclats sans que la sollicitation de l'éclat due au front d'ondes de choc réfléchi provoque une déformation voire une décomposition de l'éclat; des éclats présentant un rapport de la longueur au diamètre maximal supérieur à 3, appelés ci-dessous également pro- jectiles, devraient en particulier pouvoir être accélé- rés directement. Selon le procédé, cet objectif est atteint en ce que le front d'ondes de choc est transmis à partir de la zone avant de l'éclat à une enveloppe avant entourant ledit éclat à cet endroit et en ce que le passage entre l'éclat et l'enveloppe avant agit comme une vanne pour le front d'ondes de choc dans la mesure o les impédan- ces mécaniques de l'éclat et de l'enveloppe avant sont accordées entre elles de telle manière que le front d'ondes de choc passe de l'éclat dans l'enveloppe avant sans être notablement perturbé, o l'enveloppe avant possède une épaisseur et une forme telles, et o la jonction avec l'éclat est telle, que le front d'ondes de choc pénétrant dans l'enveloppe avant, après avoir atteint la surface de l'enveloppe avant, détache celle- ci de l'éclat, et l'onde de choc revient dans l'éclat, en étant toutefois très affaiblie. La tête militaire est caractérisée par le fait que la partie avant dans la direction de vol, de chaque éclat présente une enveloppe avant qui se détache de l'éclat après la détonation. Selon d'autres développements de l'invention: - La jonction entre l'renveloppe avant et la partie avant de l'éclat est telle que du fait d'impédances mécaniques très proches, les ondes de choc puissent tout d'abord passer sans être notablement perturbés et que la surface de jonction entre l'éclat et l'enveloppe avant soit en même temps un point des- tiné à la rupture. - La section transversale de l'éclat qui est entouré par l'enveloppe avant décroit de manière monotone vers l'extrémité avant. - La partie arrière de l'éclat est entourée par une enveloppe arrière. - L'explosif entoure, par une partie annulaire, une partie de l'enveloppe avant et de l'éclat. - L'éclat présente un rapport de la longueur du dia- mètre maximal supérieur à 3. - L'enveloppe avant est réalisée en un matériau duc- tile. - L'enveloppe avant est soudée sur l'éclat. - L'enveloppe arrière est constituée d'un matériau dont les caractéristiques et la géométrie sont accordées de telle manière sur l'éclat que l'onde de détonation entrante soit brisée en direction de la surface de l'éclat. Le procédé et le dispositif permettent d'accélérer dans des directions prédéterminées en particulier des éclats allongés, appelés ci-dessous projectiles, séparé- ment ou en groupes. La puissance est en particulier con- sidérablement accrue en cas d'utilisation sous-marine. Dans l'invention, il est possible d'utiliser un explosif brisant pour l'accélération des éclats. La vitesse de détonation peut être largement supérieure à 1000 m/s et aller jusqu'à 8000 m/s, ce qui permet d'obtenir une vitesse initiale des éclats élevée sans que les propriétés balistiques desdits éclats s'en voient détériorées. Le front d'ondes de choc marqué lié à l'utilisation d'un explosif brisant peut, sans être considérablement modifié sur l'éclat, être évacué selon l'invention dans la zone avant de l'éclat. Par ailleurs, lorsque selon l'invention, l'enveloppe avant possède une géométrie et des caractéristiques de matière telles que l'arrachement connu jusqu'à présent de parties avant de l'éclat se produit dans l'interface agissant comme point de rupture, entre l'enveloppe avant et l'éclat, l'éner- gie destructive des ondes de choc qui s'accumule essen- tiellement dans l'enveloppe est pratiquement maintenue éloignée de l'éclat. Grâce à cet "effet de vanne" de l'enveloppe avant qui n'a encore jamais été utilisé, la puissance des explosifs utilisés jusqu'ici pour l'accélération directe d'éclats n'est plus limitée aux agents propulseurs pré- sentant une vitesse de combustion relativement faible autour de 1000 m/s. Pour la transmission avec le moins de pertes possi- ble de l'onde de choc de l'éclat vers l'enveloppe avant, les impédances mécaniques des deux matériaux doivent être accordées le mieux possible. Il est avantageux que les écarts ou différences soient inférieurs à 20 %. L'épaisseur de l'enveloppe, dans la direction de propa- gation de l'onde de choc, doit être telle que, l'onde de choc, dans toute sa longueur o elle peut provoquer des déformations plastiques du matériau de l'éclat, puisse être absorbée par l'enveloppe avant. Typiquement, l'enveloppe a une épaisseur minimale de 5 mm. L'enve- loppe avant doit être réalisée en un matériau très duc- tile, de telle sorte que, d'une part elle s'applique sans jeu sur l'éclat pendant la détonation de l'explo- sif, et que d'autre part elle soit déformée plastique- ment par l'onde de choc venant de l'éclat de façon telle, qu'elle se détache de l'éclat. Il est essentiel de donner à la partie avant de l'éclat une configuration telle que le front d'ondes de choc pénètre dans l'enveloppe avant en étant réparti le plus régulièrement possible et qu'il n'existe pas dans l'éclat de surfaces de réflexion en gradins dans la direction de propagation de l'onde de choc. La partie avant de l'éclat préformé peut avoir une forme ogivale, ou conique ou autre. Une enveloppe avant également sim- ple peut y être adaptée sans interstice, par exemple par usinage par enlèvement de copeaux d'un engagement posi- tif, par moulage ou par soudage par diffusion. La liai- son avec l'explosif peut être réalisée, par exemple, par collage. Lors des études de conception visant à déterminer la distance sur laquelle la zone arrière de l'éclat doit être insérée dans une matrice de matière explosive et la taille que doit avoir l'enveloppe avant de l'éclat, il convient de prendre en compte les points suivants: l'accélération de l'éclat s'effectue dans la direction de propagation du front de détonation dans l'explosif. Lorsque l'explosif entoure l'éclat préformé même par l'avant, l'accélération dans la direction de vol est perturbée. Toutefois, il peut être avantageux qu'une partie de la zone avant de l'éclat reste entourée par l'explosif parce que cet explosif disposé latéralement soutient également l'effet de vanne. L'enveloppe avant est particulièrement bien pressée par cet explosif sur l'éclat, ce qui évite l'apparition d'un interstice pré- cisément au moment o le front d'ondes de choc doit pas- ser sans obstacle de la partie avant de l'éclat dans l'enveloppe avant. La quantité d'explosif disposée laté- ralement doit bien entendu être calculée de telle manière, que l'enveloppe avant ne soit pas pressée trop longtemps sur l'éclat, pour ne pas réduire trop forte- ment l'accélération de l'éclat. Une enveloppe située dans la zone arrière de l'éclat peut également contribuer à accroître l'effica- cité. L'enveloppe arrière doit être réalisée de telle manière que le front d'ondes de choc soit brisé en direction de la surface de l'éclat afin d'obtenir une transmission maximale d'impulsions et d'énergie. L'enve- loppe avant et l'enveloppe arrière peuvent être consti- tuées du même matériau, de préférence d'un matériau duc- tile tel que du cuivre ou du plomb ce qui facilite beau- coup la fabrication. Les enveloppes peuvent être réali- sées d'une seule pièce ou en plusieurs parties. Un effet de vanne n'est en revanche pas nécessaire dans la zone de l'enveloppe arrière/surface de l'éclat. Dans le concept selon l'invention qui consiste à accélérer un éclat (par l'arrière) directement avec un explosif et à faire sortir de nouveau le front d'ondes de choc (à l'avant) de l'éclat et à le neutraliser à l'extérieur, il est possible de donner une configuration optimale à des éclats individuels (projectiles) ou à des têtes militaires comportant de nombreux éclats, étant donné en particulier que l'enveloppe avant peut être pratiquement toujours mise en place sans perturbation. L'efficacité est particulièrement accrue dans des têtes militaires à éclat sous-marines. Il convient à présent d'expliquer plus en détail l'invention à l'aide des dessins, sur lesquels: la Figure 1 représente une coupe longitudinale d'un projectile inséré dans une matrice de matière explosive et comportant des enveloppes en plusieurs parties, la Figure 2 représente les contours calculés de la répartition de pression dans l'éclat et les enveloppes, lorsque l'explosif a explosé et que le front d'ondes de choc a traversé à peu près la moitié du projectile, la Figure 3 représente les profils des matériaux et les contours calculés de la répartition de pression lorsque le front d'ondes de choc amorce déjà dans l'enveloppe avant son retour, la Figure 4 représente la répartition calculée de la vitesse dans le projectile après décollement des enveloppes. La Figure 1 représente très schématiquement un dis- positif d'accélération directe par explosif d'un projec- tile. L'enveloppe d'explosif 2 pouvant être amorcée par la fusée centrale 1 possède ici une forme essentielle- ment conique. Le projectile 3 est accéléré par une onde de détonation qui traverse le projectile 3 essentielle- ment en direction longitudinale (semblable à sa direc- tion de vol) - comme le montre la Figure 2 - avec des fronts d'ondes perpendiculaires à la direction longitu- dinale. Le projectile 3 est muni de l'enveloppe avant 4 et de l'enveloppe arrière 5. Elles sont ici, toutes deux, constituées du même matériau ductile, mais les zones se différencient par leur fonction. L'enveloppe arrière 5 sert à améliorer l'introduction du front d'ondes de choc dans le projectile 3. L'enveloppe avant 4 doit avoir une impédance qui soit la plus proche possible de celle du projectile afin de conduire le front d'ondes de choc du projectile 3 avec le minimum de perturbations possible. Toutefois, lorsque le front d'ondes de choc sortant du projectile 3 est réfléchi par l'interface extérieure de l'enveloppe, un interstice doit se former à l'interface 6 entre l'enveloppe avant 4 et le projectile 3, par déformation plastique de l'enveloppe 4. 8 2652892 La partie annulaire 7 de l'enveloppe d'explosif, qui entoure partiellement la zone avant du projectile 3 et son enveloppe 4, ne contribue pas seulement à accélé- rer le projectile 3, mais soutient également le compor- tement de vanne dans l'interface 6. Cette partie 7 presse l'enveloppe avant 4 contre le projectile 3 sans interstice précisément lorsque le front d'ondes de choc circulant dans le projectile 3 doit être transmis à par- tir dudit projectile. Les Figures 2 et 3 montrent le front d'ondes de choc qui se propage. La Figure 2 représente les fronts d'ondes 8 qui s'étendent dans le projectile 3 presque perpendiculairement à la direction de propagation des ondes. Sur la Figure 3, le front d'ondes de choc 8 a traversé le projectile 3 et l'enveloppe et le front en retour interfère avec le champ d'ondes. On voit très bien que les enveloppes 4 et 5 se sont détachées du pro- jectile 3 et que le front d'ondes de choc s'est ainsi également séparé du projectile. Les vibrations à l'inté- rieur des enveloppes 4 et 5 conduisent à leur destruc- tion; les forces agissant sur le projectile 3 sont inférieures à un ordre de grandeur dangereux. La Figure 4 montre la répartition homogène de vitesse, représentée par des vecteurs 9 de même longueur et de même direction, des éléments de masse dans l'éclat 3 au même moment qu'à la Figure 3, après disparition des vibrations résiduelles élastiques dans l'éclat 3. Les matériaux énumérés ci-dessous peuvent par exem- ple être utilisés pour la tête militaire selon l'inven- tion: Explosif: hexogène Masse volumique 1,82 g/cm3: Vitesse de détonation 8100 m/s Matière des enveloppes: cuivre Masse volumique 8, 9g/cm3: Vitesse de propagation du son 4700 m/s 9 2652892 Matière de l'éclat: acier Masse volumique 7,85 q/cm3: Vitesse de propagation du son 5920 m/s Les impédances mécaniques de l'acier et du cuivre sont 46,47 MPa.s/m et 41,83 MPa.s/m. Le facteur de réflexion à l'interface a une valeur de 0,5, c'est-à- dire que l'amplitude de l'onde réfléchie est environ 28 dB plus faible que celle de l'onde de choc entrant dans l'enveloppe avant. Etant donné que le module d'élasticité du cuivre n'est que très légèrement supé- rieur à la moitié du module d'élasticité de l'acier, le cuivre est très ductile par rapport à l'acier et peut être plaqué contre le corps de l'éclat, sans le déformer pendant le passage de l'onde de choc, et l'enveloppe avant est facilement séparée de l'éclat, dès que l'onde de choc se trouve dans ladite enveloppe. Pour les enve- loppes, on peut utiliser à la place du cuivre, par exem- ple du laiton, du zinc ou du plomb, et pour l'éclat, à la place de l'acier, du tungstène ou du tantale. REVENDICATIONS 1. Procédé d'accélération par explosif d'au moins un éclat préformé, dans lequel le front d'ondes de choc libéré lors d'un allumage de l'explosif est introduit dans l'éclat par l'arrière (par rapport à la direction de vol désirée de l'éclat) et le cas échéant par le côté, caractérisé en ce que le front d'ondes de choc est transmis à partir de la zone avant de l'éclat à une enveloppe avant entourant ledit éclat à cet endroit et en ce que le passage entre l'éclat et l'enveloppe avant agit comme une vanne pour le front d'ondes de choc dans la mesure o les impédances mécaniques de l'éclat et de l'enveloppe avant sont tout d'abord accordées entre elles de telle manière que le front d'ondes de choc passe de l'éclat dans l'enveloppe avant sans être nota- blement perturbé, o l'enveloppe avant possède une épaisseur et une forme telles et o la jonction avec l'éclat est telle que le front d'ondes de choc pénétrant dans l'enveloppe avant puisse, après avoir atteint la surface de l'enveloppe avant, détacher celle-ci de l'éclat, et l'onde de choc revient dans l'éclat en étant toutefois très affaiblie. 2. Tête militaire avec effet d'éclat dans laquelle des éclats préformés sont en contact avec ou sont insé- rés dans une charge explosive de telle manière que lors de la détonation de ladite charge, chaque éclat puisse être directement accéléré, caractérisée en ce que la partie avant dans la direction de vol, de chaque éclat (3) présente une enveloppe avant (4) qui se détache de l'éclat (3) après la détonation. 3. Tête militaire selon la revendication 2, carac- térisée en ce que la jonction entre l'enveloppe avant (4) et la partie avant de l'éclat (3) est telle que du fait d'impédances mécaniques très proches, les ondes de choc puissent tout d'abord passer sans être notablement perturbées et que la surface de jonction (6) entre l'éclat (3) et l'enveloppe avant (4) soit en même temps un point destiné à la rupture. 4. Tête militaire selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la section transversale de l' éclat (3) qui est entouré par l'enveloppe avant (4) décroît de manière monotone vers l'extrémité avant. 5. Tête militaire selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 4, caractérisée en ce que la partie arrière de l'éclat (3) est entourée par une enveloppe arrière (5). 6. Tête militaire selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 5, caractérisée en ce que l'explosif (2) entoure, par une partie annulaire (7), une partie de l'enveloppe avant (4) de l'éclat (3). 7. Tête militaire selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 6, caractérisée en ce que l'éclat (3) pré- sente un rapport de la longueur du diamètre maximal supérieur à 3. 8. Tête militaire selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 7, caractérisée en ce que l'enveloppe avant (4) est réalisée en un matériau ductile. 9. Tête militaire selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 8, caractérisée en ce que l'enveloppe avant (4) est soudée sur l'éclat (3). 10. Tête militaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que l'enveloppe arrière (5) est constituée d'un matériau dont les carac- téristiques et la géométrie sont accordées de telle manière sur l'éclat (3) que l'onde de détonation entrante soit brisée en direction de la surface de l'éclat. 11. Utilisation de la tête militaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 10 pour l'accélération d'un éclat formant projectile. 12. Utilisation d'une tête militaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 10 comme tête mili- taire à éclat sous-marine.