Brevet FR2648552A1 — publié le 19901221

L'invention a pour objet un lanceur à rails destiné à l'accélération électromagnétique d'un projec- tile équipé en amont d'un préaccélérateur. Le principe des lanceurs électromagnétiques à rails est connu depuis longtemps, par exemple par le DE-376 391. Dans ces lanceurs, le projectile est soumis à l'effet de l'induction (donc à la force de Lorentz) et d'un courant électrique qui le parcourt directement. Toutefois, dans de tels lanceurs, l'accélération du pro- jectile à partir de sa position de repos initiale pose certains problèmes, car le courant qui parcourt le pont est limité relativement longtemps à un certain point des rails, o il conduit à des phénomènes de fusion et d'ablation de la matière. C'est pourquoi il a déjà été proposé d'instal- ler un préaccélérateur en amont du lanceur électroma- gnétique à rails. C'est ainsi que la publication "IEEE Transac- tion on magnetics" VOL. MAG-22, n 6, pages 1410 à 1415 (1986) décrit un préaccélérateur électrothermique à partir duquel les projectiles parviennent dans le lanceur électromagnétique à rails. Pour cela, le lanceur électromagnétique possède une structure modulaire, et dans le premier module qui suit le préaccélérateur élec- trothermique, legaz provenant de ce dernier peut être employé pour engendrer un arc électrique à plasma destiné au lanceur électromagnétique. Un arc à plasma peut toutefois également être engendré dans une source électrothermique exclusivement prévue à cet effet à l'entrée de ce module et l'arc à plasma ainsi obtenu est ensuite injecté dans ce module. Il a été proposé en outre pour l'accélération de projectiles des accélérateurs électrothermiques, par exemple par N.K. Windsor et al., "Operation of an electrothermal Gun, Aeroballistic Range Association, 37e congrès, Québec, Canada (1986)" Cette publication explique la différence entre accélérateurs électroma- gnétiques à rails et accélérateurs électrothermiques. Dans un accélérateur électrothermique, une source d'alimentation de courant amorce un jet de plasma. Ce jet échauffe le milieu propulseur du projectile et celui-ci est accéléré par la pression qui s'exerce à son culot. Dans un accélérateur électromagnétique à rails, par contre, le système d'alimentation en courant électrique induit dans les rails de forts courants qui donnent naissance à un champ magnétique intense dans le tube de l'accélérateur à rails. Le pont situé au culot du projectile est soumis à la force de Lorentz, qui lui imprime ainsi qu'au projectile une accélération qui les éjecte du tube. Tandis que dans un canon électrothermique le plasma est engendré au culot du projectile, l'arc à plasma d'un accélérateur électromagnétique à rails se déplace le long des rails et doit toujours se trouver le plus près possible derrière le projectile. Enfin, outre les lanceurs ou préaccélérateurs précités, on sait que, dans le cas d'un lanceur électro- magnétique à rails, on peut utiliser par exemple comme préaccélérateur un canon à poudre. Dans la présente invention, il s'agit d'un dispositif et d'un procédé permettant d'obtenir dans le cas d'un accélérateur électromagnétique une préaccélération efficace de la manière'la plus simple possible. En ce qui concerne le dispositif, il est pro- posé, pour la présente invention, dans le cas d'un lanceur à rails destiné à l'accélération électromagné- tique d'un projectile muni d'un préaccélérateur en amont, de concevoir également ce dernier comme lanceur électromagnétique à rails et de le doter à l'arrière dans le sens de mouvement du projectile, d'un bouchon étanche à la pression. Quant au procédé, l'invention destinée à résoudre le problème posé propose que, pour la préaccé- lération suivie d'une accélération électromagnétique d'un projectile, la préaccélération ait lieu elle aussi essentiellement de manière électromagnétique et qu'elle soit renforcée dans la phase initiale du mouvement du projectile par le plasma en cours de formation dont on empêche à cet effet l'expansion dans le sens contraire au mouvement du projectile. Ce mouvement entravé dans un sens conduit à une accélération supplémentaire du pro- jectile dans le sens du mouvement par le plasma en for- mation. L'invention repose donc sur le fait que, dans un préaccélérateur électromagnétique court, le projectile ne subit qu'une accélération relativement faible de la part du pont à plasma en formation et que la vitesse du projectile est relativement basse. Cependant, le plasma qui se forme derrière le projectile se dilate rapidement. Compte tenu du mouvement relativement lent du projectile et des durées appropriées de montée en courant, le front de plasma se déplace plus rapidement que le projectile et une partie du plasma est expulsée vers l'arrière hors du lanceur à rails. Dans la présente invention, cet effet est mis à profit en ce sens que le lanceur électromagnétique à rails du préaccélérateur est muni à l'arrière d'un bouchon étanche à la pression, ce qui fait que la pression des gaz ainsi induite vient s'ajouter à la force de Lorentz pour accélérer le projectile. En fin de compte, la présente invention utilise donc un effet électrothermique qui ne se manifeste qu'à des vitesses de projectile faibles pour renforcer la préaccélération du projectile dans un préaccélérateur électromagnétique. L'un des avantages essentiels de la présente invention est le faible encombrement en longueur du pré- accélérateur. Tandis que, dans l'état actuel de la tech- nique, les systèmes de préaccélération exigent une longueur relativement importante si l'on veut que le lanceur proprement dit communique au projectile la vitesse à l'impact nécessaire, on peut avec la présente invention, en combinant l'accélération électromagnétique engendrée par la force de Lorentz à l'effet électrother- mique, abréger la phase d'accélération de telle sorte que le préaccélérateur ait un très faible encombrement en longueur, sensiblement égal à la longueur des douilles de charges propulsives des canons à poudre classiques. L'effet électrothermique peut avantageusement être renforcé par une substance qui donne naissance lorsqu'elle s'évapore, à des produits de dissociation de faible masse moléculaire. Ceci permet d'augmenter consi- dérablement la pression qui s'exerce sur le projectile et, par conséquent, d'abréger la phase d'accélération ou d'accroître l'accélération. Cet effet peut être encore renforcé en utili- sant des substances qui, lors de l'amorçage à l'arc à plasma, donnent lieu, dans un premier temps, à une réac- tion chimique ayant la forme d'une combustion. Dans une version particulièrement avantageuse de la présente invention, le faible encombrement du préaccélérateur est mis à profit pour accroître encore davantage la préaccélération à l'aide d'un champ magné- tique supplémentaire. On prévoit à cet effet une boucle de courant supplémentaire de manière que viennent s'enrouler autour du système de préaccélération, dans le même sens que les rails, une ou plusieurs spires supplé- mentaires parcourues également par le courant. Ceci permet d'accroître encore l'intensité du champ magnétique qui induit la force de Lorentz; Dans ce qui suit, l'invention est expliquée plus en détail à l'aide de dessins représentant des exemples d'exécution qui font ressortir d'autres avan- tages et d'autres caractéristiques. Sur ces dessins: la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale partielle d'un lanceur électromagnétique à rails muni d'un préaccélérateur électromagnétique correspondant à la présente invention; et - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale partielle d'un préaccélérateur électroma- gnétique conforme à l'invention et doté d'un enroulement supplémentaire destiné à renforcer le champ magnétique. La figure 1 représente une coupe longitudinale verticale d'un lanceur électromagnétique à rails 1 équipé de rails de lancement 3 et d'arrivées de courant 2 destinées aux rails 3. Le système d'alimentation des arrivées de courant 2 n'a pas été représenté pour des raisons de clarté. A l'arrière du lanceur électromagnétique à rails 1, il est prévu un préaccélérateur électroma- gnétique 4 équipé de rails de lancement 6 qui sont orientés selon les rails de lancement 3 de l'axe du lanceur principal. Des arrivées de courant 8, 9 servent à alimenter les rails de lancement 6 du préaccélérateur 4. Le préaccélérateur 4 est mauni à l'arrière d'un bouchon étanche à la pression 7. Dans le préaccélérateur 4 repose un projectile dont le culot est muni d'une pellicule métallique 11 servant à amorcer le plasma. Derrière la pellicule métallique 11 se trouve une substance 12 qui sert de milieu de travail et qui, au moment de l'amorçage du plasma, s'évapore en donnant naissance à des produits de dissociation de faible masse moléculaire et/ou en déclenchant en outre une combustion chimique. Le lanceur principal (lanceur à rails 1) et le bouchon étanche à la pression 7 demeurent fixes. Le préaccélérateur 4 forme avec un autre préaccélérateur 14 représenté en figure 1 une unité conçue sous la forme soit d'un barillet soit d'une bande. Lorsque les préac- célérateurs 4, 14 ont la forme d'un barillet, ce dernier, une fois le projectile 10 expulsé du préaccélérateur 4, tourne autour d'un axe de manière que le préaccélérateur 14 vienne se placer avec le projectile 13 représenté en figure 1 dans la position entre le lanceur principal 1 et le bouchon d'étanchéité 7. Le préaccélérateur 4 désormais vide est prêt à recevoir un nouveau projectile 15 (figure 1); puis le processus se répète. Si, par contre, le préaccélérateur est concu sous forme de bande, après le départ du projectile 10 dans le préaccélérateur 4, le préaccélérateur 14 et le projectile 13 viennent se placer par translation entre le lanceur principal 1 et le bouchon d'étanchéité 7. Le préaccélérateur vide 4 peut alors être rechargé et le processus recommence. La figure 2 représente un autre préaccé- lérateur 4a en coupe longitudinale verticale qui, par rapport au préaccélérateur électromagnétique 4 de la figure 1, possède un enroulement supplémentaire destiné à renforcer le champ magnétique agissant sur le'projectile 10. Comme pour le modèle représenté en figure 1, le préaccélérateur 4a est muni à l'arrière d'un bouchon étanche à la pression 7. A part les modifications indiquées ci-dessus, le préaccélérateur 4a fonctionne suivant le même principe que le modèle de la figure 1; aussi pour éviter les répétitions, on se référera à la description qui précède. Ce qui diffère toutefois dans le dispositif représenté en figure 2, c'est le flux de courant. A la borne A, le courant I pénètre dans le préaccélérateur 4a. Du point B à un point C, le courant I est amené à l'avant du préaccélérateur 4a par un anneau métallique M. Par une connexion D, le courant I passe alors à une borne E d'un rail de lancement 6a et il traverse ensuite le pont à plasma en formation à l'arrière du projectile 10 et revient par l'autre rail de lancement 6b à une borne F. Par conséquent, par rapport au modèle représenté en figure 1, le préaccélérateur 4a de la figure 2 comporte un enroulement supplémentaire consti-tué par la boucle A- B-C-D. REVENDICATIONS 1. Lanceur à rails pour l'accélération élec- tromagnétique d'un projectile, équipé d'un préaccé- lérateur, caractérisé par le fait que le préaccélérateur (4, 4a) est également conçu comme lanceur électro- magnétique à rails et comporte à l'arrière dans le sens de mouvement du projectile (10) un bouchon étanche à la pression (7). 2. Lanceur à rails conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que le préaccélérateur comporte un système qui émet une substance (12) dont la vaporisation dégage des produits de dissociation de nfaible masse moléculaire. 3. Lanceur à rails conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que la substance, lors de l'amorçage d'un arc à plasma, donne lieu à une réaction chimique sous forme de combustion. 4. Lanceur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le préaccélérateur (4a) comporte un montage supplémentaire avec boucle de courant (A-B-C-D) destiné à renforcer le champ magné- tique. 5. Procédé comprenant une préaccélération d'un projectile suivie du lancement électromagnétique de ce projectile, caractérisé par le fait que la préaccé- lération est essentiellement électromagnétique et qu'elle est renforcée durant la phase initiale de mouvement du projectile, par un plasma en cours de formation dont on empêche l'expansion dans le sens contraire au mouvement du projectile. 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé par le fait que, derrière le projectile, dans le'sens de son mouvement, la vaporisation d'une substance donne naissance à des produits de dissociation de faible masse moléculaire. 7. Procédé conforme à la revendication 6, caractérisé par le fait que la substance donne lieu à une réaction chimique sous forme de combustion. 8. Procédé conforme aux revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le champ magnétique du préaccélérateur est renforcé par un montage supplémen- taire à boucle de courant.