Brevet FR2657955A1 — publié le 19910809

PROJECTILE POUR DISPOSITIFS D'ACCELERATION ELECTROTHERMIQUES La présente invention concerne un projectile pour dispositifs d'accélération électrothermiques comportant des électrodes placées dans le culot. Dans un accélérateur électrothermique, il faut engendrer, de façon analogue aux armes à tube classiques, derrière le projectile, une pression qui donne au projectile une énergie cinétique élevée Dans le cas de l'accélérateur électromagnétique, la pression est engendrée à l'aide d'un plasma d'énergie élevée La pression plasmatique qui apparaît subit l'influence de divers paramètres tels que, par exemple, la géométrie et la disposition des électrodes, la géométrie et la disposition du canal de plasma, ainsi que la nature et les caractéristiques du milieu contenu dans le canal de plasma (matière plasmatique). Pour engendrer une pression plasmatique aussi élevée que possible, il est souhaitable de placer dans le canal de plasma une quantité aussi grande que possible de matières plasmatiques appropriées On ne peut cependant atteindre ce but, en ce qui concerne la construction, que très difficilement, d'autant plus qu'il faut loger les matières plasmatiques de façon qu'elles puissent développer complètement leur effet Ainsi, les matières plasmatiques doivent être éjectées du tube transformés aussi complètement que possible pendant la durée de parcours du J O tube par le projectile sous l'effet du plasma, et non intactes. On connaît déjà par la DE-A-38 14 332 un projectile pour dispositifs d'accélération électrothermiques dans lequel on propose, pour engendrer une pression presque constante sur le culot, de disposer sur le projectile lui- même l'une des deux électrodes du brûleur à plasma entre lesquelles s'allume l'arc électrique. Du fait qu'on ne dispose pour la matière plasmatique que de l'intervalle compris entre les électrodes, on ne peut, avec cet agencement connu, loger qu'une faible quantité de matière plasmatique appropriée. Il est en outre connu par le brevet US 3 313 208, en particulier la figure 3, lorsqu'on utilise des diergols pour armes à propulsion à liquide du projectile, de loger le combustible ou l'oxydant dans le projectile lui-même Ce document ne donne pas d'indication sur la façon dont de telles armes ou de tels projectiles pourraient être rendus utilisables pour des dispositifs d'accélération électrothermiques. En partant du projectile du type précité, l'invention a pour objet d'engendrer une pression plasmatique aussi élevée que possible dans l'accélérateur sur un trajet du projectile aussi étendu que possible, la matière plasmatique devant se transformer aussi complètement que possible en gaz combustible. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, le projectile contient un compartiment dans lequel se trouve une matière génératrice de plasma, qui lors du déplacement du projectile à travers le dispositif d'accélération, se transforme en plasma. Selon d'autres caractéristiques de l'invention l'électrode est disposée de façon à être mobile dans la direction longitudinale du projectile; l'électrode constitue essentiellement la paroi située vers l'arrière du projectile du compartiment comportant la matière génératrice de plasma, il est prévu entre l'arrière du projectile et le compartiment à matière génératrice de plasma des éléments d'obturation qui s'ouvrent toujours lorsque l'électrode mobile s'enfonce dans le compartiment à matière génératrice de plasma, de sorte que la matière génératrice de plasma est alors toujours injectée postérieurement du projectile dans le canal à plasma derrière le projectile; -35 des canaux d'éjection sont prévus, de sorte que la matière génératrice de plasma est injectée en grande partie entre l'isolation du brûleur à plasma ou la paroi du tube et le plasma brûlant dans le canal à plasma; l'électrode arrière est reliée électriquement au corps et/ou à l'ogive du projectile par l'intermédiaire d'une spirale de contact placée dans le compartiment; l'électrode de projectile est relié au corps et/ou à l'ogive au moyen de douilles extérieures télescopiques; l'électrode de projectile comporte un canal d'éjection disposé centralement qui comporte à l'extrémité arrière de l'électrode une ou plusieurs ouvertures d'éjection qui sont obturées chacune avant le lancement du projectile par des obturateurs; l'électrode de projectile est reliée et/ou à l'ogive par l'intermédiaire de douilles intérieures télescopiques; de la matière génératrice de plasma se trouve également dans les douilles intérieures, et l'électrode de projectile comporte un canal d'éjection disposé centralement qui comporte à l'extrémité arrière une ou plusieurs ouvertures d'éjection qui sont obturées chacune par des obturateurs avant le lancement du projectile; l'électrode de projectile est reliée au corps et/ou à l'ogive par des douilles intérieures télescopiques et en même temps, avant le lancement, le compartiment intérieur du projectile est obturé au moyen d'une membrane; une électrode de projectile fixe est reliée au corps et/ou à l'ogive par un conducteur intérieur; un piston différentiel en matière isolante se déplace sous l'effet de la pression de charge dans le projectile en direction de l'ogive et injecte ainsi la matière plasmatique dans le canal à plasma; l'électrode de projectile et le conducteur intérieur se déplacent sous l'action du plasma, de sorte que la distance entre les électrodes et, par suite, la longueur du plasma augmentent; L'idée de base de l'invention consiste à loger des fractions de matière plasmatique dans le projectile lui- même Cette matière plasmatique peut alors être injectée dans le canal à plasma derrière le projectile, ou bien elle 4 2657955 peut se transformer dans le projectile lui-même après destruction d'une membrane Dans le premier cas, il est particulièrement avantageux de placer l'électrode du projectile de façon qu'elle soit mobile dans la direction longitudinale du projectile En raison de la pression plasmatique exercée sur l'électrode, celle-ci agit alors comme un piston d'injecteur et, par des canaux d'éjection correspondants, le plasma peut parvenir dans le canal de plasma Sous l'effet du déplacement de l'électrode du 3.0 projectile, le plasma est en outre étiré sur la longueur. Le plasma qui s'agrandit peut, à l'aide de la matière plasmatique injectée, maintenir sur un intervalle de temps étendu une pression plasmatique constante à l'arrière du projectile Cela améliore le rendement du dispositif et le projectile reçoit une énergie cinétique ou une vitesse à l'embouchure plus élevée. En outre, il s'est avéré particulièrement avantageux que la matière plasmatique soit injectée entre la paroi du tube et le plasma, du fait qu'il se produit dans ce cas un refroidissement de la paroi du tube et que la surface intérieure du tube présente des phénomènes d'usure beaucoup plus faible que dans le cas d'accélérateurs plasmatiques courants à deux électrodes fixes placées dans le compartiment de charge. D'autres détails et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre donnée sur des exemples de réalisation non limitatifs, en regard du dessin annexé dont: la figure 1 représente la partie côté culasse d'un dispositif d'accélération électrothermique avec un projectile selon l'invention; la figure 2 est une coupe transversale du projectile de la figure 1 suivant la ligne I-I; la figure 3 représente le projectile selon la figure 1, sans dispositif d'accélération électrothermique; les figures 4 à 7 représentent d'autres exemples de réalisation de projectiles selon l'invention. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un brûleur à plasma qui est placé dans la partie arrière d'un dispositif d'accélération électrothermique Au brûleur à plasma 1 se raccorde le tube 2 dans lequel est accéléré le projectile 3. Le brûleur à plasma comprend essentiellement une électrode 10 à laquelle se raccorde le canal à plasma 11. L'électrode 10 et le canal à plasma 11 sont isolées des parties de culasse extérieures par une isolation de brûleur à plasma 12 A l'intérieur du canal à plasma 11 se trouve une matière génératrice de plasma 13. Le tube d'accélération 2 comporte à son extrémité située du côté du brûleur à plasma 1 un porte-douille de contact 20 pourvu d'une douille de contact 21. Le projectile 3 comprend essentiellement une pointe ou ogive massive 30 et un corps 31 A l'intérieur du 1 r projectile se trouve un compartiment 32 comportant de la matière génératrice de plasma 32 ' qui est séparé du corps 31 du projectile par une isolation 33 A l'extrémité arrière du projectile se trouve une électrode de projectile 34 La liaison électrique entre l'ogive 30 ou le corps 31 et l'électrode de projectile 34 est réalisée au moyen d'une spirale de contact 35 placée dans le compartiment 32 La référence 36 désigne des canaux d'éjection et la référence 37 un joint entre l'électrode 34 et l'isolation 33 du projectile située à l'arrière. La figure 2 est une coupe suivant la ligne I-I de la figure 1 On y distingue surtout la position des canaux d'éjection 36 qui se trouvent dans les isolations de projectile 33. Pour accélérer le projectile 3, il est engendré un plasma entre l'électrode 10 du brûleur à plasma et l'électrode de projectile 34 Pour cela, il y a de la matière plasmatique 13 dans le canal à plasma 11 Derrière le projectile 3, il est donc engendré d'abord une forte pression plasmatique Par suite, l'électrode 34, jouant le rôle de piston d'injecteur, est déplacée en direction de l'ogive 30 et comprime la matière plasmatique 32 ' se trouvant dans le projectile En même temps, le projectile commence à se déplacer Après un court déplacement du piston d'injecteur 34, celui-ci libère les canaux d'injection 36 par lesquels la matière plasmatique 32 ' est injectée annulairement autour du plasma 14 En même temps, le plasma 14 augmente de longueur en raison du mouvement du projectile et du piston d'injecteur La matière plasmatique nouvellement injectée, qui se trouve d'abord entre le plasma 14 et la paroi du tube et la refroidit, se transforme de plus en plus et garantit que le niveau de la pression plasmatique reste constant pendant toute la durée de l'injection. ici Pendant le déplacement du projectile, la conduction est garantie par l'intermédiaire de la douille de contact 21, du corps de projectile 31, de la spirale de contact 35 et de l'électrode de projectile 34 Ce n'est que lorsque le corps de projectile 31 quitte la bague de contact 21 et que l'injection est achevée que le circuit est établi par l'intermédiaire du porte-douille de contact 20, c'est-à- dire que l'arc électrique engendrant le plasma a d'une part comme pied l'électrode 10 et, d'autre part, le porte- douille de contact 20. On a représenté de nouveau schématiquement sur la figure 3 le projectile 3 sans brûleur à plasma. La figure 4 représente un autre exemple de réalisation d'un projectile 4 selon l'invention L'ogive y est désignée par 40, le corps par 41 et le compartiment à matière génératrice de plasma par 42 L'isolation placée entre le compartiment 42 et le corps du projectile est désignée par la référence 43 et l'électrode de projectile arrière par la référence 44 On peut faire descendre télescopiquement l'électrode de projectile 44 dans un manchon 45 électriquement conducteur et celui-ci dans un manchon 45 ', de sorte qu'entre l'ogive 40 et l'électrode 44, la liaison électrique est réalisée par l'intermédiaire des manchons 45 et 45 '. L'électrode 44 comporte un canal d'éjection central 48 qui se ramifie à l'extrémité arrière en plusieurs canaux composants 46 ' et 46 " Ces canaux composants 46 ', 46 " sont fermés au moyen d'obturateurs 47 et 47 ', de sorte que la matière plasmatique 42 ' ne peut sortir. Lors de l'accélération du projectile, ces obturateurs brûlent, de sorte que, lors du déplacement de l'électrode 44 en direction de l'ogive 40, la matière plasmatique 42 ' peut sortir par les canaux d'éjection 46, 46 ', 46 " dans le canal à plasma 11 (figure 1). La figure 5 représente un projectile 5 qui présente une structure analogue au projectile 4 de la figure 4. L'ogive est désignée par la référence 50, le corps par la référence 51 et le compartiment à matière génératrice de plasma par la référence 52. Le compartiment 52 est entouré par l'isolation 53 du projectile A l'extrémité arrière du projectile 5 se trouve l'électrode 54 La liaison de l'électrode de projectile 54 avec l'ogive 50 ou le corps 51 est encore une 73 9 fois réalisée par un module télescopique qui comprend essentiellement les manchons 55 et 55 ' Contrairement à la figure 4, les douilles de contact 55 et 55 ' sont cependant placées à l'intérieur du compartiment 52 De façon analogue au projectile de la figure 1, on prévoit des canaux d'éjection 56, 56 ' entre l'électrode de projectile 54 et l'isolation de projectile 53 Si l'électrode 54 jouant le rôle de piston d'injecteur est déplacée en direction de l'ogive 50, la matière plasmatique 52 ' est injectée annulairement tout autour du plasma 14. En plus des canaux d'éjection 56, 56 ', le projectile de la figure 5 comporte aussi un grand canal d'éjection central prévu dans l'électrode de projectile 54. Ce canal d'éjection est obturé par un obturateur Un agencement de ce type permet de prévoir de la matière plasmatique supplémentaire 59 à l'intérieur de la liaison télescopique Grâce à cela, de la matière plasmatique différente peut être injectée dans le canal à plasma Il (figure 1) pendant le trajet du projectile dans le dispositif d'accélération. Bien entendu, le canal d'éjection 57 peut aussi comporter plusieurs ouvertures d'éjection à l'extrémité arrière (cf par exemple figure 4). La figure 6 représente un autre exemple de réalisation dans lequel toutefois on renonce à l'injection de la matière plasmatique dans le canal à plasma 11 Le projectile 6 comprend encore une fois une ogive 60, un corps 61 et un compartiment 62 pour la matière génératrice de plasma Autour du compartiment 62 se trouve l'isolation 63 L'électrode de projectile 64 est reliée au corps 61 et,'ou à l'ogive 60 par des douilles intérieures 65 et 65 ' télescopiques En outre, le compartiment intérieur 62 du projectile est obturé avant le lancement au moyen d'une membrane 68. Sous l'effet de la pression plasmatique, le pied du plasma se déplace sur l'électrode de projectile dans la direction de tir à l'intérieur du projectile et pénètre ainsi dans le compartiment de plasma 62 La membrane s'ouvre alors et la matière plasmatique 62 ' peut se transformer dans le canal à plasma 11 (figure 1) et le compartiment à plasma 62 comportant le plasma. Dans l'exemple de réalisation de la figure 7, on prévoit une électrode de projectile 74 non mobile. L'électrode de projectile 74 est encore une fois reliée à l'ogive 70 et/ou au corps 71 par un conducteur intérieur Le compartiment pour la matière génératrice de plasma 72 ' est obturée postérieurement essentiellement par un piston de matière plastique 76 mobile en direction longitudinale. L'électrode de projectile est conformée de façon à se transformer progressivement d'arrière en avant sous l'action du plasma 14 (figure 1) et, par suite, le pied du plasma 14 se déplace vers l'ogive En même temps, le piston de matière isolante 76 se déplace sous l'action de la pression plasmatique en direction de l'ogive 70, la matière plasmatique 72 ' étant injectée directement dans le plasma 14. Il va de soi qu'on peut aussi modifier l'exemple de réalisation de la figure 7 de telle façon qu'au lieu du Or piston de matière plastique 76, on utilise simplement une membrane comme celle désignée par la référence 68 sur la figure 6 Dans ce cas, la matière plasmatique 72 ' est amenée presque complètement au plasma 14 L'ensemble du processus est accéléré lorsque la transformation de l'électrode de projectile 74 a lieu brusquement à la façon d'un fil explosif. t 2657955 v 10 REVENDICATIONS 1 Projectile ( 3 à 7) pour dispositifs C d'accélération électrothermiques comportant une électrode ( 34, 44, 54, 64, 74) placée dans le culot, caractérisé en ce que le projectile ( 3 à 7) contient un compartiment ( 32, 42, 52, 62, 72) dans lequel se trouve une matière génératrice de plasma ( 32 ', 42 ', 52 ', 62 ', 72 ') qui, lors 101 du déplacement du projectile à travers le dispositif d'accélération, se transforme en plasma. 2 Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode ( 34, 44, 54, 64) est disposée de façon à être mobile dans la direction longitudinale du projectile ( 3 à 6). 3 Projectile selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode ( 34, 44, 54) constitue essentiellement la paroi située vers l'arrière du projectile ( 3 à 5) du compartiment ( 32, 42, 52) comportant ? O la matière génératrice de plasma ( 32 ', 42 ', 52 '), et en ce qu'il est prévu entre l'arrière du projectile ( 3 à 5) et le compartiment ( 32, 42, 52) à matière génératrice de plasma ( 32 ', 42 ', 52 ') des éléments d'obturation ( 47, 47 ', 58) qui s'ouvrent toujours lorsque l'électrode mobile ( 34, 44, 54) 2 r) s'enfonce dans le compartiment ( 32, 42, 52) à matière génératrice de plasma, de sorte que la matière génératrice de plasma ( 32 ', 42 ', 52 ') est alors toujours injectée postérieurement du projectile ( 3 à 5) dans le canal à plasma ( 11) derrière le projectile. 4 Projectile selon la revendication 3, caractérisé en ce que des canaux d'éjection ( 36, 46, 46 ', 56 ') sont prévus, de sorte que la matière génératrice de plasma ( 32 ', 42 ', 52 ') est injectée en grande partie entre l'isolation du brûleur à plasma plasma ( 14) brûlant dans le canal à plasma ( 11). Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode arrière ( 34) est reliée électriquement au corps ( 31) et/ou à l'ogive ( 30) du projectile par l'intermédiaire d'une spirale de contact ( 35) placée dans le compartiment ( 32). 6 Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de projectile ( 44) est relié au corps ( 41) et/ou à l'ogive ( 40) au moyen de douilles ( 45, 45 ') extérieures télescopiques. 7 Projectile selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'électrode de projectile ( 44) comporte un canal d'éjection disposé centralement qui comporte à l'extrémité arrière de l'électrode une ou plusieurs ouvertures d'éjection ( 46 ', 46 ") qui sont obturées chacune avant le lancement du projectile par des obturateurs ( 47, 47 '). 8 Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de projectile ( 54) est reliée ( 51) et.'ou à l'ogive ( 50) par l'intermédiaire de douilles intérieures télescopiques ( 55, 55 '). 9 Projectile selon la revendication 8, caractérisé en ce que de la matière génératrice de plasma ( 59) se trouve également dans les douilles intérieures ( 55, 55 '), et en ce que l'électrode de projectile ( 54) comporte un canal d'éjection ( 57) disposé centralement qui comporte à l'extrémité arrière une ou plusieurs ouvertures d'éjection qui sont obturées chacune par des obturateurs ( 58) avant le lancement du projectile. Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de projectile ( 64) est reliée au corps ( 61) et 'ou à l'ogive ( 60) par des douilles intérieures télescopiques ( 65, 65 ') et en même temps, avant le lancement, le compartiment intérieur ( 62, 62 ') du projectile est obturé au moyen d'une membrane ( 68). 11 Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une électrode de projectile fixe ( 74) est reliée au corps ( 71) et/ou à l'ogive ( 70) par un conducteur intérieur ( 75). 12 Projectile selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un piston différentiel ( 76) en matière isolante se déplace sous l'effet de la pression de charge dans le projectile en direction de l'ogive ( 70) et injecte ainsi la matière plasmatique ( 72 ') dans le canal à plasma ( 11). 13 Projectile selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'électrode de projectile ( 74) et le conducteur intérieur ( 75) se déplacent sous l'action du plasma ( 14), de sorte que la distance entre les électrodes ( 10, 74) et, par suite, la longueur du plasma ( 14) augmentent.