Brevet FR2667142A1 — publié le 19920327

Elément peu vulnérable de munition explosive et procédé d'amorçage d'un chargement en explosif composite peu sensible La présente invention se situe dans le domaine des munitions à ris- ques atténués Elle est relative à un élément peu vulnérable de mu- nition explosive constitué d'une enveloppe en général métallique contenant un chargement en explosif composite peu sensible et un re- lais d'amorçage de ce chargement Elle est également relative à un procédé de mise en détonation d'un chargement en explosif composi- te peu sensible. On entend, de façon classique, par explosif composite, une composi- tion explosive à liant plastique mise en oeuvre par coulée puis po- lymérisation et constituée d'un liant plastique chargé contenant au moins une charge explosive nitrée organique, par exemple de l'hexo- gène, de l'octogène ou du 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole (ONTA). Les explosifs composites et la façon de les obtenir sont par exem- ple décrits par J QUINCHON, les poudres, propergols et explosifs, tome 1: les explosifs, Technique et Documentation, 1982, pages 190- 192, ainsi que dans FR 2 584 066. Les explosifs composites, d'une manière générale et comparative- ment aux explosifs-cires, aux mélanges à base de tolite tels que les hexolites, les pentolites et les octolites, ainsi qu'aux explo- sifs à liant plastique mis en oeuvre par compression, permettent de diminuer la vulnérabilité des munitions vis-à-vis des agressions ex- térieures telles que l'incendie, l'impact et la pénétration de frag- ments ou balles, la détonation proche de munitions voisines. Si les problèmes liés à l'incendie et aux fragments peuvent être ré- solus pratiquement à l'aide des explosifs composites classiques, le problème de la détonation par influence n'a pu être que partielle- ment résolu par l'utilisation d'explosifs composites particulière- ment peu sensibles tels que ceux chargés par exemple en ONTA, tria- minotrinitrobenzène (TATB) ou nitroguanidine. On entend, dans la présente invention, par explosif composite "peu sensible" un explosif composite qualifié couramment d'insensible" par l'homme du métier, ayant un niveau d'insensibilité correspon- dant à un indice d'aptitude à la détonation (IAD) selon le test d'aptitude à la détonation derrière barrière (Card Gap Test) infé- rieur à 90 cartes d'après le test codifié en diamètre 40 mm ou infé- rieur à 70 mm de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) d'après le test codifié en diamètre 75 mm Ces 2 tests codifiés du Card Gap Test sont bien connus de l'homme du métier Ils sont notamment décrits dans la publication "Recommandations pour le transport des matiè- res dangereuses 2 ème édition ST/SG/AC 10/11 Rev 1 Publications de l'ONU New York, 1990 " Par ailleurs J QUINCHON, dans son ouvra- ge précité, décrit pages 227 à 229 le test en diamètre 40 mm. Le problème de la détonation par influence n'a pu être que partiel- lement résolu dans la mesure o la vulnérabilité de l'élément de munition explosive est alors dépendante de celle du relais d'amor- çage En effet, les explosifs composites peu sensibles ont en géné- ral un diamètre critique élevé pouvant dépasser 10 cm et présentent un régime transitoire de détonation assez long lorsqu'ils sont ini- tiés par les moyens classiques d'amorçage De tels régimes transi- toires sont inacceptables, notamment dans le domaine militaire, par exemple pour les charges creuses On ne peut remédier à ce problè- me de régime transitoire en utilisant un relais classique d'amorça- ge de grande taille car l'élément de munition serait alors trop vul- nérable à cause de la taille et de la sensibilité du relais A ce sujet, il faut par ailleurs rappeler, pour mieux comprendre le pro- blème qui se pose et que résoud l'invention, qu'un système d'amorça- ge est en général constitué d'un détonateur et de un ou plusieurs relais d'amorçage, et que s'il est possible de facilement déconnec- ter, lors du stockage ou du transport d'une munition explosive, le détonateur et un relais de petite taille pour diminuer la vulnérabi- lité de cette munition, cela devient une contrainte importante lors- 2667142 - que le relais est de grande taille. Pour illustrer l'état de la technique précité, le brevet français FR 2 575 461 décrit des compositions explosives peu sensibles aux influences extérieures, initiées par des relais classiques de gran- de taille sensibles et vulnérables à l'onde de choc, par exemple en pentolite. Par ailleurs, SOULETIS et GROUX, International Symposium on Pyro- technics and Explosives, Beijing, China, 1987, ont décrit l'utilisa- tion d'un générateur d'ondes planes en matière explosive pour ini- tier des explosifs composites à liant polyuréthanne chargé en pen- trite ou octogène, sensibles et vulnérables à l'onde de choc. La Demanderesse a découvert que, de façon inattendue, on pouvait initier un explosif composite "insensible", selon la définition pré- citée, par un relais d'amorçage constitué d'un générateur d'ondes planes de géométrie, constitution et caractéristiques détoniques bien définies, l'ensemble chargement explosif et relais se révé- lant peu vulnérable vis à vis d'une agression extérieure par onde de choc dans les conditions de stockage alors que les constituants du relais, pris isolément, sont relativement sensibles à cette agression (indices d'aptitude à la détonation compris entre 90 et cartes au Card Gap Test). La présente invention a pour objet un nouvel élément de munition explosive Cet élément est constitué d'une enveloppe de préférence métallique contenant d'une part un chargement en explosif composi- te E "insensible" ayant un indice d'aptitude à la détonation, se- lon le Card Gap Test, inférieur à 90 cartes ou inférieur à 70 mm de polyméthacrylate de méthyle et d'autre part un relais d'amorçage de ce chargement situé en contact avec celui-ci Ce contact peut être plus ou moins important selon la position relative relais-charge- ment Le relais peut être situé à l'extérieur du chargement ou être totalement ou partiellement noyé dans le chargement. L'invention est caractérisée en ce que le relais d'amorçage est un générateur d'ondes planes constitué d'une part d'une calotte cylin- dro-c 8 nique en explosif composite A, la grande surface de base ayant un diamètre d, la cavité de cette calotte étant remplie d'un explosif composite B, et d'autre part d'un renforcateur en explo- sif composite C, de préférence cylindrique et de même diamètre d que celui de la grande surface de base de la calotte cylindro-côni- que, d'épaisseur e, prolongeant coaxialement la calotte du coté de sa grande surface de base jusqu'au chargement, les explosifs compo- sites A, B et C ayant un indice d'aptitude à la détonation selon le Card Gap Test compris entre 90 et 200 cartes, ou compris entre mm et 110 m de polyméthacrylate de méthyle, d étant supérieur au diamètre critique f C r de l'explosif composite E constituant le char- gement explosif, l'épaisseur e du renforçateur du générateur d'on- des planes étant supérieure à 0,1 d, de préférence comprise entre O, ld et d, et la pression Pc de détonation de l'explosif composite C étant supérieure à la pression PE de détonation de l'explosif com- posite E, de préférence comprise entre 1,2 PE et 2 PE. Selon l'invention, le terme "cylindro-cônique" désigne toute forme approximativement conique ou tronconique, ayant deux surfaces de ba- se de diamètre différent, se prolongeant éventuellement par une par- tie cylindrique coaxiale. Le diamètre critique 'cr de l'explosif composite E est celui mesu- ré sans confinement, par exemple selon la méthode consistant à éva- luer le plus grand diamètre d'un cylindre d'explosif au dessous du- quel une détonation permanente ne peut plus se propager Pour cela, un échantillon d'explosif, constitué d'une suite de cylindres coaxiaux de diamètres décroissants, est initié en détonation à sa plus grande extrémité La position de l'arrêt de détonation est re- levée sur une plaque de plomb témoin de détonation, ou à l'aide d'u- ne sonde La longueur de chaque cylindre est égale à 4 fois celle du diamètre. On entend classiquement par pression de détonation la pression appa- raissant sur le front de l'onde de choc Cette pression est une constante pour un explosif donné Elle est proportionnelle à sa mas- se volumique (t) et au carré de sa vitesse de détonation (V) Elle est approximativement égale à 0,25 ? V 2 On peut également la déter- miner de façon expérimentale selon des méthodes bien connues de l'homme du métier. De façon préférée, l'explosif composite E est un liant plastique po- lyuréthanne chargé contenant au moins une charge explosive choisie dans le groupe constitué par le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole, le triaminotrinitrobenzène, la nitroguanidine et leurs mélanges, de préférence le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole Il peut également conte- nir d'autres charges explosives, par exemple de l'hexogène et/ou de l'octogène, ainsi que des charges métalliques en poudre, par exem- ple de l'aluminium, et/ou des charges oxydantes, par exemple le per- chlorate d'ammonium. Selon une variante, le liant polyuréthanne est plastifié par un plastifiant énergétique porteur d'au moins un groupement nitro ou ester nitrique, par exemple la nitroglycérine. Selon une autre variante de l'invention l'un au moins des explo- sifs composites A, B et C, de préférence tous les trois, est consti- tué d'un liant plastique polyuréthanne chargé contenant au moins une charge explosive choisie dans le groupe constitué par l'octogè- ne, l'hexogène, la pentrite et leurs mélanges Selon cette varian- te, de façon préférée, les explosifs composites A et C, identiques ou différents, sont constitués d'un liant plastique polyuréthanne chargé en octogène et l'explosif composite B est constitué d'un liant plastique polyuréthanne chargé en pentrite et en minium Le liant plastique polyuréthanne des explosifs composites A,B et C est identique ou différent, de préférence identique, de préférence obte- nu par réaction d'un polyéther à terminaisons hydroxyles avec un po- lyisocyanate. La présente invention a également pour objet un procédé de mise en détonation d'un chargement en explosif composite E ayant un indice d'aptitude à la détonation selon le Card Gap Test inférieur à 90 cartes ou à 70 mm de polyméthacrylate de méthyle, par l'intermédiai- re d'un relais d'amorçage situé en contact avec le chargement Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le relais d'a- morçage est un générateur d'ondes planes constitué d'une part d'u- ne calotte cylindro-cônique en explosif composite A, la grande sur- face de base ayant un diamètre d, la cavité de cette calotte étant remplie d'un explosif composite B, et d'autre part d'un renforça- teur en explosif composite C, de préférence cylindrique et de diamè- tre d, d'épaisseur e, prolongeant coaxialement la calotte du côté de sa grande surface de base jusqu'au chargement, les explosifs com- posites A, B et C ayant un indice d'aptitude à la détonation selon le Card Gap Test compris entre 90 et 200 cartes ou entre 70 mm et ll Omm de polyméthacrylate de méthyle, d étant supérieur au diamè- tre critique /cr de l'explosif composite E, l'épaisseur e du renfor- çateur du générateur d'ondes planes étant supérieure à O,ld et la pression Pc de détonation de l'explosif composite C étant supérieu- re à la pression PE de détonation de l'explosif composite E. La figure 1 jointe représente une coupe schématique d'un élément peu vulnérable de munition explosive selon l'invention, ayant une symétrie axiale. Dans la réalisation schématisée selon la figure 1, l'élément de mu- nition explosive selon l'invention est constitué d'une enveloppe mé- tallique 1 comportant une partie cylindrique en acier d'épaisseur 12,5 mm et de diamètre intérieur 90 mm, et un fond arrière 5 égale- ment en acier d'épaisseur 12,5 mm Cette enveloppe 1 renferme un chargement 2 en explosif composite El ayant un indice d'aptitude à la détonation de 25 cartes selon le Card Gap Test codifié en diamè- tre 40 mm et de 40 mm de polyméthacrylate de méthyle selon le Card Gap Test codifié en diamètre 75 mm Cet explosif composite Ei est constitué de 16 % en poids d'un liant polyuréthanne obtenu par réac- tion d'un polybutadiène à terminaisons hydroxyles avec l'isophorone- diisocyanate (IPDI), de 12 % en poids d'octogène et de 72 % en poids d'ONTA Son diamètre critique fcr, sans confinement, est compris en- tre 65 et 70 mm et sa pression de détonation est de 22 G Pa. Ce chargement 2 a une longueur de 400 mm et un diamètre de 90 mm. Il est en contact avec le fond arrière 5 de l'enveloppe 1. A la surface 10 du chargement 2 ne se trouvant pas en contact avec l'enveloppe 1, se trouve, en contact avec la surface 10, un généra- teur d'ondes planes 3 jouant le rôle de relais d'amorçage du charge- ment 2. Ce générateur d'ondes planes 3 possède une symétrie axiale dont l'axe coïncide avec celui de l'enveloppe 1 et du chargement 2 Il est constitué d'une calotte 7 et d'un renforçateur 9. Un disque de calage -4, en matière plastique, d'épaisseur 3 mm, de diamètre 90 mm, muni d'une ouverture circulaire concentrique de dia- mètre 20 mm, permet de maintenir le centrage du générateur d'ondes planes 3 dans l'enveloppe 1 Ce disque de calage peut aussi être mé- tallique ou en toute autre matière rigide. La calotte 7 est en explosif composite Ai constitué de 14 % en poids d'un liant polyuréthanne obtenu par réaction d'un polyéther à termi- naisons hydroxyles avec l'isophoronediisocyanate, et de 86 % en poids d'octogène Cet explosif composite Ai a un indice d'aptitude à la détonation de 150 cartes au Card Gap Test en diamètre 40 mm. La calotte 7 est approximativement cylindro-troncônique, la généra- trice du tronc de cône faisant un angle de 57 avec l'axe Le diamè- tre de la grande surface de base est d= 76 mm et celui de la petite surface de base 20 mm Son épaisseur est de 7 mm environ L'extrémi- té ayant le plus petit diamètre se prolonge par une partie cylindri- que coaxiale de même diamètre 20 ma, d'épaisseur 3 mm, s'emboîtant dans l'ouverture circulaire du disque de calage 4 l'extrémité ayant le plus grand diamètre se prolonge par une couronne cylindri- que coaxiale de même diamètre 76 mm, de hauteur 5 mm environ. La cavité 8 de cette calotte 7 est remplie d'un explosif composite Bl constitué de 11,5 % en poids d'un liant polyuréthanne obtenu par réaction d'un polyéther à terminaisons hydroxyles avec l'isophorone- diisocyanate, de 17 % en poids de pentrite et de 71,5 % en poids de minium Cet explosif composite Bl a un indice d'aptitude à la déto- nation de 190 cartes au Card Gap Test en diamètre 40 mm. Le renforçateur 9 est un cylindre de diamètre d= 76 mm prolongeant coaxialement la calotte 7 du côté de sa grande surface de base jus- qu'à la surface 10 du chargement 2 Son épaisseur e est de 30 mm Ce renforçateur 9 est un explosif composite Ci constitué de 14 % en poids d'un liant polyuréthanne obtenu par réaction d'un polyéther à terminaisons hydroxyles avec l'isophoronediisocyanate, et de 86 % en poids d'octogène Cet explosif composite Ci a un indice d'aptitude à la détonation de 150 cartes au Card Gap Test en diamètre 40 mm et une pression de détonation de 30 G Pa. Le générateur d'ondes planes 3, de masse 3909, a été réalisé selon la technologie classique et bien connue de l'homme du métier dans le domaine du moulage des explosifs composites multicompositions. L'espace libre délimité par la surface 10 du chargement 2, le géné- rateur d'ondes planes 3, le disque de calage 4 et la partie cylin- drique de l'enveloppe 1 est occupé par un matériau inerte, de préfé- rence amortissant, permettant, en association avec le disque 4, le calage du générateur d'ondes planes 3 Il peut également être occu- pé par un explosif composite insensible, de préférence celuiconsti- tuant le chargement 2, ce qui augmente la puissance volumique de l'élément de munition explosive et permet de supprimer le disque de calage 4. On a réalisé l'amorçage du chargement 2 à l'aide d'un détonateur DAVEY BICKFORD SA 4000 et d'un petit relais de masse 4 g placé en con- tact avec le générateur d'ondes planes 3 au niveau de la partie cy- lindrique s'emboîtant dans l'ouverture circulaire du disque de cala- ge 4 Ce petit relais est un explosif composite constitué de 16 % en poids d'un liant polyuréthanne obtenu par réaction d'un polyéther à terminaisons hydroxyles avec l'isophoronediisocyanate, de 44 % en poids de pentrite et de 40 % en poids d'octogène On pourrait égale- ment utiliser un petit relais de 4 g en hexocire. On a obtenu un régime de détonation nominale de célérité 7440 m/s avec un régime transitoire faible, inférieur à 9 omm. On a également réalisé un empilement de 9 éléments de munition ex- plosive, identiques à celui précité Cet empilement est constitué de 3 rangées superposées de 3 éléments, chaque élément étant sépa- ré des éléments voisins par un espace de 25 mm On a ensuite amorcé un des 2 éléments périphériques de la rangée inférieure, comme se- lon l'essai précédent La détonation nominale de cet élément n'a pas entrainé la détonation des autres éléments Cette non détona- tion par influence montre la faible vulnérabilité des éléments de munition explosive selon l'invention, malgré la présence, dans ces éléments de munition, d'explosifs composites Ai, Bl et Ci relative- ment sensibles (indices d'aptitude à la détonation de 150 et 190 cartes). Afin de mieux mettre en évidence l'intérêt et les avantages des élé- ments de munition selon l'invention, on a réalisé les 2 essais com- paratifs suivants qui n'entrent pas dans le cadre de la présente in- vention. Selon l'essai comparatif 1, l'élément de munition explosive ne se distingue de celui précité selon l'invention que par le fait que l'explosif composite constituant le renforçateur 9 du générateur d'ondes planes 3 a une pression de détonation de 20 G Pa, inférieu- re à celle de l'explosif composite El ( 22 G Pa) constituant le char- gement 2. Dans ces conditions on n'a pas obtenu l'amorçage nominal désiré du chargement 2 ( 7440 m/s), mais une vitesse moyenne de détonation de 5000 m/s correspondant à un régime transitoire sur toute la lon- gueur du chargement. Selon l'essai comparatif 2, on a réalisé 9 éléments de munition ex- plosive ne se différenciant des éléments précités selon l'inven- tion que par le fait que l'explosif composite constituant le charge- ment est l'explosif composite Ci constituant le renforçateur 9 du générateur d'ondes planes 3, puis le même essai de tir en pile que celui précédement décrit On observe dans ce cas une détonation par influence de la pile complète. Cet essai comparatif 2 montre bien le caractère inattendu de la non détonation par influence des éléments de munition explosive selon l'invention, puisque ceux-ci contiennent pourtant le même explosif composite Ci ainsi que les explosifs composites Ai et Bl de sensibi- lité égale ou supérieure à celle de Ci, en quantité importante ( 390 g au total). l 1 Revendications 1 Elément de munition explosive constitué d'une enveloppe de préfé- rence métallique ( 1) contenant un chargement ( 2) en explosif compo- site E ayant un indice d'aptitude à la détonation selon le test d'aptitude à la détonation derrière barrière (Card Gap Test) infé- rieur à 90 cartes ou à 70 mm de polyméthacrylate de méthyle et un re- lais d'amorçage de ce chargement ( 2), caractérisé en ce que le re- lais d'amorçage est un générateur d'ondes planes ( 3) constitué d'u- ne part d'une calotte ( 7) cylindro-cônique en explosif composite A, la grande surface de base ayant un diamètre d, la cavité ( 8) de cet- te calotte ( 7) étant remplie d'un explosif composite B, et d'autre part d'un renforçateur ( 9) en explosif composite C, d'épaisseur e, prolongeant coaxialement la calotte ( 7) du côté de sa grande surfa- ce de base jusqu'au chargement ( 2), les explosifs A, B et C ayant un indice d'aptitude à la détonation selon le test d'aptitude à la détonation derrière barrière compris entre 90 et 200 cartes ou en- tre 70 mm et 110 mm de polyméthacrylate de méthyle, d étant supé- rieur au diamètre critique de l'explosif composite E, l'épaisseur e du renforçateur ( 9) du générateur d'ondes planes ( 3) étant supérieu- re à 0,1 d et la pression Pc de détonation de l'explosif composite C étant supérieure à la pression PE de détonation de l'explosif compo- site E. 2 Elément de munition explosive selon la revendication 1 caractéri- sé en ce que l'explosif composite E est un liant plastique polyuré- thanne chargé contenant au moins une charge explosive choisie dans le groupe constitué par le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole, le triami- notrinitrobenzène, la nitroguanidine et leurs mélanges, de préféren- ce le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole. 3 Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce que l'épaisseur e du renforça- teur ( 9) est comprise entre 0,1 d et d. 4 Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce que la pression Pc est compri- se entre 1,2 PE et 2 PE. 5 Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce que l'un au moins des explo- sifs composites A, B et C, de préférence tous les trois, est consti- tué d'un liant plastique polyuréthanne chargé contenant au moins une charge explosive choisie dans le groupe constitué par l'octogè- ne, l'hexogène, la pentrite et leurs mélanges. 6 Elément de munition selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les explosifs composites A et C, identiques ou différents, sont constitués d'un liant plastique po- lyuréthanne chargé en octogène et en ce que l'explosif composite B est constitué d'un liant plastique polyuréthanne chargé en pentri- te et en minium. 7 Elément de munition selon la revendication 6 caractérisé en ce que le liant plastique polyuréthanne des explosifs composites A, B et C est identique et est de préférence obtenu par réaction d'un po- lyéther à terminaisons hydroxyles avec un polyisocyanate. 8 Procédé de mise en détonation d'un chargement ( 2) en explosif composite E ayant un indice d'aptitude à la détonation selon le test d'aptitude à la détonation derrière barrière inférieur à 90 cartes ou à 70 mm de polyméthacrylate de méthyle par l'intermédiai- re d'un relais d'amorçage situé en contact avec le chargement ( 2) caractérisé en ce que le relais d'amorçage est un générateur d'on- des planes ( 3) constitué d'une part d'une calotte ( 7) cylindro-côni- que en explosif composite A, la grande surface de base ayant un dia- mètre d, la cavité ( 8) de cette calotte ( 7) étant remplie d'un ex- plosif composite B, et d'autre part d'un renforçateur ( 9) en explo- sif composite C, d'épaisseur e, prolongeant coaxialement la calot- te ( 7) du côté de sa grande surface de base jusqu'au chargement ( 2), les explosifs composites A, B et C ayant un indice d'aptitude à la détonation selon le test d'aptitude à la détonation derrière barriè- re compris entre 90 et 200 cartes ou entre 70 mm et 110 mm de polymé- thacrylate de méthyle, d étant supérieur au diamètre critique de l'explosif composite E, l'épaisseur e du renforçateur ( 9) du généra- teur d'ondes planes ( 3) étant supérieure à 0,ld et la pression Pc de détonation de l'explosif composite C étant supérieure à la pres- sion PE de détonation de l'explosif composite E.