Brevet FR2670881A1 — publié le 19920626

Cage de propulsion et procédé de fabrication de cette cage La présente invention concerne une cage de propulsion segmentée en matière plastique renforcée aux fibres avec des éléments en forme de plaques, présentant des fibres orientées et des éléments coniques. Le document EP-0 336 252 Al décrit une cage de propulsion segmentée, à une bride, qui est réalisée dans une matière plastique renforcée aux fibres Celle- ci présente dans sa région avant une plaque de guidage de même calibre à laquelle fait suite, dans la direction de l'empennage, un élément tronconique servant de surface d'absorption de la pression des gaz. Chaque segment de la cage de propulsion est constitué d'une ossature qui enferme à l'extérieur le corps de projectile et qui forme les surfaces de délimitation des segments ainsi que le contour extérieur de la cage de propulsion L'ossature présente une cavité se rétrécissant en continu vers l'empenrage, cavité qui est remplie par exemple par quatre noyaux En outre, la cavité peut être remplie par des éléments en matière plastique en forme de plaque avec fibres orientées et par des éléments coniques réalisés dans des masses pressées garnies de fibres courtes Les fibres des éléments en forme de plaques doivent s'étendre en plusieurs couches dans la direction radiale et axiale ou à 45 par rapport à celles-ci ou perpendiculairement au contour de la cage de propulsion. Dans un autre exemple de réalisation, il est indiqué de manière schématique qu'entre les grands segments de cage de propulsion, habituellement au nombre de trois, qui présentent aussi les cavités remplies de noyaux décrites ci-dessus, sont placés des éléments en forme de plaques En plus, des deux côtés de l'élément en forme de plaque, il est possible de prévoir chaque fois un coin, ce qui fait que l'ensemble de la cage de propulsion présente, dans cet exemple de réalisation, trois éléments en forme de plaques qui s'étendent depuis la surface extérieure de la cage de propulsion jusque directement au projectile sous- calibré. Les éléments en forme de plaques placés dans les cavités du segment de la cage de propulsion ne sont pas en contact avec la surface du corps de projectile, car celui-ci est entouré de l'extérieur par l'ossature du segment de cage de propulsion et ne contribuent donc pas à transmettre les forces de la cage de propulsion au projectile souscalibré L'ossature des segments est constituée de masses pressées garnies de fibres qui ne présentent pas une véritable orientation des fibres. Les fibres non ordonnées ne servent donc pas dans l'ossature des segments â transmettre les forces de la cage de propulsion au corps de projectile Les fibres non ordonnées renforcent certes la matrice dans laquelle elles sont enrobées, mais ce matériau composite aux fibres ne présente pas une résistance suffisante au cisaillement ni une rigidité suffisante pour garantir une transmission des forces à un corps de projectile, par exemple pour le calibre 120 mm. L'invention se propose donc de réaliser une cage de propulsion pouvant être fabriquée à un coût avantageux, en matière plastique renforcée aux fibres, qui présente des caractéristiques de rigidité et de résistance adaptées à la transmission des forces à un corps de projectile et qui résiste aux sollicitations se produisant lors du tir. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que chaque segment de la cage de propulsion est constitué d'éléments en forme de plaques et d'éléments coniques disposés alternativement, une zone de contact commune à la cage de propulsion et un à corps de projectile étant entièrement constitués d'éléments en forme de plaques. Grâce 3 la construction suivant l'invention de la cage de propulsion, il est possible d'obtenir la rigidité axiale et radiale du matériau composite, du fait des couches de fibres orientées dans des directions données, dans les éléments en forme de plaques. Les fibres placées dans ces éléments servent en outre directement à transmettre la poussée de la cage de propulsion au corps du projectile, lors du tir et absorbent les tensions axiales résultant de la transmission de la poussée, ce qui fait que l'ensemble de la transmission des forces s'effectue par les éléments en forme de plaques pourvus de couches de fibres orientées et non pas par la matrice dans laquelle sont enrobées les couches de fibres et qui ne peut résister à une telle sollicitation Les éléments coniques placés entre les éléments en forme de plaques assument la fonction d'une couche de remplissage et assurent la compensation angulaire entre les éléments en forme de plaques Par suite des couches de fibres également disposées orientées dans ces couches de garnissage, on évite des déformations dans ces couches lors du tir, même lorsque les dimensions des couches de remplissage augmentent et on garantit une rigidité suffisante de la cage de propulsion. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit Des modes de réalisation de l'invention sont représentés à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins annexes. Les figures 1 et la représentent une cage de propulsion à deux brides, la figure 2 est une vue en perspective d'un segment de cage de propulsion suivant l'invention, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un segment de cage de propulsion selon la figure 2, la figure 4 est une vue en perspective d'une disposition de couches de fibres suivant l'invention, les figures 5 a, 5 b et 5 c sont des vues en coupe transversale de segments partiels. Sur la figure 1, la référence 10 désigne une cage de propulsion à deux brides avec bride de guidage 12 avant et bride de pression 14 arrière pour un corps de projectile 30 sous-calibré Entre la cage de propulsion 10 et le corps de projectile 30 il est prévu des moyens d'assemblage par concordance de forme non référencés, dans une zone de contact 15 commune. Derrière la bride de pression 14 se raccorde une partie arrière 16 conique de la cage de propulsion 10 La cage de propulsion 10, de révolution, est habituellement constituée de trois segments de cage de propulsion 40 avec entre ceux-ci des surfaces de séparation de segments 18 planes (figure la). La figure 2 est une vue en perspective d'un segment de cage de propulsion 40 suivant l'invention. Le segment 40 est constitué, suivant l'invention, d'éléments en forme de plaques 42 et d'éléments coniques 44 disposés alternativement, seuls les éléments en forme de plaques 42 étant en contact avec la surface 31 du corps de projectile 30, dans la zone de contact 15 commune au segment 40 et au corps de projectile 30 Les éléments coniques 44 assurent une compensation angulaire entre les éléments en forme de plaques 42 disposés perpendiculairement à la surface 31 du corps de projectile. Ceci est représenté sur la vue en coupe transversale de la figure 3. Les deux surfaces de séparation de segments i S d'un segment de cage de propulsion 40 forment un angle de 120 Selon l'exemple de réalisation de la figure 3, il est prévu par segment 40, douze éléments coniques 44 qui présentent chacun un angle 5 de 10 et qui sont placés entre les éléments en forme de plaques 42 d'une épaisseur d 46. Sur les surfaces de séparation de segments 18 sont placés chaque fois des éléments en forme de plaques 42 ' d'une épaisseur 46 ' de d/2, ce qui fait que le segment 40 comporte au total douze éléments en forme de plaques 42 d'épaisseur d Le centre 48 de chaque élément en forme de plaque 42 se trouve sur la perpendiculaire 32 a la surface 31 du corps de projectile Dans la zone de contact 15 entre le segment et la surface 31 du corps, les éléments coniques 44 ne sont pas en contact direct avec la surface 31 du corps 30, étant donné que dans cette zone 15 les éléments en forme de plaques 42 voisins se touchent dans leurs zones de bordure 49 extérieures. Le nombre d'éléments coniques et d'éléments en forme de plaques 42, 44 par segment 40 ne doit pas être inférieur à six de chacun de ces éléments, afin que l'écart par rapport à la normale 32 à la surface 31 du corps de projectile soit aussi réduit que possible dans les zones de bordure 49 des éléments en forme de plaques 42. Dans une variante préférée de l'invention, il est donc prévu par segment de cage de propulsion 40 douze éléments en forme de plaques 42. Les éléments en forme de plaques 42 sont réalisés chacun dans une matrice en matière plastique, de préférence dans une résine époxy durcissant en deux étapes, avec, noyées à l'intérieur, des fibres orientées, par exemple des fibres de carbone. Sur la figure 4 la référence 50 désigne une disposition de couches de fibres suivant l'invention. Une flèche 34 indique la direction perpendiculaire à la surface 31 et une flèche 35 désigne la direction parallèle à la surface 31 du corps de projectile 30, en direction longitudinale, non représentée ici pour plus de clarté. Les couches de fibres 50 sont constituées d'une première couche de fibres 51 dont les fibres 51 ' sont orientées dans le sens de la flèche 61 par rapport à la surface 31 du corps de projectile Les fibres 52 ' d'une deuxième couche de fibres 52 sont placées dans le sens de la flèche 62 Une troisième couche de fibres 53 et une quatrième couche de fibres 54 présentent des fibres respectivement 53 ' et 54 ' qui sont orientées dans le sens des flèches respectivement 63 et 64, par rapport à la direction longitudinale 35 de la surface 31 du corps de projectile. Les orientations de couches de fibres 61, 62, 63, 64 de -30 ', 90 ', 30 , O' par rapport à la direction longitudinale 35 de la surface 31 du corps se sont révélées particulièrement avantageuses, pour garantir une rigidité et une résistance appropriées des segments pour la transmission des forces au corps 30. Les fibres 51 ' de la première couche de fibres 51 se terminent sous un angle de -15 à -45 , de préférence -30 , sur la surface 31 du corps de projectile Les fibres 51 ' ainsi orientées servent notamment à transmettre les forces dues à la pression des gaz de propulsion s'exerçant dans la partie arrière 16 (selon la figure 2) sur chaque segment 40, lors du tir La troisième couche 53 avec une orientation 63 des fibres sous un angle de 15 à 45 , de préférence 30 , par rapport à la direction longitudinale 35, est nécessaire pour obtenir une résistance suffisante à la flexion de la bride de pression 14 et de la bride de guidage 12, compte tenu du contour extérieur donné des segments 40 La deuxième couche 52 dont les fibres 52 ' sont perpendiculaires à la surface 31 du corps de projectile, dans la direction de la flèche 62 selon la figure 4, participe aussi à la transmission de la poussée et assure en outre une bonne rigidité radiale aux couches 50 Les forces de poussée 3 transmettre lors du tir donnent lieu à des tensions axiales qui sont absorbées par la quatrième couche 54 Les fibres 541 de la quatrième couche 54 s'étendent le long de la flèche 64, parallèlement à la surface 31 du corps de projectile, ou parallèlement à la flèche 35 de la figure 4 indiquant la direction longitudinale du corps de projectile 30 et correspondent donc à une orientation de O . Chaque élément en forme de plaque 42 présente cette disposition des couches de fibres 50 au moins une fois, suivant l'épaisseur de plaque 46 D'une manière caractéristique, les différentes couches de fibres 51, 52, 53, 54 ont une épaisseur de 0,125 mm, ce qui fait qu'un ensemble de couches 50 correspond à une épaisseur de 0,5 mm. Dans un élément en forme de plaque 42 d'une épaisseur 46 de 2 mm par exemple, la disposition des couches de fibres 50 représentée sur la figure 4 se répète donc en conséquence quatre fois. En fonction du nombre d'éléments coniques 44 par segment de cage de propulsion 40, différentes formes de réalisation sont possibles pour constituer ces éléments 44 Dans le cas d'un nombre réduit d'éléments coniques 44 par segment 40, il est avantageux, pour garantir une rigidité suffisante de ces éléments et pour éviter des déformations de ces éléments 44 lors du tir, qui pourraient conduire à des déplacements de cisaillement sur les zones de bordure 49 extérieures des éléments en forme de plaques 42, de placer des couches de fibres 51, 52, 53, 54 orientées dans les éléments coniques 44 aussi Dans le cas d'un grand nombre d'éléments en forme de plaques 42 et d'éléments coniques 44 par segment 40, c'est-adire dans le cas o le segment 40 est très finement sous- segmenté, ces moyens ne sont pas nécessaires, car une rigidité suffisante est assurée par les éléments en forme de plaques 42 et que donc les éléments coniques 44 sont constitués par exemple de coins coulés avec des fibres courtes noyées à l'intérieur. Les différents segments 40 sont de préférence réalisés dans un procédé avec deux opérations de pression Il est avantageux dans ce cas, au cours de la première étape de procédé de ne pas presser au cours de la première étape de durcissement de la matrice, des éléments coniques 44 individuels et des éléments en forme de plaques 42 individuels avec à l'intérieur des couches de fibres 51, 52, 53, 54 orientées, afin de presser ensemble au cours de la deuxième étape de durcissement de la matrice, ces éléments 42, 44 en nombre correspondant, au cours de la deuxième étape de procédé, pour obtenir un segment 40, mais de réaliser au cours de la première étape de procédé, des segments partiels 70 qui correspondent déjà chacun, de par leur géométrie, à un élément conique 44 et un élément en forme de plaque 42 Ce moyen réduit d'une part le nombre d'opérations individuelles de pression nécessaires au cours de la première étape de procédé et, d'autre part, on obtient une disposition donnée de couches de fibres 50, par pressage de segments 70 avec à l'intérieur des couches de fibres orientées 51, 52, 53, 54, non seulement dans les éléments en forme de plaques 42, mais aussi dans les éléments coniques 44, ce qui fait que ceux-ci présentent une rigidité suffisante Grâce à une constitution similaire des couches de fibres dans les éléments en forme de plaques 42 et dans les éléments coniques 44, on évite par ailleurs des problèmes d'accouplement entre les différents éléments 42, 44. Les figures 5 a, 5 b et 5 c représentent dans des vues en coupe transversale, des segments partiels 70 se présentant sous la forme de segments partiels tronconiques 70 1, 70 2, 70 3. Le segment partiel 70 1 de la figure 5 a correspond à un élément conique 44 et à un élément en forme de plaque 42 selon les figures 2 et 3 Selon la figure 5 b, le segment partiel 70 2 correspond à un élément conique 44 et à deux éléments en forme de plaques 42 ' qui présentent chacun une épaisseur 46 ' correspondant à la moitié de l'épaisseur de plaque d 46 d'un élément en forme de plaque 42 Le segment partiel 70.3 de la figure 5 c correspond à un élément en forme de plaque 42 et à deux éléments coniques 44 ' qui sont deux fois moins grands qu'un élément conique 44 et qui présentent un angle $' correspondant à la moitié de l'angle de coin S L'angle r formé par les surfaces de délimitation extérieures 72, 72 ' du segment partiel 70 1, 70 2, 70 3, correspond à l'angle 5 des éléments coniques 44 et l'épaisseur minimale 73 que présente chaque élément partiel 70 1, 70 2, 70 3, correspond à l'épaisseur 46 d'un élément en forme de plaque 42. Avant la première opération de pressage, les différentes couches 51, 52, 53, 54 de la figure 4 sont disposées suivant la forme géométrique du segment partiel 70, dans la matrice et orientées par rapport à la surface du corps de projectile non représentée sur les figures Sa, 5 b, 5 c, suivant des orientations 61, 62, 63, 64. Dans les éléments en forme de plaques 42 comme dans les éléments coniques 44, il en résulte des couches de fibres 50 orientées Les segments partiels presses au cours de la première étape de durcissement de la matrice présentent déjà le contour extérieur de la cage de propulsion 10 de la figure 1, par suite d'un moule de pression utilisé donné Au cours de la deuxième étape de durcissement de la matrice, il est pressé un nombre approprié de segments partiels 70 pour former un segment 40. La réalisation directe de segments partiels 70 tronconiques avec un contour extérieur de cage de propulsion approprié peut aussi être modifiée en ce qu'au cours de la première étape de durcissement de la matrice, on presse des plaques avec à l'intérieur une disposition de couches de fibres 50 donnée A partir de ces plaques on réalise mécaniquement des segments partiels 70 de section transversale tronconique et ces segments partiels 70 tronconiques sont pressés dans la deuxième étape de durcissement de la matrice pour donner un segment de cage de propulsion 40. Grâce aux segments partiels 70 réalisés suivant l'invention, il est garanti indépendamment de la constitution géométrique choisie pour les segments partiels 70 1, 70 2, 70 3 correspondant aux figures 5 a, b et 5 c, que la zone de contact 15 avec le corps de projectile 30 est formée dans chaque cas par les éléments en forme de plaques 42 qui, du fait des couches de fibres 51, 52, 53, 54 orientées dans ceux- ci, garantissent une transmission des forces au corps de projectile 30, lors du tir. Selon la figure 1, il est possible de prévoir entre le corps de projectile 30 et les segments de cage de propulsion 40, dans la zone de contact 15 commune, des moyens d'assemblage par concordance de forme, par exemple sous la forme d'un profile rainuré ou denté. Les fibres 51 ' placées dans la première couche de fibres 51, selon la figure 4 suivant l'orientation 61 par rapport à la surface 31 du corps de projectile, sont nécessaires en particulier pour la transmission de la poussée. De préférence il est retenu pour les fibres 51 ' une orientation 61 de -30 , car ces profilés dentés présentent habituellement des flancs qui forment des angles de 60 par rapport à la surface 31 du corps de projectile, ce qui fait que les fibres 51 ' de la première couche 51 se terminent perpendiculairement sur ces flancs de dents et garantissent ainsi une bonne transmission des forces Si l'on utilise des profils il 2670881 présentant d'autres angles de flancs de dents, l'orientation 61 des fibres 51 ' peut être modifiée de manière à pouvoir imposer éventuellement aussi des orientations 61 de cette couche 51, entre -15 et -45 par rapport à la surface 31 du corps. REVENDICATIONS 1 Cage de propulsion segmentée en matière plastique renforcée aux fibres avec des éléments en forme de plaques, présentant des fibres orientées et des éléments coniques, caractérisée en ce que chaque segment ( 40) de la cage de propulsion ( 10) est constitué d'éléments en forme de plaques ( 42) et d'éléments coniques ( 44) disposés alternativement, une zone de contact ( 15) commune à la cage de propulsion ( 10) et un corps de projectile ( 30) étant entièrement constitués d'éléments en forme de plaques ( 42). 2 Cage de propulsion selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque segment de cage de propulsion ( 40) est constitué d'au moins six, de préférence douze, éléments en forme de plaques ( 42) et éléments coniques ( 44), les éléments coniques ( 44) présentant un angle (B) inférieur à 20 , de préférence 10 . 3 Cage de propulsion selon l'une quelconque des revendications i et 2, caractérisée en ce que chaque élément en forme de plaque ( 42) comporte au moins quatre couches de fibres ( 51, 52, 53, 54) qui sont disposées chacune suivant une orientation donnée ( 61, 62, 63, 64) par rapport à la surface ( 31) du corps de projectile ( 30). 4 Cage de propulsion selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une couche de fibres ( 54) au moins est parallèle à la surface ( 31) du corps de projectile dans la direction longitudinale ( 35) et une couche de fibres ( 52) au moins est perpendiculaire à la surface ( 31) du corps de projectile. Cage de propulsion selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une couche de fibres ( 51) au moins présente une orientation comprise entre -15 et - , de préférence -30 , et une couche de fibres ( 53) au moins présente une orientation ( 63) comprise entre et 450, de préférence 30 , par rapport à la surface ( 31) du corps de projectile, dans la direction longitudinale ( 35). 6 Cage de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que les éléments en forme de plaques ( 42) sont constitués de fibres de carbone enrobées dans une matrice durcissant de préférence en deux étapes ou d'une matrice coulée avec fibres courtes noyées dans celle- ci. 7 Cage de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les éléments coniques ( 44) sont constitués d'une matrice durcissant de préférence en deux étapes avec fibres de carbone orientées enrobées ou d'une matrice coulée avec noyées à l'intérieur, des fibres courtes. S Cage de propulsion selon l'une quel-conque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce qu'un élément en forme de plaque ( 42) et un élément conique ( 44) sont pressés pour donner un segment partiel ( 70) sous la forme d'un segment partiel tronconique ( 70 1, 70.2, 70 3) et en ce qu'un segment de cage de propulsion ( 40) est constitué de plusieurs segments partiels ( 70). 9 Procédé de fabrication d'une cage de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que dans une première étape de procédé des segments partiels ( 70) correspondant à un élément conique ( 44) et un élément en forme de plaque ( 42) avec à l'intérieur des couches de fibres ( 51, 52, 53, 54 > d'orientation donnée, sont pressés dans une première étape de durcissement d'une matrice et en ce que dans une deuxième étape de procédé, plusieurs segments partiels ( 70) sont pressés dans une deuxième étape de durcissement de la matrice pour donner un segment de cage de propulsion ( 40). Cage de propulsion selon la revendication 9, caractérisée en ce que dans la première étape de durcissement de la matrice, des segments partiels ( 70) tronconiques sont pressés avec un angle i correspondant à l'angle B des éléments coniques ( 44). 11 Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que pour réaliser un segment de cage de propulsion ( 40) avec douze éléments coniques ( 44) et douze éléments en forme de plaques ( 42), on presse douze segments partiels ( 70) tronconiques dans la deuxième étape de durcissement de la matrice.