Brevet FR2672047A1 — publié le 19920731

Agent propulseur pour arme hybride L'invention concerne un agent propulseur pourune arme à tube comprenant un propulseur fluide assisté électriquement, notamment pour des propulsions hybrides chimicoélectriques à injection régénérative d'agent propulseur. De façon connue, on allume dans les armes électro-thermiques et par application d'une tension aux électrodes du brûleur à plasma un arc électrique qui vaporise le matériau disposé entre les électrodes, par exemple du polyéthylène et le chauffe pour obtenir un plasma créant une pression élevée L'accélération du projectile est déterminée par la10 pression de ce plasma chauffé. L'énergie électrique permettant l'accélération du projectile n'est pas transformée directement en énergie cinétique dans le cas d'un entraînement électro-thermique du projectile, mais en passant d'abord par la forme énergétique intermédiaire d'une énergie thermique La15 condition qu'il faut remplir pour obtenir un rendement élevé lors de la conversion de l'énergie électrique ou électromagnétique en énergie cinétique est donc d'abord une production efficace du plasma par l'énergie thermique. Quand on utilise des substances inertes telles quedupolyhéthylène pour réaliser un plasma fortement expansé, il faut d'abord les vaporiser dans le brûleur à plasma au moyen de l'arc électrique, puis les désintégrer thermiquement en radicaux de manière qu'il y ait du 2 - carbone et de l'hydrogène de façon prépondérante a Prèsleur dissociation Ceci signifie qu'il faut utiliser pour la désintégration de la matière inerte une quantité non négligeable d'énergie électrique couplée, ce qui a une influence négative sur le rendement. Un but de l'invention est donc de créer un agent propulseur du type mentionné dans le préambule et grâce auquel le rendement soit sensiblement augmenté au moyen d'une énergie additionnelle disponible largement indépendamment de l'énergie électrique couplée par une réaction exothermique chimique, et que le besoin en énergie électrique soit sensiblement diminué. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que l'on prévoit des liaisons organiques d'une combinaison de carbone et d'oxygène avec un ou plusieurs groupes réactifs selon un rapport permettant par une bonne réaction exothermique de l'agent propulseur (hydrocarbure) la fission de molécules ou d'atomes de masse moléculaire plus faible On peut alors constituer un composant d'agent propulseur à partir de combinaisons cycliques d'hydrocarbure étirées comprenant des groupes réactifs. Alors qu'il faut appliquer une énergie électrique de façon continue pour la conversion du polyéthylène ou autres matières inertes similaires en vue de leur vaporisation et de leur dissociation pour obtenir un plasma, l'utilisation d'agents propulseurs fluides réactifs présente l'avantage qu'après couplage d'une certaine énergie d'activation, et en raison de la capacité de réaction exothermique de l'agent propulseur, on peut obtenir un excès d'énergie chimique additionnel. On obtient ainsi largement indépendamment de l'énergie électrique couplée une énergie additionnelle par réaction chimique On peut en outre utiliser des substances qui se décomposent plus facilement que des matières inertes (tel que du polyéthylène) qui fournissent de l'énergie dès leur réaction de décomposition Le complément d'énergie chimique obtenu résulte de la réaction chimique des radicaux qui apparaissent lors de la décomposition de l'agent propulseur. En outre, les produits de la réaction de l'agent propulseur ont une masse moléculaire moyenne du gaz propulseur ou du plasma nettement 3 - plus basse, raison pour laquelle on peut fortement augmenter la vitesse à l'embouchure par comparaison avec des armes hybrides à poudre. Si on continue en outre de chauffer des vapeurs ou des produits de la réaction provenant de la combustion de l'agent propulseur par le couplage de l'énergie électrique, les gaz individuels se dissocient en produits de dissociation moléculaire ou atomique plus faibles Du fait du poids moléculaire plus faible, le nombre de moles augmente et de ce fait la pression augmente pour le même volume En outre, la vitesse du son augmente du fait de la masse moléculaire plus faible et de la température plus élevée Les températures qui apparaissent dans un plasma peuvent être de 10000 à 20000 K S'il y a dissociation totale des molécules du gaz propulseur, la masse moléculaire moyenne du gaz propulseur de poudres de charges propulsives de canons de blindés peut être réduite d'environ 20 à 25 g à environ 10 g Lorsqu'on utilise des agents propulseurs fluides classiques, la masse moléculaire moyenne du gaz propulseur est d'environ 15 à 17 g selon le mélange de l'agent propulseur, qui peut être réduite à des valeurs'inférieures à 5 à 7 g par une dissociation totale Par comparaison avec un entraînement hybride à poudre, on obtient pour un entraînement à fluide assisté électriquement et en fonction du mélange d'agent propulseur une réduction de la masse molécuaire comprise entre 30 et 40 % et une augmentation de la vitesse du son dans le gaz propulseur pour la même température du plasma comprise entre 20 et 30 % Ces valeurs peuvent être encore augmentées quand on utilise un mélange d'agent propulseur optimisé en fonction de son utilisation. Grâce au couplage d'une énergie électrique additionnelle, la possibilité est offerte d'utiliser des agents propulseurs fluides qui, en raison de leur énergie spécifique sensiblement plus basse (force d'environ 1000 J/g), paraissent moins aptes au fonctionnement d'une arme de grande puissance à simple entraînement fluide Par ailleurs, ces agents propulseurs présentent deux avantages décisifs: 1) Les agents propulseurs fournissent des produits de réaction de faible poids moléculaire, raison pour laquelle la vitesse à l'embouchure peut être augmentée. 2) Les agents propulseurs font, en raison de leur seuil d'allumage -4élevé, partie des agents propulseurs dits LOVA (Low Vulnerability Ammunitions) ou "Insensitive Ammunitions". Le choix des composants appropriés pour l'agent propulseur s'effectue de manière à optimiser des effets qui sont opposés les uns aux autres Des groupes réactifs conduisent à des conversions chimiques avec un gain d'énergie, mais avec l'inconvénient d'une masse moléculaire relativement élevée des produits de la réaction La fission de chaînes de molécules d'hydrocarbure pur donne des produits moléculaires bas de plus faible masse moléculaire, mais avec cet inconvénient que ces procédés se déroulent de façon fortement endothermique Grâce à la combinaison de radicaux de carbone-hydrogène avec un ou plusieurs groupes réactifs, on obtient une énergie spécifique élevée, une température d'explosion élevée et une masse moléculaire faible des produits de la réaction pour un covolume élevé et une chaleur spécifique élevée Selon les revendications 3 à 9, on peut utiliser en tant que groupes réactifs des groupes différents. Selon les autres revendications, ces substances peuvent être mélangées les unes aux autres de manière que l'agent propulseur provienne d'un mélange de plusieurs de ces substances En cas de besoin, on peut ajouter aux groupes réactifs et en vue de leur stabilisation des substances d'appoint relativement inertes comme par exemple des hydrocarbures ou des alcools à longue chaîne. Les groupes réactifs qui conviennent en particulier pour l'agent propulseur sont: 1) Le nitro-alcane comprenant un ou plusieurs groupes nitro selon la formule chimique: H 3 C Cn H 2 N NO 2 (nitro- alcane plus un groupe nitro) ou NO H 3 C Cn H 2 NCH Cn H 2 NNO 2 (dinitro-alcane ou polynitro-alcane) 2) Alcanoxyde comprenant un ou plusieurs groupes oxydes selon la formule chimique: o H 2 C CH 2 (éthylènoxyde) ou oh Hz C C CH 2 Cn Hzn CH 3 (polyoxydalcane) 3) Anhydride d'acide selon la formule chimique O 0 = C C = O (anhydride d'un acide de butane dioïque) lHZC C Htl n 4) Un ou plusieurs groupes éthylène ou acetylene contenant de l'alkylène ou de l'alcyne selon la formule chimique R C _ C R (alcyne) ou R C _ C R C C R (alcyne multiple) ) liaison d'azote cycliques selon la formule chimique: CH CHJ X C N N N N CH 3 6) Acides selon la formule chimique R C Hz N 3 (acide) 7) liaisons azo. Les avantages particuliers du nouvel agent propulseur proviennent des propriétés et du comportement des substances utilisées Il convient de mentionner en particulier: une combustion reproductible; une réaction se déroulant rapidement lors de la décomposition, mais qui ne se déroule pas de façon détonante; un potentiel énergétique chimique important avec une stabilité chimique suffisante; en tant que fluide surtout dans la plage de températures d'ensemble comprise entre -45 et + 80 C; sans action corrosive; largement non toxique, ceci signifiant que les substances ne sont pas fortement dangereuses pour la santé; lors du mélange de diverses substances les unes avec les 6 - autres, aucune lacune de miscibilité n'apparaissant dans la plage de températures proposée; les composants à mélanger sont compatibles les uns avec les autres; pression de vapeur plus faible et point d'inflammation plus élevé; danger d'incendie et d'explosion plus faible; meilleure capacité de stockage; classement favorable concernant la réglementation de la circulation sur routes, voies ferrées, mer et air; propriétés ne polluant l'environnement qu'aussi peu que possible et fabrication simple à des coûts réduits; comportement sans problème en cas d'accident ou pendant le tir, avec en particulier aucune décomposition détonante; sécurité vis-à-vis d'un auto-allumage et d'une auto- décomposition ou d'une détonation en cas de compression dynamique élevée des matières fluides, de compression adiabatique de bulles dans le fluide, de frottements et du fait de "hot spots" de courte durée par contact avec des surfaces chaudes, et de cavitation; bonne capacité d'allumage dans les conditions de l'arme; et masse molaire aussi réduite que possible des produits de la décomposition et de la réaction. Du fait du rapport particulier entre l'ossature en hydrocarbure et les groupes réactifs pour chaque agent propulseur qui n'est constitué que par une unique substance déterminée par laquelle l'adjonction chimique de la substance concernée est fixée à des valeurs bien déterminées, on obtient des valeurs optimales, notamment avec les mélanges d'agents propulseurs. Un composant avantageux pour les types d'agents propulseurs proposés qui conduit à un gain d'énergie aussi élevé que possible est constitué selon les caractéristiques de l'invention par des systèmes à combinaisons cycliques d'hydrocarbures étirées avec des groupes réactifs, tels que des groupes nitro ou des groupes azo. L'agent propulseur fluide à utiliser doit, selon l'invention, contenir un ou plusieurs groupes réactifs ainsi que de l'hydrogène et 7 - du carbone selon un rapport tel que l'on obtienne une réaction exothermique relativement riche en énergie et de manière que les produits de la réaction qui en découlent et qui sont en partie déjà dissociés puissent être décomposés ou dissociés par un couplage d'énergie électrique en molécules de masse moléculaire très faible. Il s'est avéré que des substances présentant les propriétés demandées existent pour un tel agent propulseur Ces composants d'agent propulseur comprennent en général, en dehors de l'ossature d'hydrocarbure, des groupes réactifs qui sont spécialement aptes à une nouvelle dissociation initiée électriquement. REVENDICATIONS 1 Agent propulseur pour arme à tube comprenant un propulseur fluide assisté électriquement, notamment pour des propulseurs hybrides chimico-électriques à injection, régénérative d'agent propulseur, caractérisé en ce que l'on prévoit des liaisons organiques d'unecombinaison de carbone d'hydrogène avec un ou plusieurs groupes réactifs selon un rapport permettant par une bonne réaction exothermique de l'agent propulseur (hydrocarbure) la fission de molécules ou d'atomes de masse moléculaire plus faible. 2 Agent propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un composant de l'agent propulseur constitué par des combinaisons cycliques d'hydrocarbure étirées est formé avec des groupes réactifs. 3 Agent propulseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que groupe réactif du nitro-alcane comprenant un ou plusieurs groupes nitro. 4 Agent propulseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que groupe réactif de l'alcanoxyde avec un ou plusieurs groupes oxyde. Agent propulseur selon les revendication 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que groupe réactif de l'anhydride d'acide, éventuellement avec un acide butane dioïque. 6 Agent propulseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que groupe réactif des alcynes contenant un ou plusieurs groupes éthylène. 7 Agent propulseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on prévoit en tant que groupe réactif des liaisons d'azote cycliques. 8 Agent propulseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on prévoit en tant que groupe réactif des liaisons azo. 9 Agent propulseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que groupe réactif des acides. Agent propulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que groupe réactif une combinaison de deux ou plusieurs des substances mentionnées aux revendications 3 à 9 dans une molécule. 11 Agent propulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que l'on ajoute des substances additionnelles relativement inerte aux substances des groupes réactifs. 12 Agent propulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que des hydrocarbures ou des alcools à longues chaînes sont ajoutés aux substances des groupes réactifs.