Brevet FR2672977A1 — publié le 19920821

Accélérateur électromagnétique à barres conductrices La présente invention se rapporte à un accélérateur électromagnétique à barres conductrices, dans lequel, pour accélérer des projectiles on produit plusieurs coussinets de décharge d'arc de plasma qui se5 forment entre les barres, ainsi qu'à l'utilisation de tels accélérateurs pour accélérer des ensembles de projectiles multiples et des projectiles qui se composent d'au moins deux segments de sabot situés l'un derrière l'autre et séparés par des pièces intercalaires. On trouve des accélérateurs électromagnétiques à barres conductrices du type précité, par exemple, dans la demande de brevet allemand 36 15 585 De tels accélérateurs comprennent, de par leur principe, une15 partie d'accélération qui se présente dans le cas le plus simple, sous la forme de deux barres d'accélération parallèles Ces barres sont parcourues par le courant et assurent en même temps le guidage latéral du projectile Lorsque le courant est établi,20 il suit l'une des barres et passe par l'armature à plasma placée de façon à être mobile entre les deux barres pour revenir par l'autre barre Les champs magnétiques ainsi engendrés entre les barres provoquent, avec le passage du courant par l'armature à25 plasma, une force de Lorentz qui accélère l'armature et le projectile relié à l'armature vers l'extérleur Pour obtenir une transmission des forces aussi uniforme que possible, le projectile comprend au moins deux projectiles partiels placés l'un derrière l'autre et30 séparés par des pièces intercalaires, de sorte qu'il se constitue une armature à plasma à l'extrémité postérieure de chacun des projectiles partiels. Cet accélérateur à barres connu a en particulier pour inconvénient que le courant total nécessaire pour engendrer la force de Lorentz doit passer par les deux barres parallèles De ce fait, les armatures plasmatiques individuelles sont parcourues par des courants d'intensités différentes En outre, ces barres subissent une usure relativement élevée. On connaît certes, par le brevet US 4 480 523, un accélérateur à barres tubulaire dans lequel les barres sont disposées cylindriquement, mais ces accélérateurs ont aussi pour inconvénient que le courant passe aussi, indépendamment du nombre des armatures, par les mêmes barres, de sorte qu'il se produit une usure relativement importante, dans le cas de ces agencements également. En conséquence, la présente invention a pour objet de perfectionner un accélérateur électro- magnétique à barres conductrices du type précité de façon que l'usure des barres soit, pour une même accélération des projectiles, beaucoup plus faible que dans le cas des accélérateurs à barres connus. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, le nombre des paires de barres est égal au nombre des zones dans lesquelles se forment des coussinets de décharge d'arc de plasma. On obtient d'autres modes de réalisation avantageux de l'ivention et une utilisation particulièrement avantageuse de celle-ci, si l'accélérateur à barres comporte un ensemble ternaire25 de barres ( 3, 6, 9 paires de barres), les barres étant placées dans ou sur la surface latérale intérieure d'un tube cylindrique, si l'on utilise l'accélérateur pour l'accélération de projectiles qui se composent d'au moins deux segments de sabot placés30 l'un derrière l'autre et séparés par des pièces intercalaires, ou pour l'accélération d'ensemble de projectiles multiples. L'idée de base de l'invention consiste donc essentiellement à utiliser un accélérateur à barres comportant plus d'une paire de barres parallèles, le nombre des paires de barres étant égal au nombre des zones de formation de plasma du projectile Il faut donc une plus faible intensité par barre pour une même accélération de projectile Toutes les zones de 3 2672977 formation de plasma sont parcourues par un courant de même intensité déterminant la force de Lorentz Cela réduit l'usure des barres. En outre, l'accélérateur selon l'invention présente les avantages suivants: les variations azimutales de la force de Lorentz agissant sur le tube sont réduites, et l'on peut donc agencer le tube pour des contraintes supérieures;10 si l'on choisit tout particulièrement un ensemble de barres ternaire ( 3, 6, 12 paires de barres), on peut réaliser l'accélérateur de façon que le courant dans des barres voisines circule en sens opposé Cela produit une diminution du champ de fuite magnétique. On va décrire à présent 1 ' invention avec davantage de détail sur des exemples de réalisation non limitatifs, à l'aide du dessin annexé dont: La figure 1 est une coupe longitudinale d'un accélérateur électromagnétique à barres conductrices, avec un projectile qui comporte trois zones de formation de plasma; Les figures 2 à 4 sont des coupes de l'accélérateur de la figure 1, suivant les lignes I-I, II-II et III-III; La figure 5 est le schéma de montage d'un dispositif d'alimentation électrique pour l'accélérateur selon l'invention; La figure 6 est une coupe longitudinale de l'accélérateur électromagnétique avec trois projectiles disposés les uns derrière les autres; La figure 7 est une coupe de l'accélérateur de la figure 6, suivant la ligne IV-IV. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un accélérateur électromagnétique à barres conductrices dans lequel se trouve un projectile 2 L'accélérateur électromagnétique 1 comprend essentiellement un tube 10 en matière isolante, de rigidité suffisante, et les Ji 2672977 barres 11, 12, 13, 14, 15, 16 (cf également figures 2 à 4). Le projectile 2 comprend un organe de pénétration 20 sous-calibré et un sabot 30 pour le guidage de l'organe de pénétration dans le tube de l'accélérateur à barres conductrices Le sabot 30 comprend trois segments 31, 32 et 33 à l'extrémité postérieure desquels se trouvent des matières de formation de plasma 34, 35 et 36 Entre les segments10 31, 32 et 33 du sabot se trouvent des évidements ou des zones 37, 38 dans lesquels le plasma peut se former En outre, la matière à plasma 36 forme le plasma derrière le sabot dans la zone 39 Les segments du sabot sont entourés par un manchon de matière isolante 40 qui15 garantit qu'une seule paire de barres 11, 12; 13, 14; , 16 à contact avec chaque zone de formation de plasma. Les segments 31 à 33 du sabot sont constitués, de préférence, par une matière isolante (par exemple, de la résine époxy) Le manchon isolant 40 peut être, par exemple, en polycarbonate Le tube 10 peut aussi être constitué par une matière à base de résine époxy. Comme matière pour les barres, ce sont les alliages cuivre-chrome ou cuivre-tungstène qui ressortent25 lesquels sont particulièrement résistants à l'usure. Les figures 2 à 4 sont des coupes de l'accélérateur à barres de la figure 1 suivant les lignes de coupe indiquées I-I, II-II et III-III On y a utilisé les mêmes références numériques que sur la30 figure 1 pour les éléments semblables On voit clairement les paires de barres opposées 11, 12; 13, 14 et 15, 16 qui sont insérées dans le tube plastique Sur la figure 2, le manchon en matière isolante 39 comporte des évidements, de sorte que seules les barres 13 et 14 entrent en contact avec la matière formant plasma 36, de sorte que ces barres n'alimentent en courant que cette zone formant plasma Sur la figure 3, les barres 15 et 16 sont en contact avec la matière formant plasma 35 et sur la figure 4, enfin, les barres b 2672977 11 et 12 sont en contact avec la matière formant plasma 34. On a représenté schématiquement sur la figure 5 l'alimentation électrique du canon électromagnétique 1. L'unité d'alimentation électrique y est désignée par la référence 41 qui comprend essentiellement un générateur de courant continu 42, un premier interrupteur 43, une bobine 44 et un second interrupteur 45 La liaison entre l'unité d'alimentation électrique et l'accélérateur électromagnétique 1 est réalisée au moyen des conducteurs 17, 18, le pôle plus étant relié aux barres 14, 15 et Il et le pôle moins aux barres 12, 13 et 16. On va expliquer brièvement dans la suite le fonctionnement du dispositif d'accélération de projectiles électromagnétique selon les figures 1 à 5. On ferme d'abord les interrupteurs 43 et 45 de l'unité d'alimentation électrique 41 Cela a pour effet que le générateur de courant continu 42 charge l'accumulateur20 d'énergie inductif 44 Ensuite, on ouvre l'interrupteur , de sorte que des tensions sont appliquées aux barres Il à 16 par l'intermédiaire des conducteurs 17 et 18 Les feuilles formant plasma (par exemple, des feuilles de métal) 34, 35 et 36 doivent être agencées de façon à s'évaporer en nuages de plasma électriquement conducteurs Il se forme par suite, à l'extrémité des segments de sabot 31, 32 et 33, des arcs électriques, de sorte qu'il se forme entre les paires de barres respectives un circuit électrique30 fermé qui comprend l'accumulateur d'énergie inductif 44, les barres d'accélérateur 11, 12; 13, 14; et 15, 16; et les coussinets de plasma derrière les segments de sabot 34, 35 et 36 Les flux de courant formés ainsi produisent une accélération électrique du projectile 2,35 qui peut atteindre des vitesses très élevées. Lorsque le projectile 2 sort du tube 10, l'interrupteur 45 est fermé, de sorte que l'accumulateur d'énergie inductif 44 se charge désormais pour le processus de tir suivant. La figure 6 représente un autre exemple de réalisation de l'invention, dans lequel on utilise, dans l'accélérateur à barres conductrices désigné par la référence 1, un ensemble de projectiles multiples,5 c'est-à-dire un ensemble comprenant plusieurs projectiles en direction axiale Les références 50, 51 et 52 y désignent les projectiles sous-calibrés et les références 53, 54 et 55 les sabots A l'extrémité arrière des sabots 53, 54, 55, on retrouve des feuilles formant plasma 56,57 et 58 L'accélérateur et l'alimentation en énergie peuvent y être réalisés comme précédemment dans l'exemple de réalisation des figures 1 à 5 Le fonctionnement du dispositif d'accélération correspond au dispositif décrit précédemment, avec un seul projectile. La figure 7 est une coupe de l'accélérateur de la figure 6, suivant la ligne IV-IV Les barres sont de nouveau désignées par les références 11 à 16 et le tube par la référence 10. L'avantage de l'ensemble de projectiles multiples consiste en ce que la cadence de tir peut être multipliée de cette façon Cela est important pour la défense anti-aérienne, en particulier dans le cas d'objets volants se déplaçant à grande vitesse. Revendications 1 Accélérateur électromagnétique à barres conductrices ( 1), dans lequel, pour accélérer des projectiles ( 2), on produit plusieurs coussinets de décharge d'arc de plasma entre les barres, caractérisé5 en ce que le nombre des paires de barres ( 11, 12; 13, 14; 15, 16) est égal au nombre des zones ( 37, 38, 39) dans lesquelles se forment les coussinets de décharge d'arc de plasma. 2 Accélérateur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accélérateur ( 1) comporte un ensemble ternaire de barres ( 3, 6, 9 paires de barres), les barres étant placées dans ou sur la surface latérale intérieure d'un tube cylindrique ( 10).15 3 Utilisation de l'accélérateur électrique à barres conductrices selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 pour l'accélération de projectiles ( 2) qui comprennent au moins deux segments de sabot ( 31, 32, 33) placés l'un derrière l'autre et20 séparés par des pièces intercalaires. 4 Utilisation de l'accélérateur électroma- gnétique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 pour l'accélération d'ensembles de projectiles multiples (figure 6).