Brevet FR2683304A1 — publié le 19930507

La présente Invention concerne un système de refroidissement du tube d'un canon, du type comprenant une chemise de fluide de refroidissement rapportée fixement autour du tube du canon et s'étendant sur au moins une partie de la longueur de celui-ci de part et d'autre d'un cône de forcement où est mis à poste un à tirer. Le tir d'un projectile entraîne la libération d'une énergie calorifique importante qui provoque un échauffement de la paroi interne de la chambre du tube en particulier de part et d'autre du cône de forcement. Il est indispensable de contrôler cet échauffement, c'est-à- dire la température atteinte par la paroi interne de la chambre du tube pour au moins trois raisons qui visent : -à assurer la sécurité des servants lors de l'introduction d'une nouvelle charge ou munition, -à éviter le risque d'auto-inflammation dans le cas d'une douille combustible qui renferme la charge de propulsion du projectile, -et à conserver les capacités opérationnelles de l'arme. Pour ces raisons, il faut soit limiter la cadence de tir, soit prévoir un système de refroidissement pour que la température à l'intérieur de la chambre reste dans des limites de fonctionnement acceptables sans dépasser une valeur seuil ou critique. D'une manière générale, des études ont permis de déterminer qu'une quantité maximale d'énergie de 1,28 MJ est transmise au tube du canon à chaque tir d'obus avec une charge de 16,5 kg de poudre. Cette énergie thermique est dégagée sur une longueur d'environ 2 m autour de la zone du cône de forcement où est mis à poste l'obus. Dans le cas d'une artillerie de type 155 mm par exemple, non équipée d'un système de refroidissement, l'expérience montre que la cadence de tir ne peut excéder 15 coups à l'heure après la première heure d'utilisation. Il existe de nombreux systèmes de refroidissement et parmi ceux du type précité, celui décrit dans le document DE 30 35 609 A1 prévoit une chemise de fluide de refroidissement rapportée autour du tube du canon et dans laquelle le fluide se vaporise puis se condense entre deux tirs successifs. Concrètement, de tels systèmes ne permettent pas d'abaisser la température du tube à une valeur suffisante permettant d'augmenter de manière substantielle la cadence de tir, et il faut très réguliè- rement introduire une nouvelle quantité de fluide de refroidissement à l'intérieur de la chemise. Le but de l'invention est de concevoir un système de refroidissement capable de limiter la température de la peau interne de la chambre à une valeur de 200*C pour augmenter à la fois la sécurité des servants lors de l'introduction d'une nouvelle charge ou munition, et la cadence de tir tant en nombre de coups par jour qu'en nombre de coups répétitifs à la cadence maximale. A cet effet, l'invention propose un système de refroidissement du type précité qui est caractérisé en ce que la chemise est raccordée à un circuit hydraulique externe fixe qui assure, d'une part la circulation du fluide dans la chemise et, d'autre part, le refroidissement de ce fluide, la chemise étant raccordée au circuit hydraulique par des moyens étanches capables d'absorber le mouvement de recul du canon après le tir du projectile. D'une manière générale, la chemise présente une entrée et une sortie situées vers ses deux extrémités et raccordées respectivement à une sortie et une entrée du circuit hydraulique. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de raccordement entre l'entrée de la chemise et la sortie du circuit hydraulique comprennent deux tubulures rigides emboîtées l'une dans l'autre d'une manière télescopique suivant l'axe du tube, la tu bulure raccordée sur la sortie du circuit hydraulique étant fixe alors que celle raccordée à la chemise est mobile avec celle-ci lors du mouvement de recul du canon. D'une manière similaire, les moyens de raccordement entre la sortie de la chemise et l'entrée du circuit hydraulique comprennent également deux tubulures rigides emboî- tées l'une dans l'autre de manière télescopique suivant l'axe du tube. Dans une variante de réalisation de l'invention, les tubulures rigides emboîtées de manière télescopique peuvent tre remplacées par des tubulures flexibles. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit hydraulique comprend au moins une pompe pour assurer la circulation du fluide à l'intérieur de la chemise, et un échangeur de chaleur qui prélève les calories du fluide à chaque cycle de refroidissement correspondant à un passage du fluide dans la chemise. Avantageusement, le fluide de refroidissement est constitué par de l'eau mélangé à un antigel comportant un additif anti-corrosion, sachant que l'air et les huiles silicones ne sont généralement pas utilisés eu égard à leur faible pouvoir caloporteur. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'Invention ressortiront de la Description explicative qui va suivre faite en référence aux Dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels : -la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partiel le du tube d'un canon limité à sa partie située de part et d'autre du cône de forcement, pour illustrer la che mise de fluide du système de refroidissement conforme à l'invention, -la figure 2 est une vue agrandie d'une partie du sys tème de refroidissement indiquée par la flèche II sur -et la figure 3 est une vue schématique du circuit hy draulique associé à la chemise de fluide représentée à la figure 1. En se reportant aux figures 1 et 3, le système de refroidissement 1 du tube 2 d'un canon 3 comprend trois parties : -une chemise 5 de fluide de refroidissement rapportée autour du tube 2, -un circuit hydraulique externe fixe 6, -et des moyens étanches 7 qui raccordent la chemise 5 au circuit hydraulique 6. Dans l'exemple considéré ici, la chemise 5 est formée d'un élément tubulaire allongé 10 et d'un manchon 11 axialement alignés l'un avec l'autre et rapportés autour du tube 2. A une extrémité, l'élément tubulaire 10 présente un rebord annulaire radialement interne 12 qui délimite une ouverture d'un diamètre à peine supérieur au diamètre externe du tube 2. L'élément tubulaire 10 est rapporté autour du tube 2 en étant engagé, par l'extrémité libre du canon 3, en contact glissant par son rebord 12 avec la paroi externe du tube 2 jusqu'à venir en butée sur un épaulement annulaire 13 prévu sur la paroi externe du tube 2. Il est ainsi défini une chambre annulaire 14 entre les parois respectivement externe et interne du tube 2 et de l'élément tubulaire 10. Un piston annulaire 15 d'un diamètre intérieur à peine supérieur au diamètre externe du tube est engagé, par l'extrémité libre du canon 3, en contact glissant avec la paroi externe du tube 2 jusqu'à venir au voisinage de la surface d'extrémité libre de l'élément tubulaire 10. Le piston 15 présente un diamètre externe qui est légèrement inférieur à celui de l'élément tubulaire 11. La fonction de ce piston 15 sera explicitée par la suite. Le manchon 11 qui présente un diamètre interne à peine supérieur au diamètre externe de l'élément tubu laire 10 est rapporté autour du tube 2 en étant engagé, par l'extrémité libre du canon, jusqu'à venir en butée par une extrémité contre un épaulement 17 prévu sur la paroi externe de l'élément tubulaire 10. Vers son autre extrémité, le manchon 11 présente un rebord annulaire radialement interne 18 qui est en contact glissant avec la paroi externe du tube 2. Dans ces conditions, le manchon 11 recouvre la partie d'extrémité adjacente de l'élément tubulaire 10 et il délimite avec le tube 2 un espace interne annulaire 20 dans lequel peut coulisser axialement le piston 15. Pour bloquer en position l'élément tubulaire 10 et le manchon 11 sur le tube 2, on vient engager par l'extrémité libre du canon 3, un écrou 22 qui vient se visser sur un filetage 23 prévu sur la paroi externe du tube 2. L'écrou 22 vient en appui contre le manchon 11 de manière à exercer une force axiale qui bloque le manchon 11 et l'élément tubulaire 10 sur leurs épaulements respectifs 17 et 13. En se reportant à la figure 1, il est à noter que l'élément tubulaire 10 s'étend globalement de part et d'autre du cône de forcement 25 sur une longueur d'environ 2 mètres. Le circuit hydraulique 6 du système de refroi- dissement 1 et tel que représenté schématiquement à la figure 3, comprend une tubulure d'entrée 30 qui est reliée à l'entrée d'un échangeur de chaleur E refroidi par exemple par un ventilateur 32 actionné par un moteur 33. La sortie de l'échangeur E est reliée à l'entrée d'une pompe hydraulique P dont la sortie est raccordée à une tubulure de sortie 35 du circuit. Une vanne de réglage 36 est montée sur une tubulure de dérivation 30a aux bornes de l'échangeur E. Le degré d'ouverture de cette vanne 36 est fonction de la température du fluide de refroidissement qui pénètre à l'intérieur de l'échangeur E. Le circuit hydraulique 6 est complété par deux robinets d'arrt 37 montés respectivement en amont et en aval de l'échangeur E, et par un robinet d'arrt 38 monté dans une tubulure 30b raccordée à une extrémité au circuit 6 et dont l'autre extrémité sert d'orifice d'entrée pour introduire le fluide de refroidissement à l'intérieur du circuit 6. Un mode de réalisation des moyens étanches 7 qui assurent le raccordement entre la chemise 5 et le circuit hydraulique 6 vont tre décrits ci-après en réfé- rence aux figures 1 et 2. Dans l'exemple considéré ici, ces moyens de raccordement 7 sont du type télescopique. Plus précisément, ils sont constitués par des moyens d'entrée 7a qui raccordent la tubulure de sortie 35 du circuit hydraulique 6 à la chemise 5 vers une extrémité de celle-ci, par exemple celle adjacente au manchon 11, et des moyens de sortie 7b qui raccordent la tubulure d'entrée 30 du circuit hydraulique 6 à la chemise 5 vers l'autre extrémité de celle-ci. Les moyens de raccordement d'entrée 7a comprennent une tubulure rigide fixe 40 qui s'étend parallè- lement au tube 2 et dans une extrémité de laquelle s'engage de façon coulissante et étanche la partie d'extrémité d'une tubulure rigide 41. Cette tubulure 41 présente vers son autre extrémité un coude à 90 pour venir se raccorder autour d'un passage radial d'entrée lla du manchon 11 qui communique avec la chambre 14 délimitée par la chemise 5. L'autre extrémité de la tubulure 40 est raccordée à la tubulure de sortie 35 du circuit hydraulique 6 par l'intermédiaire d'un raccord classique (non représenté). D'une manière analogue, les moyens de raccordement de sortie 7b sont constitués par une tubulure rigide fixe 45 qui s'étend parallèlement au tube 2 et dans une extrémité de laquelle s'engage de façon coulissante et étanche la partie d'extrémité d'une tubulure rigide 46. Cette tubulure 46 présente vers son autre extrémité un coude à 90 pour venir se raccorder autour d'un passage radial de sortie 10a de l'élément tubulaire 10 qui communique avec la chambre 14 délimitée par la chemise 5. L'autre extrémité de la tubulure 45 est raccordée à la tubulure d'entrée 30 du circuit hydraulique 6 par un raccord classique (non représenté). Dans l'exemple considéré ici, les deux tubulures fixes 40 et 45 forment une seule pièce, mais elles pourraient tre indépendantes l'une de l'autre. Le principe de fonctionnement du circuit de refroidissement découle de la structure telle que décrite précédemment. La pompe P du circuit hydraulique 6 assure la circulation du fluide de refroidissement à l'intérieur de la chemise 5 dans un sens déterminé. Le fluide de refroidissement qui sort de la chemise 5 par les tubulures de sortie 45 et 46 est refroidi par l'échangeur E avant de pénétrer à nouveau à l'intérieur de la chemise par les tubulures d'entrée 40 et 41. Lors du mouvement de recul du canon 3 consécu- tif au tir d'un projectile, les tubulures d'entrée 41 et de sortie 46 coulissent librement à l'intérieur des tubulures fixes 40 et 45 qui leur sont respectivement associées pour assurer la continuité de la circulation du fluide à l'intérieur de la chemise 5. Le circuit de refroidissement 1 est complété par un dispositif 50 qui permet d'éviter le phénomène dit du coup de bélier lors du mouvement de recul du canon 3 consécutif au tir d'un projectile. Ce dispositif 50, tel que représenté à la figure 2, inclut le piston 15 qui est maintenu en appui sur l'extrémité libre de l'élément tubulaire 10 par de l'air sous pression introduit dans l'espace annulaire 20 par un passage radial 52 prévu dans le manchon 11 et sur lequel se raccorde une tubulure 53 reliée à une source d'air sous pression (non représen- tée). Ainsi, les violentes fluctuations axiales auxquelles est soumis le fluide de refroidissement qui circule dans la chemise 5 lors du mouvement de recul du canon vont tre amorties par le piston 15. En variante du mode de réalisation qui vient d'tre décrit, on peut remplacer les tubulures rigides d'entrée 40,41 et de sortie 45,46 par des tubulures flexibles 60 capables d'absorber le mouvement de recul du canon 3 (figure 3). Dans ce cas, les deux tubulures d'entrée 40,41 et les deux tubulures de sortie 45,46 sont remplacées par une tubulure flexible 60. Un ensemble de joints J sont prévus pour assurer l'étanchéité du système de refroidissement au niveau de la chemise 5 et de son raccordement au circuit hydraulique 6. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et donnés uniquement à titre d'exemple. En particulier, on peut envisager d'autres moyens de raccordement étanches 7 sans sortir du cadre de l'invention, dès l'instant où l'on assure la circulation du fluide à l'intérieur de la chemise en tenant compte du mouvement de recul du canon consécutif au tir d'un projectile. REVENDICATIONS 1. Système de refroidissement du tube d'un canon, du type comprenant une chemise de fluide de refroidissement rapportée fixement autour du tube du canon et s'étendant sur au moins une partie de la longueur de celui-ci de part et d'autre d'un cône de forcement où est mis à poste un projectile à tirer, caractérisé en ce que la chemise (5) est raccordée à un circuit hydraulique externe fixe (6) qui assure, d'une part, la circulation du fluide dans la chemise (5) et, d'autre part, le refroidissement de ce fluide, la chemise (5) étant raccordée au circuit hydraulique (6) par des moyens étanches (7) capables d'absorber le mouvement de recul du canon (3) consécutif au tir du projectile. 2. Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chemise (5) présente un passage d'entrée (lla) et un passage de sortie (lOa) situés vers ses deux extrémités et raccordés par les moyens étanches (7) à une tubulure de sortie (35) et à une tubulure d'entrée (30) du circuit hydraulique (6), respectivement. 3. Système de refroidissement selon la Revendications 2, caractérisé en ce que les moyens de raccordement (7) comprennent des moyens d'entrée (7a) constitués de deux tubulures rigides (40,41) emboîtées l'une dans l'autre de manière télescopique suivant l'axe du tube (2) pour raccorder le passage d'entrée (lla) de la chemise (5) à la tubulure de sortie (35) du circuit hydraulique (6). 4. Système de refroidissement selon la Revendication 3, caractérisé en ce que la tubulure de raccordement (40) est fixe et raccordée à la tubulure de sortie (35) du circuit hydraulique (6), alors que la tubulure de raccordement (41) est raccordée sur le passage d'entrée (lla) de la chemise (5). 5. Système de refroidissement selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens de raccordement (7) comprennent des moyens de sortie (7b) constitués de deux tubulures (45,46) emboîtées l'une dans l'autre de manière télescopique suivant l'axe du tube (2) pour raccorder le passage de sortie (10a) de la chemise (5) et la tubulure d'entrée (30) du circuit hydraulique (6). 6. Système de refroidissement selon la Revendications 5, caractérisé en ce que la tubulure de sortie (45) est fixe et raccordée à la tubulure d'entrée (30) du circuit hydraulique (6), alors que la tubulure de sortie (46) est raccordée sur le passage de sortie (10a) de la chemise (5). 7. Système de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de raccordement étanches (7) sont constitués par des tubulures flexibles (60). 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit hydraulique (6) comprend au moins une pompe hydraulique (P) pour assurer la circulation du fluide à l'intérieur de la chemise (5), et un échangeur de chaleur (E) pour refroidir le fluide. 9. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également un dispositif (50) pour amortir les fluctuations du fluide à l'intérieur de la chemise (5) lors du mouvement de recul du canon (3). 10. Système de refroidissement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif (50) comprend un piston annulaire (15) situé dans le prolongement de la chemise (5), ledit piston (15) axialement mobile dans un espace annulaire interne (20) venant en appui contre l'extrémité adjacente de la chemise (5) sous l'action d'un fluide sous pression introduit dans ledit espace (20). 11. Canon, caractérisé en qu'il est équipé d'un circuit de refroidissement tel que défini par l'une quelconque des revendications précédentes.