Brevet FR2678055A1 — publié le 19921224

La présente invention concerne un projectile devant être lancé à partir d'un accélérateur à effet STATO, comportant une surface extérieure qui limite un canal d'arrêt en forme de tuyère s'étendant sur toute la longueur du corps du projectile et évoluant sensiblement en parallèle à ce corps. L'invention concerne également un accélérateur à effet STATO destiné au lancement d'un tel projectile. Un tel accélérateur à effet STATO ou un tel canon à effet STATO et le projectile correspondant sont décrits, par exemple, dans le document "The Ram-Accelerator " de Hertzburg, Bruckner et Bogdanoff, présenté au 37 e "Meeting" de l'"Aeroballistic Range Association" qui s'est déroulé à Québec, Canada, du 9 au 12 Septembre 1986. Suivant ce document, un projectile entouré d'un sabot de lancement est accéléré à l'intérieur d'un pré- accélérateur au moyen d'une charge propulsive et injecté ensuite suivant une direction coaxiale, après la séparation des éléments constituant le sabot de lancement, dans un tube lisse rempli d'un mélange de gaz explosif, dont au moins chacune des extrémités est obturée par un diaphragme. La vitesse à laquelle le projectile pénètre dans le mélange de gaz devrait être au moins égale à la vitesse du son du mélange gazeux employé. La partie essentiellement à symétrie de révolution de la surface extérieure du projectile connu présente une forme telle qu'elle constitue, ensemble avec la surface intérieure du tube précité, qui l'entoure à distance, un canal d'arrêt en forme de tuyère Le mélange de gaz est amorcé à l'intérieur de ce canal d'arrêt, c'est- à-dire l'amorçage se produit derrière le culot du projectile lorsque la combustion est subsonique et il se produit derrière l'onde de tête réfléchie par le projectile lorsque la combustion est supersonique. Dans tous les cas on observe derrière le projectile la formation d'une zone caractérisée par une pression de gaz relativement élevée Cette zone est associée au mouvement du projectile et sous l'effet de la pression des gaz, le projectile est accéléré de manière constante jusqu'à ce qu'il quitte le tube de l'accélérateur à effet STATO Des barrettes de guidage disposées à la surface extérieure du corps du projectile assurent l'appui et le guidage de ce corps à la surface intérieure du tube. Ces barrettes de guidage agissant comme des éléments d'empennage, toute stabilisation par rotation d'un tel projectile est exclue. Compte tenu d'une telle conception du projectile, l'utilisation d'un sabot de lancement à l'intérieur du pré- accélérateur est absolument nécessaire Mais, comme il a déjà été dit plus haut, les éléments de ce sabot de lancement doivent être interceptés avant que le projectile pénètre dans le tube d'accélération Une telle interception nécessite un dispositif très compliqué. Pour remédier à ce problème, il a déjà été proposé de disposer les barrettes de guidage à l'intérieur du tube lui-même, les extrémités de ces barrettes placées dans le tube assurant un guidage au calibre Il est ainsi possible de pré-accélérer le projectile dans un canon classique dont le calibre correspond à celui du projectile, sans que l'on soit obligé d'avoir recours à un sabot de lancement. Un tel tube d'accélération équipé de barrettes, qui peut en principe également comporter des rayures à la surface servant au guidage du projectile, nécessite cependant un gros effort de réalisation, notamment lorsque l'on tient compte des dimensions exigées En outre, un tel tube accélérateur ne présente qu'une faible résistance mécanique et une durabilité relativement courte, car les barrettes, au départ du coup, sont soumises à de forts effets thermiques et mécaniques sur toute la longueur du tube d'accélération C'est pourquoi ces barrettes se dégradent rapidement sous les effets conjoints de la chaleur et de l'érosion, notamment à la surface servant au guidage du projectile. A partir de cet état de la technique, le problème essentiel à la base de la présente invention est de réaliser un projectile qui peut être lancé et/ou accéléré ou post-accéléré dans un tube d'accélération à effet STATO de même calibre dépourvu de barrettes de guidage En outre, la présente invention a pour but de réaliser un accélérateur à effet STATO qui est tout particulièrement adapté au lancement du projectile précité. La présente invention a également pour but de diminuer les effets thermiques et mécaniques agissant sur la surface intérieure de guidage du tube accélérateur à effet STATO et de réduire ainsi l'érosion du tube. Toutes ces conditions sont remplies par un projectile devant être lancé à partir d'un accélérateur à effet STATO, comportant une surface extérieure qui limite un canal d'arrêt en forme de tuyère s'étendant sur toute la longueur du corps du projectile et évoluant sensiblement en parallèle à ce corps, caractérisé en ce que la surface précitée entoure un alésage de passage longitudinal qui forme le canal d'arrêt, est centré sur le corps du projectile et traverse le corps de ce projectile. Ce projectile peut de préférence être lancé avec un accélérateur à effet STATO comportant un tube accélérateur rayé. Le canal d'arrêt n'entoure pas le projectile comme dans l'exemple cité plus haut Conformément à l'invention, ce canal d'arrêt est centré sur le projectile qu'il traverse de telle sorte que ce dernier présente à peu près la forme d'un cylindre creux. La surface extérieure du projectile creux conforme à l'invention, qui est déterminante pour le calibre, est dans le cas présent guidée à l'intérieur du tube d'accélération à effet STATO de calibre identique. Lorsque la combustion est supersonique, elle se produit à l'intérieur du canal d'arrêt et provoque un échauffement du projectile; la surface intérieure du tube accélérateur à effet STATO n'est dans ce cas échauffée qu'indirectement Lorsque la combustion est subsonique, elle se propage à partir du centre du tube accélérateur à effet STATO et non à partir de la zone périphérique de ce tube; c'est également dans ce cas que les effets thermiques agissant sur le tube et sa surface intérieure se trouvent fortement diminués. D'autre part, le mélange de gaz pénétrant dans le canal d'arrêt n'entre en contact qu'avec une surface très limitée qui, par surcroît, est toujours la même, à savoir la surface intérieure du projectile, qui forme le canal d'arrêt. En outre, la section transversale du canal d'arrêt le long de l'axe du projectile présente essentiellement une géométrie identique à celle du canal d'arrêt connu qui entoure la périphérie d'un projectile plein. Dans le cas de l'utilisation d'un tube d'accélération lisse à effet STATO, il suffit de réaliser la surface extérieure du projectile d'une telle manière qu'elle forme essentiellement une enveloppe cylindrique circulaire. Conformément à une forme d'exécution préférentielle de l'invention, il est particulièrement avantageux de prévoir à la surface extérieure du corps du projectile au moins une bague d'étanchéité et/ou une bague de guidage qui se trouve à son tour en prise glissante avec la surface intérieure du tube accélérateur à effet STATO. Ce tube peut également comporter des rayures assurant une rotation constante ou une rotation progressive Les bagues d'étanchéité et les bagues de guidage assurent dans le cas présent le guidage et l'étanchéité du projectile face à la paroi du tube. Une bague d'étanchéité est de préférence disposée au bord avant du projectile conforme à l'invention; cette bague empêche efficacement la pénétration du mélange de gaz combustible dans la fente circulaire située entre le projectile et le tube. Lorsque la paroi du tube est lisse, de telles bagues permettent en outre de réduire l'usure du tube due aux effets de frottement; ces bagues sont également susceptibles de compenser des variations éventuelles des dimensions du projectile provoquées par les effets d'échauffement, et des variations éventuelles des dimensions du tube dues aux effets d'érosion. Conformément à une forme d'exécution préférentielle de l'invention, la partie avant du corps du projectile est conçue de telle sorte qu'elle présente essentiellement une forme cylindrique circulaire et que le diamètre de l'orifice d'entrée du canal d'arrêt corresponde au diamètre intérieur du tube Ceci signifie que la pointe du projectile est formée par une arête vive circulaire qui entoure l'orifice d'entrée. Un autre avantage de l'invention réside dans ce qu'à l'opposé des accélérateurs à effet STATO connus, il est tout à fait possible de procéder à une optimisation expérimentale de la géométrie du canal d'arrêt sans qu'il soit nécessaire de modifier les dimensions extérieures du corps du projectile ou même les dimensions intérieures du tube d'accélération à effet STATO. Grâce à l'invention, la réalisation du tube et du projectile se trouve fortement simplifiée. Lorsque le projectile doit être pré-accéléré sous l'effet de la pression des gaz agissant sur le projectile, une autre variante de l'invention comporte un piston d'obturation disposé au culot du projectile Ce piston peut être de calibre identique, par exemple, et couvrir ainsi de derrière l'ensemble du culot du projectile et par conséquent l'orifice de sortie du canal d'arrêt. Dans le cas présent, le piston d'obturation en tant que sabot de lancement peut assurer l'étanchéité à l'intérieur du pré-accélérateur face aux gaz propulsifs. Il est cependant possible de concevoir le piston d'obturation d'une telle manière qu'il forme un bouchon d'obturation placé dans l'orifice de sortie du canal d'arrêt Ce bouchon assure ainsi l'étanchéité du canal d'arrêt face aux gaz agissant de derrière A l'opposé du piston d'obturation de calibre identique, le bouchon d'obturation présente l'avantage d'une masse plus faible à accélérer dans le pré-accélérateur. En tout cas, lorsque l'écoulement supersonique constitué par le mélange gazeux arrive contre le corps du projectile à l'intérieur du tube de l'accélérateur à effet STATO, le piston d'obturation est éjecté vers l'arrière sous l'effet de cet écoulement. Pour faciliter l'éjection du piston d'obturation, il est utile, le cas échéant, d'avoir recours à une charge explosive séparatrice qui est amorcée peu de temps avant ou au moment o le projectile pénètre dans le tube de l'accélérateur à effet STATO ou lorsque ce projectile est atteint par le mélange gazeux à l'intérieur du tube. Sous l'effet de la séparation du piston d'obturation, il est également possible de déclencher un dispositif d'amorçage en vue d'amorcer les gaz ayant traversé le canal d'arrêt Un tel dispositif est avantageux lorsque l'écoulement contre le corps évolue encore à une vitesse relativement lente. Le projectile creux conforme à l'invention peut être conçu de manière à former un corps creux monobloc. Suivant une autre forme d'exécution préférentielle de l'invention, ce projectile creux comporte cependant des sous-projectiles ou peut être constitué par de tels projectiles. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, le projectile creux peut être conçu d'une sorte telle qu'il forme un porteur de charges utiles, des cavités étant dans ce cas destinées à recevoir les charges utiles. Suivant une autre forme d'exécution de l'invention, il est également possible de placer avantageusement à l'intérieur du canal d'arrêt un projectile central à énergie cinétique élevée dans la mesure o celui-ci contribue à la formation du canal d'arrêt Un tel projectile ne doit cependant pas perturber trop l'écoulement dans ce canal. La présente invention concerne d'une part un projectile devant être lancé à partir d'un dispositif d'accélération à effet STATO Toutefois, la présente invention concerne essentiellement un dispositif d'accélération à effet STATO destiné au lancement du projectile précité conforme à l'invention Comme mentionné plus haut à plusieurs reprises, ce dispositif peut être équipé d'un tube lisse, mais il peut également comporter un tube d'accélération rayé. L'objet de la présente invention apparaîtra encore dans la description ci-après, en se référant au dessin schématique annexé sur lequel: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématisée du projectile creux à effet STATO conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématisée des ondes de choc du projectile creux conforme à l'invention avec l'écoulement contre le corps du projectile a) combustion subsonique, et b) combustion supersonique; et les figures 3 a et 3 b sont des vues de deux différentes formes d'exécution d'un piston d'obturation logé au culot du projectile creux représenté en coupe longitudinale. Les mêmes références sont utilisées sans exception sur toutes les figures Chaque figure est une vue en coupe longitudinale d'un tube d'accélération à effet STATO 7 dont la représentation reflète une surface intérieure lisse cylindrique circulaire. Un projectile creux à effet STATO 4 est logé à l'intérieur du tube d'accélération à effet STATO Ce projectile creux à effet STATO 4 a la forme d'un corps cylindrique circulaire Il est logé à l'intérieur du tube 7 de manière à assurer une bonne étanchéité tout en étant translatable Ce projectile a été alésé axialement au tour d'une sorte telle qu'il présente un canal d'arrêt continu 1 en forme de tuyère dont le diamètre converge entre l'orifice d'entrée 2 et un passage étroit; ce diamètre diverge ensuite entre le passage étroit et l'orifice de sortie 3 Le diamètre de l'oritice d'entrée 2 correspond au diamètre extérieur du projectile 4 Le diamètre de l'orifice de sortie 3, par contre, peut être inférieur au diamètre extérieur du projectile 4. Sur chacune des figures, un mélange de gaz explosif sous haute pression est visible à l'intérieur du tube 7 et à droite du projectile 4 Ce mélange de gaz traverse le canal d'arrêt 1, l'écoulement contre l'orifice d'entrée 2 ayant au moins la vitesse du son. Sur la figure 1, le demi-angle au sommet formé par l'orifice d'entrée 2 est désigné par î et choisi de telle sorte que l'onde de tête conique engendrée à la pointe du projectile se trouve avec sa pointe au passage étroit désigné par le rayon rj Les rayons de l'orifice d'entrée, du calibre du tube I et du projectile 4 sont désignés par r La longueur axiale de l'orifice d'entrée 2 est désignée par a. L'onde de tête réfléchie prend naissance au passage étroit Le rayon r 2 de l'orifice de sortie, la longueur b de l'orifice de sortie, l'angle de cône S formé par l'orifice de sortie ainsi que les autres dimensions sont fixés de manière à obtenir les états de fonctionnement représentés sur la figure 2. Dans les figures 2 a et 2 b, la zone dans laquelle la combustion prend naissance, est désignée par b Les vitesses d'écoulement respectives sont désignées en se référant à la vitesse du son M (relative au mélange de gaz concerné). Suivant la gamme de la vitesse relative projectile creux 4 et écoulement gazeux contre le corps, la combustion intervient soit dans un écoulement subsonique en présence d'un choc vertical se propageant dans l'orifice de sortie divergent 3 de la tuyère (figure 2 a) soit en aval d'une onde de détonation oblique dans l'écoulement supersonique (figure 2 b). Les figures 3 a et 3 b montrent un piston d'obturation 6 et un bouchon d'obturation 6 ' qui obturent le canal d'arrêt 1 au culot du projectile 4 Un tel piston d'obturation est nécessaire lorsque le projectile doit être pré-accéléré dans un canon à poudre ou dans un canon à gaz comprimé avant d'être injecté dans le tube 7 de l'accélérateur à effet STATO Il est cependant possible de renoncer à l'emploi d'un tel piston lorsque la pré- accélération s'opère à l'aide d'autres moyens, par exemple sous l'effet d'un champ magnétique d'ondes progressives, ou lorsque le projectile qui est au repos par rapport à son milieu environnant se trouve sous les effets de l'écoulement gazeux contre le corps du projectile C'est le cas, par exemple, lorsque l'on place le projectile à l'intérieur de la partie arrière du tube d'accélération à effet STATO derrière le diaphragme situé tout au bout Ce projectile se trouve donc à l'intérieur de la chambre qui contient le gaz comprimé En faisant ensuite éclater le diaphragme, le gaz comprimé traverse le canal d'arrêt et s'échappe vers l'extérieur (accélération à partir de la position au repos ou accélération sans pré-accélération). Dans le cas o à l'instant de son départ, le projectile se trouve à l'intérieur de la chambre contenant le gaz comprimé, il est utile de taire appel au bouchon d'obturation tel qu'il est représenté sur la figure 3 b Un dispositif de déclenchement (non représenté) permet de retenir ce bouchon d'obturation 6 ' à l'intérieur de l'orifice de sortie 3 du canal d'arrêt 1 Le bouchon d'obturation 6 ' assure une bonne étanchéité et peut être libéré au moment voulu L'ensemble du corps du projectile, par contre, peut être placé à l'intérieur de la partie arrière du tube d'un accélérateur à effet STATO de manière à se trouver en contact étroit avec le bord intérieur d'une fermeture, assurant ainsi une bonne étanchéité Dans le cas présent, il n'est pas nécessaire de prévoir un diaphragme arrière d'étanchéité à l'intérieur du tube accélérateur à effet STATO, car c'est le projectile lui-même qui assure une bonne étanchéité face à la pression du mélange de gaz. Lorsque le dispositif de déclenchement est actionné, la fermeture libère le bouchon d'obturation 6 ' qui est éjecté vers l'arrière à partir de l'orifice de sortie 3 du canal d'arrêt 1 Le mélange de gaz traverse le canal d'arrêt et s'échappe vers l'extérieur La seule précaution à prendre est de choisir la chute de pression entre le mélange gazeux sous pression et le milieu environnant d'une manière telle que l'écoulement contre le canal d'arrêt 1 intervienne d'une façon suffisamment rapide La fermeture peut être équipée de filaments chauffants qui peuvent être excités lors du déclenchement du bouchon d'obturation 6 ' Ces filaments chauffants ainsi excités amorcent le mélange de gaz sortant dont la pression produite par la combustion agit ensuite sur la partie épargnée par la fermeture du culot du projectile 4 en la propulsant vers l'avant Dans le cas o la pression agissant à travers le canal d'arrêt 1 reste à un niveau suffisamment élevé pendant une durée suffisamment longue permettant au projectile 4 d'atteindre la vitesse du son, le projectile pourra être lancé sans pré-accélération et à partir de sa position au repos. 1 i 1 REVENDICATIONS 1 Projecti Le devant être lancé à partir d'un accélérateur à effet STATO, comportant une surface extérieure qui limite un canal d'arrêt en forme de tuyère s'étendant sur toute la longueur du corps du projectile et évoluant sensiblement en parallèle à ce corps, caractérisé en ce que la surface précitée entoure un alésage de passage longitudinal qui forme le canal d'arrêt ( 1), est centré sur le corps du projectile ( 4) et traverse le corps de ce projectile. 2 Projectile conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à la surface extérieure au moins une bague d'étanchéité et/ou une bague de guidage. 3 Projectile contorme à l'urne des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface extérieure du projectile ( 4) correspond essentiellement à celle d'un cylindre circulaire et que le diamètre ( 2 r) de l'oritice d'ent rée ( 2) du canal d'arrêt (J) correspond essentiellement à ce Lui du cylindre circulaire. 4 Projectile conritorme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par un piston d'obturation ( 6, 6 ') obturant de derrière l'orifice de sortie ( 3) du canal d'arrêt ( 1) et pouvant être séparé de cet orifice de sortie ( 3) et éjecté vers l'arrière. 5 Projectile conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le piston d'obturation forme un bouchon d'obturation ( 6 ') logé à l'intérieur de la partie arrière ( 3) du canal d'arrêt ( 1). 6 Projectile conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le projectile ( 4) comporte des sousprojectiles éjectables après le départ du coup ou que le projectile ( 4) est composé de tels sous-projectiles. 7 Projecti Le conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au milieu du canal d'arrêt ( 1), un projectile central à énergie cinétique élevée est disposé en position coasia Je par rapport au projecti Je ( 4), dont la surface extérieure exerce une influence très faible sur l'écoulement à l'intérieur du canal d'arrêt ( 1) ou forme ce canal d'arrêt conjointement avec la surface intérieure de l'alésage longitudinal. 8 Projectile conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le projectile ( 4) comporte au moins une cavité destinée à la réception d'une charge utile. 9 Accélérateur à effet STATO avec un tube accélérateur destiné au lancement d'un projectile conforme au moins à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le tube accélérateur ( 7) est un tube rayé.