Brevet FR2683032A1 — publié le 19930430

Canon à rails La présente invention concerne un canon à rails pour l'accélération de projectiles, comportant au moins deux rails opposés l'un à l'autre et formant un canal d'accélération, l'accélération des projectiles s'effectuant à l'aide d'une armature de plasma, se formant à l'arrière du projectile respectif, entre les deux rails. Dans le cas le plus simple, les canons à rails sont constitués de deux rails électriques, parallèles entre eux, qui sont reliés à une source à courant fort. Pour accélérer les projectiles, on trouve à l'extrémité arrière de chaque projectile, une armature agissant comme un pont conducteur entre les deux rails Par R.A Marshall et al: "The 10 km/s, 10 kg Railgunl", IEEE Transactions on Magnetics, Vol 27, pages 21 et suivantes, on sait déjà utiliser comme armature un plasma produit par un arc électrique (armature de plasma) Le courant passe dans ce cas de la source a courant fort, par un rail, jusqu'à l'arc, par l'arc jusqu'à l'autre rail et dans celui-ci retourne à la source de courant fort Du fait de 1 interaction du champ magnétique produit dans cette boucle, avec le courant de l'arc, une force électromagnétique (force de Lorentz) agit sur l'arc en accélérant celui-ci et donc aussi le projectile se trouvant devant l'arc. En principe, il est possible avec les canons à rails d'accélérer les projectiles à des vitesses nettement plus grandes qu'avec des canons à gaz Mais on sait aussi, par l'article mentionné ci- dessus de Marshall et al, que la formation nouvelle d'arcs parasites, observée aux grandes vitesses des projectiles, conduit à limiter la vitesse à environ 6 km/s Par S Usuba et al: "Performance of the Discrete Electrode Railgun", IEEE Transactions on Magnetics, Vol 27, pages 611 et suivantes, on sait diviser au moins l'un des rails conducteurs en électrodes discrètes, pour empêcher la formation d'arcs parasites Après que l'arc a brûlé un certain temps sur les électrodes, celles-ci sont coupées à l'aide d'un dispositif de protection, ce qui fait que cette partie du rail constituée d'électrodes discrètes, est isolée. L'arc s'allume alors sur l'électrode suivante dans le sens de l'accélération et est également coupé sur celle-ci après un certain temps, à l'aide d'un dispositif de protection Cette opération se renouvelle jusqu'à ce que le projectile quitte le canon à rails. Ce dispositif a pour inconvénient de nécessiter une énergie considérable pour faire passer le courant d'un dispositif de protection au suivant En effet, les boucles de courant relativement grandes, formées par les dispositifs de protection et le rail conducteur, doivent être remplies avec une énergie magnétique, pour laquelle il faut appliquer une grande puissance réactive et active Un autre inconvénient réside dans le fait que les dispositifs de protection doivent être très exactement adaptés à l'opération d'accélération ainsi qu'aux courants qui se produisent C'est ainsi qu'en cas d'erreur d'adaptation il peut arriver que les dispositifs de protection réagissent trop tôt, trop tard ou pas du tout. L'invention a pour but d'indiquer un canon à rails du type précité permettant, de façon simple, d'accélérer des projectiles à de grandes vitesses, sans qu'il soit nécessaire que les rails électriques soient constitués d'électrodes individuelles avec éléments de protection supplémentaires, et sans que ne se produisent des arcs parasites. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que l'un au moins des deux rails est constitué d'une couche de tissu métallique dans laquelle sont insérées des particules de matière isolante, ou en ce que l'un au moins des deux rails est assemblé par force avec une couche de tissu métallique correspondante, sur le côté tourné vers le rail d'accélération. L'invention repose donc essentiellement sur l'idée de constituer les rails eux-mêmes d'une couche de tissu métallique imprégné d'une masse isolante ou de doter les rails d'une couche de ce type, sur le côté tourné vers le canal d'accélération Du fait des forces dues au courant, les couches de tissu métallique derrière l'arc sont donc comprimées et la masse isolante est éjectée de la couche de tissu ou partiellement projetée dans le canal d'accélération De ce fait les rails électriques et le tissu métallique sont isolés par rapport au canal d'accélération L'arc aussi est isolé par les particules de masse isolante accélérées dans le canal, par rapport à la partie arrière du canal d'accélération. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit Un mode de réalisation de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif sur les dessins annexes. La figure i est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un canon à rails suivant l'invention, la figure 2 est une vue de face de la partie représente sur la figure 1 du canons à rails et la figure 3 est une vue en coupe transversale dans la longueur du canon à rails de la figure 1 avec un projectile, pendant la phase d'accélération. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une partie d'un canon à rails qui est essentiellement constitué de deux rails 2 et 2 ' ainsi que d'un canal d'accélération 3 dans lequel se déplace le projectile (voir aussi figure 3) Comme matériau pour les rails 2 et 2 ' il est possible d'utiliser, par exemple, du cuivre ou un autre matériau particulièrement bon conducteur. Suivant l'invention, il est fixé sur les rails 2 et 2 ', par exemple par des couches de brasage 4 et 4 ', deux couches de tissu métallique 5 et 5 ' Celles-ci peuvent être en aluminium, en cuivre, en fer ou en un autre matériau électriquement conducteur Les couches de tissu métallique 5 et 5 ' sont imprégnées d'une masse isolante, par exemple de bitume ou de cire Les particules de matière isolante correspondantes sont désignées par la référence 6 A la surface tournée vers le canal d'accélération 3, les couches de tissu métallique 5 et 5 ' sont libres, de sorte qu'elles peuvent être électriquement reliées entre elles par un arc électrique. Les rails 2 et 2 ' ainsi que les couches de tissu métallique 5 et 5 ' sont généralement liées par force dans un corps en matière isolante 7, par exemple en matière plastique renforcée aux fibres de verre. Comme le montre la figure 2, le canal d'accélération 3 devient ainsi un volume fermé sur le côté. La figure 3 représente encore une partie i du canon â rails avec un projectile 8 se trouvant dans le canal d'accélération 3 et qui se déplace vers la bouche du canon A l'extrémité arrière du projectile 8 se trouve l'armature de plasma, formée par un arc 9 Le courant 10 s'écoule par le rail 2, le tissu métallique , l'arc 9, le tissu métallique 5 ' et le rail 2 '. Du fait des forces de courant, les couches de tissu métallique 5 et 5 ' sont comprimées derrière l'arc 9 Ces couches sont pourvues des références 50 et 50 '. En outre, la masse isolante, constituée des particules de matière isolante 6, sont pressées à l'extérieur des couches de tissu 5 et 5 ' Il se forme des couches séparées 51 et 51 ' Enfin, la masse isolante est partiellement projetée aussi à l'état solide, liquide ou gazeux dans le canal d'accélération 3 Les pertes d'énergie qui se produisent ainsi sont dues uniquement au travail de compression nécessaire Il ne se produit pas de pertes de commutation. Grâce à la formation des couches isolantes 51 et 51 ', on obtient que les rails 2 et 2 ' ainsi que les couches de tissu métallique 50 et 51 ' soient isolés par rapport au canal d'accélération 3 Les particules 6 de matière isolante, projetées dans le canal d'accélération 3, assurent en outre que l'arc 9 est isolé par rapport à la partie arrière du canal d'accélération 3 L'arc 9 n'a donc plus l'occasion d'allumer encore des arcs parasites en un point quelconque du canal d'accélération 3, déjà traversé par le projectile 8. L'arc 9, entraînant le projectile 8, est concentré sur une région étroite derrière le projectile 8 De cette façon, la force électromagnétique d'entraînement reste totalement concentrée sur l'ensemble arc 9/projectile 8 La largeur de cette région est déterminée par l'inertie et la viscosité de la masse du matériau 5, 5 ' comprimé par les forces de courant ainsi que par l'importance du courant 10 Après le tir, les deux rails 2 et 2 ' sont remplacés par de nouveaux rails en même temps que les couches de tissu métallique 5 et 5 '. L'ensemble de rails décrit ci-dessus peut aussi être réalisé de manière que l'un seulement des deux rails soit pourvu d'une couche de tissu métallique. Dans ce cas, l'autre rail est en contact direct avec le projectile. Une autre possibilité consiste à renoncer aux rails 2 et 2 ' et à les remplacer par du tissu métallique imprégné de matière isolante. REVENDICATIONS 1 Canon à rails ( 1) pour l'accêlàration de projectiles ( 8), comportant au moins deux rails ( 2, 2 ') opposes 1 'un à '1 autre et formant un canal d'accélération ( 3), l'accélération des projectiles ( 8) s'effectuant à l'aide d'une armature de plasma ( 9), se formant à l'arrière du projectile ( 8) respectif, entre les deux rails ( 2, 2 '), caractérise en ce que l'un au moins des deux rails ( 2, 2 ') est constitue d'une couche de tissu metallique dans laquelle sont insér es des particules de matière isolante ( 6), ou en ce que l'un au moins des deux rails ( 2, 2 ') est assemblé par force avec une couche de tissu métallique ( 5, 5 ') correspondante, sur le côté tourne vers le rail d'accélération ( 3). 2 Canon à rails selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux rails ( 2, 2 ') sont constitués d'une couche de tissu imprégné de particules de matière isolante ( 6) ou sont assembles par force avec une couche ( 5, 5 ') de ce type. 3 Canon à rails selon l'une quelconque des revendications i ou 2, caractérise en ce qu'on utilise comme métal pour la couche de tissu métallique ( 5, 5 ') un matériau électriquement conducteur et comme particules de matière isolante, des particules de bitume ou de cire.