Brevet FR2677741A1 — publié le 19921218

CANON A INJECTION REGENERATRICE D'ERGOL LIQUIDE La présente invention a pour objet un canon utilisant une charge propulsive liquide telle qu'un ergol, dont l'injection s'effectue pendant le tir à l'aide d'un piston extérieur au tube canon. La charge propulsive utilisée dans les canons se présente classiquement sous la forme d'un solide, dont le volume est réglé en atelier compte tenu des performances que le projectile doit atteindre En général, ce volume se présente de façon modulaire de sorte à pouvoir être réglé par l'opérateur avant le tir, en fonction de la distance des objectifs à atteindre Cette dernière opération de réglage est effectuée manuellement et demande donc un certain temps, ce qui nuit à l'efficacité du système d'armes pendant le combat. Pour remédier à cet inconvénient, la demanderesse a proposé, dans sa demande de brevet français N O 88 07539 déposée le 7 juin 1988, d'utiliser une charge propulsive liquide, qui peut être faci- lement et rapidement dosée de manière automatique. Dans cette demande de brevet, on prévoit entre le tube canon et une culasse mobile un espace annulaire formant chambre réservoir pour la charge propulsive liquide L'extrémité du tube comporte des moyens d'injection de la charge liquide de la chambre annulaire vers la chambre de combustion lorsque, pendant le tir, la culasse effectue un mouvement de recul par rapport au tube ce qui tend à annuler le volume de la chambre réservoir Cette solution permet de régler automatiquement et très rapidement le volume de la charge liquide, ce qui permet de s'adapter au coup par coup aux performances recherchées et au type de munition utilisé. Cependant, cette solution à culasse mobile peut poser des problèmes de réalisation et d'encombrement. La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients en prévoyant un ensemble tube-culasse solidaires, l'in- jection de là charge s'effectuant à l'aide d'un piston annulaire. Selon l'invention, il est prévu un canon utilisant une charge propulsive liquide, le canon comportant un tube destiné à recevoir un projectile, une culasse, fermant le tube à une de ses extrémités, une chambre de combustion de la charge délimitée en particulier par la culasse et l'arrière du projectile et une chambre d'injection recevant la charge propulsive par l'intermédiaire de moyens de chargement à partir d'un réservoir extérieur, ledit canon comportant en outre des moyens d'injection de la charge de la chambre d'injection vers la chambre de combustion pendant le tir, caractérisé en ce que la chambre d'injection, disposée dans un espace annulaire délimité par la paroi extérieure du tube, par la paroi intérieure de la culasse et par une paroi avant, est fermée par un piston annulaire, coulissant de manière étanche dans ledit espace annulaire et portant lesdits moyens d'injection, et en ce que la partie de l'espace annulaire en arrière du piston communique avec ladite chambre de combustion. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés, qui représentent: la figure 1, un premier mode de réalisation du canon selon l'invention; la figure 2, le canon de la figure 1 en fin d'injection d'ergol; les figures 3 a et 3 b, un mode de réalisation en vue de face et en coupe du piston d'injection des figures précédentes; les figures 4 et 5, une variante de réalisation du canon selon l'invention; les figures 6 a et 6 b, le schéma d'un élément du canon selon l'invention. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rap- portent aux mêmes éléments. Les figures 1 et 2 représentent donc, vu en coupe, un premier mode de réalisation du canon selon l'invention, la figure 1 repré- sentant la configuration du canon lors du chargement du projectile et la figure 2, sa configuration après éjection de ce projectile. Sur ces figures, on a représenté partiellement le tube 1 du canon, ainsi que sa culasse 2 La culasse 2 comporte une pièce mobile 21, appelée coin, pour permettre l'introduction des munitions, une paroi latérale 22 de diamètre nettement supérieur à celui du tube 1, la culasse formant donc un renflement à l'extrémité arrière du tube, et une paroi avant 23 reliant la culasse 2 au tube 1 qui forment un ensemble monobloc A l'intérieur du tube 1, on a représenté un projectile 3 introduit dans le canon 1 par la culasse, le coin 21 étant alors retiré L'espace compris entre l'arrière du projectile 3 et le fond de la culasse 2 (coin 21) constitue une chambre de combustion 7 dans laquelle la charge propulsive brûle, en dégageant des gaz permettant l'expulsion du projectile. Entre le coin de culasse 21 et le projectile 3 est disposée une cartouche d'allumage 14 (figure 1) dont le rôle est précisé ci-après. Entre la surface intérieure 24 de la paroi latérale 22 de la culasse, la surface intérieure de la paroi 23, la surface extérieure 11 de l'extrémité du tube canon 1 et le fond 25 de la culasse 2 est défini un espace annulaire communiquant avec la chambre de combustion 7 soit par un orifice annulaire 26 (figures 1 et 2), soit par des lumières comme on le verra ultérieurement Un piston annulaire 9 est disposé dans l'espace annulaire ainsi délimité et définit une chambre d'injection 5 pour la charge propulsive liquide, par exemple un ergol. La culasse 2 est en outre reliée à des moyens de freinage et de récupération de mouvement tout à fait classiques (non représentés) destinés, ainsi qu'il est connu, à freiner son mouvement et à la ramener en position initiale. Le canon selon l'invention comporte encore des moyens d'in- jection de la charge liquide dans la chambre d'injection 5, moyens globalement repérés 6 Ils sont par exemple constitués par un conduit 61 sur lequel on a interposé une soupape 62 L'ergol est stocké dans un réservoir extérieur non représenté. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le piston 9 comporte des moyens, globalement repérés 8, pour l'in- jection de la charge liquide dans la chambre de combustion 7. Ils sont constitués par exemple par un (ou plusieurs) conduits 81 sur lequel est (sont) disposé(s) une (ou plusieurs) soupape(s) 82. Les moyens d'injection peuvent être par exemple du type de ceux qui sont décrits dans la demande de brevet français publiée sous le N O 2 604 247 Ils peuvent également être réalisés comme représenté sur les figures 6 a et 6 b. Ces moyens ( 82) sont du type soupape Ils comportent princi- palement une pièce 83 mobile, venant obturer le conduit 81 sous l'effet d'un ressort 84, comme illustré figure 6 a. Lorsque la pression monte dans la chambre d'injection 5, elle repousse la pièce 83 (figure 6 b) qui dégage ainsi le conduit 81 et autorise le passage de la charge liquide vers la chambre 7, via des lumières 85 pratiquées dans le corps de la pièce 83. Le piston 9 coulisse de manière étanche dans l'espace annu- laire formant la chambre 5. Pour obtenir une pression différentielle (donc une injection d'ergol) entre le chambre de combustion 7 et la chambre d'injection , le piston (voir également les figures 3 a et 3 b) comporte un certain nombre de tiges 90, par exemple quatre dans le cas représenté, qui coulissent de manière étanche dans des alésages correspondants aménagés dans la paroi avant 23 de la culasse. Le fonctionnement du canon selon l'invention est le suivant. Dans une étape préliminaire, le projectile 3 est introduit dans le tube 1 Le projectile comporte la cartouche d'allumage 14 Cette cartouche d'allumage supportée par un fond métallique à lèvre ou par une douille combustible est désolidarisée de la munition lors de l'introduction de cette dernière dans la culasse, retenue par le fond de chambre et coincée par la culasse au moment du tir Le cas échéant, l'éjection de ce mini-culot peut se faire après le tir comme l'éjection des douilles existant actuellement dans les canons. L'ergol est introduit dans la chambre d'injection 5 par l'inter- médiaire des moyens 6 L'ergol est introduit sous pression et les soupapes 82 étant fermées maintiennent dans la chambre 5 l'ergol qui repousse le piston annulaire 9 jusqu'à sa position extrême représentée sur la figure 1 La pression d'arrivée de l'ergol dans la chambre 5 peut être par exemple de l'ordre de 10 à 30 bars, ce qui permet un remplissage rapide de la chambre d'injection. L'initiation de la cartouche 14 a pour effet l'augmentation de la pression dans la chambre de combustion 7 et, par suite, l'amor- çage du déplacement du piston 9 vers l'avant grâce à la pression différentielle existant puisque une partie de la surface avant du piston n'est soumise qu'à la pression atmosphérique (surface avant des tiges 90) Ce mouvement fait monter la pression dans l'ergol, entratne l'ouverture des soupapes 82 qui permettent l'injection de l'ergol dans la chambre de combustion Au contact des gaz chauds d'allumage, le liquide injecté s'autoenflamme, la pression monte, le projectile accélère et le piston d'injection continue à comprimer l'ergol Le processus d'injection régénératrice est alors engagé. Le piston 9 se déplace vers l'avant jusqu'à arriver en butée contre la paroi 23 (figure 2), ce qui permet l'injection de la totalité de la charge liquide, la pression de l'ergol dans la chambre d'in- jection 5 étant toujours supérieure à la pression dans la chambre de combustion 7 Naturellement, on peut prévoir par des moyens connus, tels que l'aménagement des surfaces en regard, de réduire sensiblement les contraintes engendrées par l'arrêt du piston contre la paroi 23. Les sections d'injection, compte tenu des masses des projec- tiles à lancer, sont optimisées pour obtenir la plus grande vitesse initiale, pour la pression maximale la plus faible. Les figures 4 et 5 illustrent une variante de réalisation du canon selon l'invention, dans lequel est prévu un moyen de réglage simple du volume de la charge propulsive utilisée. On retrouve de nombreux éléments du mode de réalisation des figures 1 et 2, qui ne seront pas décrits plus en détail. Dans ce mode de réalisation, le tube 1 et la culasse 2 ne sont pas monobloc mais assemblés par une bague vissée 16 maintenant la culasse 2 contre l'extrémité du tube canon 1 Celui-ci comporte une paroi avant 23 contre laquelle vient prendre appui le rebord interne de la bague 16 vissée sur l'extrémité avant de la culasse, de façon à maintenir l'extrémité arrière du tube 1 en butée contre le fond 25 de la culasse 2 On pourrait imaginer également une paroi 23 solidaire de la culasse et non plus du tube 1 sans sortir du cadre de l'invention Comme précédemment est défini un espace annulaire qui, avec le piston 9, détermine une chambre d'injection 5. Cependant, le piston 9 n'est pas en contact direct avec la surface intérieure 24 de la paroi latérale 22 mais est disposé à l'intérieur d'un fourreau 17 dont la position est réglable à l'intérieur de l'espace annulaire et qui porte à son extrémité arrière un rebord 17 ' servant de butée au piston 9 Le fourreau 17 peut coulisser à l'intérieur de la culasse 2 dont le diamètre interne est supérieur au diamètre extérieur de la paroi 23 de façon à déterminer un espace de glissement 20 pour le fourreau. Le déplacement du fourreau 17 est commandé par une bague filetée 18 engageant un filetage sur la face externe du fourreau. Cette bague porte extérieurement des dents taillées pour coopérer avec une vis sans fin 19 de façon à pouvoir être entraînée dans un mouvement de rotation par cette vis Celle-ci est elle-même commandée par un moteur de tout type convenable (électrique, hydraulique, etc) ou peut même être commandée manuellement. Ainsi en réglant la position du fourreau, on régle la butée du piston qui arrêtera le piston 9 lors du remplissage. Les figures 4 et 5 illustrent deux réglages différents du fourreau qui déterminent donc deux volumes différents de la chambre d'injection 5. Le système de remplissage présenté, facilement automa- tisable, est caractérisé par le fait que l'ergol ne remplit pas un volume déterminé à l'avance (risque de présence d'air, de gaz brulés, etc) mais il crée lui-même le volume dont il a besoin. L'arrivée de l'ergol sous pression entraîne le piston jusqu'à la position fixée par la position du fourreau. La quantité d'ergol étant adaptée au coup par coup, aux performances recherchées et au type de munition utilisé. Il faut noter qu'ici la communication entre l'espace annulaire contenant le piston et la chambre de combustion est assurée par des lumières 12 réparties à l'extrémité du tube 1 Par ailleurs, les alésages dans lesquels coulissent les tiges 90 sont mis à l'air par des évents non représentés Ainsi, le système décrit permet le tir avec des charges "intermédiaires" et couvre les portées habituellement atteintes par les munitions tirées dans les canons à poudre. Il est clair que, dans le mode de réalisation des figures 1 et 2 aussi, on pourrait régler le volume de la charge liquide, par exemple à l'aide de butées réglables solidaires du fond de la culasse 2. Grâce à l'automatisation du remplissage de l'ergol et au chargement du projectile par la culasse, on obtient une cadence de tir élevée tout en conservant le système classique de charge par la culasse des canons à propergols solides De plus, le système selon l'invention permet le tir de projectiles de différents types et de différentes masses, ceci même dans une même série de tirs sans réglage particulier autre que celui du volume de la charge liquide, ainsi que le tir à toute charge souhaitée, donc à différentes portées, d'une munition donnée Ce système permet en outre, grâce à l'injection régénératrice d'ergol pendant le tir, d'obtenir une courbe de développement de pression très plate et donc, toutes choses égales par ailleurs, des rapports vitesse initiale/pression maximum très grands. Enfin, toutes les opérations de réglage de charge peuvent être programmées et télécommandées par un opérateur sur un pupitre de commande. Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. REVENDICATIONS 1 Canon utilisant une charge propulsive liquide, le canon comportant un tube ( 1) destiné à recevoir un projectile ( 3), une culasse ( 2), fermant le tube à une de ses extrémités, une chambre de combustion ( 7) de la charge délimitée en particulier par la culasse et l'arrière du projectile et une chambre d'injection ( 5) recevant la charge propulsive par l'intermédiaire de moyens de chargement ( 6) à partir d'un réservoir extérieur, ledit canon comportant en outre des moyens d'injection ( 8) de la charge de la chambre d'injection vers la chambre de combustion pendant le tir, caractérisé en ce que la chambre d'injection ( 5), disposée dans un espace annulaire délimité par la paroi extérieure ( 1 l) du tube ( 1), par la paroi intérieure ( 24) de la culasse et par une paroi avant ( 23), est fermée par un piston annulaire ( 9), coulissant de manière étanche dans ledit espace annulaire et portant lesdits moyens d'injection ( 8), et en ce que la partie de l'espace annulaire en arrière du piston communique avec ladite chambre de combustion ( 7). 2 Canon selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit piston annulaire ( 9) porte, vers la chambre d'injection ( 5), au moins une tige ( 90) s'étendant parallèlement à l'axe du tube ( 1) et coulissant de manière étanche dans des alésages correspondants percés dans ladite paroi avant ( 23) de manière que la face avant desdites tiges soit exposée à une pression inférieure à la pression régnant dans ladite chambre d'injection ( 5). 3 Canon selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pression inférieure est la pression atmosphérique. 4 Canon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'injection ( 8) comportent au moins un conduit ( 81), traversant ledit piston ( 9) de la chambre d'injection ( 5) vers la chambre de combustion ( 7), et une soupape ( 82) associée à chaque conduit ( 81), normalement fermée lorsque la pression dans la chambre d'injection ( 5) est la pression de char- gement de la charge liquide et s'ouvrant pour des pressions dans ladite chambre atteignant une valeur supérieure à ladite pression de chargement. Canon selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, après amorçage du déplacement dudit piston ( 9) par une cartouche d'allumage ( 14), le piston ( 9) se déplace dans le sens de la réduction du volume de la chambre d'injection ( 5) sous l'effet de la pression différentielle appliquée audit piston jusqu'à ce que la totalité de la charge propulsive liquide contenue dans ladite chambre d'injection ait été injectée dans la chambre de combustion ( 7) et que le piston ( 9) soit en butée contre la paroi de la chambre d'injection. 6 Canon selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens ( 17, 17 ', 18, 19) pour limiter de manière réglable la course dudit piston annulaire ( 9) lors du remplissage de la chambre d'injection ( 5). 7 Canon selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pour limiter la course du piston comprennent un fourreau ( 17), pouvant coulisser contre la paroi extérieure de l'espace annu- laire contenant la chambre d'injection ( 5) et comportant un rebord interne ( 17 ') formant butée pour le piston ( 9) qui coulisse de manière étanche entre la paroi interne dudit fourreau et la paroi externe dudit tube ( 1), et des moyens de commande ( 18, 19) pour commander la position dudit fourreau. 8 Canon selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent une vis sans fin ( 19) et une bague ( 18) portant à l'intérieur un filetage coopérant avec un filetage sur la surface externe dudit fourreau ( 17) et à l'extérieur des dents taillées pour coopérer avec ladite vis sans fin ( 19) de manière que cette vis puisse entraîner en rotation ladite bague pour déplacer le fourreau. 9 Canon selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite vis sans fin ( 19) est commandée par un moteur ou par un système manuel. Canon selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'espace ( 20) de glissement dudit fourreau ( 17) est aménagé entre la surface interne ( 24) de la paroi latérale ( 22) de la culasse ( 2) et la face externe d'une paroi avant ( 23), solidaire du tube ( 1) et de diamètre inférieur à celui de ladite surface interne, et en ce que la culasse ( 2) est assemblée au tube ( 1) par une bague filetée ( 16) vissée sur la paroi latérale ( 22) et portant un rebord intérieur venant en appui sur ladite paroi avant ( 23).