Brevet FR2692033A1 — publié le 19931210

Unité de projectile pour arme à tube de gros calibre L'invention a pour objet une unité de projectile destinée à une arme à tube de gros calibre comportant un projectile sous-calibré, en particulier un pénétrateur stabilisé par des ailettes, de grands rapports longueur/diamètre, et une cage de propulsion entourant le projectile, segmentée et largable après sa sortie du tube, comportant un dispositif de guidage avant et arrière, de plein calibre, pour soutenir et guider l'unité de projectile dans le tube, le dispositif arrière étant un fond de cage de propulsion étanche au gaz, et le dispositif avant comportant des moyens d'arrivée d'un courant pour amorcer un mouvement de détachement à partir de l'avant des segments de la cage de propulsion, et au moins une bande de guidage et/ou d'étanchéité pour fixer les segments et pour servir de contact avec la paroi intérieure du tube. On connaît une unité de projectile de ce type par exemple par le brevet DE-A 29 51 904 Dans un dispositif de projectile de ce type, en particulier comportant des pénétrateurs longs et minces en tungstène, matériau fragile, il peut se poser de graves problèmes dans la tenue au tir (fragmentation/émiettement du matériau de l'arrière du projectile) et le cas échéant des dommages peuvent être causés au projectile dans le cas d'un détachement irrégulier des segments de la cage de propulsion (oscillation du pénétrateur) Etant donné que les forces d'accélération sont transmises au pénétrateur exclusivement par la petite surface de base du fond du pénétrateur, sous la forme de forces de pression, il existe un grand risque de rupture de la zone arrière du pénétrateur, par dépassement local de la résistance du matériau, en particulier si l'on tient compte du fait que les pénétrateurs ont tendance à être de plus en plus élancés. La cage de propulsion à lamelles connue entoure au plus le tiers arrière d'un corps de projectile allongé; dans ce cas, la majeure partie du corps du projectile n'est pas soutenue dans le tube, et peut se briser facilement sous l'effet d'oscillations Le corps de projectile n'est pas suffisamment centré dans la cage de propulsion; les lamelles en tôle se fixent d'elles-mêmes sur le corps du projectile et ne peuvent pas offrir de soutien à celui-ci Cette construction de la cage de propulsion constitue un ensemble instable et branlant dont la manipulation et le stockage posent de graves problèmes. L'invention a pour but de réaliser une unité de projectile du type précité dans laquelle les fortes accélérations sont transmises de manière dosée au pénétrateur sous la forme de force de traction et de pression, sans dépasser localement la résistance du matériau, et dans laquelle la séparation entre la cage de propulsion et le corps du projectile s'effectue sans problèmes, sans que des forces latérales agissent sur l'arrière du projectile, tout en réduisant la part de poids mort que représente la cage de propulsion par rapport à l'ensemble de l'unité de projectile. Ce but est atteint avec l'unité de projectile suivant l'invention, grâce aux caractéristiques suivantes: (a) la cage de propulsion, vue dans la direction longitudinale, est un cône partant du fond arrière de la cage de propulsion et dont la pointe est dirigée vers l'avant, placé entre les dispositifs de guidage, (b) dans la zone arrière de plus grand diamètre, la cage de propulsion présente à l'intérieur un volume libre également conique entourant le corps de projectiles arrière avec empennage, (c) le corps de projectile prend appui à l'arrière, par l'intermédiaire d'une surface annulaire conique, contre la face avant du fond de la cage de propulsion, (d) dans la zone avant de plus petit diamètre du cône, la cage de propulsion comporte une zone d'assemblage géométrique connue avec le corps de projectile, se présentant sous la forme de rainures annulaires correspondantes ou d'un filetage, et (e) le fond en forme de disque de la cage de propulsion est partagé comme les segments de la cage de propulsion le long de leurs surfaces de séparation, et les joints sont rendus étanches, sur la surface absorbant la pression des gaz du côté de la charge propulsive, au moyen d'une étanchéité. Grâce à la configuration particulière en forme de cône de la cage de propulsion, on obtient une réduction considérable de la masse ou du poids mort de la cage de propulsion, en même temps qu'un accroissement des performances et une augmentation éventuelle de la masse utile du projectile à effet cinétique lui-même, puisque la cage de propulsion n'existe que dans les zones o les forces de pression/traction sont transmises à la zone avant d'assemblage géométrique; on a ainsi "fait fondre" le matériau superflu de la cage de propulsion Pendant le détachement de la cage de propulsion, toute action sur le pénétrateur est exclue, de sorte que l'arrière du projectile qui est fragile, n'est pas sollicité en flexion et qu'il n'est pas non plus soumis à des chocs (oscillations du corps de projectile). L'invention permet d'éviter les inconvénients cités plus haut des unités de projectile de ce type connues En même temps, grâce à la configuration de l'unité de projectile, la gamme de ces applications s'étend bien au-delà de son utilisation dans des canons à poudre On sait que dans les canons à propulsion liquide, de plasma, ou électromagnétiques, le risque est grand de voir détruit l'arrière du pénétrateur qui s'engage librement dans la "chambre de combustion", comme c'est le cas avec les cages de propulsion classiques Ce risque est éliminé avec la présente solution Etant donné que la chambre de combustion qui s'ouvre, freinée par rapport aux projectiles, tourne à l'arrière du corps de projectile ou de son empennage et ne prend pas appui, au point de rotation des segments de cage de propulsion, en particulier sur la paroi extérieure du projectile, le vol du pénétrateur s'effectue sans entrave, et aucune oscillation n'est déclenchée. Grâce à la forme conique de la cage de propulsion vers l'avant o sont introduites les forces, on peut réduire considérablement la part de poids mort de la cage de propulsion, par suite des forces de pression subdivisées, de manière dosée à l'avant et à l'arrière, et transmises dans une mesure réduite, forces destinées à accélérer le projectile. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Trois modes de réalisation de l'invention sont représentés à titre d'exemple non limitatif aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un premier exemple de réalisation d'une unité de projectile suivant l'invention, la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un deuxième exemple de réalisation d'une unité de projectile suivant l'invention, et la figure 3 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un autre exemple de réalisation d'une unité de projectile suivant l'invention. Sur la figure 1, la référence 10 désigne un corps de projectile à effet cinétique sous calibré dont le rapport longueur/diamètre est supérieur à 18. A peu près au centre du corps de projectile 10 fritté en phase liquide, en métal lourd au tungstène, s'étend une zone d'assemblage géométrique 12 relativement courte (comparée aux projectiles à cage de propulsion courants à zone d'assemblage géométrique centrale), limitée longitudinalement, et comportant des rainures filetées ou annulaires usuelles correspondantes L'empennage 14 comportant quatre ou six ailettes est placé à l'arrière du projectile A l'arrière du projectile, on peut prévoir encore une composition traçante 16. Pour simplifier, on n'a représenté que sur la moitié gauche du dessin une cage de propulsion 18 en contact avec la paroi intérieure 20 d'une arme à tube La cage de propulsion 18 comporte un dispositif de guidage avant 22 (bride de guidage) avec poche d'air 24 avant et bande de maintien et de guidage 26 périphérique, un dispositif de guidage arrière 30 formant le fond 28 en forme de disque de la cage de propulsion, avec bande périphérique d'étanchéité et de guidage 32, ainsi que dans la zone centrale, un cône 34 dont la pointe est dirigée vers l'avant, pour former un élément de liaison qui, dans la zone arrière de plus grand diamètre, forme ou enferme un volume libre 36 également conique, autour du projectile arrière avec empennage 14. Le corps de projectile 10 prend appui à l'arrière, par une surface annulaire 38 conique, 130, contre une surface avant 42, de forme correspondante, placée à cet endroit dans la zone de transmission de la pression 40 du fond 28 de la cage de propulsion. Comme canal d'amorçage de la composition traçante 16, il est prévu, dans le fond 28 de la cage de propulsion, un fin perçage 44 central dans lequel on peut introduire éventuellement, pour assurer l'étanchéité au gaz des joints, un fin tube métallique contenant de la poudre d'amorçage pour un allumage sûr. Le fond 28 de la cage de propulsion présente, en coupe transversale, une surface d'absorption des gaz 46 courbée vers l'arrière périphériquement. Pour faciliter un détachement parfait des différents segments de la cage de propulsion, de la zone d'assemblage géométrique 12 avec le corps de projectile 10, après sortie de l'arme à tube, la cage de propulsion 18 comporte dans la zone arrière de plus grand diamètre du cône 34, sur sa face intérieure, une ou plusieurs micro-incisions 48 fines, limitées en profondeur, et sur sa face extérieure, une ou plusieurs petites encoches 50 périphériques, directement devant le fond 28 en disque de la cage de propulsion qui est également subdivisée longitudinalement comme les segments de cage de propulsion Les micro-incisions 48 peuvent être réalisées par exemple au moyen d'un rayon laser et ont une largeur de quelques microns seulement, de sorte qu'elles sont comprimées lors du tir et qu'elles ne gênent pas la transmission des forces de pression des gaz, mais réduisent à cet endroit la résistance à la flexion. Ces encoches servent de points de rupture ou permettent des déformations plastiques, lorsque pendant la phase d'ouverture de la cage de propulsion, ces zones sont soumises à un moment de flexion. Grâce à la configuration de la cage de propulsion dans laquelle il n'y a de matière que là o sont transmises des forces de cisaillement/pression à la zone avant d'assemblage géométrique, ce qui fait qu'il se forme un volume libre intérieur à l'arrière et un volume libre extérieur à l'avant, il est évident que la part de poids mort ou le poids de la cage de propulsion est considérablement réduite grâce uniquement à des mesures de construction. Sur la figure 2, le fond 28 de la cage de propulsion présente dans la zone de transmission de pression 40 centrale, en contact avec la surface annulaire 38 conique arrière du corps de projectile 10, une cheville de pression 56 placée dans un évidement central 54 du fond 28 de la cage de propulsion. La chevilel de pression 56 est réalisée dans un matériau très résistant, par exemple en acier, en alliage d'aluminium ou en titane Tout autour de la cheville de pression 56, sur la surface d'absorption de la pression des gaz 46, est formée une saillie avec une rainure annulaire extérieure, dans laquelle est placé un anneau 58 qui maintient ensemble à l'arrière les segments de la cage de propulsion, lorsque le détachement commence à l'avant, pour assurer un détachement uniforme L'anneau 58 peut être élastique, par exemple en caoutchouc, en matière plastique ou rigide, par exemple en fil de matière plastique ou en fil métallique. Pour réduire encore le poids, le dispositif de guidage avant 22 de la cage de propulsion 18 est un élément annulaire 60 segmenté, périphérique, comportant un ou deux étais 62 radiaux par segment de cage de propulsion, pour servir de liaison avec la zone avant de plus petit diamètre du cône 34. Pour améliorer encore le détachement des segments de la cage de propulsion, il est prévu dans la zone centrale du cône 34, au moins un évidement 64 de largeur de passage de gaz définie, par segment de cage de propulsion L'évidement 64 peut être un perçage ou un trou oblong Suivant le nombre de segments de la cage de propulsion, la largeur de passage du gaz doit être donnée, de manière que la pression dynamique qui s'établit devant le projectile, lors de son passage à travers le tube, puisse se former aussi dans le volume libre 36 intérieur pour accélérer le détachement. Sur la figure 3, il est prévu, pour réduire encore le poids mort de la cage de propulsion, et pour servir de liaison entre le dispositif de guidage avant 22 et le dispositif de guidage arrière 30, un ou deux étais 66 obliques par rapport à l'axe longitudinal, au lieu du cône 34, et dans la zone d'assemblage géométrique 12, une pièce annulaire 68 segmentée de cage de propulsion. Dans ce cas, le dispositif de guidage 22 avant, vu dans la direction périphérique, est constitué de pièces de segment annulaires 70, courtes, interrompues, avec un ou deux étais radiaux par segment de cage de propulsion, pour servir de liaison avec la pièce annulaire de cage de propulsion 68 segmentée La pièce annulaire 68 peut être réalisée dans un alliage d'aluminium très résistant, tandis que les étais tubulaires de section transversale, ronde, ovale ou oblongue, peuvent être en aluminium ou en titane résistant à la compression D'une manière avantageuse, l'élément annulaire 60 périphérique, ou la pièce de segment annulaire 70 présente en coupe longitudinale une forme en coin s'élargissant vers l'arrière, avec une surface d'arrivée d'air 72 intérieure, oblique Une bague de maintien 74 est placée autour de la pièce annulaire 68, à l'avant, pour fixer les segments Les segments de la cage de propulsion peuvent être massifs, extrudés, forgés ou éventuellement constitués de pièces soudées Dans ce dernier cas, les deux dispositifs de guidage peuvent être réalisés par assemblage d'éléments profilés, tubulaires Pour assurer la protection contre l'humidité et les souillures, on peut prévoir au besoin une membrane, par exemple sur le dispositif de guidage avant (bride annulaire) qui est déchirée par la pression dynamique. La cheville de pression 56, par exemple en alliage d'aluminium très résistant ou en acier, sert de contre-fixation pour l'arrière du projectile, ou à empêcher que l'arrière du projectile ne soit pressé par déformation plastique dans le fond 28 de la cage de propulsion; en même temps, elle assure un meilleur détachement par torsion des segments, ce qui permet d'obtenir une ouverture plus uniforme, et par conséquent une libération parfaite du projectile Par un léger déplacement axial de la cheville de pression dans le fond de la cage de propulsion, par exemple grâce à un assemblage fileté, ou du corps de projectile dans la zone d'assemblage géométrique de la cage de propulsion, pour une précontrainte réglable de façon définie à l'arrière du projectile, on peut régler une pression maximale voulue sur la surface arrière d'absorption de la pression de l'arrière du projectile, en donnant un jeu ou une précontrainte définie. Lorsque les étais 66 comportent des points de rupture ou des articulations directement devant la cage de propulsion 28, ou lorsque les étais 66 prennent appui par concordance de forme, sur le dispositif de guidage arrière 30, ce dernier peut aussi être d'une seule pièce et non segmenté. L'unité de projectile suivant l'invention est idéale pour être utilisée dans le canon à propergol liquide (par exemple de calibre 50 mm ou 105 ou mm) avec des pressions de gaz extrêmement élevées (par exemple supérieures à 8 000 bars), puisque l'empennage du projectile aux minces ailettes fragiles, est totalement blindé, et n'est pas soumis aux hautes températures, pressions et turbulences des gaz de combustion, dans la chambre de combustion de la charge propulsive, et que les forces d'accélération sont transmises de manière dosée et échelonnée, sur l'arrière du projectile et sur le pourtour (zone d'assemblage géométrique) du corps de projectile. La transmission des forces par le boulon de pression dans le fond de la cage de propulsion, avec siège de cône et centrage de l'arrière du projectile, permet d'avoir une zone d'assemblage géométrique relativement courte (égale à environ cinq fois le diamètre du projectile). La cage de propulsion elle-même et en particulier les étais 66, 62 placés en forme de cônes, peuvent être en titane, ou en alliage d'aluminium ou de magnésium très résistant, afin de réduire encore le poids de la cage de propulsion, puisque le rapport entre le diamètre du projectile et il le diamètre de la cage de propulsion (= calibre) est d'environ 1 à 5. En cas d'utilisation de l'unité de projectile comme munition pour arme automatique, on peut prévoir par exemple sur le dispositif de guidage avant (bride avant), un appendice (par exemple rainure annulaire) derrière la bande de maintien 26 avant, pour fixer la bouche d'un culot métallique combustible, ou partiellement combustible. REVENDICATIONS 1 Unité de projectile destinée à une arme à tube de gros calibre comportant un projectile sous- calibré, en particulier un pénétrateur stabilisé par des ailettes, de grands rapports longueur/diamètre, et une cage de propulsion entourant le projectile, segmentée et largable après sa sortie du tube, comportant un dispositif de guidage avant et arrière, de plein calibre, pour soutenir et guider l'unité de projectile dans le tube, le dispositif arrière étant un fond de cage de propulsion étanche au gaz, et le dispositif avant comportant des moyens d'arrivée d'un courant pour amorcer un mouvement de détachement à partir de l'avant des segments de la cage de propulsion, et au moins une bande de guidage et/ou d'étanchéité pour fixer les segments et pour servir de contact avec la paroi intérieure du tube, caractérisée par les caractéristiques suivantes: (a) la cage de propulsion ( 18), vue dans la direction longitudinale, est un cône ( 34) partant du fond arrière ( 28) de la cage de propulsion et dont la pointe est dirigée vers l'avant, placé entre les dispositifs de guidage ( 22, 30), (b) dans la zone arrière de plus grand diamètre, la cage de propulsion ( 18) présente à l'intérieur un volume libre ( 36) également conique entourant le corps de projectile arrière ( 10) avec empennage ( 14), (c) le corps de projectile ( 10) prend appui à l'arrière, par l'intermédiaire d'une surface annulaire ( 38) conique centrante contre la face avant ( 42) du fond ( 28) de la cage de propulsion, (d) dans la zone avant de plus petit diamètre du cône ( 34), la cage de propulsion ( 18) comporte une zone d'assemblage géométrique ( 12) connue avec le corps de projectile ( 10), se présentant sous la forme de rainures annulaires correspondantes ou d'un filetage, et (e) le fond ( 28) en forme de disque de la cage de propulsion est partagé comme les segments de la cage de propulsion le long de leurs surfaces de séparation, et les joints sont rendus étanches, sur la surface absorbant la pression des gaz ( 46) du côté de la charge propulsive, au moyen d'une étanchéité ( 52). 2 Unité de projectile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cage de propulsion ( 18) est réalisée d'une seule pièce, de bout en bout dans un matériau homogène massif et entoure de manière étanche et blindée, la zone arrière du projectile avec ses composants sensibles aux gaz chauds de la charge propulsive, tels que l'empennage ( 14), de manière à le protéger contre l'effet des gaz à l'arrière. 3 Unité de projectile selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le fond ( 28) de la cage de propulsion présente un perçage ( 44) central servant de canal d'allumage pour une composition traçante ( 16) placée dans la zone arrière du corps de projectile ( 10). 4 Unité de projectile selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que le fond ( 28) de la cage de propulsion comporte un boulon de pression ( 56), réalisé de préférence dans un matériau très résistant, placé dans un évidement central, ( 54) du fond ( 28) de la cage de propulsion, dans la zone centrale de transmission de pression ( 40), en contact avec la surface annulaire ( 38) arrière du corps de projectile ( 10). Unité de projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la cage de propulsion ( 18) présente, dans la zone arrière de plus grand diamètre du cône ( 34), directement devant le fond ( 28) en disque de la cage de propulsion, sur sa face intérieure, une ou plusieurs microincisions ( 48) fines et/ou sur sa face extérieure une ou plusieurs petites encoches ( 50) périphériques, destinées à faciliter un détachement parfait des segments de la cage de propulsion, après sortie de la bouche du tube. 6 Unité de projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif de guidage avant ( 22) de la cage de propulsion ( 18) est un élément annulaire ( 60) périphérique comportant un ou deux étais ( 62) radiaux par segment de cage de propulsion, pour réaliser la liaison avec la zone avant de plus petit diamètre du cône ( 34). 7 Unité de projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'il est prévu dans la zone centrale du cône ( 34), au moins un évidement ( 64) par segment de cage de propulsion, avec une ouverture de passage du gaz définie, pour réaliser un équilibre accélérant le processus de détachement, entre la pression dynamique de l'air arrivant et la pression qui autrement est plus basse, dans le volume libre ( 36). 8 Unité de projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'il est prévu comme liaison entre le dispositif de guidage avant ( 22) et le dispositif de guidage arrière ( 30), au lieu du cône ( 34) fermé, un ou deux étais ( 66) et dans la zone d'assemblage géométrique ( 12), une pièce annulaire segmentée ( 68) de cage de propulsion. 9 Unité de projectile selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de guidage avant ( 22) est formé, vu dans la direction périphérique, par des segments annulaires ( 70) interrompus, comportant un ou deux étais radiaux ( 62) par segment de cage de propulsion, pour assurer la liaison avec la pièce annulaire ( 68) segmentée de cage de propulsion. 10 Unité de projectile selon l'une quelconque des revendications & à 9, caractérisée en ce que l'élément annulaire ( 60) périphérique ou les segments annulaires ( 70) ont, en coupe longitudinale, une forme de coin s'élargissant vers l'arrière, avec une surface d'arrivée d'air ( 72) intérieure, oblique.