Brevet FR2704638A1 — publié le 19941104

CHARGE MILITAIRE MULTIFONCTIONS L'invention se situe dans le domaine des charges militaires à éclats en particulier dans le domaine des charges dont la taille des éclats peut, dans une certaine mesure, être réglée après -fabrication dans une phase immédiatement antérieure au tir. On connaît de par les brevets US 3.820.464, 4.312.274 ou encore 4.745.864 des charges militaires à éclats dont la taille des éclats peut être choisie entre deux ou trois valeurs différentes. Dans les deux premiers brevets cités, la génération d'éclats est assurée par deux enveloppes superposées enveloppant au moins partiellement la charge explosive. Chacune des deux enveloppes est rainurée (système Pearson) par un réseau de rainures. Dans le premier brevet cité, les réseaux de rainures de chacune des enveloppes peuvent être1 par un mouvement relatif des deux enveloppes, soit superposés auquel cas les éclats sont gros, soit écartés l'un de l'autre auquel cas les éclats ont une taille moitié des précédents. Dans le second brevet, les enveloppes ne sont pas mobiles l'une par rapport à l'autre. Les réseaux de chacune des enveloppes ne sont pas superposés. La taille des petits éclats est déterminée par les lignes de fracture de chacun des deux réseaux. Pour obtenir de gros éclats, on inhibe l'un des réseaux en remplissant ses rainures d'un fluide. Une pompe, un réservoir contenant le fluide et des canalisations d'amenées sont prévues à cet effet. Dans le dernier brevet cité, il est disposé entre l'explosif et l'enveloppe métallique génératrice d'éclats, un liner en matériau compressible qui a pour fonction d'une part, de caler l'explosif dans l'enveloppe et d'autre part, de déterminer la taille des éclats. Pour cette dernière fonction, le liner est pourvu de deux réseaux de rainures, les unes inclinées vers un premier détonateur, et les autres vers un second. Selon que l'un ou l'autre des détonateurs est activé, c'est le premier ou le second réseau de rainures qui détermine la taille des éclats. Le but de la présente invention est de fournir une charge à taille d'éclats programmable à partir d'une enveloppe génératrice, ne nécessitant qu'une seule couche d'enveloppe, qui soit facile à réaliser et à programmer. Cette configuration lui donne une résistance accrue d'un point de vue structurel. La résistance mécanique est encore accrue par le fait que le réseau de découpe des éclats selon l'invention ne nécessite qu'un rainurage peu profond environ deux fois moindre que dans le cas du rainurage à la Pearson où la rainure doit avoir une profondeur comprise entre 0,6 et 0,4 fois l'épaisseur e de l'enveloppe. Bien que la réalisation de l'invention ne nécessite qu'une seule enveloppe, il n'est pas exclu dans certains cas de l'associer à d'autres enveloppes. Par rapport à la solution de fragmentation décrite dans le troisième brevet cité, I'invention présente l'avantage de laisser libre le point d'initiation de l'explosif contenu dans la charge. Ceci est particulièrement appréciable si l'on veut par exemple réaliser une charge à effets dirigés; les effets étant dirigés par le choix du point d'initiation de la charge. Pour la réalisation de l'invention, on utilise des matériaux électriquement conducteurs à mémoire de forme. Ces matériaux ont les propriétés suivantes. Si, après obtention du matériau, on le déforme de façon mécanique, par exemple par étirement, le matériau garde la forme ainsi obtenue. II reprend sa forme initiale si on le chauffe au-dessus d'une température dite température de transformation de phase du matériau. Le retour à l'état initial est susceptible de développer des déplacements et par conséquent des forces, qui vont être utilisées pour créer un réseau de lignes de fracture sur une enveloppe génératrice d'éclats équipant une charge selon l'invention.Enfin l'utilisation de l'invention sur une enveloppe de charge permet d'utiliser cette charge soit pour en faire une charge génératrice d'éclats de taille commandable, soit pour en faire une charge génératrice d'un jet de charge creuse ou d'un noyau formé. Pour réaliser l'invention, on utilise un alliage à mémoire de forme (AMF), par exemple sous forme d'une tige mince ou d'un fil que l'on étire. II en résulte un allongement de la forme initiale et une diminution de la surface de section droite. Le fil est ensuite inséré en force dans un ou plusieurs réseaux de rainures.L'échauffement d'un fil ainsi traité et inséré, au-dessus de la température de transformation de phase du matériau, lui fera reprendre sa forme initiale dans laquelle sa section droite a une surface plus grande. II en résulte une poussée sur les parois de la rainure provoquant au droit des fils des fissures du matériau de l'enveloppe. Lors du passage de l'onde de choc créée par la détonation de l'explosif contenu dans l'enveloppe, I'enveloppe se brisera selon les lignes de fissure. Le fil peut être chauffé de façon simple par exemple par passage d'un courant électrique. Le choix des fils alimentés détermine le choix du réseau de fracture. L'énergie nécessaire au chauffage des fils est faible.L'énergie de fissuration est essentiellement fournie par l'énergie emmagasinée par le matériau au cours de sa déformation mécanique et est restituée au cours de sa transformation de phase. Avec un tel réseau, I'enveloppe n'est pas affaiblie mécaniquement tant que la mémoire du fil n'a pas été activée par chauffage. Geci n'est pas le cas avec les enveloppes rainurées à la Pearson. L'invention est donc relative à une charge militaire à enveloppe génératrice d'éclats, I'enveloppe ayant deux faces une face interne et une face externe, la face interne de l'enveloppe entourant au moins partiellement une masse d'explosif, des rainures étant creusées sur au moins une face de l'enveloppe, charge caractérisée en ce que au moins certaines des rainures de l'enveloppe contiennent un matériau électriquement conducteur à mémoire de forme, la forme du matériau contenu dans une rainure étant longiligne et terminée par deux extrémités chacune des extrémités étant raccordable de façon sélective à une source de courant électrique. Dans un mode préféré de réalisation, les rainures contenant le matériau sont externes, ce qui permet de laisser lisse la face en contact avec l'explosif. La forme des rainures peut être quelconque mais il a été jugé préférable, pour profiter au mieux des forces développées par le matériau à mémoire de forme, que les rainures soient rectangulaires, deux faces de la rainure étant perpendiculaires à une face de l'enveloppe et la troisième face étant localement sensiblement parallèle à la face de l'enveloppe. II est dit sensiblement parallèle car, selon le mode de réalisation de la rainure et la forme générale de l'enveloppe, la forme du fond de rainure peut s'écarter dans une certaine mesure du strict parallélisme. Le matériau à mémoire de forme a une section droite rectangulaire de dimension correspondant à celle de la rainure. Cette forme est obtenue par compression deux axes après étirage. Dans ce mode de réalisation, il est préférable, afin de bien concentrer les forces de rupture selon une ligne préférentielle, de munir le fond de la rainure d'une entaille pointue. Naturellement, la forme de la courbe axiale longitudinale de la rainure peut être quelconque et peut prendre toutes les formes à ce jour classiques telles que méridiens et parallèles, croisement de spirales déterminant des losanges sur une surface cylindrique etc... D'autres avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui va suivre, d'exemples de réalisation. Ces exemples seront décrits à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, représente une vue de côté d'une charge réalisée selon l'invention; - la figure 2, est une section transversale de la charge représentée figure 1; - la figure 3, représente une section transversale d'une rainure comportant un matériau à mémoire de forme conformément à l'invention; - la figure 4, est destinée à expliquer le fonctionnement d'une rainure chargée selon l'invention; - La figure 5, représente une charge analogue à celle de la figure 1, mais comportant des réseaux de fracture différents;; - la figure 6, représente une charge pouvant être utilisée soit comme charge à éclats, la taille des éclats étant programmable soit comme charge formée (creuse ou à génération de noyau) et ne comportant que des rainures selon l'invention; - les figures 7 et 8, représentent les diagrammes de fonctionnement des charges représentées figures 1, 5 et 6 respectivement; - la figure 9, est un diagramme de fonctionnement illustrant les explications données en liaison avec la figure 4. La figure 1, représente schématiquement une vue de face d'une charge réalisée selon l'invention. La charge est une charge cylindrique classique, par exemple une charge destinée à être montée sur un missile. Elle est composée d'une enveloppe 1 cylindrique génératrice d'éclats, ayant deux extrémités 2, 3. A chaque extrémité est fixé un flasque circulaire 4, 5. L'ensemble de l'enveloppe 1 et des flasques 4, 5 confinent un explosif 6 apparaissant figure 2. Dans la suite de l'exposé on va s'intéresser à des rainures de cette enveloppe 1. Une rainure est caractérisée par la forme de sa ligne axiale longitudinale qui peut être un méridien, un parallèle, une spirale ou toute autre ligne, la forme de sa section droite que l'on appelera entaille et sa profondeur d'entaille qui est la profondeur maximum de l'entaille mesurée sur une normale à la surface de creusement de la rainure. Les différentes rainures sont organisées en réseau. Un réseau est un ensemble de rainures déterminant au moins potentiellement un réseau de lignes de fractures. Le réseau est dit activé s'il conduit effectivement à des lignes de fracture. II ne l'est pas dans le cas contraire. Les rainures sont dîtes d'un même réseau lorsqu'elles sont activables uniquement de façon simultanée.Un réseau peut être activé alors qu'un deuxième réseau ne l'est pas. Ainsi la taille des éclats de l'enveloppe 1 est déterminée par deux réseaux de rainurages. Un premier réseau 10 classique, en ce sens qu'il comporte des rainures profondes 15 à la Pearson, permet de déterminer une première taille d'éclats. Un deuxième réseau 20 comportant des rainures moins profondes 25 réalisées selon l'invention permet de déterminer en conjonction avec le premier et à volonté une seconde taille d'éclats. Sur les figures 1 et 2, seules les lignes longitudinales axiales des premier 10 et second 20 réseaux ont été représentées. Les lignes du premier réseau 10, représentées en traits pleins sont organisées en méridiens 11, et parallèles 12. Les lignes du second réseau 20, représentées en pointillés, ne comportent dans le cas représenté que des méridiens 21.Chaque méridien 21 du second réseau 20 est à égale distance de deux méridiens 11 consécutifs du premier réseau 10. La figure 2 est une coupe transversale selon la ligne 2-2 de la charge représentée figure 1. L'enveloppe 1 comporte une face externe 8, et une face interne 7. Une virole 9 sépare l'enveloppe de la masse explosive 6. Les profondeurs des rainures méridiennes du premier réseau 10 et des rainures du second réseau 40 sont représentées par des segments 13, 23 respectivement, partant de la surface externe 8 de l'enveloppe 1. Les segments ont une longueur égale à la profondeur de la rainure qu'ils représentent. Les rainures 15 du premier réseau 10 qui sont des entailles réalisées de façon connue sont profondes et matérialisées par un trait long. Les rainures 25 réalisées selon l'invention sont de profondeur h, moindre laissant subsister une longueur de ligament b dans l'épaisseur e de l'enveloppe. Le détail d'un mode de réalisation d'une rainure 25 est représentée figure 3. Cette figure représente une section droite d'une rainure 25. Dans le cas particulier représenté, la rainure est carrée. Elle comporte deux flancs 42 43 perpendiculaires à la surface externe 8 de l'enveloppe et un fond de rainure 44 perpendiculaire aux flancs. Le fond de rainure 44 est lui-même creusé d'une rainure en V 46 destinée à constituer une amorce de rupture et à concentrer en cet endroit les efforts de rupture exercés par le fil. Cette rainure est comblée par un fil en alliage à mémoire de forme 50. Ce fil est de section carrée emmanchable en force dans la rainure. Il est isolé électriquement de la masse de l'enveloppe.L'isolation peut être réalisée par exemple en gainant le fil d'un isolant 45 avant insertion ou encore en plaçant un film de résine thermodurcissable 41 sur les surfaces, flancs 42, 43 et fond 44 de la rainure 25. Une épaisseur de l'ordre de 25 microns est suffisante. Les extrémités 51 des fils 50 sont raccordées à une source de courant 60 (figure 1) par l'intermédiaire d'un interrupteur commandable. Le détail du raccord ne présente pas de difficultés et n'a pas été représenté. Des éléments théoriques relatifs à la mise en oeuvre et au fonctionnement de l'invention seront maintenant donnés en référence à la figure 4. Le fil 50 est tout d'abord étiré puis mis en forme de section droite carrée par double pressage latéral. Le choix de l'alliage à mémoire de forme le constituant a été déterminé par la possibilité de réglage de la température de transformation de phase. L'alliage à mémoire de forme (AMF) qui a été utilisé est un alliage cuivreux de type Cu Al Ni dont la température de transformation de phase martensite-austénite peut être réglée dans la gamme -50 C+200 C en modifiant la composition de l'alliage. La température de transition a été choisie à 1500 environ, cette température est suffisamment haute pour qu'on ne l'atteigne pas par chauffage involontaire et suffisamment basse pour pouvoir être atteinte avec un apport faible d'énergie. Ainsi, une élévation de température de 1200 d'une longueur de 1 mètre de fil de résistivité p=10-5 Qcm nécessite une impulsion de courant de 1 0A pendant 100ms, ce qui peut être obtenu avec une source de 100 W. Pour une charge comportant 10m de fil, une puissance de 1 KW crête est nécessaire. La profondeur totale d'entaille dc, de la surface 8 au point le plus profond de la rainure sera déterminée en prenant en compte les caractéristiques mécaniques du matériau de l'enveloppe et celles de l'alliage à mémoire de forme utilisé. Ces deux points sont successivement abordés ci-après. Dans le cas de la réalisation le matériau de l'enveloppe est un acier. Les aciers des enveloppes génératrices d'éclats sont caractérisés par un seuil d'écoulement Ty compris entre 1200 et 1800 megapascals (il s'agit de la valeur de la contrainte pour avoir une déformation rémanente de 0,2%). Leur ductilité, c'est-à-dire leur déformation permanente à rupture est faible, de l'ordre de 10%. Leur ténacité dynamique Kic est de l'ordre de 50 à 70 megapascals um. Dans ces conditions, la taille de la zone plastique C au fond de la rainure est donnée par l'expression Kie2 3 7Z ( ry ) ce qui conduit à C - 0,3 mm. La taille C de la zone plastique représente la longueur minimum que doit avoir une fissure pour pouvoir se propager.Si cette longueur est dépassée, on peut alors appliquer les relations de la mécanique de la rupture élastique en particulier l'expression Kic=rWFa F(s) (1) où F(5) est une fonction relative à la géométrie de l'entaille et exprimée dans le recueil de TADA et Al traitant de l'analyse des contraintes dans les fissures (H. TADA, C. PARIS, G.R IRWIN, "The Stress Analysis of Craks Handbook" 2nd édition, PARIS Production inc, 226 Woodbourne Dr St LOUIS MIS 63105 USA) et ou "a" est la longueur du bras de levier de la résultante des forces de pression. L'équation (1) ci-dessus permet de déterminer l'extension de fissure da relative à la ténacité K1 c du matériau et au chargement appliqué. Des extensions de 2 à 3 mm peuvent être obtenues sur les matériaux en acier considéré grâce aux caractéristiques du chargement statique produit par le changement de phase du fil. Le fil choisi est, on le rappelle un alliage cuivreux de type CuAINI. Avec ce type de fil la déformation axiale maximale recouvrable est de l'ordre de 10%. Cela signifie que l'allongement mécanique qui sera subit par le fil est au maximum de 10%. Le volume total du fil restant le même cela signifie qu'au cours de cet étirement tout diamètre du fil diminue d'environ 5%. Lors de sa reprise de forme son augmentation de section droite entraîne l'application d'une pression locale C sur les flancs 42, 43 de la rainure 25 de l'ordre de 200 megapascals. C'est cette pression qui va être utilisée pour fissurer le matériau sur une profondeur supplémentaire, la profondeur totale fissurée devant être comprise, comme vu précédemment entre 0,4 et 0,6e.Pour cela il est nécessaire que la longueur initiale d'entaille dc soit telle que dc soit supérieure à une profondeur critique durit, cette profondeur étant une fonction de , la pression appliquée aux parois 42, 43, de K1c la ténacité et de ny, le seuil d'écoulement du matériau. Typiquement cette profondeur dc est comprise entre e/4 et e/3. Dans le cas représenté figure 1 où l'on a deux réseaux 10, 20 I'un 10 comportant des entailles classiques et l'autre 20 des entailles selon l'invention, il conviendra de choisir les profondeurs respectives d'entaille de chacun des réseaux et en particulier la profondeur dc des entailles du réseau 20, de telle sorte qu'après chauffage des fils 50 les profondeurs de fissure de l'un et l'autre réseau soient sensiblement égales. Dans le cas ou les différents réseaux de fracture ne comportent que des rainures selon l'invention l'homogénéité du réseau est obtenue facilement par l'identité de forme des lignes du réseau. Dans le cas représenté figure 1 en l'absence d'alimentation des fils 50 par la source 60, les lignes de fractures sont les lignes du réseau 10 classique et l'on obtient de gros éclats 70, dont l'un est représenté hachuré figure 1. Si le réseau 20 est alimenté par la source 60 les lignes de fractures sont constituées des lignes des premiers 10 et second 20 réseau et l'on obtient de petits éclats dont l'un 80 est représenté hachuré figure 1. Deux autres exemples de réalisation seront maintenant décrits en regard des figures 5 et 6. La figure 5 représente une charge analogue à celle de la figure 1 comportant un premier réseau 10 d'entailles ou rainures connues composé de méridiens 11 et de parallèles 12 représentés en traits pleins et de deux autres réseaux 20, 30 comportant des rainures 25 contenant des fils en AMF selon l'invention. Le réseau 20 est un réseau de méridiens 21 représenté en pointillé chacun étant équidistant de deux méridiens consécutifs 11 du premier réseau 10. Le réseau 30 est un réseau de parallèles 31 représentés en pointillés chacun des parallèles 31 étant équidistant de deux parallèles consécutifs 12 du premier réseau. les extrémités 51, 52 des fils 50 contenus dans ces rainures sont reliables de façon sélective à une source de courant 60. Si aucun des réseaux 20 ou 30 n'est raccordé à la source 60 avant le tir les éclats ont une masse 4m. La taille de l'un de ces éclats, 90, est représentée hachurée figure 5. Si le réseau 20 est raccordé seul, les éclats 100 ont une masse 2m de forme longiligne. Si le réseau 30 est raccordé seul les éclats 70 ont également une masse 2m mais de forme différente de celle des éclats 100. Enfin si les réseaux 20 et 30 sont raccordés les éclats 110 ont une masse m. Les caractéristiques des fils en AMF ainsi que les dimensions et le chargement des entailles courtes restent identiques à ceux précédemment explicités. La figure 6, représente une configuration de charge qui diffère des précédentes de deux façons. D'une part le chargement explosif 6 est conformé de façon à pouvoir générer dans l'axe de l'enveloppe 1 un jet de charge creuse ou un noyau formé et d'autre part le ou les réseaux de rainurage ne comporte que des rainures 25 contenant un fil en AMF selon l'invention. Cette configuration qui permet d'utiliser la charge comme une charge à éclats si un des réseaux au moins est relié à la source ou comme charge formée si aucun ne l'est est rendue possible par l'utilisation de l'invention. Lorsqu'aucun réseau n'est raccordé l'enveloppe est assez résistante pour confiner la charge explosive et permettre la génération du jet ou du noyau. En utilisation comme charge à éclats il est possible d'obtenir différentes tailles d'éclats 70, 90, 100, 110 selon le nombre de réseaux raccordés. Sur la figure 6 L'explosif formé de façon connu n'a pas été représenté. L'enveloppe 1 est rainuré selon 4 réseaux : deux réseaux de méridiens 20, 48, les rainures 21 de l'un des réseaux étant alternées avec les rainures 47 de l'autre réseau, deux réseaux de parallèles 30, 38 les rainures 31 de l'un des réseaux de parallèles étant alternées avec les rainures 37 de l'autre réseau. Chacun des réseaux est raccordable isolement à la source 60 par des extrémités 51, 52, 53, 54. Les figures 7 à 9 sont des diagrammes expliquant le séquencement de fonctionnement respectivement des charges selon les figures 1 et 6 et du fil en AMF remplissant les rainures. REVENDICATIONS 1. charge militaire à enveloppe (1) génératrice d'éclats, I'enveloppe ayant deux faces (7, 8), une face interne (7) et une face externe (8), la face interne (7) de l'enveloppe entourant au moins partiellement une masse d'explosif (6), des rainures étant creusées sur au moins une face (7, 8) de l'enveloppe, charge caractérisée en ce que au moins certaines des rainures (25) de l'enveloppe (1) contiennent un matériau (50) électriquement conducteur à mémoire de forme, la forme du matériau (50) contenue dans une rainure étant longiligne, des extrémités (51, 52, 53, 54) du matériau étant raccordables de façon sélective à une source (60) de courant électrique. 2. Charge militaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les rainures (25) contenant le matériau (50) à mémoire de forme ont une section droite de forme rectangulaire, deux faces (42, 43) de la rainure étant perpendiculaires à une face (7, 8) de l'enveloppe 1 et un fond (44) de rainure (25) étant localement sensiblement parallèle à la face (7, 8) de l'enveloppe. 3. Charge selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une rainure (46) est creusée à partir du fond de rainure (44). 4. Charge selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le matériau à mémoire de forme (50) est un alliage CuNiAl. 5. Charge selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'enveloppe génératrice d'éclats a une forme de révolution autour d'un axe. 6. Charge selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un premier réseau (10) composé de rainures (15) profondes et d'autres rainures (25) contenant le matériau à mémoire de forme (50), des extrémités (51, 52) du matériau (50) inclus dans chaque rainure (25) étant raccordable de façon sélective à une source d'alimentation électrique (60). 7. Charge selon la revendication 6, caractérisée en ce que les lignes axiales des rainures (15) du premier réseau décrivent des méridiens (11) ou des parallèles (12) de l'enveloppe (1). 8. Charge selon la revendication 6, caractérisée en ce que les lignes axiales des rainures (25) du second réseau (20) décrivent des méridiens (21) ou des parallèles (31) de l'enveloppe (1); 9. Charge selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle ne comporte que des lignes fracturables constituées par des rainures (25) contenant le matériau (50) à mémoire de forme, des extrémités (51, 52, 53, 54) du matériau (50) inclus dans chaque rainure (25) étant raccordables de façon sélective à une source d'alimentation électrique (60). 10. Charge selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'explosif (6) qu'elle contient est conformé pour générer un jet de charge creuse ou un noyau formé.