Brevet FR2706028A1 — publié le 19941209

ECRAN CONFORMATEUR D'ONDE DE DETONATION POUR CHARGE FORMEE La présente invention concerne un conformateur d'onde de détonation pour charges formées telles que des charges creuses ou des charges génératrices de noyaux formant un projectile par implosion d'un revêtement sous l'effet d'une onde de détonation. Lors du fonctionnement d'une charge formée, I'onde de détonation engendrée à l'aide d'une couche d'explosif disposée en amont du revêtement est en général initiée ponctuellement dans l'axe de symétrie de la charge et se propage vers le revêtement en une onde sphérique derrière laquelle l'explosif est instantanément transformé en gaz à très hautes pressions. Cette onde de détonation qui reste sphérique si elle ne rencontre pas d'obstacle sur son passage balaye la paroi de revêtement qui implose sur l'axe, formant un projectile à grande vitesse (8 km/s). Les caractéristiques de ce projectile dépendent de nombreux paramètres tels la nature des matériaux employés, le profil du revêtement, la distance d'attaque, la vitesse de balayage du revêtement par l'onde de détonation, etc... Une façon très efficace de modifier le dernier paramètre est d'interposer un écran ou conformateur d'onde entre le point d'amorçage et le sommet du revêtement. Cet écran est destiné à être contourné par l'onde de détonation et doit être conçu de façon à ce que l'onde de choc qui le traverse soit, soit suffisamment atténuée en sortie d'écran pour ne pas provoquer un réamorçage de l'explosif, soit suffisamment retardée pour être précédée par l'onde de détonation de contournement. Comme conformateur d'onde, il est d'usage d'utiliser un écran en matériau homogène à faible vitesse sonique (plastique, liège,...) de forme conique qui retarde par absorption les ondes de choc qui le traverse. On parle d'écran retardateur. Pour que le retard de l'onde de choc directe soit suffisant, il est nécessaire de donner à l'écran une épaisseur importante ce qui lui donne un encombrement non négligeable diminuant d'autant le volume disponible pour le chargement explosif et donc la puissance de la charge pour un calibre et une longueur donnés. La présente invention a pour but une nouvelle architecture d'écran conformateur d'onde de détonation à efficacité améliorée, atténuant les ondes de choc qui le traversent non seulement par absorption mais surtout par amortissements et réflexions multiples. L'invention a pour objet un écran conformateur d'onde de détonation à structure stratifiée formée d'au moins deux couches de matériaux solides à faible et forte impédances de choc. Dans la pratique, L'écran est formé d'une stratification résultant d'un empilement alterné de feuilles d'un matériau à forte impédance de choc de type acier, cuivre, tantale, tungstène et de feuilles d'un matériau à faible impédance de choc de type plastique, caoutchouc ou particules de bois agglomérées, les feuilles ayant une épaisseur faible mais suffisante pour ne pas se déchirer sous l'impact de l'onde de choc attendue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel: - une figure 1 représente, en coupe et de manière schématique, une charge creuse à amorçage ponctuel sans écran conformateur d'onde; - une figure 2 représente, en coupe et de manière schématique, une charge creuse à amorçage ponctuel avec écran conformateur d'onde; - une figure 3 est un graphique illustrant la transmission d'un choc entre un matériau donneur à impédance de choc plus forte que celle du matériau récepteur; - une figure 4 est un graphique illustrant la transmission d'un choc entre un matériau donneur à impédance de choc plus faible que celle du matériau récepteur; - une figure 5 est un graphique illustrant la transmission d'un choc à travers plusieurs couches alternées de matériaux à forte et faible impédances de choc; et - une figure 6 est une coupe d'un écran conformateur d'onde à structure stratifiée conforme à l'invention. La figure 1 montre une coupe axiale schématique d'une charge creuse à amorçage ponctuel sur l'axe, sans écran conformateur d'onde de détonation. On y distingue une enveloppe 1 en forme de coupelle servant de paroi de confinement à un chargement explosif 2 et présentant au centre de sa base un petit logement 3 pour un détonateur 4 réalisant un amorçage ponctuel. Cette enveloppe 1, remplie du chargement explosif 2, est fermée, à son extrémité ouverte, par un flasque conique 5 dont le sommet est tourné vers l'intérieur de l'enveloppe 1 et qui est en un revêtement tel que du cuivre apte à être éjecté dans l'axe de la charge creuse et à former par implosion un projectile à comportement mécanique de type hydrodynamique. Avec ce type de charge creuse, I'onde de détonation initiée ponctuellement dans l'axe se propage sous une forme sphérique repérée par les axes de cercles 6 en direction de la paroi de revêtement conique 5 qu'elle balaye depuis le sommet jusqu'à la base et qu'elle fait imploser provoquant l'éjection du revêtement dans l'axe de la charge creuse. La vitesse d'éjection du projectile ainsi formé et donc son efficacité, augmente avec la vitesse de balayage de la paroi de revêtement conique 5 par le front de l'onde de détonation. On a par conséquent intérêt à faire en sorte que le front de l'onde de détonation atteigne la paroi de revêtement conique 5 sous une incidence la slus normale possible, ce qui suppose de donner au front de l'onde de détonation une forme concave épousant au mieux celle de la paroi de revêtement conique. Pour ce faire, on dispose alors, comme représenté à la figure 2, un écran 7 au milieu du chargement explosif 2 entre le détonateur 4 et le sommet de la paroi de revêtement conique 5. Cet écran 7 fait obstacle à la propagation directe de l'onde de détonation en direction du sommet de la paroi de revêtement conique 5. Il provoque un amorçage fictif annulaire de manière à donner un effet concave au front de détonation en approche du revêtement, comme représenté par les courbes 8, et augmenter la vitesse apparente de balayage du revêtement par l'onde détonation. Cet écran 7 destiné à être contourné par l'onde de détonation doit, soit suffisamment retarder une onde de choc qui le traverse pour qu'elle soit précédée par l'onde de détonation de contoumement, soit suffisamment atténuer une onde de choc qui le traverse pour qu'elle devienne inopérante. II doit en outre être le moins volumineux possible car il réduit le volume occupé par le chargement explosif. En règle générale, il est d'usage de réaliser l'écran conformateur d'onde de détonation en matériau homogène (liège, plastique,...) et de lui donner une forme conique avec une épaisseur suffisante pour qu'il retarde I'onde de choc qui le traverse au point qu'elle ne puisse plus provoquer un réamorçage de l'explosif celle-ci ayant été précédée de l'onde de contournement. Il en résulte, comme indiqué précédemment, un encombrement non négligeable diminuant d'autant le volume disponible pour le chargement explosif. L'écran conformateur d'onde de détonation qui va être décrit met en oeuvre, pour faire obstacle à la propagation directe d'une onde de détonation l'amortissement et la réflexion provoqués par la traversée successive de différents matériaux désadaptés du point de vue de l'impédance de choc ce qui lui permet d'être beaucoup moins volumineux. L'impédance de choc d'un matériau est un rapport existant entre la pression exercée par une onde de choc dans le matériau et la vitesse de propagation de ladite onde de choc dans le matériau. Plus exactement, tout matériau est caractérisé par une fonction dite polaire de choc qui décrit l'évolution de la pression d'une onde de choc en fonction de la vitesse de propagation de l'onde de choc. Cette polaire de choc est de la forme: P=p0 u(cO +su) P étant la pression de choc, pO la densité du matériau, u la vitesse de l'onde de choc dans le matériau, c0 la vitesse du son dans le matériau et S une constante fonction du matériau. L'impédance de choc Z du matériau est définie par le terme: Z=p, (cO +Su) Lors de la transmission, à un matériau récepteur, d'une onde de choc provenant d'un matériau donneur, la pression exercée par l'onde de choc et sa vitesse qui étaient dans le rapport de l'impédance de choc du matériau donneur se transforme en une nouvelle pression et une nouvelle vitesse dans le rapport de l'impédance de choc du matériau receveur en engendrant au besoin une onde réfléchie pour respecter le principe de la conservation d'énergie. II existe un procédé graphique connu de détermination de la pression et de la vitesse de l'onde de choc induite sur un matériau récepteur à partir de la pression et de la vitesse de l'onde de choc dans le matériau donneur. Celui-ci consiste à tracer les polaires de choc du matériau donneur et du matériau récepteur puis la courbe symétrique de la polaire de choc du matériau donneur, prise à la pression de choc initiale. La pression et la vitesse de l'onde de choc induite sur le matériau récepteur correspondent aux coordonnées du point d'intersection de cette courbe symétrique avec la polaire de choc du matériau récepteur. Le graphique de la figure 3 illustre la transmission d'un choc entre un matériau donneur à impédance de choc plus forte que celle du matériau récepteur. Les polaires de choc des matériaux donneur et récepteur sont les courbes 10 et Il de formes paraboliques passant par l'origine, la polaire de choc 10 du matériau donneur présentant une pente plus forte que celle 11 du matériau récepteur. La pression de l'onde de choc Pchoc 1 au sortir du matériau donneur correspond à un point a de la polaire de choc 10 du matériau donneur à partir duquel on trace la courbe 12 symétrique de la polaire de choc 10 du matériau donneur. Cette courbe symétrique 12 coupe la polaire de choc Il du matériau récepteur en un point ss dont les coordonnées donnent la pression de choc induise Pchoc 2 et la vitesse de l'onde de choc induite. On observe ici une atténuation de la pression de choc avec une augmentation de la vitesse de l'onde de choc. Le graphique de la figure 4 illustre la transmission d'un choc entre un matériau donneur à impédance de choc plus faible que celle du matériau récepteur. Les polaires de choc des matériaux donneur et récepteur sont les courbes 20 et 21 de formes paraboliques passant par l'origine, la polaire de choc 21 du matériau récepteur présentant une pente plus forte que celle 20 du matériau donneur. La pression de l'onde de choc Pchoc 1 au sortir du matériau donneur correspondant à un point y de la polaire de choc 20 du matériau donneur à partir duquel on trace la courbe 22 symétrique de la polaire de choc 20 du matériau donneur. Cette courbe symétrique 22 coupe la polaire de choc 21 du matériau récepteur en un point 6 dont les coordonnées donnent la pression de choc induite Pchoc 2 et la vitesse de l'onde de choc induite. On observe ici une augmentation de la pression de choc avec une atténuation de la vitesse de l'onde de choc. On constate alors qu'il est possible d'atténuer rapidement un choc de forte intensité au moyen d'un empilement successif de matériaux à forte impédance de choc tels que les métaux par exemple acier, tungstène, cuivre et leurs alliages, et de matériaux à faible impédance de choc tels que les plastiques, les caoutchoucs, les particules de bois agglomérées comme le liège aggloméré. L'épaisseur des matériaux n'intervenant pas dans les phénomènes pris en considération, I'épaisseur des couches de matériaux dans l'empilement peut être faible à condition toutefois d'être suffisante pour éviter une déchirure des matériaux sous l'impact de l'onde de choc attendue. Le graphique de la figure 5 illustre la transmission d'un choc dans un écran composite formé d'une stratification de trois couches d'un matériau à forte impédance de choc alternées avec trois couches d'un matériau à faible impédance de choc. La polaire de choc du matériau à forte impédance de choc est la courbe 30, celle du matériau à faible impédance de choc la courbe 31. La pression de choc Pchoc 1 provenant de la première couche de matériau à forte impédance de choc correspond au point a de la polaire de choc 30 du matériau à forte impédance de choc. A partir de ce point a, on trace la courbe 30' symétrique de la polaire de choc 30 du matériau à forte impédance de choc. Cette courbe symétrique 30' coupe la polaire de choc 31 du matériau faible impédance de choc en un point b donnant la pression de choc induite dans la première couche de matériau à faible impédance de choc succédant à la première couche de matériau à forte impédance de choc de départ. A partir du point b, on trace la courbe 31' symétrique de la polaire de choc 31 du matériau à faible impédance de choc. Cette courbe symétriques 31' coupe la polaire de choc 30 du matériau à forte impédance de choc en un point c donnant la pression de choc induite dans la deuxième couche de matériau à forte impédance de choc succédant à la première couche de matériau à faible impédance de choc. A partir du point c, on trace la courbe 30" symétrique de la polaire de choc 30 du matériau à forte impédance de choc. Cette courbe symétrique 30" coupe la polaire de choc 31 du matériau à faible impédance de choc en un point d donnant la pression de choc induite dans la deuxième couche de matériau à faible impédance de choc succédant à la deuxième couche de matériau à forte impédance de choc. A partir du point d, on trace la courbe 31" symétrique de la polaire de choc 31 du matériau à faible impédance de choc. Cette courbe symétrique 31" coupe la polaire de choc 30 du matériau à forte impédance de choc en un point e donnant la pression de choc induite dans la troisième couche de matériau à forte impédance de choc succédant à la deuxième couche de matériau à faible impédance de choc. A partir du point e, on trace la courbe 30"' symétrique de la polaire de choc 30 du matériau à forte impédance de choc. Cette courbe symétrique 30"' coupe la polaire de choc 31 du matériau à faible impédance de choc en un point f donnant la pression de choc induite dans la troisième et dernière couche du matériau à faible impédance de choc. On constate alors qu'au fil des traversées des couches de matériaux ayant des impédances de choc désadaptées, on obtient une atténuation rapide du niveau de pression d'une onde de choc et cela, sur une courte épaisseur, puisqu'on ne compte pas sur l'absorption des couches de matériaux dont la minceur n'est limitée que par les risques de déchirures sous l'impact de l'onde de choc. Avantageusement, les couches de matériaux ont une épaisseur comprise entre 0,01 et 2 mm. Leur forme dans la stratification qui est perpendiculaire à l'axe de symétrie de la charge peut être éventuellement conique ou parabolique. Elle est axisymétrique par rapport à l'axe de symétrie de la charge. C'est ainsi par exemple, qu'avec l'écran stratifié représenté en coupe à la figure 6 qui est constituée de la superposition de 15 à 20 couches alternées de plaques d'acier 40 de 1 mm d'épaisseur et de feuilles de polyéthylène 41 de 0,3 mm d'épaisseur, il est possible d'atténuer sur une distance de 25 mm environ une pression d'onde de détonation de 300 Kbar en une pression d'onde de choc de l'ordre de 30 Kbar inférieure au seuil d'initiation des explosifs habituellement utilisés dans les charges formées (50 Kbar). On peut constituer des écrans stratifiés avec toute sorte de matériaux. Pour les matériaux à forte impédance de choc, on choisit avantageusement des matériaux à forte densité faciles à former en feuilles, de préférence des matériaux dont la masse volumique est supérieure ou égale à 5 g/cm3 et à forte vitesse de propagation sonore tels que des métaux purs ou en alliage par exemple le cuivre, des alliages au tungstène, le tantale ou le plomb. Pour les matériaux à faible impédance de choc, on choisit avantageusement des matériaux à faible densité faciles à former en feuille, de préférence des matériaux dont la masse volumique est inférieure ou égale à 2 g/cm3 et à faible vitesse de propagation sonore tels que les plastiques, les polyéthylènes, les caoutchoucs naturels ou synthétiques, les polyamides, le polyuréthane, les particules de bois agglomérées notamment le liège aggloméré. Un écran stratifié particulièrement intéressant peut notamment être réalisé par empilement et collage de feuilles de cuivre alternées avec des feuilles de particules de liège agglomérées. L'écran stratifié qui vient d'être décrit, présente, par rapport à un écran classique mono-composition à absorption, I'avantage d'avoir un moindre volume. II permet, pour un volume de charge donné, d'embarquer une masse d'explosif plus importante et par conséquent de gagner en vitesse balistique du revêtement. REVENDICATIONS 1. Ecran conformateur d'onde de détonation pour charge formée, caractérisé en ce qu'il est formé d'une stratification d'au moins deux couches de matériaux solides à faible et forte impédances de choc. 2. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites couches ont une épaisseur comprise entre 0,01 et 2 mm. 3. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou lesdites couches de matériaux solides à forte impédance de choc sont constituées de matériaux de masse volumique supérieure ou égale à 5 g/cm3 et à forte vitesse de propagation sonore. 4. Ecran selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ou lesdites couches de matériaux solides à forte impédance de choc sont constituées de matériaux appartenant au groupement formé par l'acier, le cuivre, le tungstène, le tantale, le plomb. 5. Ecran selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou lesdites couches de matériaux solides à faible impédance de choc sont constitués de matériaux de masse volumique inférieure ou égale à 2 g/cm3 et à faible vitesse de propagation sonore. 6. Ecran selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ou lesdites couches de matériaux solides à faible impédance de choc sont constituées de matériaux appartenant au groupement formé par les plastiques, les caoutchoucs, les polyamides, les polyéthylènes, le polyuréthane et le bois. 7. Ecran selon la revendication 1, pour une charge formée à axe de symétrie, caractérisé en ce que lesdites couches de matériaux solides à faible et forte impédances de choc ont des formes axisymétriques par rapport à l'axe de symétrie de la charge formée. 8. Ecran selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites couches de matériaux solides à faible et forte impédances de choc ont des formes coniques centrées sur l'axe de symétrie de la charge formée. 9. Ecran selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites couches de matériaux solides à faible et forte impédances de choc ont des formes paraboliques de révolution centrées sur l'axe de symétrie de la charge formée.