Brevet FR2717888A1 — publié le 19950929

Canon hybride électrothermique à poudre La présente invention concerne un canon hybride électrothermique à poudre, dans lequel, pour accroître l'accélération du projectile, de l'énergie électrique supplémentaire est envoyée dans un parcours de plasma du tube de l'arme. Les canons hybrides électrothermiques à poudre sont connus en soi. Ils sont constitués, par exemple, d'un canon destiné à tirer une munition conventionnelle, dans lequel, pour accroître l'accélération du projectile, plusieurs paires d'électrodes sont disposées face à face, le long du tube. Lorsque le projectile passe devant une paire d'électrodes, perpendiculairement à la direction du déplacement du projectile est produit un arc électrique de haute énergie, qui chauffe en conséquence les gaz de la charge propulsive. Ce dispositif a surtout pour inconvénient le dispositif de commande électronique ou mécanique relativement complexe, destiné à allumer les arcs électriques. En outre, la zone de l'arc occasionnant l'échauffement du gaz, est relativement étroite, de sorte qu'il faut plusieurs paires d'électrodes pour augmenter notablement l'accélération du projectile. Par le document DE 41 32 657 A1 on connaît en outre un dispositif de tir électrothermique, dans lequel la partie côté culasse d'un canon conventionnel, est reliée à une partie de tube isolée. La chambre à plasma proprement dite est formée dans ce cas par une cartouche, placée dans la chambre de la charge, avec une électrode de masse côté culasse et une électrode haute tension côté tube. Pour le tir, on relie la culasse à la masse et on applique la haute tension à la partie de tube isolée, par rapport à la culasse, qui est reliée à l'électrode côté tube, de sorte qu'entre la partie de tube et la culasse il se forme, dans la 2 2717888 cartouche, un arc électrique s'étendant dans la direction axiale du tube d'arme. Ce dispositif de tir a surtout pour inconvénient que pour l'accélération des projectiles de gros calibre, il faut des énergies électriques très importantes et donc des sources électriques tout aussi volumineuses. L'invention a pour but d'indiquer un canon hybride du type précité dans lequel les projectiles reçoivent électrothermiquement une accélération supplémentaire donnée, sans que plusieurs parcours d'arc donnés soient nécessaires. Ce but est atteint avec un canon hybride du type précité en ce que: a) le tube de l'arme se compose d'au moins deux parties de tube séparées, disposées l'une derrière l'autre dans la direction de l'axe longitudinal du tube d'arme, qui sont reliées entre elles par un isolateur contenant le parcours de plasma; b) les deux parties de tube présentent, pour l'accélération électrothermique du projectile respectif, un potentiel différent, de sorte que l'arc électrique, chauffant les gaz de la charge propulsive, s'étend dans le parcours de plasma, dans la direction de l'axe longitudinal; c) l'isolateur comporte deux pièces de raccord métalliques, disposées l'une derrière l'autre dans la direction de l'axe longitudinal du tube, entre lesquelles se trouve une douille isolante, délimitant côté tube, le parcours de plasma; d) les pièces de raccord et la douille isolante sont assemblées par concordance de forme ou par forme, avec un corps d'isolement en matériaux composites à base de fibres; e) un manchon tubulaire conique ou cylindrique est placé sur le corps d'isolement. 3 2717888 L'idée de base de l'invention est de placer à l'intérieur du tube un isolateur avec chambre à plasma intégrée, de longueur donnée, l'arc électrique, chauffant les gaz de la charge propulsive, s'étendant, comme dans le document DE 41 32 657 A1, dans la direction du projectile. Il se produit dans ce cas, dans la zone du tube côté culasse, généralement mise à la masse, jusqu'à la chambre à plasma, une accélération des projectiles, de manière classique, par les gaz de la charge propulsive libérés lors du tir. Dès que le projectile a traversé le parcours d'isolement, et est relié à la partie de tube côté bouche, à laquelle s'applique la haute tension, il se produit une transmission de l'allumage dans la direction axiale du tube, entre le culot du projectile et la zone de tube côté culasse. Les gaz de la charge propulsive s'échauffent dans la zone de l'arc électrique et conduisent à une augmentation de la pression et donc aussi à une augmentation de l'accélération du projectile. Dans ce dispositif, l'isolateur contenant la chambre à plasma est particulièrement important, car il doit être conçu de manière que pour le tir de projectiles en particulier de gros calibre, non seulement les deux parties de tube soient électriquement isolées, mais de manière aussi à pouvoir absorber la pression interne ainsi que les sollicitations axiales et les oscillations du tube. En outre la résistance à la flexion (variation du moment d'inertie) de l'isolateur doit être adaptée de manière qu'elle corresponde pratiquement à celle du tube non perturbé. L'isolateur est de préférence constitué de deux parties de raccords métalliques entre lesquelles est placé, dans la zone du parcours de plasma, une douille isolante avec une surface intérieure résistant à l'usure. La douille isolante et les parties de raccord 4 2717888 sont reliées par concordance de forme à un corps d'isolement. Le corps d'isolement est constitué de préférence de plusieurs couches de matériaux composites aux fibres et d'une matrice en polymère ou céramique (corps d'isolement). Les constituants composites à base de fibres du corps d'isolement peuvent dans ce cas être entourés des pièces de raccord et de la douille isolante, collée ou frettée sur celles-ci. L'isolateur peut être réalisé aussi dans une matière à mouler, l'assemblage par concordance de forme avec les pièces de raccord s'obtenant par l'opération de moulage. La douille isolante peut être réalisée soit par extrusion, soit par moulage sous pression, soit par enroulage de matériaux thermoplastiques, thermodurcissables ou céramiques. Pour renforcer ces matériaux, on peut utiliser des fibres organiques ou minérales différemment orientées ou préparées. Pour obtenir une précontrainte de pression de l'isolateur dans la direction périphérique, une douille tubulaire, de préférence conique ou cylindrique, en métal ou en matière plastique (protection contre l'éclatement) est frettée ou pressée sur le corps d'isolement. Dans une autre variante avantageuse de l'invention, pour transmettre en supplément les charges du corps d'isolement dans la direction axiale, les deux extrémités de la protection contre l'éclatement sont pourvues de gradins et, par concordance de forme, de douilles faites d'un matériau composite aux fibres. Au lieu d'une douille isolante séparée, pour limiter le parcours de plasma, on peut avantageusement aussi utiliser le corps d'isolement lui-même. Dans ce cas, il s'est avéré intéressant de pourvoir la surface interne du corps d'isolement, dans la région du parcours de plasma, d'une couche résistant à l'usure, par exemple d'une céramique injectée. Il est possible aussi d'utiliser, à la place de la couche résistant à 2717888 1 'usure, un insert de préférence interchangeable réalisé dans une matière plastique résistant à l'usure ou dans un matériau céramique. Pour obtenir un renfort supplémentaire dans la zone du parcours de plasma, il s'est avéré particulièrement intéressant de prévoir des prolongements correspondants des pièces de raccord, qui sont enfermés par le corps d'isolement. Pour obtenir une bonne transmission des forces entre les pièces métalliques et le corps d'isolement, les parties de raccord métalliques sont des douilles étagées. En outre, les parties de raccord subissent un traitement de surface en vue d'une meilleure adhérence, par exemple un sablage ou un traitement chimique les rendant rugueuses, de sorte qu'on réalise un assemblage collé optimal supplémentaire. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'invention sont représentées à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins annexes. La figure 1 est une vue de côté, en partie en coupe, du tube d'arme d'un canon hybride électrothermique à poudre avec un isolateur suivant l'invention et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale, àplus grande échelle, de l'isolateur suivant l'invention. Sur la figure 1, la référence i désigne le tube d'un canon de char. Il est essentiellement constitué de deux parties de tube 2 et 3, à peu près de même longueur, entre lesquelles est placé un isolateur 4. La partie de tube 2 est un tube de canon de char conventionnel avec une culasse 5, de laquelle une munition 6 est tirée avec une charge propulsive de poudre appropriée. La partie de tube 2 ainsi que la culasse 5 sont reliées à la masse et reliées, par un 6 2717888 branchement électrique 7 à l'électrode correspondante d'une source de courant (non représentée pour plus de clarté). La partie de tube 3 présente aussi un branchement électrique 8 qui, pour accélérer le projectile, est relié à l'électrode haute tension de la source électrique précitée. La partie de tube 3 peut être pourvue extérieurement, en vue de la protection contre le contact, d'une couche isolante appropriée, telle qu'elle est décrite plus en détail par exemple dans le documente DE 41 32 657 A1. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'isolateur 4 avec le parcours de plasma 4'. Il est constitué de deux pièces de raccord 9, 10 métalliques, disposées l'une derrière l'autre dans la direction de l'axe longitudinal 100 du tube d'arme 1, entre lesquelles se trouve une douille isolante 11, par exemple dans un matériau céramique, délimitant côté tube le parcours de plasma 4'. Les pièces de raccord 9, 10 ont la forme de douilles étagées avec gradins extérieurs et extérieurs, dans lesquels peuvent être insérées, par concordance de forme, les parties de tube 2, 3, également pourvues de gradins (assemblage par manchon). En outre, l'extrémité 12 de la douille étagée 9, tournée vers la douille isolante 11, est réalisée sous la forme d'une électrode annulaire. La longueur L du parcours de plasma 4' et donc celle de la douille isolante 11 est choisie de manière à être inférieure ou égale à la longueur de la partie de projectile en contact (électriquement conducteur) avec le tube d'arme 1. Dans le cas d'un projectile de gros calibre avec surface électriquement conductrice, L doit donc être inférieur ou égal à la longueur du projectile. Dans le cas de projectiles de calibre inférieur avec cages de propulsion à deux brides en aluminium, L en revanche doit être inférieur ou égal à 7 2717888 la distance séparant les deux brides des cages de propulsion, etc. Les pièces de raccord 9 et 10 et la douille isolante 11 sont assemblées par concordance de forme avec un corps isolant 13, qui est constitué de plusieurs couches d'un matériau composite aux fibres dans une matrice de polymère ou matrice céramique. Les pièces de raccord 9, 10 présentent des prolongements 14, 15 qui sont enfermés par le corps d'isolement 13. Le saut de rigidité entre les pièces de raccord 9, 10 métalliques et le corps d'isolement 13, est minimisé par une configuration à double cône des pièces de raccord, qui contribuent en même temps à l'assemblage par concordance de forme. Pour obtenir une précontrainte de pression de l'isolateur 4 dans la direction périphérique, il est fretté ou pressé sur le corps d'isolement 13, une douille tubulaire 16 conique ou cylindrique en acier. En outre, pour accroître la transmission de la charge du corps d'isolement 13 dans la direction axiale, les deux extrémités du tube 16 sont pourvues de gradins et sont reliées par concordance de forme à des douilles 17, 18 réalisées dans un matériau composite aux fibres. Au lieu d'une douille isolante 11 séparée, pour délimiter le parcours de plasma 4', on peut utiliser le corps d'isolement 13 lui-même. Dans ce cas, il s'est avéré avantageux de pourvoir la surface interne 19 du corps d'isolement 13, dans la région du parcours de plasma 4', d'une couche résistant à l'usure, par exemple d'une céramique injectée. Il est possible aussi, au lieu de la couche résistant à l'usure, d'utiliser une garniture de préférence interchangeable, réalisée dans une matière plastique résistant à l'usure ou dans une céramique. Ces garnitures peuvent être assemblées au corps d'isolement 13, par frettage, collage ou emboîtement à l'intérieur. 8 2717888 La fabrication du corps d'isolement 13 s'effectue de préférence par enroulement par voie humide, de sorte qu'il en résulte un matériau composite aux fibres sans pores, homogène, avec une teneur élevée en fibres. En raison des fortes épaisseurs de paroi et de l'exigence de lamifiés de haute qualité, le processus de fabrication doit s'effectuer en règle générale en plusieurs étapes. Ce processus concerne aussi bien l'enroulement que le processus de trempe (trempe interrompue). L'orientation des fibres est adaptée par le processus d'enroulement aux exigences de résistance et de rigidité. Les fibres de renfort peuvent se présenter sous la forme de rubans de tissu, de stratifils ou d'une combinaison de ceux-ci. L'isolateur peut être réalisé dans une pâte à mouler, l'assemblage par concordance de forme avec les pièces de raccord s'obtenant par l'opération de moulage. La douille isolante peut être fabriquée soit par extrusion, moulage sous pression ou par enroulage de matériaux thermoplastiques, thermodurcissables ou céramiques. Pour renforcer ces matériaux, on peut utiliser des fibres organiques ou minérales différemment orientées ou préparées. Comme fibres de renfort on utilise de préférence des fibres de verre, des fibres synthétiques, des fibres céramiques et, dans une mesure limitée aussi des fibres de carbone ou des fibres métalliques. Comme matrice on utilise de préférence des résines époxy contenant des réactifs appropriés, des résines de mélamine, des résines de bismaléinimide, des résines de polyimides, des résines de phénol ou des résines de polyester. L'invention ne se limite évidement pas à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus. C'est ainsi que l'assemblage entre les parties de tube 2, 3 et les 9 2717888 pièces de raccord 9, 10 peut être réalisé aussi par un assemblage fileté ou une fermeture à baïonnette, au lieu d'un assemblage fretté. Comme la pièce de raccord 9, la pièce de raccord 10 peut aussi être pourvue, à son extrémité tournée vers le parcours de plasma 4', d'une électrode annulaire de configuration particulière. 2717888 REVENDICATIONS 1. Canon hybride électrothermique à poudre, dans lequel pour accroître l'accélération du projectile, de l'énergie électrique supplémentaire est envoyée dans un parcours de plasma (4') du tube de l'arme (1), caractérisé par les caractéristiques suivantes: a) le tube (1) se compose d'au moins deux parties de tube (2, 3) séparées, disposées l'une derrière l'autre dans la direction de l'axe longitudinal (100) du tube (1), qui sont reliées entre elles par un isolateur (4) contenant le parcours de plasma (4'); b) les deux parties de tube (2, 3) présentent, pour l'accélération électrothermique du projectile respectif, un potentiel différent, de sorte que l'arc électrique, chauffant les gaz de la charge propulsive, s'étend dans le parcours de plasma (4'), dans la direction de l'axe longitudinal (100). 2. Canon hybride électrothermique à poudre dans lequel, pour accroître l'accélération du projectile, de l'énergie électrique supplémentaire est envoyée dans un parcours de plasma (4') du tube d'arme (1), caractérisé par les caractéristiques suivantes: a) le tube (1) se compose d'au moins deux parties de tube (2, 3) séparées, disposées l'une derrière l'autre dans la direction de l'axe longitudinal (100) du tube 1), qui sont reliées entre elles par un isolateur (4) contenant le parcours de plasma (4'); b) les deux parties de tube (2, 3) présentent, pour l'accélération électrothermique du projectile respectif, un potentiel différent, de sorte que l'arc électrique, chauffant les gaz de la charge propulsive, s'étend dans le parcours de plasma (4'), dans la direction de l'axe longitudinal (100) il 2717888 c) l'isolateur (4) comporte deux pièces de raccord (9, 10) métalliques, disposées l'une derrière l'autre dans la direction de l'axe longitudinal (100) du tube d'arme, entre lesquelles se trouve une douille isolante (11), délimitant côté tube, le parcours de plasma; d) les pièces de raccord (9, 10) et la douille isolante (11) sont assemblées par concordance de forme ou par forme, avec un corps d'isolement (13) en matériaux composites à base de fibres; e) un manchon tubulaire conique ou cylindrique est placé sur le corps d'isolement (13). 3. Canon hybride électrothermique à poudre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la douille isolante (11) fait partie du corps d'isolement (13). 4. Canon hybride électrothermique à poudre selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la douille isolante (11) ou le corps d'isolement (13) est pourvu, dans la région du parcours de plasma (4'), d'une couche résistant à l'usure ou d'une garniture interchangeable réalisée dans un matériau résistant à l'usure. 5. Canon hybride électrothermique à poudre selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les pièces de raccord (9, 10) métalliques sont des douilles étagées, des douilles coniques ou cylindriques. 6. Canon hybride électrothermique à poudre selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité (12), tournée vers le parcours de plasma (4'), d'au moins l'une des pièces de raccord (9, 10) métalliques, est réalisée sous la forme d'une électrode annulaire. 7. Canon hybride électrothermique à poudre selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la longueur (L) du parcours de 12 2717888 plasma (4') est inférieure ou égale à la longueur de la partie de projectile en contact (électriquement conducteur) avec le tube (1). 8. Canon hybride êlectrothermique à poudre selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les extrémités (12), tournées vers le parcours de plasma (4'), des pièces de raccord (9, 10), présentent des prolongements (14, 15), qui sont enfermées par concordance de forme, par le corps d'isolement (13). 9. Canon hybride électrothermique à poudre selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les extrémités de la douille (16) tubulaire sont étagées et sont reliées par concordance de forme avec des douilles (17, 18) réalisées dans un matériau composite aux fibres. 10. Canon hybride électrothermique à poudre selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que les fibres des matériaux composites à base de fibres du corps d'isolement (13) sont des fibres de verre, des fibres de synthèse, des fibres céramiques, des fibres de carbone ou des fibres métalliques et le matériau de la matrice est constitué de résines époxy contenant des réactifs appropriés, des résines de mélamine, des résines de bismaleinimide, des résines de polyimide, des résines de phénol ou des résines de polyester.