Brevet FR2767582A1 — publié le 19990226

La présente invention concerne un obus d'artillerie à grande portée. Les militaires demandent constamment un allongement de la portée des obus d'artillerie avec un effet minimal sur la charge utile et les erreurs à l'impact. En pratique, cet objet suggère la conservation de la configuration physique générale des obus classiques actuels. En outre, il est souhaitable que les dimensions extérieures et la masse d'un obus pour grande portée10 correspondent étroitement aux dimensions extérieures et à la masse des obus existants, afin qu'ils puissent être tirés par l'artillerie existante, sans dépasser la pression maximale acceptable à la bouche. Un obus pour grande portée répondant à ces conditions présenterait de grands avantages. Il est possible d'augmenter la portée des obus par incorporation d'un moteur-fusée qui assure une poussée après le lancement. Le compromis nécessaire à l'incorpora- tion d'un moteur-fusée est une réduction de la charge utile correspondant au volume occupé par le moteur-fusée. Par exemple, une assistance par fusée peut accroitre la portée d'un obus d'artillerie de 155 mm d'environ 23 %, avec réduction d'environ 64 % de sa charge utile. Il est aussi possible d'augmenter la portée des obus par utilisation d'une évacuation par la base. L'évacuation par la base accroit la portée par réduction de la traînée à la base de l'obus par augmentation de la pression à la base. Cette propriété est obtenue par combustion d'un propergol qui évacue ses gaz dans la région de base de l'obus. L'avantage de cette évacuation à la base pour l'augmentation de la portée est qu'elle nécessite un plus faible volume pour son moteur, pour une augmentation déterminée de la portée. Par exemple, l'évacuation à la base permet une augmentation de la portée d'un obus d'artillerie de 155 mm d'environ 23 % pour une réduction d'environ 18 % de sa charge utile. Ni l'assistance d'une fusée ni l'évacuation par la base ne permet l'obtention des portées voulues avec une charge utile raisonnable. Le problème posé est donc l'aug- mentation de la portée de manière plus importante, avec conservation des contraintes globales de dimensions des obus existants et avec une charge utile raisonnable. La présente invention a donc pour objet la réalisa- tion d'un obus d'artillerie ayant une portée qui peut être prolongée. La présente invention concerne donc un obus d'artil- lerie à grande portée ayant un moteur-fusée qui comprend un matériau formant propergol de fusée et une tuyère de fusée, dans lequel l'obus comporte en outre un matériau formant un propergol pour évacuation à la base, un dispositif d'allu- mage du matériau de propergol d'évacuation à la base lorsque l'obus est lancé, et un mécanisme à retard à l'allumage de la fusée destiné à retarder l'allumage du propergol de la fusée jusqu'à ce que le propergol d'évacua- tion à la base ait terminé pratiquement de brûler. L'évacuation à la base est particulièrement efficace car elle réduit la traînée à la base lorsque l'obus se déplace à vitesse élevée dans l'air relativement dense de la troposphère dans la partie initiale de son vol. L'assis- tance d'une fusée d'autre part est très efficace lorsque l'obus pénètre dans l'air moins dense de la stratosphère. La faible densité de l'air à altitude élevée indique que la vitesse de l'obus diminue plus lentement du fait de la traînée réduite, si bien que la portée peut être allongée et le temps de vol peut être relativement court. Le moteur- fusée est aussi très efficace à grande altitude car l'aug- mentation de vitesse est rendue maximale dans l'atmosphère de faible densité. On a constaté que la combinaison de l'évacuation par la base et de l'assistance retardée d'une fusée selon l'invention, chacun des procédés étant utilisé dans la partie la plus efficace de la trajectoire balistique, augmentait la portée d'un obus d'artillerie classique de mm stabilisé par rotation de 85 à 150 %, avec réduction de la charge utile normale d'une valeur comprise entre 15 et 45 %. Le moteur-fusée peut être du type à combustion en cigarette. Il comprend alors un seul bloc solide de proper- gol qui est allumé à l'extrémité de la tuyère et qui se consume vers l'arrière régulièrement à vitesse constante. Les avantages de cette réalisation sont la caractéristique reproductible de puissance fournie et de facilité relative10 de fabrication. Cependant, une cavité ou chambre sous pression doit être réalisée afin qu'elle facilite l'allu- mage fiable et entretenu du moteur-fusée. Bien que la disposition d'une chambre arrière sous pression ne pose pas de problème dans les systèmes d'engins puisque les accélérations au lancement sont relativement faibles, des problèmes techniques sérieux se posent dans le cas des obus tirés par un canon, qui subissent des accélé- rations au lancement supérieures à 200 fois celles des systèmes d'engins. La présence d'un renforcement à l'arrière du propergol de la fusée afin que le propergol ne s'écrase pas sous l'action des contraintes induites lors du lancement par le canon, réduit la capacité de transport de propergol du moteur-fusée tout en augmentant son coût de fabrication. Une solution à ce problème comprend le logement du matériau du propergol d'évacuation à la base dans la même chambre d'un récipient de combustible que le propergol de la fusée, et en arrière de celui-ci. L'avantage de cette disposition est que le propergol d'évacuation par la base forme un support mécanique du propergol de la fusée au cours du lancement. La combustion du propergol d'évacuation par la base au début du vol permet la formation de la chambre sous pression qui est nécessaire pour que l'allu- mage ultérieur du propergol de la fusée soit facile. L'allumage du propergol de la fusée peut être réalisé par la combustion du propergol d'évacuation à la base. Cependant, l'expérience a montré que le propergol d'évacuation par la base brûlait plus rapidement au centre qu'à ses bords. Ceci peut résulter de l'allumage du proper- gol de la fusée avant la fin de la phase d'évacuation à la base. Une telle disposition donne un mauvais rendement5 puisque le propergol d'évacuation par la base qui brûle encore après l'allumage de la fusée n'a pas d'efficacité pour l'augmentation de la portée. Un allumage prématuré de la fusée peut aussi se produire sous l'action du transfert de chaleur provenant des gaz d'évacuation par la base. Mis à part l'allumage prématuré inefficace, quelle que soit la manière dont il est provoqué, il est tout à fait indési- rable car il provoque des différences importantes de portée d'un tir à un autre. Un organe de barrage thermique à l'allumage peut être placé entre les deux propergols différents afin que le propergol de la fusée soit isolé thermiquement du propergol d'évacuation à la base qui brûle pendant la phase d'évacua- tion à la base, afin que le problème d'allumage prématuré de la fusée soit résolu. Cette disposition peut mettre en oeuvre un élément rapporté d'isolation thermique, par exemple un disque de caoutchouc ou d'un matériau composite, ou une couche d'un produit chimique inhibiteur d'allumage. Bien que l'organe de barrage à l'allumage doive former le barrage thermique nécessaire, il ne doit pas boucher la tuyère lors de l'allumage de la fusée, c'est-à-dire qu'il doit se désintégrer ou brûler. L'allumage de la fusée peut être réalisé à un moment prédéterminé après le lancement, par un dispositif électro- nique à retard. Ce temps est de préférence déterminé par modélisation de la trajectoire par calcul afin que la portée soit rendue maximale. Ceci assure un degré élevé de précision de l'allumage dans une large gamme de tempéra- tures. Dans ce cas, l'organe de barrage à l'allumage est de préférence disposé sur toute l'interface du propergol d'évacuation par la base et du propergol de la fusée, mais il doit être tel qu'il ne provoque pas un isolement du propergol de la fusée de la chambre essentielle de pression. Dans une variante, l'organe de barrage thermique à l'allumage peut ne pas être placé sur toute l'interface du propergol d'évacuation par la base et du propergol de la fusée de manière que le propergol d'évacuation par la base soit au contact du propergol de la fusée dans ses régions périphériques. Ceci permet l'allumage de la fusée par le propergol d'évacuation par la base qui brûle lorsque ce propergol d'évacuation par la base a pratiquement terminé sa combustion. Dans un second mode de réalisation, le moteur-fusée peut être du type à combustion en conduit, dans lequel la chambre de pression est formée par une cavité centrale disposée sur toute la longueur du propergol de la fusée. Dans une telle disposition, le propergol brûle de la cavité vers l'extérieur, et la quantité de chaleur conduite vers les parois de la fusée est faible. L'avantage de cette disposition est que le risque d'allumage prématuré du propergol qui n'a pas brûlé est minimal. Le risque de défaillance mécanique du propergol sous l'action des forces de lancement dans le canon peut nécessiter l'incorporation de déflecteurs de support. Il est préférable dans ce cas de loger le propergol d'évacuation par la base dans un ensemble annulaire séparé, placé coaxialement à la tuyère de la fusée, si bien que l'espace "perdu" entourant la tuyère peut être utilisé. L'avantage de la disposition du propergol d'évacuation par la base dans un ensemble séparé est qu'il est alors pos- sible d'utiliser une configuration optimale du propergol d'évacuation par la base si bien que le rendement d'évacua- tion par la base est maximal. Dans ce cas, l'allumage du moteur-fusée peut être réalisé par un dispositif à retard pyrotechnique, passant dans le bouchon de la tuyère du moteur-fusée. Le dispositif pyrotechnique à retard est allumé par les gaz chauds de propulsion produits lors du lancement dans le canon, et il est réalisé afin qu'il donne le retard nécessaire avant combustion dans l'allumeur du moteur-fusée et provoque l'allumage de la fusée. Dans une variante, l'allumage de la fusée peut être réalisé par un dispositif électronique à retard, comme décrit précédemment. L'allumage du propergol d'évacuation par la base peut être réalisé par tout procédé commode, par exemple par incorporation d'une masse d'une matière pyrotechnique dans le bouchon de la tuyère du moteur-fusée de manière qu'il soit allumé par les gaz chauds de propulsion pendant le lancement, avec de cette manière un allumage fiable du propergol d'évacuation par la base. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe d'un obus d'artillerie à grande portée dans un premier mode de réalisation de l'invention, représentant un bouchon de tuyère de moteur- fusée retiré de la tuyère du moteur-fusée; la figure 2 est une coupe de la partie arrière d'un obus d'artillerie à grande portée dans un second mode de réalisation de l'invention, représentant un bouchon de moteur- fusée retiré de la tuyère du moteur-fusée; la figure 3 est une coupe du bouchon de tuyère de moteur-fusée de la figure 2; et la figure 4 est une vue de l'arrière de l'obus de la figure 2, la plaque de base étant arrachée afin qu'elle représente le bouchon de la figure 3 en position dans la tuyère du moteur-fusée. On se réfère à la figure 1; un obus d'artillerie 1 de 155 mm comporte une amorce 2, un volume 6 de charge utile, représenté sous forme contenant des petites bombes, un système 9 d'expulsion des petites bombes, une bande 8 d'entraînement et un dispositif destiné à accroître la portée. Ce dispositif destiné à accroître la portée comporte un moteur-fusée ayant un propergol 10 de fusée et une tuyère 14 de moteur-fusée, en combinaison avec un propergol 12 d'évacuation par la base logé dans la même chambre que le propergol 10 et derrière celui-ci. Dans 5 cette configuration, la tuyère 14 du moteur- fusée joue aussi le rôle d'une tuyère d'évacuation par la base. Un bouchon 16 de tuyère de moteur-fusée, représenté séparé de la tuyère 14 par raison de clarté, est disposé afin qu'il ferme le moteur-fusée et permette sa manutention en toute sécurité et son stockage à long terme. Dans cette configu- ration, ce bouchon constitue aussi le dispositif d'allumage d'évacuation par la base sous forme d'une masse d'une composition pyrotechnique 22, par exemple un mélange de magnésium, de polytétrafluoréthylène PTFE et d'un copoly- mère d'hexafluoropropylène et de fluorure de vinylidène, passant au centre du bouchon 16. Une couche 18 de produit chimique inhibiteur est formée à l'interface des deux propergols 10, 12 et laisse une surface annulaire de contact sans inhibiteur entre les deux propergols 10, 12, à la périphérie du récipient de combustible de fusée et d'évacuation par la base. Les conditions principales que doit remplir le propergol de la fusée sont qu'il doit pouvoir être traité et qu'il possède des propriétés d'impulsion spécifique élevées et de résistance mécanique fiables dans une large gamme de températures. Pour ces raisons, on peut choisir du polybutadiène à terminaison hydroxy composite caoutchouteux aluminisé (HTPB). La couche 18 de l'inhibiteur chimique est avantageusement une couche d'un liant de caoutchouc inerte. Pendant l'utilisation, l'obus est lancé par un canon. Des gaz chauds de propulsion formés dans la chambre de la bouche provoquent l'allumage de la composition 22 d'allumage d'évacuation par la base qui déclenche ensuite l'allumage du propergol d'évacuation par la base. Ce propergol 12 brûle plus vite au centre, mais l'allumage de la fusée ne se produit pas tant que l'anneau externe du propergol d'évacuation par la base n'a pas brûlé à cause de la présence de la couche inhibitrice centrale 18. On se réfère maintenant aux figures 2 à 4 qui représentent un second mode de réalisation de l'invention; le propergol 10 de la fusée est réalisé dans un conduit ayant une cavité centrale 23 disposée sur la longueur du propergol 10. Le propergol 12 d'évacuation par la base est logé séparément dans un ensemble annulaire ayant une plaque annulaire 19 de base et une tuyère 20 d'évacuation par la base. Le propergol d'évacuation par la base est sous forme de trois blocs 30, 32, 34 ayant un espace radial parallèle 28 entre chaque bloc et le suivant afin que les résultats soient les meilleurs. Dans ce mode de réalisation, le bouchon 16 de la tuyère du moteur-fusée constitue à la fois le dispositif d'allumage d'évacuation par la base et le mécanisme à retard à l'allumage de la fusée. Une masse de la composi- tion 22 d'allumage d'évacuation par la base possède plu- sieurs trous radiaux 24 d'évacuation vers l'extérieur. En outre, un dispositif pyrotechnique à retard 26 est placé de la surface arrière du bouchon 16 vers le moteur-fusée. Sur la figure 4, la plaque de base 18 a été arrachée afin qu'elle représente la configuration préférée du propergol d'évacuation par la base. Pendant l'utilisation, des gaz chauds de propulsion produits lors du lancement enflamment à la fois la composi- tion 22 d'allumage du propergol d'évacuation par la base et l'organe pyrotechnique à retard 26. L'allumage d'évacuation par la base est entretenu par l'allumeur par transfert instantané par les trous 24 formés dans le bouchon 16. L'organe pyrotechnique à retard 26, d'autre part, est destiné à brûler pendant un temps prédéterminé plus long, si bien que l'allumage de la fusée se produit lorsque le propergol d'évacuation par la base a pratiquement terminé de brûler. Un exemple d'obus d'artillerie de 155 mm selon l'invention, ayant une masse de 43,5 kg et une vitesse à la bouche d'environ 950 m/s, peut atteindre des portées supérieures à 55 km avec un volume de charge utile qui est à peu près égal à 50 % de celui d'un obus classique. Une telle augmentation importante de portée n'aurait pas pu être obtenue uniquement par évacuation par la base ou avec l'assistance d'une fusée. L'augmentation de portée est due à la combinaison et à l'optimisation de l'évacua- tion par la base et de l'assistance retardée par une fusée, utilisées toutes deux dans la partie la plus efficace correspondante de la trajectoire balistique. REVENDICATIONS 1. Obus d'artillerie à grande portée, comprenant un moteur-fusée ayant un propergol (10) de fusée et une tuyère (14) de fusée, caractérisé en ce que l'obus comporte en outre un propergol (12) d'évacuation par la base, un dispositif (22) d'allumage d'évacuation par la base destiné à allumer le propergol (12) d'évacuation par la base lorsque l'obus est lancé, et un mécanisme (26) à retard à l'allumage de la fusée destiné à retarder l'allumage du propergol (10) de la fusée jusqu'à ce que le propergol (12) d'évacuation par la base ait pratiquement fini de brûler. 2. Obus selon la revendication 1, caractérisé en ce que le propergol (10) de la fusée comprend un seul bloc solide de propergol. 3. Obus selon la revendication 1, caractérisé en ce que le propergol (10) de la fusée forme une cavité centrale (23) disposée sur toute sa longueur. 4. Obus selon la revendication 3, caractérisé en ce que des déflecteurs de support sont placés dans la cavité. 5. Obus selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un récipient de combus- tible délimite une chambre unique dans laquelle le proper- gol (12) d'évacuation par la base est logé en arrière du propergol (10) de la fusée. 6. Obus selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un organe de barrage à l'allumage thermique est formé dans le récipient de combustible entre le propergol (12) d'évacuation par la base et le propergol (10) de la fusée. 7. Obus selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de barrage à l'allumage thermique comprend un élément rapporté d'un matériau d'isolation thermique. 8. Obus selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de barrage à l'allumage thermique comporte une couche d'un matériau chimique inhibiteur (18). 9. Obus selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le propergol (12) d'évacuation par la base est au contact du propergol (10) de la fusée dans ses régions périphériques. 10. Obus selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le propergol (12) d'évacuation par la base est logé dans un ensemble annulaire placé coaxialement à la tuyère (14) de la fusée. 11. Obus selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme (26) à retard à l'allumage de la fusée est un organe électronique10 de retard. 12. Obus selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mécanisme à retard à l'allu- mage de la fusée est un organe pyrotechnique à retard. 13. Obus selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (22) d'allumage du propergol d'évacuation par la base est une masse de matière pyrotechnique.