Brevet FR2781876A1 — publié le 20000204

CHARGE PROPULSIVE L'invention concerne une charge propulsive destinée à accélérer les projectiles de munition de gros calibre, et un dispositif d'alimentation en énergie électrique et de commande, relié à la charge propulsive, pour allumer et influencer le comportement en combustion de la charge propulsive au moyen d'un plasma à arc électrique. L'augmentation de la puissance de tir d'armes à tube conventionnelles s'obtient généralement au moyen de charges propulsives dont la composition chimique conduit à une augmentation correspondante de la température des gaz de la charge propulsive, lors du tir. Mais les températures élevées des gaz de la charge propulsive ont pour inconvénient qu'elles conduisent à une forte érosion du tube de l'arme correspondante. En outre la puissance de tir dépend essentiellement, dans les armes à tube connues, de la température respective de la poudre de la charge propulsive avant le tir. Par le document EP 0 538 219 B1 on sait constituer la charge propulsive à partir de plusieurs charges partielles dont les qualités de poudre, les grandeurs de charge et les dimensions géométriques de la poudre sont différentes, afin de réduire l'influence de la poudre, qui dépend de la température. L'invention a pour but d'indiquer une charge propulsive du type précité qui conduise à accroître la puissance de tir d'une arme à tube correspondante, sans pour cela qu'un augmentation sensible de la température des gaz de la charge propulsive, due à la transformation chimique, soit nécessaire. En outre on doit éviter une influence, dépendant de la température, de la poudre de la charge propulsive. Ce but est atteint grâce aux caractéristiques suivantes: a) la charge propulsive comprend au moins trois charges partielles dont le comportement à la combustion est différent, la première charge partielle étant adaptée aux conditions d'accélération requises pour le projectile à lancer, la deuxième charge partielle présentant une vitesse de combustion supérieure à celle de la première charge partielle et la troisième charge partielle présentant une vitesse de combustion inférieure à celle de la première; b) le dispositif d'alimentation en énergie et de commande est conçu de manière qu'indépendamment de la température initiale de la poudre de la charge propulsive on atteigne toujours la même pression des gaz après allumage de la charge propulsive et la transformation de la troisième charge partielle s'effectue de manière que le niveau de 2 2781876 pression maximal, qui résulte de la première charge partielle, soit prolongé de manière donnée. L'idée de base de l'invention est d'obtenir l'allumage ainsi qu'une transformation contrôlée de la charge propulsive à contenu énergétique accru, par l'apport d'énergie électrique au moyen d'au moins un plasma à arc électrique. D'autres détails et avantages de l'invention ressortent des exemples de réalisation illustrés ci-après à l'aide des figures. La fig. I représente la courbe de la pression des gaz d'une charge propulsive composée suivant l'invention de trois charges partielles; la fig. 2 représente les courbes de la pression des gaz des différents charges partielles de la charge propulsive suivant l'invention; la fig. 3 montre la variation dans le temps de la puissance électrique, qui doit être apportée à la charge propulsive par trois plasmas à arc électrique, afin d'obtenir la courbe de pression des gaz représentée sur la fig. 1; la fig. 4 est une vue de côté d'un premier exemple de réalisation d'une charge propulsive suivant l'invention représentée schématiquement avec un dispositif d'alimentation en énergie et de commande; la fig. 5 est une vue en coupe transversale de la charge propulsive représentée sur la fig. 4 le long de la ligne de coupe V-V et les fig. 6 à 8 sont des vues en coupe transversale de trois autres exemples de réalisation de charges propulsives suivant l'invention. Sur la fig. 1 la référence I désigne la courbe de la pression des gaz d'une charge propulsive constituée suivant l'invention de trois charges partielles. La pression des gaz p respective y est rapportée à la pression maximale des gaz pm, désignée par 2, et le temps t respectif est rapporté au temps tA qui s'écoule jusqu'à la sortie de bouche du projectile correspondant. Comme le montre la fig. 1, après avoir atteint sa valeur maximale 2, la pression p des gaz doit encore rester pendant quelque temps (qui de manière caractéristique est de l'ordre de quelques millisecondes) sur la valeur maximale, avant que ne s'amorce la réduction nécessaire pour réaliser une pression modérée des gaz de bouche. Pour réaliser cette courbe de la pression des gaz, la charge propulsive se compose de trois charges partielles dont le comportement à la combustion est différent et dont les courbes de la pression des gaz sont représentées sur la fig. 2. La première charge partielle, qui est adaptée aux conditions d'accélération requises de la masse de 3 2781876 projectile à lancer, présente la courbe de la pression des gaz désignée par 3. Une deuxième charge propulsive, qui présente une vitesse de combustion supérieure à celle de la première charge propulsive et dont la courbe de la pression des gaz est désignée par 4, conduit à une montée plus rapide de la courbe de pression des gaz I de la charge propulsive, jusqu'à ce que soit atteinte la pression maximale 2 des gaz (fig. 1). Ces deux charges partielles sont initialisées par un plasma à arc électrique produit électriquement. Dans ce cas par une forme choisie en conséquence d'une première impulsion 5 de la puissance électrique (la courbe de puissance correspondante est désignée par 6 sur la fig. 3), l'allumage se produit de manière qu'indépendamment de la température initiale de la poudre de charge propulsive, on atteigne toujours la même pression maximale 2 des gaz (fig. 1). La troisième charge partielle présente une vitesse de combustion inférieure à celle de la première charge partielle. Ceci s'effectue par exemple par un choix approprié de la géométrie des grains avec comportement à la combustion dégressif ou seulement légèrement progressif, ce qui conduit forcément à une augmentation du facteur de compression de poudre des grains et donc de la densité de charge pour cette charge partielle. A l'aide de la forme choisie en conséquence d'une deuxième impulsion de puissance 7 (fig. 3), on exerce maintenant une influence sur la transformation de cette charge partielle de sorte qu'on obtient la courbe de pression des gaz désignée par 8 sur la fig. 2, qui conduit au prolongement, visible sur la fig. 1, du niveau de pression maximal 2 (fig. 1). Sur la fig. 4 est représenté un exemple de réalisation d'une charge propulsive suivant l'invention désignée par 10. La part principale du volume de la charge propulsive 10 est remplie par la première charge partielle 11, qui est constituée d'un empilage de grains de poudre 12 hexagonaux ou en forme de rosettes dans une géométrie à 7 trous et/ou à 19 trous, de manière à obtenir une densité de charge maximale possible. La géométrie extérieure et l'épaisseur de paroi des grains de poudre 12 sont adaptés à l'accélération donnée du projectile correspondant. A l'intérieur de la première charge partielle 11 est disposée la troisième charge partielle 13, qui est formée par 3 barres de poudre 14 tubulaires disposées suivant une symétrie radiale. Dans le trou intérieur 15 de la barre de poudre 14 correspondante se trouve un mince fil électriquement conducteur (fig. 4), qui est relié à une première électrode 18, se trouvant sur le fond 17 de la charge propulsive 10, ainsi qu'à une deuxième électrode 20 disposée dans la zone de cône avant 19 de la charge propulsive 4 2781876 10. Cette dernière électrode peut être reliée de manière électriquement conductrice au tube d'arme non représenté pour plus de clarté. Le diamètre du tube intérieur 15 de la barre de poudre 14 correspondante est choisi de manière que les conditions électriques générales pour des décharges d'arc électrique, brûlant en parallèle, se stabilisent aussi rapidement que possible. La longueur des barres de poudre 14 et donc de l'empilage est choisi en fonction des données d'impédance électrique des plasmas à arc et est généralement égale à quelques centaines de mm. Dans les barres de poudre 14 se trouvent des trous 21 de diamètre réduit, uniformément répartis sur le pourtour. Dans la zone de cône avant 19 de la charge 1o propulsive 10 est disposée la deuxième charge partielle 23, constituée d'une poudre en vrac brûlant rapidement. Les fils 16 minces sont guidés à travers cette charge de poudre en vrac 23. La charge propulsive 10 est reliée électriquement à un dispositif d'alimentation en énergie et de commande 24. Ce dispositif est constitué de plusieurs accumulateurs d'énergie 25, qui peuvent être déchargés individuellement par un système de commande 26, dans une succession temporelle donnée. La décharge s'effectue d'abord par les minces fils 16 de la charge propulsive 1 se trouvant dans la chambre de charge du tube d'arme correspondant. Ces fils s'évaporent de manière explosive et introduisent trois décharges à arc, brûlant en parallèle, dans les barres de poudre 14 et dans la charge de poudre en vrac 23. Le réglage du comportement à la combustion de la charge propulsive 10, qui se compose des comportements à la combustion des charges partielles 1 1, 13 et 23, s'effectue aussi bien électriquement (commande de la quantité d'énergie des modules individuels de 1' " EVA ", de la forme d'impulsion et/ou des cycles de décharge temporels) que par la composition, le nombre et la forme des charges partielles (géométrie des grains de poudre, nombre de barres de poudre ainsi que leurs dimensions internes et externes, etc.), comme déjà décrit précédemment. L'invention n'est évidemment pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci- dessus. C'est ainsi que l'on peut utiliser par exemple plus de trois barres de poudre tubulaires, pour produire un nombre aussi élevé que possible de décharges à arc électrique. En outre les barres de poudre peuvent être remplacées par des grains de poudre hexagonaux ou en forme de rosette à zéro trou, qui sont disposés autour de canaux d'arc électrique correspondants. Un exemple de réalisation correspondant est représenté sur la fig. 6. Les grains de poudre de la première charge partielle 1 sont à nouveau désignés par 12 et les grains de poudre à zéro trou qui entourent un canal d'arc électrique 28, sont désignés par 27. Les barres de poudre 14 ainsi que les grains de poudre 27 à zéro trou peuvent être conçus de manière qu'une plus grande transparence soit obtenue pour la pénétration du rayonnement de l'arc électrique, par suppression des proportions supplémentaires de graphite et de suie dans la poudre. Pour obtenir une bonne adaptation aux processus dynamiques qui se déroulent lors de la transformation, un passage en couches des grains à zéro trou à des grains à 7 ou 19 trous, dans la direction radiale et/ou une variation de l'empilage individuel dans la direction de l'axe longitudinal 100 de la charge propulsive est possible. Il s'est en outre avéré avantageux, pour améliorer l'accélération du projectile correspondant, d'utiliser comme quatrième charge partielle un mélange d'hydrure de métal et d'eau (par exemple A1H3 et H20), qui libère de l'hydrogène pendant la transformation de la charge propulsive. Le mélange de métal et d'eau peut dans ce cas être disposé par exemple dans des évidements correspondants des barres de poudre s'étendant dans la direction de l'axe longitudinal 100 de la charge 10, comme indiqué schématiquement sur les fig. 7 et 8, la référence 19 désignant les fractions de poudre et la référence 30 le mélange d'hydrure de métal et d'eau. Si l'on utilise comme troisième charge propulsive des grains de poudre à zéro trou au lieu de barres de poudre on peut supprimer des grains de poudre individuels à l'intérieur de la première charge propulsive, de sorte qu'il en résulte des canaux dans la direction longitudinale à l'intérieur de la charge propulsive, dans lesquels on introduit le mélange d'hydrure de métal et d'eau lors de l'élaboration. On peut réaliser ainsi des densités de charge élevées. REVENDICATIONS 1. Ensemble comportant une charge propulsive destinée à accélérer les projectiles à munition de gros calibre, et un dispositif d'alimentation en énergie électrique et de commande (24), relié à la charge propulsive (10). pour allumer et influencer le comportement à la combustion de la charge propulsive (10) au moyen d'un plasma à arc électrique comportant les caractéristiques suivantes: a) la charge propulsive (10) comprend au moins trois charges partielles (11; 13 23) dont le comportement à la combustion est différent. la première charge partielle (11) étant adaptée aux conditions d'accélération requises pour le projectile à lancer, la deuxième charge partielle (23) présentant une vitesse de combustion supérieure à celle de la première charge partielle (11) et la troisième charge partielle (13) présentant une vitesse de combustion inférieure à celle de la première charge partielle (11); b) le dispositif d'alimentation en énergie et de commande (24) est conçu de manière que indépendamment de la température initiale de la poudre de la charge propulsive on atteigne toujours la même pression de gaz (2) après allumage de la charge propulsive (10) et la transformation de la troisième charge partielle (13) s'effectue de manière que le niveau de pression maximal (2), qui résulte de la première charge partielle ( 11), soit prolongé de manière donnée. 2. Ensemble selon la revendication 1. caractérisé en ce que la première charge propulsive (1 1) est constituée de grains de poudre hexagonaux ou en forme de rosettes dans une géométrie à 7 trous et/ou à 19 trous, qui sont disposés de manière qu'il en résulte dans chaque cas la densité de charge maximale possible. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième charge propulsive (23) est constituée de poudre en vrac, qui, vue dans le sens de tir, est disposée dans la zone avant de la charge propulsive (10). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que la troisième charge propulsive (13) est constituée de barres de poudre (14) tubulaires, disposées dans une symétrie radiale, et en ce que dans le trou intérieur (15) de chaque barre de poudre (14) est disposé un fil (16) électriquement conducteur pouvant être relié au dispositif d'alimentation en énergie et de commande (24). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la troisième charge partielle (13) est constituée de grains de poudre hexagonaux ou en forme de rosettes à O trou, qui sont disposés autour de canaux d'arc électrique (28) correspondants. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la troisième charge partielle (13) présente une transparence optique élevée. 7. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge propulsive (10) comprend une quatrième charge partielle (30) qui libère de l'hydrogène pendant la transformation de la charge propulsive. 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que la quatrième charge partielle (30) est un mélange d'hydrure métallique et d'eau. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la quatrième charge partielle (30) est disposée dans des évidements qui s'étendent dans la direction de l'axe longitudinal (100) de la charge propulsive (10).