Brevet FR2793017A1 — publié le 20001103

La présente invention concerne le domaine des projectiles. Elle s'applique à tous types de projectiles ou roquettes autopropulsés ou non, notamment balistiques. La présente invention concerne notamment, mais non limitativement, les projectiles ayant des applications dans le domaine des feux artifices. La présente invention a pour but de proposer, avec des moyens techniques simples, un projectile stable par rapport à son axe balistique et sans rotation ou roulis. La présente invention peut notamment trouver application dans le domaine des feux d'artifices, pour la génération, dans les airs, de figures, symboles, voire lettres ou équivalents ayant une géométrie et une orientation contrôlées. De nombreux travaux ont déjà été conduits dans ce domaine. La méthode généralement proposée pour réaliser des motifs tels que cercle, triangle, chiffre ou autres formes, consiste à ranger des étoiles dans un corps de bombe dans la même disposition que le motif lui-même. Ces étoiles sont des agglomérats réalisés à partir d'une composition pyrotechnique qui brûle avec une couleur de flamme caractéristique de la formulation employée. Au moment de l'explosion de la bombe, les étoiles sont allumées et dispersées dans l'atmosphère et vont représenter le motif souhaité par plusieurs points lumineux, chaque point étant réalisé par une étoile. La finesse du motif dépend dans ce cas du nombre d'étoiles embarquées dans la bombe. On a décrit dans les documents FR-A-2764687 et FR-A-2764688, une autre solution sous forme d'un projectile pyrotechnique comprenant un corps contenant une charge d'éclatement et une charge combustible dont l'allumage et la dispersion sont assurés par l'explosion de la charge d'éclatement, dans lequel la charge combustible est formée par une poudre métallique combustible avec l'oxygène de l'air, disposée au sein de la charge d'éclatement selon un motif correspondant à la forme du motif d'artifice à obtenir dans le ciel. Quant au contrôle de l'orientation des projectiles, il est généralement proposé de le rechercher à l'aide d'ailettes disposées sur la périphérie extérieure du projectile. Cependant à la connaissance de la Demanderesse aucun des dispositifs jusqu'ici proposés ne donnent pleinement satisfaction, notamment en termes de stabilité, sauf à embarquer des moyens complexes de pilotage, que la présente invention cherche à éviter. L'étude des paramètres régissant la stabilité d'un projectile est en effet fort complexe. On peut trouver par exemple une approche théorique de l'aérodynamique des cylindres dans l'ouvrage "Theories de la dynamique des fluides" A. Bonnet, J. Luneau (Cépadues éditions). Etant rappelé que l'on dénomme "élancé", un corps dont la dimension longitudinale mesurée parallèlement au vecteur vitesse est beaucoup plus grande que ses dimensions transversales (Les roquettes et les missiles sont des exemples caractéristiques de corps élancés) et que la méthode des singularités est une méthode permettant de résoudre l'équation de Laplace (AV = 0) afin de déterminer l'écoulement autour d'un obstacle, la base de la théorie est la suivante. La théorie des corps élancés est une version linéarisée de la méthode des singularités. Elle n'est donc applicable que pour des obstacles dont la pente locale des parois, par rapport au vecteur vitesse à l'infini reste suffisamment faible. Elle permet par exemple d'aborder le calcul des efforts aérodynamiques sur le corps d'un missile ou fuselage de révolution aux faibles incidences. Dans le cadre de la théorie des corps élancés, I'expression du moment de tangage par rapport à un point A quelconque est Mz = 1/2 p.O V. SrefLrefCm., 3a0 o Cm 2 Lrea Sve LcaSe, avec v le volume du corps considéré, L la longueur totale de l'engin, XA la distance entre le nez est le point A, Sq la surface du culot de l'engin, VX. la vitesse à l'infini amont, po la densité de fluide à l'infini amont, Sre, la surface de référence, Lref la longueur de référence, -ca l'incidence. Dans le cas o A est le centre instantané de rotation, par exemple de gravité G d'un corps en vol libre, la formule précédente, donnant le coefficient de moment de tangage par rapport à G, permet, en fonction des données géométriques du corps, de définir ses conditions de stabilité. Le corps est stable si, à une variation d'incidence Act, négative ou positive, le moment des forces qui agissent sur le corps tend à éliminer cette variation d'incidence. La condition de stabilité est donc: ac > 0 aa d'o (L - xg)Sq - v > 0 soit, puisque XL >0 L 0 L LS&, On en déduit que le paramètre principal à contrôler pour obtenir un projectile stable serait la position de son centre de gravité. Cependant, la Demanderesse a constaté que ce paramètre était loin d'être suffisant et s'écartant des préjugés admis de l'homme de l'art, a développé une nouvelle structure qui se distingue des projectiles antérieurs connus, notamment par la géométrie de sa face d'attaque. Ainsi, le but précité est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un projectile comprenant une face avant d'attaque et une enveloppe périphérique séparées par une arête de transitiorn' située dans un plan perpendiculaire à l'axe du projectile, et dans lequel la face avant d'attaque ne s'étend pas en amont de ce plan. En d'autres termes, la présente invention préconise d'utiliser un projectile sans ogive. Pourtant dans le cas d'un tel cylindre sans ogive, le volume v du cylindre est égal à la quantité LSq. Il faudrait donc théoriquement que le centre de gravité soit sur la face avant pour que le cylindre soit stable à incidence nulle pour respecter les critères établis rappelés ci-dessus. Ainsi, la théorie laissait penser qu'un tel cylindre est instable aux faibles incidences. Cependant, la Demanderesse a démontré que de manière à priori très surprenante un projectile répondant aux caractéristiques indiquées précédemment, permet de répondre à l'objectif recherché. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique latérale d'un projectile conforme à la présente invention, - les figures 2 et 3 représentent des vues en coupe axiale de deux variantes de réalisation de la face d'attaque avant d'un projectile conforme à la présente invention, et - la figure 4 représente une vue en coupe axiale de la partie arrière d'un projectile conforme à une variante de réalisation de la présente invention. Après de longues études et recherches et de nombreux essais, la Demanderesse a déterminé que pour obtenir un projectile stable par rapport à son axe balistique et ce sans rotation ni roulis, il est souhaitable de contrôler notamment les paramètres suivants: a) la géométrie de la face d'attaque avant 10, b) le rapport longueur (L1)/Dimension transversale (D1), c) la nature de la transition 20 entre la face avant 10 et la surface périphérique 30 et d) la position du centre de gravité du projectile. Concernant la géométrie de la face d'attaque' avant 10, la Demanderesse a déterminé, comme indiqué précédemment qu'il est souhaitable que l'arête de transition 20 entre la face d'attaque avant 10 et la surface périphérique 30, soit située dans un plan P perpendiculaire à l'axe O- O du projectile. Par ailleurs, la Demanderesse a déterminé que contrairement aux projectiles connus qui possèdent une face d'attaque effilée vers l'avant, cette face d'attaque 10 ne doit pas de préférence s'étendre en amont de ce plan P, pour obtenir un projectile de grande stabilité. Ainsi de préférence, la face avant 10 est plane et située dans ce plan P. Cependant, le cas échéant, la face avant 10 peut être de type concave en retrait par rapport à ce plan P, à partir de l'arête 20, comme illustré par exemple sur les figures 2 et 3. On a ainsi illustré sur la figure 2 une variante de face d'attaque 10 concave à courbure continue, par exemple globalement sphérique, tandis que la face d'attaque 10 illustrée sur la figure 3 est étagée (elle possède ici une cavité centrale 12, bordée par une couronne 11 située dans le plan P, et délimitée par une jupe cylindrique de révolution 13 et un fond 14 plat parallèle au plan P. Les caractéristiques qui précèdent ont été mises en évidence par la Demanderesse essentiellement à la suite de nombreux essais. En effet, elles vont à l'encontre des théories généralement admises qui demandent, comme rappelé précédemment, une face d'attaque effilée vers l'avant. Concernant le rapport entre La longueur L1 et la dimension D1 transversale à l'axe O-O du projectile, la Demanderesse à déterminer que de préférence ce rapport L1/D1 est compris entre 0,25 et 20, très préférentiellement entre 0,5 et 12, et même entre 1 et 3 et avantageusement de l'ordre de 2,5. Concernant la transition 20 entre la face avant et la surface périphérique 30, la Demanderesse a déterminé que celle-ci est de préférence formée d'une arête nette, sans chanfrein ni arrondi prononcé. Concernant la position du centre de gravité du projectile, la Demanderesse a déterminé que de préférence, pour que la munition soit stable à incidence nulle, il faut que le centre de gravité soit situé approximativement dans les deux tiers avant de la munition, préférentiellement dans la moitié avant de la munition, et même très avantageusement pour avoir une bonne stabilité dans le premier tiers. Par ailleurs, la Demanderesse a constaté que de préférence le projectile, par conséquent sa surface périphérique 30, est inclus dans un cylindre droit s'appuyant sur l'arête de transition 20. La surface périphérique 30 précitée peut être cylindrique, c'est-à- dire définie par une génératrice rectiligne parallèle à l'axe longitudinal O-O. Cependant, cette dernière caractéristique n'est pas absolument obligatoire. La surface périphérique 30 peut en effet présenter, au moins sur une partie de la longueur du projectile, des zones en retrait par rapport au cylindre droit s'appuyant sur l'arête de transition 20. On peut ainsi par exemple envisager que la surface périphérique 30 soit délimitée par une génératrice incurvée concave vers l'extérieur de la munition. Selon une autre variante de réalisation, la surface périphérique 30 est délimitée par une section qui converge en direction de l'arrière du projectile. De préférence, le projectile présente une symétrie par rapport à son axe longitudinale O-O. Il peut posséder une section droite circulaire, la surface périphérique 30 étant alors par exemple cylindrique de révolution. En variante, la section droite du projectile peut être de type polygone ou encore posséder des méplats. Sur ce point la Demanderesse a en effet constaté qu'un projectile cylindrique muni de méplats se comporte sensiblement de la même manière en vol qu'un cylindre de révolution. A titre d'exemple non limitatif, la surface périphérique 30 du projectile peut comporter trois méplats équi-répartis autour de l'axe longitudinal O-O, chaque méplat possédant par exemple une corde d'une longueur de l'ordre de 10mm pour un projectile présentant un diamètre de mm. Par ailleurs, la Demanderesse a déterminé que de préférence, les moyens de propulsion associés au projectile sont calculés de sorte que la vitesse du projectile en phase balistique externe au lanceur soit comprise entre 25 et 250m/s, avantageusement de l'ordre de 60 à 120m/s et très préférentiellement de l'ordre de 1 OOm/s. La Demanderesse a en effet déterminé que ces plages de valeur étaient nécessaires pour permettre au projectile conforme à l'invention de voler correctement, malgré sa géométrie qui s'écarte de celle généralement admise par l'homme de l'art. Les éléments qui précèdent concernent essentiellement la balistique externe du projectile. La Demanderesse a également déterminé que de préférence, il est souhaitable de soigner les éléments de balistique interne pour obtenir un projectile stable par rapport à son axe balistique et sans rotation ou roulie. Dans ce domaine, la Demanderesse a déterminé que le cas échéant, comme on l'a illustré sur la figure 4, le projectile peut être équipé à sa partie arrière d'une jupe 40, par exemple cylindrique, voire même cylindrique de révolution centrée sur l'axe O-O. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Projectile, caractérisé en ce qu'il comprend une. face avant d'attaque (10) et une enveloppe périphérique (30) séparées par une arête de transition (20) située dans un plan (P) perpendiculaire à l'axe (O- O) du projectile, ladite face avant (10) ne s'étendant pas en amont de ce plan (P). 2. Projectile selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface périphérique (30) est incluse dans un cylindre droit s'appuyant sur I'arête de transition (20). 3. Projectile selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la face avant (10) est plane et située dans le plan (P) contenant l'arête de transition (20). 4. Projectile selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la face avant (10) est concave et en retrait par rapport au plan (P) contenant l'arête de transition (20). 5. Projectile selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la face d'attaque avant (10) est concave à courbure continue, par exemple globalement sphérique. 6. Projectile selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la face d'attaque avant (10) est étagée. 7. Projectile selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le rapport (L1/D1) entre la longueur et la dimension transversale du projectile est comprise entre 0,25 et 20. 8. Projectile selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le rapport (L1/D1) entre la longueur et la dimension transversale du projectile est comprise entre 0,5 et 12. 9. Projectile selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le rapport (L1/D1) entre la longueur et la dimension transversale du projectile est comprise entre 1 et 3. 10. Projectile selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le rapport (L1/D1) entre la longueur et la dimension transversale du projectile est de l'ordre de 2,5. 11. Projectile selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la transition (20) entre la face avant (10) et la surface périphérique (30) est nette, sans chanfrein ni arrondi prononcé. 12. Projectile selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le centre de gravité du projectile est compris dans les 2/3 avant de celui-ci. 13. Projectile selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que le centre de gravité du projectile est compris dans la moitié avant de celui-ci. 14. Projectile selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le centre de gravité du projectile est compris dans le premier tiers avant de celui-ci. 15. Projectile selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que la surface périphérique (30) est cylindrique. 16. Projectile selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que la section de la surface périphérique (30) converge vers l'arrière du projectile. 17. Projectile selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que la surface périphérique (30) présente une symétrie par rapport à I'axe longitudinal (O-O). 18. Projectile selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que la surface périphérique (30) présente une section droite symétrique de révolution autour de l'axe longitudinal (O-O). 19. Projectile selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que la section droite de la surface périphérique (30) est de type polygone. 20. Projectile selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que la surface périphérique (30) présente au moins un méplat. 21. Projectile selon l'une des revendications 1 à 17 et 20, caractérisé par le fait que la surface périphérique (30) comporte trois méplats équi-répartis. 22. Projectile selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé par le fait que les moyens de propulsion sont adaptés pour générer une vitesse de projectile en balistique externe comprise entre 25 et 250m/s. 23. Projectile selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé par le fait que les moyens de propulsion sont adaptés pour générer une vitesse de projectile en balistique externe comprise entre 60 et 120m/s. 24. Projectile selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisé par le fait que les moyens de propulsion sont adaptés pour générer une vitesse en phase de balistique externe de l'ordre de 1 OOm/s. 25. Projectile selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisé par le fait que le projectile comporte en sa partie arrière une jupe annulaire (40). 26. Projectile selon l'une des revendications 1 à 25, caractérisé par le fait qu'il comporte une charge utile apte à former feu d'artifices. 27. Projectile selon l'une des revendications 1 à 26, caractérisé par le fait qu'il comporte une charge utile apte à former un symbôle de géométrie contrôlée dans les airs.