Brevet FR2807156A1 — publié le 20011005

CHARGE PYROTECHNIQUE A FONCTIONNEMENT DUAL Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à une charge pyrotechnique à fonctionnement dual. I1 s'agit d'une charge répondant à plusieurs missions, appelée aussi charge multi-missions, disposant de deux modes de fonctionnement permettant d'attaquer efficacement plusieurs types de cibles. La multiplicité des menaces et, la réduction demandée des coûts unitaires impliquent un besoin de charges nouvelles qui soient polyvalentes ou versatiles. Art antérieur Ce type de charge multi-missions est à l'étude dans divers centres américains, comme le montre une simple recherche sur Internet, par exemple l'étude d'une charge antiaérienne et antimissile balistique sur le missile de la "Navy"-SM2-block IVA sur le site www.chinfo.navy.1000/navpalib/weapons/missiles/standart /standarthtml. La plupart des charges militaires embarquées telles que les missiles, les obus, les mines etc., sont des charges à projection d'éclats générés par l'explosion d'un dispositif pyrotechnique susceptibles d'augmenter les dégâts sur la cible visée. Mais ces charges soné soumises entre autres contraintes de conception à des limitations en masse et en volume. Ceci a conduit à rechercher des dispositifs optimisés autour d'un point de fonctionnement, et de fait à une seule fonction. Ce point de fonctionnement dépend de la mission et du porteur des charges. I1 existe un grand nombre de charges à éclats dans des systèmes divers. Le document Conventionnal warhead systems - Physics ingenneering - Richard M. Lloyd- Progress in astronautics and aeronautics - Paul Zarchan - Vol.179, préface mars 1998, Lavoisier, décrit un certain nombre de ces charges. Ces charges de l'art antérieur ont cependant toutes en commun qu'elles ne présentent qu'un seul mode de fonctionnement. Exposé de l'invention La présente invention a précisément pour but de pallier les inconvénients précités en fournissant une charge pyrotechnique à fonctionnement dual qui répond notamment aux -- besoins multi-missions rappelés précédemment. La charge pyrotechnique selon l'invention comprend une charge explosive nominale entourée d'une charge explosive secondaire détonante entourée d'un générateur d'éclats entouré d'une enveloppe de protection, cette charge pyrotechnique comprenant en outre un premier moyen d'amorçage et un deuxième moyen d'amorçage, les premier et deuxième moyens d'amorçage pouvant être commandés indépendamment à partir de moyens de commande, pour transmettre au i choix un ordre pyrotechnique respectivement à la charge explosive nominale ou à la charge explosive secondaire, la détonation de la charge explosive secondaire ne provoquant pas l'amorçage de la charge explosive nominale. Ainsi, cette charge pyrotechnique a deux modes de fonctionnement selon la charge explosive à laquelle est transmis l'ordre pyrotechnique : un mode dit "énergétique" contre des missiles évoluant rapidement, c'est-à-dire à une vitesse relative > 1500 m/s, un mode dit "jeu énergétique" contre des missiles évoluant lentement c'est-à-dire à une vitesse relative La charge pyrotechnique de la présente invention peut comprendre en outre un cordeau de découpe du générateur d'éclats placé entre la charge explosive secondaire et le générateur d'éclats et/ou entre l'enveloppe de protection et le générateur d'éclats, et un troisième moyen d'amorçage, le troisième moyen d'amorçage pouvant être commandé indépendamment à partir des moyens de commande pour transmettre un ordre pyrotechnique au cordeau de découpe, la détonation du cordeau de découpe n'endommageant pas la charge explosive secondaire et ne provoquant pas l'amorçage de la charge explosive nominale. La charge explosive nominale a de préférence une densité d'énergie la plus forte possible pour réduire sa masse, ainsi qu'une densité la plus forte possible afin qu'elle ne soit pas amorcée par la détonation de la charge explosive secondaire. Cet explosif nominal peut-être par exemple - la composition explosive vendue par la société SNPE (FRANCE) commercialement sous le nom de V350 est décrite dans la demande de brevet FR-A-2 671 549, et - la composition explosive vendue par la société SNPE connue sous le nom de V401 à base d'octogène (HMX) dans un liant fluoré, qui est plus énergétique que la précédente, - toute composition comparable en densité, sensibilité et énergie divulguée à ce jour. De préférence, la charge explosive nominale n'est pas en contact avec la charge explosive secondaire. L'espace existant entre la charge d'explosif nominale et le générateur d'éclat dépend notamment directement de la densité volumique de l'explosif principal et de 1a sensibilité de cet explosif à l'amorçage. Selon l'invention la charge explosive secondaire doit détoner sans amorcer l'explosif nominal. Le fait que cet explosif détone est indispensable pour respecter la chronométrie nécessaire en phase d'engagement de l'utilisation de la charge. En effet, la décomposition totale après le signal d'amorçage de la charge explosive secondaire doit de préférence être obtenue en moins de 100 gs, ce qui impose un régime de détonation. Cette charge explosive peut être par exemple sous la forme de pastilles ou de bandes d'un explosif secondaire peu énergétique réparties dans un matériau inerte amortisseur d'ondes, cet ensemble formant une architecture explosive. L'explosif secondaire peut être de même nature que l'explosif nominal si celui-ci est suffisamment sensible. Ce peut être le V350, mais aussi des compositions octogènes plus sensibles, comparables, ou de bandes, par exemple du V401. Selon la présente invention, une composition à la pentrite, aisée à mettre en forme et de très bonne capacité à détoner, peut aussi être utilisée. L'explosif secondaire peut donc, du fait de sa nature et de sa conformation dans la charge pyrotechnique de la présente invention, être amorcé de la même façon que l'explosif nominal. La masse de l'explosif secondaire à utiliser est proportionnelle au rapport d'énergie cinétique que l'on souhaite communiquer aux éclats entre les deux fonctionnements. En effet, pour une "tranche de charge" donnée, l'énergie cinétique communiquée aux éclats est fonction de la masse d'explosif qui détone. Selon l'invention, le matériau inerte peut être, par exemple sous la forme d'une mousse telle qu'un plastique poreux ou un nid d'abeille, structure alvéolaire métallique ou composite, ayant par exemple une densité allant d'environ 0,2 à 0,3. Le non-amorçage de l'explosif principal est essentiellement assuré par le vide formé par les alvéoles de la mousse qui assure un rôle d'amortisseur. La mousse peut aussi assurer le remplissage d'un espace laissé entre l'explosif nominal et le générateur d'éclats. Cet espace peut titre d'environ 10 mm. La couche formée par le matériau inerte et l'explosif secondaire peut être partiellement structurante et participer à la tenue mécanique de la charge. Pour le fonctionnement "énergétique", le matériau amortisseur et la composition secondaire précités interviennent comme une perturbation de la sollicitation principale, lors de la fragmentation en "petits éclats" du générateur d'éclats. Cette perturbation reste faible, du fait du rapport énergétique entre l'explosif nominal et l'explosif secondaire. Le retard d'amorçage ou retard pyrotechnique, existant entre d'une part l'explosif nominal, et d'autre part le réseau de cordeaux et la composition secondaire, doit permettre de réduire l'influence d'une concentration locale d'explosif, susceptible de perturber le champ de vitesse souhaité des éclats. Le générateur d'éclats selon la présente invention est susceptible de générer suivant le mode de fonctionnement, c'est à dire suivant l'ordre pyrotechnique choisi, respectivement des gros éclats en un fonctionnement "énergétique" ou des petits éclats en fonctionnement peu énergétique. Afin de maximiser l'efficacité des éclats, il est préférable que le générateur d'éclats soit en métal dense choisi par exemple parmi le tantale, le tungstène, et l'acier. Le tantale est préféré pour ses bonnes propriétés de ductilité. Le tungstène convient aussi, cependant il peut présenter des problèmes de fragilité métallurgique contraignants pour la mise en vitesse ce qui limite l'efficacité des éclats. Le choix d'un générateur d'éclats en acier est également possible l'efficacité des éclats semble toutefois moindre. Le générateur d'éclats peut être constitué d'un ensemble monobloc. Il peut être sous la forme d'une pièce de révolution, d'épaisseur variable. Le profil exact de ce générateur et l'épaisseur sont déterminés pour obtenir précisément le champ de vitesse désiré en fonctionnement énergétique. Dans une "tranche de charge", la vitesse des éclats dépend en première approximation, pour un rayon de charge donné - du rayon moyen du générateur d'éclat, en faisant l'hypothèse que l'épaisseur de la charge explosive secondaire est constante et que les variations de rayon moyen du générateur d'éclats correspondent à des variations du rayon de la charge nominale, - de l'épaisseur du générateur d'éclat. Qualitativement, plus le rayon moyen est important, plus les éclats seront rapides, et plus l'épaisseur sera faible, plus les éclats seront rapides. La génératrice du profil et l'épaisseur du générateur d'éclat sont donc ajustées par tranche, afin d'obtenir la "bonne" répartition de vitesse. I1 est ainsi possible de générer des éclats variant dans un rapport de masse et de vitesse allant jusqu'à vingt (rapport de plus de 400 sur l'énergie cinétique). Les petits éclats peuvent être obtenus par fragmentation contrôlée par exemple au moyen d'un i faisceau d'électrons ou par usinage : c'est-à-dire que l'ensemble du générateur d'éclats est prédécoupé selon des lignes inclinées, par exemple par inclinaison voisine de 45 afin de permettre l'apparition de contraintes "écartant" les lignes de pré-fragmentation par rapport à l'axe de révolution de l'ensemble. Les gros éclats peuvent être obtenus par découpe du générateur d'éclats monobloc à l'aide d'au moins deux cordeaux de découpe ou d'un réseau de cordeaux détonants. Il est possible d'utiliser les lignes de fragilisation des petits éclats, par exemple une ligne sur n lignes, mais il est préférable de ne pas superposer le réseau de découpe des gros éclats et des petits éclats, afin de laisser plus de latitude pour l'obtention des gros éclats et pour limiter les pertes de masse aux deux bouts du cylindre du générateur d'éclats, par exemple sous forme triangulaire. Selon une variante de la présente invention le générateur d'éclat est tel qu'il peut fonctionner sans les cordeaux de découpe. Selon cette variante, le fractionnement du générateur d'éclats en petits éclats ou en gros éclats est obtenu suivant l'énergie pyrotechnique fournie : en petits éclats si la sollicitation est élevée, c'est à dire si la charge nominale est amorcée, et en gros éclats si la sollicitation est faible, c'est à dire si la charge secondaire est amorcée. Ceci peut être réalisé par exemple en utilisant une virole structurante placée entre l'explosif secondaire et le générateur d'éclats. La virole est un cylindre de section circulaire et de génératrice courbe, par exemple hyperboloïde. L'épaisseur du cylindre est a priori constante. La virole peut être par exemple en acier ou en titane ce qui représente un gain de poids pour la charge pyrotechnique. Les gros éclats peuvent être composés par exemple de projectiles à fragmentation préformée, par exemple d'un ensemble de parallélépipèdes. Les gros éclats peuvent être liés entre eux pour assurer une certaine tenue structurale par exemple par collage ou par soudure inter éclats au moyen d'un faisceau d'électrons. Les petits éclats peuvent être obtenus par exemple soit par fragmentation contrôlée : les petits éclats sont issus d'une prédécoupe accentué des gros éclats (par exemple au faisceau d'électrons ou usinage), soit par "fragmentation préformée" : les petits éclats sont des parallélépipèdes noyés dans une matrice. Cette matrice peut être un polymère, un métal fusible, par exemple de l'aluminium, ou une matière explosive pour un effet dispersif des éclats, si l'explosion a lieu près de la charge, ou amplificateur d'efficacité, si explosion a lieu au contact de la cible. Dans cette variante, la détonation de l'architecture explosive se traduit juste par un gonflement de la virole qui met en vitesse les gros éclats qui restent cohérents. Lorsque tout l'explosif détone la sollicitation importante générée a pour effet de rompre toutes les liaisons entre les petits éclats. L'influence du matériau amortisseur sur la dynamique des gros éclats est négligeable, voire favorable : elle a un effet d'atténuation et d'homogénéisation. La perte énergétique due a cette influence peut être compense, si nécessaire, par un accroissement faible, de la masse d'explosif de l'architecture explosive. La couche d'amortisseur peut suivant le mode de réalisation de la présente invention, et notamment suivant le choix du matériau du générateur d'éclats, être nécessaire pour atténuer l'intensité de l'onde de choc de détonation de l'explosif secondaire et permettre ainsi la génération d'éclats intègres. C'est le cas par exemple pour un générateur d'éclats en tungstène obtenu par frittage. A partir du même principe, c'est à dire à partir de compositions explosives qui détonent distinctement, il est possible d'augmenter le nombre de modes de fonctionnement, en remplaçant l'architecture explosive et le générateur d'éclats par une succession de couches explosives qui peuvent être amorcées séparément, délivrant ainsi par paliers plusieurs gammes d'énergie cinétique d'éclats. Selon l'invention, le générateur d'éclats peut également assurer la structuration de la charge pyrotechnique par rapport aux sollicitations mécaniques externes. L'enveloppe a pour fonction de protéger dans son cycle d'utilisation la charge de la présente invention des agressions extérieures telles que les agressions mécaniques, thermiques, les poussières, l'humidité, etc., pendant sa vie opérationnelle. La nature de cette enveloppe dépend en conséquence fortement de l'environnement d'utilisation de la charge. En outre, elle intervient dans le fonctionnement de la charge car elle fait partie de la matière projetée. Elle doit autant que possible ne pas perturber la mise en vitesse des éclats dans le mode "peu énergétique". Par exemple, dans une application en tant que missile effectuant un vol aérobie, elle doit pouvoir résister à un flux thermique qui est dimensionnant Elle peut être réalisée par exemple en matière composite isolante. Lorsqu'ils sont présents les cordeaux de découpe du générateur d'éclats peuvent être placés de part et d'autre du générateur d'éclats. Ils peuvent aussi être placés soit entre l'enveloppe de protection et le générateur d'éclats, soit entre la charge secondaire et le générateur d'éclats. La position de part et d'autre du générateur d'éclats permet d'éviter les croisements des cordeaux. Les moyens de commande peuvent par exemple comprendre un boîtier de commande charge et un commutateur. Le boîtier de commande assure la fonction de transmission de l'ordre de mise à feu en provenance du donneur d'ordre, par exemple d'une commande électrique, vers les moyens, appelé aussi système, d'amorçage. Le système d'amorçage comprend le premier moyen d'amorçage, ou moyen d'amorçage principal, destiné à l'amorçage de la charge nominale, constitué d'un cordeau pyrotechnique, appelé aussi cordeau principal, et d'un amplificateur. Le système d'amorçage comprend en outre le deuxième moyen d'amorçage pour l'amorçage de l'explosif secondaire, ainsi qu'un réseau d'amorçage des cordeaux détonants de découpe du générateur d'éclats, et un commutateur détonique placé entre le boîtier de commande et l'amplificateur. Le commutateur peut fonctionner en interrupteur. I1 peut permettre en fonction de l'ordre reçu en provenance du donneur d'ordre, par exemple du boîtier de commande, de couper ou non la ligne d'amorçage de l'explosif nominal. Le commutateur peut être intégré au boîtier de commande. Il ne remet pas en cause la sécurité car en cas de fonctionnement intempestif il ne fait pas détoner les charges. Lorsque l'explosif secondaire est sous forme de pastilles d'explosif le deuxième moyen d'amorçage peut comprendre par exemple un réseau de cordeaux détonnants, pour amorcer lesdites pastilles. L'amorçage de ce réseau de cordeaux détonnants, peut être obtenu par ajout d'une dérivation à partir du cordeau principal. L'amorçage du cordeau de découpe peut être obtenu par ajout d'une dérivation entre le boîtier de commande et la dérivation précitée pour l'amorçage secondaire. Dans le cas du fonctionnement "peu énergétique" de la charge pyrotechnique de la présente invention, il est préférable de régler le décalage de l'amorçage du cordeau détonant et de la composition secondaire par rapport à celui de l'explosif nominal. Ceci peut être assuré par exemple en ajustant la longueur des chemins détoniques, mais aussi en ajoutant des lignes à retard introduisant des retards d'amorçage. Les inventeurs ont àonc fourni une charge pyrotechnique comprenant deux types de fonctionnement permettant d'attaquer au choix et efficacement plusieurs types de cibles. Le dispositif de la présente invention permet de générer soit des petits éclats rapides, efficaces contre une menace évoluant lentement, soit des gros éclats lents efficaces contre une menace évoluant rapidement. En outre, l'association des deux fonctionnements dans une seule charge permet un gain de masse et de volume au niveau du porteur des charges, et- en conséquence un gain d'efficacité et de coûts globaux réduction du nombre de porteurs, simplification de la maintenance et de la mise en #uvre opérationnelle etc. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif, en référence à la figure annexée. Brève description de la figure - la figure 1 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation de la charge pyrotechnique selon l'invention comprenant un cordeau de découpe du générateur d'éclats. Exemples Exemple 1 :Charge pyrotechnique selon la présente invention avec un cordeau de découpe du générateur d'éclats. La figure 1 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation de la charge J pyrotechnique selon la présente invention comprenant un cordeau de découpe du générateur d'éclats. La charge pyrotechnique (1) comprend une charge explosive nominale (3) entourée d'une charge explosive secondaire détonante (5) entourée d'un générateur d'éclats (7) entouré d'une enveloppe de protection (9), ladite charge pyrotechnique comprenant en outre un premier moyen d'amorçage (11,13) et un deuxième moyen d'amorçage (15), les premier et deuxième moyens d'amorçage pouvant être commandés indépendamment à partir de moyens de commande (17,19), pour transmettre au choix un ordre pyrotechnique respectivement à la charge explosive nominale (3) ou à la charge explosive secondaire (5), de telle manière que la détonation de la charge explosive secondaire ne provoque pas l'amorçage de la charge explosive nominale. La charge pyrotechnique comprend en outre deux cordeaux de découpe (21) du générateur d'éclats placés entre la charge explosive secondaire (5) et le générateur d'éclats (7), et un troisième moyen d'amorçage (non représenté). Le troisième moyen d'amorçage est commandé indépendamment à partir des moyens de commande (17,19) pour transmettre un ordre pyrotechnique aux cordeaux de découpe (21), de telle manière que 1a détonation du cordeau de découpe n'endommage pas la charge explosive secondaire et ne provoque pas l'amorçage de la charge explosive nominale. Les caractéristiques de cette charge sont les suivantes . - Explosif nominal : V350 de densité 1,70 ; sous forme d'une pièce de révolution, de rayon moyen 0,048, de masse 6,157 kg. - Explosif lent : V350 de même nature, inséré dans 0,146 kg de mousse, de densité 0,1 sur une épaisseur de 0,096 m, entourant le bloc d'explosif nominal : 0,127 kg de V350, sous forme de bandes d'épaisseur 8 mm, est réparti régulièrement dans la mousse. - Générateur d'éclats : bloc de tantale, entourant les deux compositions précédentes, d'épaisseur 0,0018 m, de masse 5,351 kg, prédécoupée à l'extérieur selon deux hélices sécantes. Deux cordons de découpe en HNS noyé dans du Pb (hexanitrostilbène) sont disposés autour du générateur d'éclats, le long des deux hélices sécantes : longueur totale de 5,60 m, diamètre extérieur d'environ 4 mm, masse totale de 1600 g dont 33,6 g de HNS. - Protection thermique : en composite mousse, acier, épaisseur de 10,6 mm pour une masse de 0,276 kg (densité de 0,13). La charge est munie de moyens d'amorçage et de commande, a une hauteur de 0,490 m pour un rayon extérieur de 0,0705 m. Fonctionnement de la charge pyrotechnique de la présente invention décrite dans l'exemple 1 Le fonctionnement est le suivant # l'interrupteur pyrotechnique reçoit ou pas l'ordre de l'organe de décision de couper la ligne d'amorçage nominale, # le boîtier de commande reçoit l'ordre, par exemple électrique, de l'organe de décision d'initier l'explosion. a) fonctionnement énergétique # l'ordre pyrotechnique est transmis à l'amplificateur qui amorce l'explosif nominal et potentiellement le Cordeau Détonant et l'Explosif Secondaire. # La composition principale détone, libérant l'énergie de l'explosif nominal et entraînent ainsi la mise en vitesse des petits éclats rapides. La gerbe d'éclats est optimisée par convergence de gerbe pour diminuer la surface touchée sur la cible. La composition principale détone avant l'architecture pyrotechnique (explosif secondaire ) et le cordeau détonant de découpe, rendant a priori caduque le fonctionnement de ces derniers. b) fonctionnement peu énergétique # l'ordre pyrotechnique n'est transmis qu'aux Cordeaux Détonants de découpe et à la composition secondairé, les Cordeaux Détonants découpent les "gros éclats", sans endommager la composition secondaire ni amorcer l'explosif nominal, et # la Composition Secondaire détone sans amorcer l'explosif nominal par action de l'architecture explosive qui permet d'amortir l'onde de détonation. Une faible énergie est alors libérée de la Composition Secondaire, mettant en vitesse les gros éclats. REVENDICATIONS 1. Charge pyrotechnique caractérisée en ce qu'elle comprend une charge explosive nominale entourée d'une charge explosive secondaire détonante entourée d'un générateur d'éclats entouré d'une enveloppe de protection, ladite charge pyrotechnique comprenant en outre un premier moyen d'amorçage et un deuxième moyen d'amorçage, les premier et deuxième moyens d'amorçage pouvant être commandés indépendamment à partir de moyens de commande, pour transmettre au choix un ordre pyrotechnique respectivement à la charge explosive nominale ou à la charge explosive secondaire. la détonation de la charge explosive secondaire ne provoquant pas l'amorçage de la charge explosive nominale. 2. Charge pyrotechnique selon la revendication 1, comprenant aux moins deux cordeaux de découpe du générateur d'éclats placé entre la charge explosive secondaire et le générateur d'éclats et/ou entre l'enveloppe de protection et le générateur d'éclats, et un troisième moyen d'amorçage, le troisième moyen d'amorçage pouvant être commandé indépendamment à partir des moyens de commande pour transmettre un ordre pyrotechnique au cordeau de découpe, la détonation du cordeau de découpe n'endommageant pas la charge explosive secondaire et ne provoquant pas l'amorçage de la charge explosive nominale. 3. Charge pyrotechnique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les moyens de commande comprennent un boîtier de commande charge et un commutateur. 4. Charge pyrotechnique selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre un amplificateur d'amorçage relié à la charge explosive nominale. 5. Charge pyrotechnique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la charge explosive secondaire est sous la forme de pastilles d'un explosif secondaire réparties dans un matériau inerte amortisseur d'ondes. 6. Charge pyrotechnique selon la revendication 5, dans laquelle le matériau inerte est une mousse telle qu'un plastique poreux ou un nid d'abeille, structure alvéolaire métallique ou composite. 7. Charge pyrotechnique selon la revendication 6, dans laquelle le matériau inerte a une densité allant d'environ 0.2 à 0.3. 8. Charge pyrotechnique selon 1a revendication 5, dans laquelle le matériau inerte assure essentiellement le non-amorçage de la charge explosive nominale par la détonation de la charge explosive secondaire. 9. Charge pyrotechnique selon la revendication 1, comprenant en outre une virole structurante placée entre l'explosif. secondaire est le générateur d'éclats. 10. Charge pyrotechnique selon la revendication 9, dans laquelle le générateur d'éclats génère respectivement, suivant l'ordre pyrotechnique choisi, des petits éclats ou des gros éclats. 11. Charge pyrotechnique selon la revendication 10, dans laquelle le générateur d'éclats comporte un double réseau de fragmentation contrôlée. 12. Charge pyrotechnique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le générateur d'éclats est un système composite de projectiles à fragmentations préformées. 13. Charge pyrotechnique selon la revendication 1, dans laquelle le générateur d'éclats est en tantale. 14. Charge pyrotechnique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le générateur d'éclats assure la structuration de la charge pyrotechnique. 15 Charge pyrotechnique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'enveloppe extérieure est constituée d'une matière composite isolante.