Brevet FR2803379A1 — publié le 20010706

La présente invention concerne un blindage composi te comprenant un materiau fragile enrobé par des matériaux composites à matrices organiques. Ce blindage est destiné à la protection contre les projectiles, notamment ceux des charges creuses, les projec tiles à énergie cinétique et les projectiles perforants de moyens calibres. Cette invention est notamment applicable à la pro tection des véhicules autopropulsés, qu'ils soient lourds tels les chars de combat ou légers comme les divers véhicules de transport, ainsi qu'à la protection d'installations fixes et des abris mobiles. Enfin l'application à la protection des postes de commandement opérationnels des navires de surface est possi ble. Les blindages contre les projectiles de charges creuses se répartissent en deux catégories Les blindages passifs et les blindages à réaction dynamique. Les premiers ne s'opposent à la pénétration du pro jectile que par consommation hydrodynamique du perforateur. Ce sont les blindages traditionnels de véhicules blindés cons titués de t & les d'acier. Les seconds visent à mettre à profit l'énergie du perforateur pour créer une réaction assurant la perturbation du projectile. Dans cette seconde catégorie de blindages, on peut dégager deux familles de systèmes perturbateurs qui se dis tinguent par le phénomène physique créant la perturbation du projectile, à savoir les blindages exotiques et les blindages réactifs. Les blindages exotiques sont constitués d'un maté riau très fragile, le verre, qui sous l'effet de la pres sion créée par l'impact se brise en projetant radialement sur le projectile des particules qui vont assurer la perturbation du projectile. Les blindages réactifs font intervenir dans leur com position un explosif, qui détone à l'impact du projectile. L énergie de détonation, transférée sous forme d'énergie cinétique aux autres matériaux de la cible, est mi se à profit pour perturber le projectile pendant la phase de pénétration de la cible. Lorsqu'on utilise des blindages en acier contre les projectiles de charges creuses, la vitesse de cratérisa- tion est de l'ordre de plusieurs kilomètres à la seconde. Ce jet entraîne le fluage du blindage en formant un cratère de diamètre nettement plus important que celui du jet. Dans ce mode de pénétration, le seul élément susceptible de contra rier la progression du jet est la résistance opposée au jet par le métal du blindage. Pour résister aux impacts des charges creuses mo dernes, il nécessaire de choisir des blindages très épais, ce qui a pour inconvénients d'augmenter le poids, l'encombrement et le coût des cibles protégées. Les blindages en matériau très fragile présentent une efficacité limitée contre les projectiles de charges creuses car l'effet destabilisateur des forces radiales créées lors de la détente des matériaux est relativement plus faible que pour les blindages en acier. Enfin, les blindages réactifs, s'ils sont icaces, présentent l'inconvénient de mettre en jeu un explosif, ce qui a pour effet de projeter les éléments du blindage et de risquer d'endommager l'objet à protéger. L'invention a-pour but de proposer un blindage ef ficace, notamment contre les projectiles de charges creuses, d'encombrement réduit, facile à mettre en oeuvre et suscepti ble d'amortir l'intensité des chocs transmis aux cibles à protéger. Pour ce faire, l'invention a pour objet un indage pour la protection contre les projectiles, notamment ceux des charges creuses, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque avant exposée à l'impact d'un projectile et une plaque arriè re, ces deux plaques étant constituées par un matériau compo site à matrice organique et étant séparées par une couche intermédiaire constituée par un matériau fragile, susceptible de se briser sous l'impact du projectile. Ainsi, en enrobant un matériau très fragile avec des matériaux composites à matrices organiques connus en eux- memes comme matériaux résistants aux éclats, on réalise une combinaison qui possède une efficacité accrue contre la me nace de projectiles, notamment ceux des charges creuses, et ceux du type flèche, et qui, en outre, possède des propriétés amortissantes importantes. Selon l'application envisagée, on utilise des maté riaux composites à matrices organiques renforcés de fibres à haut module de résistance telles que des fibres de carbone. Pour ,d'autres applications, on emploie des maté riaux composites renforcés par des fibres de verre qui sont plus économiques. Des matériaux composites préférés sont des maté riaux à matrices en polyester renforcés de tissus en fibres verre. La couche intermédiaire est constituée par un maté riau très fragile comme le verre ou les céramiques telles que l'alumine ou le carbone, qui ont un effet perturbateur très im portant sur les jets de charges creuses. Par la présence de matériaux fragiles, on compense les performances relativement faibles des matériaux composi tes à matrices organiques vis-à-vis des projectiles de char- ges creuses. En effet, en raison de leur faible densité, les ma tériaux composites à matrices organiques ont un effet très limité de consommation hydrodynamique sur les jets de charges creuses. De plus, ces matériaux n'ont pas d'effet perturba teur particulier sur les jets de charges creuses. D'autre part, par la présence de matériaux composi tes à matrices organiques, on compense la mauvaise tenue mé canique des matériaux fragiles. Une bonne tenue mécanique est indispensable pour la réalisation de structures blindées devant supporter des contraintes mécaniques élevées liées à leur emploi. Cette association apporte, en plus, à la structure blindée ainsi réalisée des propriétés amortissantes qui sont de nature à limiter de manière importante les intensités des chocs transmis aux structures protégées par ce type de blin dage. Cette association limite également de manière im portante les émissions de bruits en raison de l'absence de chocs métalliques, et limite, en outre, la signature spectra le des véhicules qui portent de tels blindages. Compte-tenu des capacités d'amortissement mention nées ci-dessus, les dommages sont restreints et ces blindages sont donc aisément réparables par utilisation de résines po- lymérisables à froid. L'association, selon l'invention, procure, par conséquent, une facilité de mise en oeuvre et de réparation après impact. Enfin, il est envisageable d'assurer, grâce aux blin dages selon l'invention, une protection à d'éventuelles irradia tions aux neutrons en utilisant, par exemple, en qualité de matériau composite, une résine fortement chargée en hydrogène et en qualité de matériau fragile un verre de type borosilica- té. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description suivante d'exemples non limitatifs, en référence aux figures 1 à 7 qui représentent des coupes transversales schématiques de blinda ges. La réalisation d'un blindage selon l'invention dé pend des performances visées. La solution la plus simple et représentée sur la figure 1 consiste à assembler sous forme d'un sandwich une couche en matériau fragile 2 d'épaisseur e2 entre une plaque avant 1 et une plaque arrière 3 en matériaux composites à ma trices organiques d'épaisseurs respectives el et e3. Les épaisseurs des trois couches el, e2 et e3 dé pendent du niveau de la menace envisagée et du choix des ma tériaux pour chaque couche. Avantageusement, comme représenté sur la figure 2, on fragmente la couche intermédiaire sous forme d'un pavage permettant de conférer à la protection une tenue aux impacts multiples. L'épaisseur de la cloison de séparation e4 entre les pavés dépend - de l'intensité de l'agression considérée, - de la force de liaison que l'on souhaite créer par cette cloison entre les couches 1 et 2. La plaque avant 1 du blindage a pour rôle de proté ger la couche 2 en matériau fragile contre les impacts loca lisés susceptibles de se produire en utilisation courante, par exemple des chutes d'outils. Le blindage peut être sensiblement amélioré par un confinement avant 4 ou éventuellement avant 4 et arrière 5 de la couche en matériau fragile par un matériau à haute impé dance acoustique, tel que l'acier. Afin d'améliorer les performances d'une telle structure vis-à-vis des impacts multiples, on fragmente, com me le montre la figure 3, la couche 2 de matériau fragile, les deux couches 1 et 3 en matériaux composites à matrices organiques présentant par elles-mêmes une excellente résis tance aux impacts multiples. Les fragments de matériau fragi le sont séparés les uns des autres par des joints amortissants 6. Cependant, il subsiste des zones de blindage avec un faible niveau de protection. Une disposition des fragments de la couche intermédiaire en deux couches en quinconce per met de résoudre problème, comme représenté sur la figure 4. Industriellement, le confinement intermédiaire des deux couches de matériau fragile peut être réalisé par un mê me profilé, comme le montre la figure 4 bis. Dans ce qui précède, on a décrit des blindages dont les couches présentent un angle d'incidence nul par rapport à l'axe de tir, c'est-à-dire sous l'angle d'incidence le plus défavorable. Afin d améliorer les performances, il est préféra ble que les couches présentent un angle d'incidence par rap port à l'axe de tir compris entre 30 et 70 degrés. A titre d'exemple, lorsque la couche intermédiaire 2 est constituée de fragments empilés sur deux couches en quinconce, on peut disposer ces fragments selon un angle de 40 degrés par rapport à l'axe de tir, comme indiqué sur la figure 5. D'autre part, il peut être particulièrement avanta geux d'introduire au sein des fragments en matériau fragile une couche d'explosif 7 pour accroître les performances. L'ensemble peut être confiné par une enveloppe en matériau à haute impédance acoustique, comme représenté sur la figure 6a, ou non confiné comme représenté sur la figure 6b. La couche d'explosif peut être située soit au cen tre, soit de part et d'autre du matériau fragile. Le blindage peut comprendre une ou plusieurs cou ches d'explosifs. Les couches intermédiaires 2 contenant de l'explosif peuvent être disposées dans l'une quelconque des configura tions définies sur les figures 1, 2, 3, 4 ou 5 en remplace ment de la couche intermédiaire en matériau fragile. On peut, à l'aide de telles structures, limiter sensiblement la transmission de la détonation. Un mode de réalisation tel que représenté sur la figure 7 est avantageux, par exemple, pour la réalisation du toit ou d'un glacis de char. La couche intermédiaire est constituée par des mo dules parallélépipédiques de matériau fragile contenant en leur centre une couche d'explosif et enrobés par de l'acier et séparés par une couche d'amortisseur ou de matériau compo site, ces modules présentant un angle d'incidence de l'ordre de 60 degrés par rapport à l'axe de tir. Une couche amortissante 8 peut aussi être disposée entre la couche intermédiaire et la plaque arrière 3 pour li miter le niveau du choc sur le blingage. Sur la figure 7, on a représenté cette couche par un nid d'abeille, celle-ci pouvant très bien être réalisée avec une mousse amortissante. Le dimensionnement de chacune des couches dépend de la nature de l'agression considérée. A titre indicatif, sont cités les exemples de réa lisation ci-après, en configuration axiale. EXEMPLE 1 On réalise la structure suivante - plaque de matériau composite constitué de 80 $ de fibres de verre dans une matrice de 20 % de résine polyester, désigné par CVR, de 10 mm d'épaisseur, - plaque de 10 mm d'épaisseur d'acier présentant une résistance à la rupture de 1200 MPa, - plaque de verre de 150 mm d'épaisseur, - plaque de 60 mm d'épaisseur en acier de haute ré sistance à la rupture (2200 MPa), - plaque de matériau composite CVR de 30 mm d'épaisseur, L'épaisseur totale du blindage est de 260 mm et sa masse surfacique est de 1000 kg/m2. Ce blindage assure une protection efficace à la fois contre les projectiles de charges creuses de calibre 62 mm et contre les flèches de calibre 44 mm. EXEMPLE 2 On réalise la structure suivante - plaque de matériau composite CVR de 10 mm d'épaisseur, - plaque de 10 mm d'épaisseur en acier présentant une résistance à la rupture de 1200 MPa, - plaque de verre de 150 mm d'épaisseur, - plaque de 50 mm d'épaisseur en acier de haute ré sistance à la rupture (2200 MPa), - plaque de matériau composite CVR de 30 mm d'épaisseur. L'épaisseur totale du blindage est de 250 mm et sa masse surfacique est de 900 kg/m2. Ce blindage assure une protection efficace contre les projectiles de charges creuses de calibre 62 mm. EXEMPLE 3 On réalise la structure suivante - plaque de matériau composite CVR de 10 mm d'épaisseur, - plaque de 10 mm d'épaisseur en acier présentant une résistance à la rupture de 1200 MPa, - plaque de verre de 100 mm épaisseur - plaque de 35 mm d'épaisseur en acier de haute ré sistance à la rupture (22O0 MPa), - plaque de matériau composite CVR de 265 mm d'épaisseur. L'épaisseur totale du blindage est de 420 mm et sa masse surfacique est de 1100 kg/m2. Ce blindage assure une protection efficace contre les projectiles de charges creuses de ibre 62 mm. EXEMPLE 4 On réalise la structure suivante - plaque de matériau composite CVR de 10 mm d'épaisseur, - plaque de 10 mm d'épaisseur en acier présentant une résistance à la rupture de 1200 M Pa, - plaque d'alumine de 125 mm d'épaisseur, - plaque de 50 mm d'épaisseur en acier de haute ré sistance à la rupture (2200 M Pa), - plaque de matériau composite CVR de 30 mm d'épaisseur. L'épaisseur totale du blindage est de 225 mm et sa masse surfacique est de 1000 kg/m2. Ce blindage assure une protection efficace contre les flèches de calibre 44 mm. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Blindage pour la protection contre les projec tiles, notamment ceux des charges creuses, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque avant exposée à l'impact d'un pro jectile et une plaque arrière, ces deux plaques étant consti tuées par un matériau composite à matrice organique et étant separées par une couche intermédiaire constituée par un maté riau fragile, susceptible de se briser sous l'impact du pro jectile. 2 - Blindage selon la revendication 1, caractérisé ce que les plaques avant et arrière sont constituées par des matériaux composites à matrices organiques renforcées de fibres, notamment des résines polyester renforcées des fibres de verre, et en ce que la couche intermédiaire est constituée par du verre ou des céramiques. 3 - Blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est fragmentée. 4 - Blindage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est enrobée d'un matériau à haute impédance acoustique tel que l'acier. 5 - Blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est constituée par fragments de matériau fragile enrobés d'un matériau à haute impédance acoustique. 6 - Blindage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est constituée par des fragments de matériau fragile enrobés d'un matériau à haute impédance acoustique, chaque fragment étant séparé du frag ment adjacent par un joint amortissant. 7 - Blindage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fragments de matériau fragile sont disposés en deux couches. 8 - Blindage selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque couche de fragments est fabriquée à l'aide d'un seul profilé filé. 9 - Blindage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fragments de matériau fragile enrobés d'un materiau à haute impédance acoustique présentent un angle d'incidence par rapport à l'axe de tir compris entre 30 et 70 degrés. 10 - Blindage selon la revendication 1, caractérisé en que la couche intermédiaire renferme un explosif. 11 - Blindage selon la revendication 10, caracté risé en ce que la couche intermédiaire est constituée par des fragments de matériau fragile renfermant en leur centre une couche d'explosif, ces fragments étant enrobes par un maté riau à haute impédance acoustique. 12 - Blindage selon la revendication 11, caracté risé en ce que l'on interpose une couche amortissante entre la couche intermédiaire et la plaque arrière