Brevet FR2810105A1 — publié le 20011214

En règle générale, les projectiles perforants cinétiques à grande vitesse, atteignant 1 500 m/s à l'impact, sont constitués par un barreau élancé, de section circulaire et de diamètre constant et sont conçus, non seulement pour perforer des blindages épais ou très résistants, mais aussi pour produire, après percement à l'arrière du blindage, un gerbe d'éclats capable d'attaquer efficacement l'objectif protégé par le blindage. Lorsque les projectiles perforants cinétiques ne présentent pas un diamètre constant suivant leur axe longitudinal, leur configuration vise soit à réduire la traînée (ogive), soit à améliorer la stabilité en vol (empennage). Il est toutefois apparu qu'un tel projectile n'était pas toujours adapté pour mettre pleinement à profit son énergie cinétique et permettre d'attaquer, avec une efficacité optimale, le blindage contre lequel il est tire. Une des constatations fondamentales est le fait que le cratère creusé par un tel projectile en forme de barreau, présente une section essentiellement circulaire, de diamètre nettement supérieur au diamètre du projectile. Le projectile passe donc à travers un trou dont le diamètre est bien plus grand que celui qui serait nécessaire à un passage non perturbé. Dans d'autres cas, il se peut qu'un tel cratère ne soit quand même pas suffisamment large pour ne pas gêner le passage des éléments suivants du projectile: ainsi, par exemple, lorsque dans une structure blindée, active ou réactive, une plaque est projetée, lors de l'approche ou de l'impact du projectile, suivant une direction dont une composante est transversale par rapport à la trajectoire du projectile, le bord du cratère ou du trou percé par le projectile dans cette plaque va toucher le corps du projectile et chercher à le faire basculer autour de son centre de gravité. La plaque projetée n'aurait pas cet effet perturbateur si le trou qui y est percé par le projectile avait un diamètre suffisant, de sorte que son bord ne puisse plus interférer avec le corps du projectile pendant son passage ou que le projectile ait déjà pénétré assez profondément dans le blindage protégé par la structure pour que l'effet perturbateur soit sans conséquence. En règle générale, les projectiles perforants cinétiques connus sont constitués par un matériau pratiquement homogène, par exemple du tungstène, c'est-à- dire un matériau susceptible de résister aux fortes sollicitations et dont la pointe ne s'émousse que peu à l'impact de manière à assurer un bon pouvoir de pénétration ou de perforation. Des projectiles perforants cinétiques du type décrit, sont tirés, plus ou moins sans discernement, contre tous les types d'objectifs pouvant être atteints par le canon prévu à cet effet, et l'on s'attend à ce qu'ils soient le plus efficace possible contre tous ces objectifs. De ce fait, les projectiles perforants cinétiques connus constituent un compromis. Partant de cet état de la technique antérieure, l'invention vise à améliorer le projectile perforant cinétique existant soit en augmentant ses performances sur l'objectif tout en maintenant constante son énergie cinétique, soit en réalisant les mêmes performances avec une énergie cinétique moindre. Ce but est atteint conformément à l'invention au moyen d'un projectile perforant cinétique à grande vitesse, constitué par un barreau métallique, caractérisé par le fait qu'en vue d'optimiser l'effet produit sur un blindage spécial donné, le barreau présente, suivant son axe longitudinal, différents diamètres et/ou différents matériaux et ceci indépendamment de configurations géométriques visant à améliorer son comportement aérodynamique en vol. L'invention part du concept fondamental qui consiste, contrairement à ce qui s'est fait jusqu'à présent, à ne plus tirer contre n'importe quel genre d'objectif un seul et même projectile dont l'effet produit ne peut être que le résultat d'un compromis, mais d'adapter le projectile et de le choisir en fonction des spécificités de l'objectif qu'il s'agit d'attaquer. Pour atteindre ce but, le projectile conforme à l'invention n'est pas homogène suivant son axe longitudinal, c'est-à-dire que son diamètre et/ou le matériau qui le constitue peuvent varier suivant la finalité de l'emploi. Ainsi, par exemple, la partie avant du projectile peut être en matériau très ductile qui, lors de l'impact sur une plaque d'une structure active ou réactive, projetée à sa rencontre, s'écrase et est fortement déformée et y perce donc un trou de grand diamètre. En même temps, la pointe du projectile se désintègre de sorte que le barreau en tungstène qui arrive ensuite, franchit sans subir de perturbation le grand trou percé dans la plaque projetée, malgré l'accélération transversale communiquée à celle-ci, et conserve donc son pouvoir perforant élevé lors de son impact sur le blindage principal assurant la protection de l'objectif proprement dit. Un trou de grand diamètre peut également être obtenu avec un projectile constitué par un matériau sensiblement homogène mais comportant à l'avant un élément de plus grand diamètre; le corps du projectile, dont le diamètre est inférieur à celui de l'élément avant, peut alors franchir sans être perturbé le trou percé dans la plaque projetée à sa rencontre, malgré l'accélération transversale communiquée à cette plaque. Un projectile comportant à l'avant un élément de plus grand diamètre, est également avantageux dans le cas de l'attaque sous forte incidence d'un blindage non protégé par une structure active ou réactive. Inversement, pour la lutte contre les blindages ne comportant pas de protection supplémentaire, le projectile conforme à l'invention peut avoir à l'avant une partie de diamètre inférieur à celui du reste du projectile: dans ce cas, le diamètre de cette partie avant est conçu de sorte que le cratère qu'elle creuse dans le blindage présente un diamètre tel que la partie arrière, plus grosse, arrive juste à franchir sans être gênée. Le trou ainsi percé dans le blindage, présente donc un diamètre tout juste suffisant pour laisser passer le projectile. On évite ainsi toute consommation d'énergie cinétique à l'impact pour agrandir le diamètre du trou qui réduirait d'autant l'efficacité du projectile sur le blindage et on évite en même temps le freinage inutile de la partie arrière du projectile lors de son passage à travers le trou. Le diamètre du cratère produit par la partie avant du projectile ne dépend pas seulement du diamètre de cette partie, de la nature du matériau qui la constitue et de la vitesse à l'impact du projectile, mais pour une large part aussi des propriétés du matériau du blindage; ainsi, suivant une version préférentielle de l'invention, il apparaît avantageux d'adapter le diamètre de la partie avant du projectile suivant les propriétés du matériau constituant le blindage qu'il s'agit d'attaquer. Les propriétés des matériaux des blindages les plus fréquemment utilisés par l'ennemi étant connues, il est possible, par une adaptation du projectile perforant cinétique conforme à l'invention aux différents types de blindages, d'en augmenter le pouvoir perforant et, de ce fait, sa portée utile, sans être obligé d'améliorer les performances de balistique intérieure des canons; en effet, une telle amélioration des performances entraine, en général, une nette réduction de la durée de vie des tubes des canons. Suivant une autre version préférentielle de l'invention, il apparait également avantageux de combiner sur un seul et même projectile les différentes configurations mentionnées ci-dessus: ainsi la partie avant, de diamètre réduit du projectile conforme à l'invention, peut se terminer par un élément, de préférence de diamètre plus grand, constitué par un matériau ductile ou fragile: dans la plaque projetée d'une structure active, un tel élément produit, comme indiqué ci-dessus, un trou de diamètre particulièrement grand; lors du percement de ce trou, l'élément se désintègre de sorte que pour l'attaque du blindage principal proprement dit, on dispose du projectile optimisé à cet effet, avec sa partie avant de diamètre réduit. Par l'emploi d'un tel projectile "sur mesure", adapté au type de blindage qu'il s'agit d'attaquer, on arrive, conformément à l'invention, à mieux exploiter l'énergie cinétique inhérente au projectile que jusqu'à présent ou à réduire, pour une même efficacité sur l'objectif, l'énergie cinétique nécessaire, ce qui, en fin de compte, revient à augmenter la durée de vie des tubes des canons. Dans la pratique, l'invention ne signifie pas qu'à l'avenir le chasseur de chars devra embarquer toutes une palette de munitions différentes pour disposer de ces divers types de projectiles perforant cinétiques, car, pour chaque mission on connaît en général d'avance la nature des objectifs et donc le type de char qu'il s'agit de combattre. C'est seulement face à un ennemi risquant de disposer simultanément de blindages comportant des structures actives et de blindages sans structures actives, qu'il faudra prévoir deux types différents de munitions à projectiles perforants cinétiques conformes à l'invention. L'incidence sous laquelle un blindage est attaqué par un projectile dépend également du type de char utilisé par l'ennemi et est donc en principe connu. Toutefois, il est possible que par exemple la face avant, les faces latérales ou la face arrière d'un véhicule blindé présentent des inclinaisons tellement différentes o qu'il est préférable d'envisager l'utilisation de différents types de munitions contre un seul et même véhicule blindé. Pour simplifier et accélérer la mise en oeuvre d'un canon, il est intéressant d'utiliser une alimentation automatique dans laquelle sont prévues des munitions avec différents types de projectiles, de manière à pouvoir charger et tirer au choix le type de projectile le mieux adapté à l'objectif à combattre. Il s'agit dans ce cas d'un canon bitube par exemple, ou d'un canon à alimentation par tambour, etc.; mais, même dans le cas d'une alimentation par bandes ou à partir d'un chargeur, il est possible de disposer alternativement des munitions de l'un ou l'autre type; il suffit alors, pour changer de type de munition, d'éjecter la cartouche engagée et de la remplacer par une de l'autre type. Un dispositif électronique d'identification des objectifs peut être couplé au système d'alimentation de sorte qu'automatiquement et suivant le signal reçu du dispositif de détection, c'est le type de munition adapté à l'objectif à combattre qui est chargé dans le canon. Les exemples suivants et les dessins joints en annexe illustrent de manière plus détaillée l'objet de l'invention et ses versions préférentielles. Sur ces dessins: - la figure 1 représente schématiquement un projectile conforme à la technique antérieure; - la figure 2 représente schématiquement le cratère produit par le projectile de la figure 1 dans un blindage; - la figure 3 représente schématiquement un projectile conforme à l'invention; - la figure 4 représente schématiquement le cratère produit par le projectile conforme à l'invention de la figure 3; et - la figure 5 est un diagramme comparant l'énergie cinétique nécessaire au projectile de la figure 1 à celle nécessaire au projectile conforme à l'invention représenté sur la figure 3. Pour faire apparaître plus clairement l'effet produit par le projectile conforme à l'invention, on définit un projectile de référence constitué par un barreau de diamètre constant DR et de longueur 1R, tel qu'il est représenté sur la figure 1. Les notations sont les suivantes: projectile: DR = diamètre du projectile 1R = longueur du projectile VAR = vitesse à l'impact PR = masse volumique du matériau du projectile OR = résistance dynamique blindage constituant l'objectif: PR = profondeur de pénétration ou profondeur du cratère DKR = diamètre du cratère PT = masse volumique du matériau du blindage oT = résistance dynamique du matériau du blindage L'énergie cinétique EcinR du projectile de référence est donc égale à: D2 v2 D Tf DR VAR EcinR = PR 4 R 2 Le rapport entre le diamètre du fond du cratère DKR et le diamètre du projectile DR est désignée par ER' DKR DR: R ( PT; PR; VAR; T R;); DR aR dépend donc des masses volumiques PT et PT ainsi que des résistances dynamiques oR et oT des matériaux constituants le projectile et le blindage. Un projectile perforant cinétique classique, volant à grande vitesse, est constitué par exemple d'un barreau élancé en acier qui vient impacter le blindage avec une vitesse de 1 500 m/s environ. Dans ce cas, le diamètre du fond du cratère DKR peut atteindre deux fois le diamètre du projectile DR. On examine maintenant le projectile perforant cinétique représenté schématiquement sur la figure 3: sa longueur étant égale à celle du projectile de référence de la figure 1, il permet d'obtenir, avec une énergie cinétique si possible moindre, dans un blindage semi- infini, non protégé, la même profondeur de pénétration que le projectile de référence. Il est signalé expressément à ce propos que, pour des raisons de simplification, ces considérations ne concernent que les aspects de balistique terminale; on ne tient pas compte du fait que la mise en oeuvre des deux projectiles considérés nécessiterait des types de sabots de lancement différents, que leur trainée ne serait pas identique, et. Il est toutefois précisé que l'économie d'énergie cinétique, réalisée par l'emploi du projectile de la figure 3, est tellement importante qu'elle compense la trainée plus élevée de ce projectile et la masse de sabot éventuellement plus grande qu'exige sa mise en oeuvre. Par rapport au projectile de la figure 1, celui de la figure 3 présente donc de toute manière des avantages. Pour le projectile présenté par la figure 3, les notations sont les suivantes: DR = diamètre de la partie arrière du projectile (égal au diamètre DR de l'ensemble du projectile de référence), 11 = longueur de la partie arrière du projectile DMp = diamètre de la partie avant du projectile, 12 = longueur de la partie avant du projectile, 1R = longueur totale (égale à celle du projectile de référence) = rapport 11/12 11 = S 1R; 12 = (1 -) 1R; DKR = diamètre du fond du cratère (égal au diamètre constant DKR de la figure 1) DKMP = diamètre du cratère avant le fond 6 = rapport DKMP / DKR DKMP = 5 DKR; EcinMP = énergie cinétique nécessaire pour atteindre la profondeur de pénétration PR, Dans les considérations qui vont suivre, on part de données réelles, obtenues avec le projectile de référence de la figure 1. Les caractéristiques du projectile de référence sont les suivantes: 1R / DR = 11 VAR = 1 790 m/s PR 1R matériau du projectile: alliage de tungstène DENAL 17 matériau du blindage: acier H Z B 20. Le rapport E entre l'énergie cinétique du projectile conforme à l'invention de la figure 3, EcinMP et celle du projectile de référence EcinR s'écrit alors: ú = =inMP6 + 62 (1 -); Ecin R Pour obtenir la même performance de balistique terminale que celle du projectile connu de la figure 1, le projectile de la figure 3 ne nécessite que la fraction ú de l'énergie cinétique à l'impact du projectile de la figure 1. Le diagramme de la figure 5 représente cette fraction ú en fonction de la caractéristique 6 pour les dimensions du cratère et ceci pour différentes caractéristiques de forme Z du projectile. Exemple: Pour 5 = 0,5 et S = 0,3 on obtient ú = 0,3. Le projectile de la figure 3 ne nécessite donc, pour atteindre les mêmes performances de balistique terminale que le projectile de la figure 1, que moins de la moitié d'énergie cinétique. Jusqu'à présent, on a considéré l'impact du projectile cinétique sur un blindage d'épaisseur semi- infinie. On analyse maintenant le cas de la stricte perforation d'une plaque. Du point de vue balistique terminale, on ne considère dans ce cas que le trajet de perforation et le diamètre à la sortie du trou, et non pas le diamètre sur toute la longueur de perforation. Pour le projectile conforme à l'invention, le diamètre de la partie avant est tellement réduit que le trou qu'elle perce laisse tout juste passer la partie arrière. Cette partie arrière a les dimensions appropriées pour obtenir à la sortie le trou de diamètre voulu. De ce fait, le trou percé présente un évasement vers la sortie. Si l'on admet pour un projectile perforant classique, en forme de barreau stabilisé par empennage, un diamètre D, ce projectile perce dans un blindage un trou essentiellement cylindrique, de diamètre DA. Le projectile conforme à l'invention ne présente qu'à sa partie arrière un diamètre D, alors que sa partie avant a un diamètre tel qu'elle produit un trou de diamètre d qui laisse tout juste passer la partie arrière de diamètre D, les dimensions étant choisies de sorte que le diamètre à la sortie du trou DA soit le même que celui obtenu avec le projectile perforant cinétique, servant de référence. On a: D pour l'effet de balistique terminale. REVENDICATIONS 1. Projectile perforant cinétique à grande vitesse, constitué par un barreau métallique, caractérisé par le fait qu'en vue d'optimiser l'effet produit sur un blindage spécial donné, le barreau présente, suivant son axe longitudinal, différents diamètres et/ou différents matériaux et ceci indépendamment de configurations géométriques visant à améliorer son comportement aérodynamique en vol. 2. Projectile perforant cinétique à grande vitesse conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il présente à l'avant une partie dont le diamètre est plus grand. 3. Projectile perforant à grande vitesse conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il présente à l'avant une partie constituée par un matériau ductile ou fragile. 4. Projectile perforant cinétique à grande vitesse conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente à l'avant une partie dont le diamètre est plus petit. 5. Projectile perforant cinétique à grande vitesse conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la partie avant, de diamètre plus faible, est adaptée aux propriétés du matériau du bindage à perforer de sorte que le trou percé dans ce blindage par la partie avant présente un diamètre permettant juste le passage de la partie arrière du projectile de diamètre au moins égal. 6. Projectile perforant cinétique à grande vitesse conforme à la revendication 4, caractérisé par le fait que la partie avant, de diamètre plus faible, comporte une tête dont le diamètre est supérieur à celui de la partie arrière du projectile et/ou qui est constituée d'un matériau ductile ou fragile.