Brevet FR2819588A1 — publié le 20020719

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ESSAIS DE COMPOSANTS SOUMIS A UN CHOC La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant de soumettre un composant à un choc violent et prolongé, dont les caractéristiques sont connues, en vue de déterminer la tenue du composant Dans de nombreux cas, un composant (tel qu'un équipement électronique, une fusée de déclenchement, un organe de calcul), est placé dans un projectile et doit supporter, lors d'un impact, un choc souvent accompagné de variations brutales de décélération et d'accélération avant arrêt complet, pendant une durée qui peut atteindre 100 ms dans des cas extrêmes. L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le domaine des projectiles militaires, tels que les obus de gros calibre, les bombes accélérées ou les engins autopropulsés dont la vitesse à l'impact dépasse très souvent 100 mis. Il est nécessaire de vérifier que le composant n'est pas rendu inopérant au cours de la phase initiale de la pénétration dans la cible, avant l'instant où ce composant doit intervenir. Les essais de tenue au choc d'un composant porté par un projectile à haute vitesse peuvent être faits dans des conditions réelles d'emploi. Mais les essais de ce type sont extrêmement onéreux et ne peuvent être répétés aussi souvent que ce serait utile pour vérifier la tenue du composant avant et après des modifications. L'invention vise notamment à fournir un procédé et un dispositif permettant de simuler, de façon économique, les conditions d'un essai réel. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de test de composant comprenant : - l'envoi à vitesse élevée d'un projectile dans une extrémité d'un tube homogène en matériau ductile dont l'autre extrémité est en appui contre le composant à tester, le tube ayant une section droite interne inférieure au maître couple du projectile de façon que l'entrée du projectile dans le tube provoque un choc et que la progression du projectile dans le tube provoque l'expansion de ce dernier et l'absorption progressive d'énergie cinétique, et - des étapes préliminaires de relevé de la loi de variation d'accélération subie par le composant en fonction du temps, à partir de l'impact d'un projectile destiné à contenir ce composant, et de fabrication d'un tube et d'un projectile tels que la dite loi de variation soit sensiblement reproduite. Le terme"composant"doit être interprété dans un sens large et comme désignant également des modules, des équipements et des sous-systèmes. L'invention propose également un dispositif d'essai permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini. Elle propose notamment un dispositif d'essai destiné à déterminer la résistance de composants soumis à des chocs impliquant des accélérations élevées et de durée notable, typiquement de 1 à 20 ms, comprenant : - des moyens de propulsion destinés à donner à un projectile une vitesse dépassant 100 mis, - un tube dont une extrémité est prévue pour être mise en appui sur le composant à tester, placé de façon à recevoir le projectile par son extrémité opposée à celle qui est en appui, le tube étant en un matériau homogène et ductile et ayant une section droite inférieure à celle du maître couple du projectile. Les moyens de propulsion seront généralement constitués par un lanceur à gaz comprimé, pyrotechnique ou électromagnétique. Il existe déjà des canons de ce type permettant de lancer un projectile de plusieurs kilogrammes à une vitesse largement supérieure à 100 m/s. Pour des durées de ralentissement du projectile jusqu'à l'arrêt susceptibles d'atteindre 10 ms, voire davantage, le tube aura généralement une longueur comprise entre 2 et 5 m. Son épaisseur sera choisie en fonction des caractéristiques mécaniques du matériau, de la loi de ralentissement à respecter et du risque de flambage. Dans la pratique, on utilisera souvent une nuance d'acier inoxydable du genre utilisé pour le laminage à froid des tôles. Le tube peut être mis en forme à partir d'une billette par perçage, puis diminution successive d'épaisseur. Il est en effet nécessaire d'avoir une structure homogène, ce qui exclut l'emploi d'un tube soudé. Pour permettre au projectile de s'engager dans le tube, il doit avoir une forme profilée pour que le contact initial, qui produit le choc proprement dit, s'effectue sur une portion évasée. On écartera souvent une forme cylindro-ogivale trop allongée, qui donne un contact trop doux, en faveur d'une forme à face avant sensiblement hémisphérique, au moins dans la zone d'entrée en contact puis de contact au cours de l'expansion radiale du tube. Dans la plupart des cas un tube de section droite et d'épaisseur constante permettra de simuler l'effet de la percussion d'un porteur du composant contre un obstacle. Mais certaines conditions d'emploi soumettent le composant à des chocs successifs. C'est par exemple le cas d'équipements placés dans des structures porteuses telles que des bombes accélérées qui doivent traverser une barrière de défense avancée avant d'atteindre un objectif durci. La simulation de chocs successifs peut être obtenue en donnant au tube une section interne et/ou une épaisseur variable. En particulier, une augmentation locale du diamètre interne du tube, pouvant être obtenue par réduction locale d'épaisseur, réduit la décélération du projectile sur un tronçon de son trajet dans le tube et provoque un second choc lorsque le projectile rencontre de nouveau l'entrée d'un tronçon de diamètre réduit. L'invention présente de nombreux avantages. Les moyens utilisés sont peu onéreux. L'instrumentation de mesure, étant fixe jusqu'à l'instant du choc à enregistrer, est relativement facile à mettre en oeuvre. Les composants sont testés alors qu'ils sont initialement fixes, de sorte que l'accélération initiale très élevée nécessaire pour mettre en vitesse le projectile sur une distance courte est sans effet sur le comportement des dits composants que l'on souhaite observer. Les caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : - la figure 1 est un schéma montrant la disposition relative des éléments constitutifs d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre l'invention ; - la figure 2 est un schéma montrant la déformation progressive du tube du dispositif lors du ralentissement du projectile ; - la figure 3 est un schéma montrant l'allure générale que peut avoir la variation d'accélération subie par le composant à tester ou des éléments qu'il contient ; - la figure 4 montre une variante de la figure 1 ; la figure 5 montre l'allure d'une variation d'accélération dans le temps que permet d'obtenir un dispositif suivant la figure 4. Le dispositif montré en figure 1 est destiné à appliquer à un composant 10 un choc qui comporte une percussion initiale, puis une contrainte qui provoquent dans le composant un effet de durée notable, pouvant notamment aller jusqu'à 0,1 s mais plus souvent entre 1 et 50 ms. Cet effet se traduit du fait des résonances, par des accélérations alternées qui sont par exemple du genre montré en figure 3. Dans le cas de la simulation du choc d'un porteur ayant une vitesse dépassant 100 m/s, les pics d'accélération dépassent souvent 100 000 m/s2. Un test préliminaire dans des conditions réelles d'emploi permet de relever la loi de variation montrée en figure 2, que le dispositif doit simuler. Le dispositif comprend un tube 12 dont une extrémité est en appui sur le composant et qui est orienté dans la direction du choc attendu, un projectile 14 et un moyen de propulsion 16. Le tube et le projectile sont remplacés après chaque essai. Le moyen de propulsion permet de lancer le projectile, habituellement de plusieurs kilogrammes, à des vitesses V de plusieurs centaines de mètres par seconde comparable à la vitesse d'impact du composant dans des conditions réelles. Il s'agit par exemple d'un lanceur à gaz comprimé ou pyrotechnique. Le tube présente un diamètre intérieur inférieur à celui du projectile et il est constitué d'un matériau suffisamment ductile pour que le tube s'évase sous la poussée du projectile en absorbant son énergie cinétique de façon que le projectile s'arrête avant d'atteindre le composant (figure 2). Le projectile est en matériau dur et de haute résistance mécanique (par exemple une nuance d'acier inoxydable de module de Young de 2x105 Mpa et une limite élastique supérieure à celle du matériau constituant le tube) de façon à déformer plastiquement le tube. La forme de l'avant du projectile est choisie de façon à provoquer un choc, mais cependant à autoriser la pénétration. Une forme hémisphérique, au moins dans la zone a, donne généralement des résultats satisfaisants. Ainsi, une partie de l'énergie cinétique du projectile est transformée en énergie de déformation dans le tube, tandis que l'autre partie de l'énergie cinétique est transmise au composant sollicité par choc, placé à l'autre extrémité du tube. Le matériau et la géométrie du tube et la différence de diamètre entre le tube et le projectile sont déterminés pour reproduire le choc recherché. Une étude des déformations du tube par un calcul par éléments finis permet de déterminer les caractéristiques optimales du tube, dont l'épaisseur sera souvent de plusieurs centimètres. Pour simuler le choc subi par un composant placé dans un obus de gros calibre animé d'une vitesse de 100 à 1000 mis, on utilisera souvent un tube en acier inoxydable admettant un allongement à froid d'au moins 40 %, de 2 à 5 mètres de longueur et de plusieurs centimètres d'épaisseur. Cette épaisseur est suffisante pour éviter le flambage du tube. Moyennant des modifications de détail du tube, le dispositif permet de simuler des chocs multiples successifs. Le dispositif de la figure 4 permet d'obtenir deux chocs successifs et de soumettre le composant 10 à des accélérations du genre montré en figure 5. Le tube présente localement une section droite de matière réduite, sur une portion 18. Un premier choc est obtenu quand le projectile 14 rentre dans le tube. Quand le projectile arrive au niveau du tronçon 18, il n'y a plus d'effort sur le tube (ou du moins une forte réduction d'effort) et il n'y a plus d'accélération sur l'objet testé. Un deuxième choc est appliqué quand le projectile dépasse la réduction du tronçon 18, à condition que le projectile ait une énergie cinétique suffisante. Dans le cas illustré sur la figure 4, il subsiste une interférence radiale e entre le projectile et le tube. Elle n'est pas indispensable. Il est également possible d'augmenter le diamètre interne du tube en conservant une forme externe du tube complètement cylindrique ou du moins ayant une symétrie de révolution. En effet, il n'est pas indispensable que l'épaisseur de paroi soit constante. REVENDICATIONS 1. Procédé de test de composant comprenant : l'envoi à vitesse élevée d'un projectile (14) dans une extrémité d'un tube (12) homogène en matériau ductile dont l'autre extrémité est en appui contre le composant à tester (10), le tube ayant une section droite interne inférieure au maître couple du projectile de façon que l'entrée du projectile dans le tube provoque un choc et que la progression du projectile dans le tube provoque l'expansion de ce dernier et l'absorption progressive d'énergie cinétique, et - des étapes préliminaires de relevé de la loi de variation d'accélération subie par le composant en fonction du temps, à partir de l'impact d'un porteur destiné à contenir ce composant, et de fabrication d'un tube et d'un projectile tels que la dite loi de variation soit sensiblement reproduite. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on donne au projectile une vitesse à l'impact de 100 à 1000 mirs et au tube une longueur de 2 à 5 m et une épaisseur de plusieurs centimètres. 3. Dispositif d'essai destiné à déterminer la résistance d'un composant (10) à des chocs lui appliquant des accélérations élevées et de durée notable, typiquement de 1 à 20 ms, comprenant en plus : - un projectile (14) auquel des moyens de propulsion (16) permettent de donner une vitesse dépassant 100 mis, - un tube (12) dont une extrémité est prévue pour être mise en appui sur le composant à tester, placé de façon à recevoir le projectile par son extrémité opposée à celle qui est en appui, le tube étant en un matériau homogène et ductile et ayant une section droite inférieure à celle du maître couple du projectile. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de propulsion sont constitués par un lanceur à gaz comprimé, pyrotechnique ou électromagnétique. 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le tube a une longueur comprise entre 2 et 5 m. 6. Dispositif suivant la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le tube est en une nuance d'acier inoxydable utilisée pour le laminage à froid. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le projectile présente à l'avant une forme profilée pour que le contact initial avec le tube s'effectue sur une portion évasée. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le projectile a une face avant sensiblement hémisphérique, au moins dans la zone d'entrée en contact. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le tube a une section interne variable. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le tube présente une augmentation locale de diamètre interne.