Brevet FR2819883A1 — publié le 20020726

La présente invention se situe dans le domaine militaire, plus particulièrement dans celui des munitions explosives à fragmentation, telles que notamment les bombes, à fragmentation contrôlée ou non, destinées par exemple à des opérations anti-pistes, anti-bunkers ou antivéhicules (navires, chars, blindés, etc). Les munitions explosives à fragmentation comprennent généralement une enveloppe métallique, préfragmentée ou non, contenant une charge explosive. Lors de la détonation de la charge, l'enveloppe se brise en formant des éclats dont les effets destructeurs sont recherchés. Ces effets sont d'autant plus intenses que la vitesse des éclats est élevée. Il est bien connu d'augmenter cette vitesse en utilisant des explosifs plus puissants, mais ceux-ci s'avèrent plus coûteux et plus sensibles, donc plus dangereux à manipuler et à stocker. L'homme du métier à donc le souci permanent, pour améliorer l'efficacité des munitions explosives à fragmentation, et notamment des bombes, de rechercher, pour un chargement explosif donné, de nouveaux concepts, notamment d'architecture, permettant d'accroître la vitesse des éclats obtenus. La présente invention propose une telle solution. Elle a pour objet un nouvel élément de munition explosive à fragmentation qui comprend: - une enveloppe, de préférence métallique, susceptible de générer des éclats, ayant un axe de révolution, - un chargement explosif contenu dans ladite enveloppe, ayant le même axe de révolution que celui de l'enveloppe, et comportant un évidement en forme de canal cylindrique dont les génératrices sont parallèles à l'axe de révolution du chargement explosif, - un moyen unique d'amorçage dudit chargement explosif. Ce nouvel élément de munition selon l'invention est caractérisé en ce que le moyen unique d'amorçage est un moyen d'amorçage périphérique, c'est à dire sur la surface de révolution, du chargement explosif, au niveau d'une seule génératrice de ce chargement explosif. Par moyen " comprend pas d'autre moyen d'amorçage. Par " surface de révolution ", il faut classiquement comprendre une surface engendrée par la rotation d'une courbe (génératrice) autour d'une droite fixe (axe de révolution). Par " génératrices " du canal cylindrique, il faut classiquement comprendre l'ensemble des droites parallèles s'appuyant sur une courbe plane fermée (directrice) définissant un cylindre. Ce nouveau concept d'architecture selon l'invention ne doit pas être interprété avec une rigueur mathématique. Le canal peut notamment n'être que cylindroïde et les génératrices peuvent n'être qu'approximativement parallèles à l'axe de révolution du chargement, qui lui-même peut ne pas être rigoureusement de révolution. Divers concepts d'amorçage de munitions explosives à fragmentation sont décrits dans l'état de la technique. Le brevet FR 2.778.978 décrit par exemple un projectile d'artillerie à fragmentation comprenant un chargement explosif contenu dans une enveloppe. L'amorçage du chargement s'effectue soit centralement dans la charge explosive, soit côté fond. Le brevet FR 2.748.102 décrit une munition à fragmentation dont le chargement explosif comporte un canal central cylindrique dans lequel est logé le moyen d'amorçage du chargement. Le brevet FR 2.679.640 décrit un appareillage d'amorçage multipoints destiné à constituer un conformateur d'onde de détonation pour les charges formées ou à éclats. L'amorçage n'est pas localisé sur une seule génératrice du chargement, et celui-ci ne comporte pas d'évidement en forme de canal cylindrique. Le concept d'architecture précité selon l'invention n'est donc pas connu de l'homme du métier. Il permet, de façon inattendue et particulièrement simple et peu coûteuse, d'accroitre considérablement, pour un chargement explosif donné, la vitesse des éclats obtenus, sans accroître les risques pyrotechniques liés à la manipulation et au stockage. Selon une variante particulièrement préférée de l'invention, l'enveloppe de révolution susceptible de générer des éclats et le chargement explosif de révolution qu'elle contient ont une forme cylindrique ou ogivale. Comme exemples d'autres formes de révolution, on peut citer les formes conique et tronconique. Selon une autre variante préférée de l'invention, le moyen d'amorçage périphérique du chargement est un moyen d'amorçage ponctuel. Le terme " ponctuel " ne doit pas être interprété avec une rigueur mathématique. En pratique, ce terme signifie une faible surface assimilable à un point comparativement à la surface totale de révolution du chargement. Un moyen d'amorçage usuel comprenant un détonateur et un relais cylindrique de diamètre lOmm en explosif de type hexocire en contact avec la périphérie d'un chargement de diamètre 150mm et de longueur lOOmm permet d'assurer un amorçage ponctuel localisé au niveau d'une seule génératrice du chargement explosif, au sens de la présente invention. Le tir d'une balle perforante en acier représente un autre exemple de moyen d'amorçage ponctuel localisé au niveau d'une seule génératrice du chargement selon l'invention. Selon une autre variante de l'invention, le moyen d'amorçage est un moyen d'amorçage multipoints, tous les points d'amorçage étant situés sur une même génératrice du chargement explosif. Selon une autre variante, le moyen d'amorçage est un moyen d'amorçage linéaire, sur tout ou partie d'une même génératrice du chargement explosif. Le terme " linéaire " doit être compris avec la même approximation géométrique que celle précitée relative au terme >. De façon générale, on peut utiliser tout moyen d'amorçage usuel bien connu de l'homme du métier, notamment de systèmes d'amorçage à booster d'explosif ou à élément projeté. Selon l'invention, la transition vers la détonation après l'amorçage peut être de type Transition-Choc- Détonation (TCD) ou de type Transition vers la Détonation retardée, encore appelée transition " inconnue " vers la détonation (TXD). Ces 2 mécanismes de transition vers la détonation sont bien connus de l'homme de métier. Selon la transition TCD, l'amorçage génère une onde de choc dont le niveau en pression et en durée de maintien est supérieur au seuil d'aptitude à la détonation du matériau énergétique qui est une caractéristique de ce matériau. Selon la transition TXD, dont la durée est beaucoup plus longue, l'amorçage génère une onde de choc dont le niveau en pression et en durée de maintien est inférieur au seuil de fonctionnement TCD précité. Cette onde de choc peu réactive endommage physiquement le matériau, puis, après réflexion sur la paroi de la munition et combinaison avec une autre onde, revient en surpression sur le matériau endommagé, ce qui provoque sa décomposition chimique et sa détonation. L'homme du métier sait, par calcul ou par expérimentation, choisir un moyen d'amorçage permettant, pour un chargement explosif donné, d'obtenir une transition vers la détonation du type TCD ou de type TXD. Selon une variante particulièrement préférée de l'invention, le moyen unique d'amorçage est tel qu'il puisse provoquer une transition TXD, en générant une onde de choc dont le niveau en pression et en durée de maintien est inférieur au seuil d'aptitude à la détonation du chargement explosif (seuil de fonctionnement TCD). De façon particulièrement inattendue, on a constaté que cette variante permettait d'accroître encore plus la vitesse des éclats obtenus comparativement à la variante d'amorçage avec transition vers la détonation de type TCD. Selon une autre variante préférée de l'invention, l'évidement en forme de canal cylindrique est situé dans le chargement en position centrale de telle sorte que l'axe de révolution du chargement explosif traverse l'évidement. Selon une autre variante préférée, la section du canal cylindrique constituant l'évidement est circulaire, elliptique, carrée, rectangulaire, trapézoïdale, polygonale ou étoilée. De façon particulièrement préférée, l'évidement est un canal cylindrique de révolution, c'est à dire que sa section est circulaire, dont l'axe coïncide, rigoureusement ou approximativement, avec l'axe de révolution du chargement explosif. Le rapport entre la section du chargement explosif et la section de l'évidement est de préférence et en général compris entre 5 et 100. L'évidement en forme de canal cylindrique peut transpercer le chargement explosif, c'est à dire comporter 2 ouvertures, ce qui est préféré, mais il peut aussi ne comporter qu'une seule ouverture, côté fond ou côté avant du chargement, ou bien encore ne comporter aucune ouverture, c'est à dire qu'il est alors emprisonné dans le chargement. L'évidement dans le chargement explosif est de préférence vide de toute matière, c'est à dire qu'il ne contient que de l'air ou un gaz quelconque, mais il peut aussi au moins partiellement contenir un matériau inerte de basse densité. Par " basse " densité, il faut comprendre une densité nettement inférieure à celle du matériau énergétique constituant le chargement explosif, c'est-à-dire inférieure à environ 70% de la densité du matériau énergétique. Comme exemples de tels matériaux inertes de basse densité, on peut citer les mousses et les caoutchoucs ayant une densité comprise entre environ 0,1 g/cm3 et environ 1,3 g/cm3. Selon l'invention, l'explosif constituant le chargement peut être tout explosif bien connu de l'homme du métier dans le domaine des munitions à fragmentation. Cet explosif est en général et de préférence un solide, mais il peut également être par exemple un liquide visqueux. Dans ce cas, l'évidement en forme de canal cylindrique doit bien entendu être matérialisé par une enveloppe solide, par exemple métallique. Les explosifs composites sont particulièrement préférés comme explosifs solides, c'est à dire des explosifs obtenus à partir de compositions explosives à liant plastique mises en oeuvre par coulée puis polymérisation, constituées d'un liant plastique chargé contenant au moins une charge explosive nitrée organique comme l'hexogène ou l'octogène. Comme exemples d'autres explosifs solides convenant bien dans le cadre de la présente invention, on peut citer les explosifs coulés fondus comme ceux à base de TNT (hexolites, octolites, etc...), et les explosifs à liant plastique mis en oeuvre par compression. La présente invention a également pour objet un procédé permettant d'accroître la vitesse des éclats obtenus lors de la détonation d'un élément de munition explosive à fragmentation comprenant: - une enveloppe susceptible de générer des éclats, ayant un axe de révolution, -un chargement explosif contenu dans ladite enveloppe, ayant le même axe de révolution que celui de l'enveloppe, et comportant un évidement en forme de canal cylindrique dont les génératrices sont parallèles à l'axe de révolution du chargement explosif. Ce nouveau procédé selon l'invention est caractérisé en ce que la détonation résulte d'un amorçage du chargement explosif uniquement localisé à la périphérie du chargement explosif, au niveau d'une seule génératrice de ce chargement explosif. De façon préférée, selon ce nouveau procédé, le moyen d'amorçage est tel qu'il provoque une transition vers une détonation de type TXD, c'est à dire que l'amorçage du chargement explosif génère une onde de choc dont le niveau en pression et en durée de maintien est inférieur au seuil d'aptitude à la détonation du chargement explosif. La figure 1 jointe représente une coupe schématique d'un élément de munition explosive à fragmentation selon l'invention. Dans la réalisation schématisée selon la figure 1, l'élément de munition comprend: - une enveloppe 1 métallique, cylindrique, susceptible de générer des éclats, ayant un axe de révolution 2, - un chargement explosif 3, contenu dans ladite enveloppe 1 et revêtu par ladite enveloppe 1. Ce chargement explosif 3 est donc cylindrique et possède le même axe de révolution 2 que celui de l'enveloppe 1. Le chargement explosif 3 comporte, sur toute sa longueur, un évidement 5 en forme de canal cylindrique dont les génératrices 6, 7 sont parallèles à l'axe de révolution 2 du chargement explosif 3. L'évidement 5, qui transperce le chargement explosif 3, est un canal cylindrique de révolution dont l'axe coïncide avec l'axe de révolution 2 du chargement explosif 3. - un moyen unique d'amorçage 4 du chargement explosif 3, permettant d'assurer un amorçage périphérique du chargement, au niveau d'une seule génératrice 8 du chargement explosif 3 cylindrique. Un dispositif expérimental 9, non détaillé figure 1, bien connu de l'homme du métier, permet de visualiser, à l'aide d'une caméra à balayage de fente, les phénomènes et effets produits après l'amorçage du chargement, et notamment de déterminer le type de la transition vers la détonation et la vitesse des éclats obtenus. L'axe de la fente est approximativement situé dans l'axe d'amorçage , du côté opposé à l'amorçage par rapport à l'élément de munition. Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention et les avantages qu'elle procure. Exemple 1 On a réalisé un élément de munition explosive à fragmentation comme schématisé figure 1, de longueur lOOmm. L'enveloppe 1 est lisse, en acier, d'épaisseur 1,5mm. Le diamètre extérieur du chargement explosif 3 est l50mm. Le diamètre de l'évidement 5 est 50mm. Le matériau énergétique constituant le chargement explosif 3 est un explosif composite constitué de 55% en poids d'octogène, 12% en poids de perchlorate d'ammonium, 3% en poids d'aluminium et 30% en poids d'une matrice polymérique énergétique réticulée obtenue par polymérisation, par le biuret trihexane isocyanate(BTHI), d'un polyadipate de diéthylèneglycol en présence d'un plastifiant énergétique constitué d'un mélange de nitroglycérine et de trinitrate de butanetriol. L'évidement 5 est classiquement obtenu à l'aide d'un noyau central positionné dans le moule avant la coulée de la composition explosive non polymérisée. Le moyen d'amorçage 4 comprend un détonateur haute tension usuel bien connu de l'homme du métier et un relais cylindrique en hexocire (95% d'hexogène et 5% de cire) de diamètre 10mm et hauteur lomm, bien en contact avec la surface de révolution du chargement explosif 3, grâce à une perforation de diamètre correspondant dans l'enveloppe 1. Après amorçage, on a pu constater, à l'aide du dispositif expérimental 9: - un mécanisme de transition vers la détonation de type TCD. - Une expansion quasi hémisphérique de l'enveloppe 1 en acier. - Une vitesse de relèvement de l'enveloppe 1 en fonction du temps, mesurée au niveau de la génératrice 11 opposée à la génératrice 8 sur laquelle se produit l'amorçage, permettant de déduire une vitesse initiale des éclats de 2870 m/s. Exempl 2z On a réalisé un élément de munition explosive à fragmentation identique à celui de l'exemple 1, mais dépourvu du détonateur, de son relais d'hexocire, et de la perforation correspondante de l'enveloppe 1. On a obtenu un amorçage périphérique du chargement explosif en tirant, vers la périphérie de l'enveloppe 1, avec un angle de tir de 90 par rapport au plan de tangence du point d'impact, c'est à dire selon l'axe d'amorçage 10 du côté opposé au dispositif expérimental 9 par rapport à l'élément de munition, une balle perforante en acier de type PF1, de diamètre 12,7mm, à la vitesse de 1000m/s. Cette balle perforante représente le moyen unique d'amorçage 4 selon l'invention et la figure 1. On a constaté, à l'aide du dispositif expérimental 9, un mécanisme de transition vers la détonation de type TXD, une expansion de l'enveloppe 1 qualitativement identique à celle observée pour l'exemple 1, mais quantitativement supérieure, puisque la courbe vitesse de relèvement de l'enveloppe en fonction du temps permet de déduire une vitesse initiale des éclats de 3370 m/s. Exemple comparatlf Cet exemple comparatif ne fait pas partie de l'invention. Il a été réalisé dans le seul but de bien mettre en évidence les avantages procurés par l'invention, et notamment le gain important obtenu en vitesse initiale des éclats. Selon cet exemple comparatif, on a tout d'abord réalisé un élément de munition explosive à fragmentation rigoureusement identique à celui de l'exemple 2. Après un amorçage plan conventionnel du chargement explosif, au niveau de l'une des 2 faces planes, à l'aide d'un générateur d'ondes planes (GOP) couplé à un relais en hexocire 95/5 de diamètre 10 mm et hauteur mm lui même couplé à un détonateur haute-tension usuel, on a constaté un mécanisme de transition vers la détonation de type TCD et une vitesse initiale des éclats de 2400 m/s. Le gain obtenu en vitesse initiale des éclats selon l'invention est donc de l'ordre de 20% selon la configuration objet de l'exemple 1 et de l'ordre de 40% selon la configuration objet de l'exemple 2. Revendications 1. Elément de munition explosive à fragmentation comprenant: - une enveloppe (1) susceptible de générer des éclats, ayant un axe de révolution (2), - un chargement explosif (3) contenu dans ladite enveloppe (1), ayant le même axe de révolution (2) que celui de l'enveloppe (1), et comportant un évidement (5) en forme de canal cylindrique dont les génératrices (6,7) sont parallèles à l'axe de révolution (2) du chargement explosif (3), - un moyen unique d'amorçage (4) dudit chargement explosif (3), caractérisé en ce que le moyen d'amorçage (4) est un moyen d'amorçage périphérique du chargement explosif (3), localisé au niveau d'une seule génératrice (8) de ce chargement explosif (3). 2. Elément de munition explosive selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'amorçage (4) est un moyen d'amorçage ponctuel. 3. Elément de munition explosive selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'amorçage (4) est un moyen d'amorçage multipoints, tous les points d'amorçage étant situés sur une même génératrice du chargement explosif (3). 4. Elément de munition explosive selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'amorçage (4) est un moyen d'amorçage linéaire, sur tout ou partie d'une même génératrice du chargement explosif (3). 5. Elément de munition explosive selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) génératrice d'éclats et le chargement explosif (3) ont une forme cylindrique ou ogivale. 6. Elément de munition explosive selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (5) en forme de canal cylindrique est situé en position centrale de telle sorte que l'axe de révolution (2) du chargement explosif (3) traverse l'évidement (5). 7. Elément de munition explosive selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (5) est un canal cylindrique de révolution dont l'axe coïncide avec l'axe de révolution (2) du chargement explosif (3). 8. Elément de munition explosive selon la revendication (1), caractérisé en ce que l'évidement (5) transperce le chargement explosif (3). 9. Elément de munition explosive selon la revendication (1), caractérisé en ce que le rapport entre la section du chargement explosif (3) et la section de l'évidement (5) est compris entre 5 et 100. 10. Elément de munition explosive selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (5) contient un matériau inerte de basse densité. 11. Elément de munition explosive selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'amorçage (4) est tel qu'il puisse générer une onde de choc dont le niveau en pression et en durée de maintien est inférieur au seuil d'aptitude à la détonation du chargement explosif (3). 12. Procédé permettant d'accroitre la vitesse des éclats obtenus lors de la détonation d'un élément de munition explosive à fragmentation comprenant: - une enveloppe (1) susceptible de générer des éclats ayant un axe de révolution (2), - un chargement explosif (3) contenu dans ladite enveloppe (1), ayant le même axe de révolution (2) que celui de l'enveloppe (1), et comportant un évidement (5) en forme de canal cylindrique dont les génératrices (6,7) sont parallèles à l'axe de révolution (2) du chargement explosif (3), caractérisé en ce que la détonation résulte d'un amorçage du chargement explosif (3) uniquement localisé à la périphérie du chargement explosif (3), au niveau d'une seule génératrice (8) de ce chargement explosif (3). 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'amorçage du chargement explosif (3) génère une onde de choc dont le niveau en pression et en durée de maintien est inférieur au seuil d'aptitude à la détonation du chargement explosif (3).