Brevet FR2826441A1 — publié le 20021227

La présente invention concerne un obus à fragmentations destiné à des objectifs techniques, cet obus ayant une charge explosive déclenchée par une détonation, la charge étant entourée d'une enveloppe extérieure à fragmentations et d'une enveloppe intérieure à l'intérieur de l'enveloppe extérieure, cette enveloppe intérieure ayant une structure d'encoches formant des surfaces partielles polygonales. Un obus à fragmentations agit habituellement radialement par rapport à son axe principal ; l'effet obtenu dépend de la nature des éclats. Une enveloppe d'obus non structurée se décompose au moment du déclenchement de la charge explosive en des éclats dits naturels avec une partie importante de petits éclats, c'est-à-dire de faible puissance. On peut influencer la répartition de la masse des éclats naturels à l'aide de moyens connus seulement de façon très limitée. D'un autre côté, on a une demande croissante d'obus qui doivent se fragmenter de manière optimisée en fonction de l'objectif. Selon le document EP 0999 425 Al, on connaît un obus à fragmentation dans lequel la charge explosive est entourée par une combinaison formée d'une enveloppe intérieure et d'une enveloppe extérieure. L'enveloppe intérieure présente un réseau d'encoches formant des surfaces partielles polygonales. Le réseau d'encoches lui-même est constitué par des rainures perpendiculaires à la paroi extérieure de l'enveloppe intérieure et dont les entretoises formant la clôture, du côté de la charge explosive, sont parallèles à la paroi extérieure de l'enveloppe intérieure. La section des rainures peut être rectangulaire ou triangulaire. Un intérêt plus particulier est porté à la fabrication de l'enveloppe intérieure en des matériaux ayant une faible impédance sonore. La présente invention a pour but d'influencer la formation des éclats à l'aide de l'enveloppe formant des éclats avec un obus pour que le rapport quantitatif entre les éclats primaires formés à la taille souhaitée et les éclats secondaires inévitables soit amélioré de manière significative pour augmenter l'effet de souffle ou l'effet incendiaire au niveau de l'objectif. A cet effet, l'invention concerne un obus du type défini cidessus, caractérisé en ce que le plan médian des rainures de la structure à encoches fait un angle aigu (ss) par rapport à la perpendiculaire à la surface de séparation entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure, et/ou les entretoises des rainures ont une épaisseur croissante (C) sur la largeur (B) des entretoises. Un avantage particulier de l'invention est qu'à l'aide du réseau d'encoches de l'enveloppe intérieure, on peut optimiser l'effet de fragmentation dans une plage très étendue de façon à influencer de manière contrôlée la formation des éclats du point de vue de leur taille en fonction de l'objectif. En particulier les optimisations suivantes peuvent être réalisées par la mise en forme selon l'invention des rainures formant le réseau d'encoches. Pour doubler le nombre d'éclats primaires souhaité avec une taille définie, on sélectionne l'épaisseur de l'enveloppe intérieure en métal en vue de définir la masse et le volume des éclats provenant de l'enveloppe extérieure et de l'enveloppe intérieure, pour obtenir la même puissance de perforation pour les deux types d'éclats. En variante, on peut également influencer la formation des éclats pour que la puissance de perforation soit différente selon le rapport souhaité. Par exemple, les parois latérales des rainures sont parallèles ou s'ouvrent suivant une forme conique et/ou les entretoises sont fabriquées en une autre matière que la partie restante de l'enveloppe intérieure. Pour optimiser le poids on peut fabriquer l'enveloppe extérieure, complètement en matière plastique. Les entretoises des rainures, cassées et accélérées par la pression de la détonation, sont parfaitement en mesure de réaliser des encoches dans l'enveloppe extérieure, jusqu'à une certaine épaisseur et préparer ainsi une décomposition contrôlée. Pour l'application aux enveloppes extérieures plus épaisses, on utilise des enveloppes intérieures dont les zones des entretoises sont formées d'une couche métallique correspondant à l'épaisseur des entretoises. L'autre partie de l'enveloppe intérieure est alors en matière plastique. Les entretoises métalliques conviennent particulièrement bien pour créer un modèle d'encoche dans l'enveloppe extérieure. Il faut prendre compte du rapport des masses entre la masse d'explosif C disponible et l'ensemble de la masse des enveloppes M (enveloppe intérieure 1 et enveloppe extérieure 2). Par un choix approprié de la matière de l'enveloppe intérieure 1 et de l'épaisseur d de cette enveloppe intérieure 1, on influence la masse M et ainsi la vitesse v. On optimise ainsi l'énergie cinétique 1/2 Mv2 et l'impulsion Mv. Les deux paramètres sont très importants pour la puissance des éclats de l'obus. On cherche le maximum de la fonction connue C/ (C+M) si l'on veut un maximum de conversion de l'énergie chimique en énergie cinétique et impulsion. Il est avantageux de fabriquer les entretoises à partir d'une couche métallique pour optimiser la décomposition de l'enveloppe extérieure et en même temps former l'autre partie de l'enveloppe intérieure à partir d'une matière pyrophore pressée et frittée (par exemple du zirconium). Cette combinaison fait qu'après le passage de l'onde de détonation et la décomposition commençante de l'enveloppe extérieure, la matière pyrophore se décompose en poussières, ce qui augmente l'effet incendiaire du fait de l'augmentation considérable de la surface. Suivant la largeur et l'épaisseur des entretoises, on peut influencer l'augmentation de l'effet incendiaire. L'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure laissent entre elles un léger intervalle (A). Selon la technique des charges explosives, on connaît l'effet de placage . On accélère une plaque métallique par détonation contre une seconde plaque métallique située à faible distance. A moment de l'impact, la pression dépasse localement les limites de fluage de la matière. Ainsi, les deux plaques sont soudées l'une à l'autre . Selon l'effet de soudage souhaité, on choisit les paramètres tels que la distance, l'accélération et la matière. Une distance de l'ordre de 1 mm prédéterminée, entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure, facilite cette opération. L'intervalle obtenu peut être rempli avec de l'air ou un liquide. Les rainures du réseau d'encoches sont ainsi couvertes par une mince feuille de matière plastique. Lorsque le liquide et/ou la feuille est enlevé de l'intervalle avant la détonation, les éclats provenant de l'enveloppe intérieure se soudent à ceux de l'enveloppe extérieure. On double ainsi sensiblement la masse des éclats. La liaison soudée n'a pas à être particulièrement accentuée. Il suffit que les deux éclats restent l'un contre l'autre. Au niveau de l'objectif, cela augmente d'autant la puissance développée par la masse des éclats. Si l'intervalle est rempli d'un liquide ou d'une feuille de matière plastique que l'on peut enlever, on évite que les parties en forme de plaques de l'enveloppe intérieure et de l'enveloppe extérieure se choquent brutalement. Dans ce cas on forme de manière contrôlée des éclats et s'il n'y a pas soudage entre les parties de l'enveloppe intérieure et de l'enveloppe extérieure. Des essais ont montré que les aciers même à des pressions situées en dessous des valeurs caractéristiques des pressions de détona- tion présentent un passage de phase. Après la décharge de pression, le matériau revient à la phase initiale avec toutefois une microstructure modifiée. Pour cette modification il faut de l'énergie qui finalement provient de l'énergie cinétique des éclats. Par un choix adéquat des matières, on peut, par exemple dans le cadre de l'invention, par une adaptation erronée, voulue de l'impédance de l'onde sonore, éviter le passage de phase dans l'enveloppe intérieure et dans l'enveloppe extérieure et augmenter ainsi l'énergie cinétique des éclats. Enfin, par une combinaison appropriée des matériaux de l'enveloppe intérieure et de l'enveloppe extérieure on libère une énergie de réaction supplémentaire. Il est connu que certaines combinaisons de matériaux telles que la combinaison Téflon/aluminium ou la combinaison titane/graphite-ciment, aux fortes contraintes de pression comme par exemple sous l'effet d'une onde de pression de détonation, réagissent uniquement les unes avec les autres. A côté de la formation contrôlée d'éclats, cela permet également d'utiliser l'énergie supplémentaire fournie par la réaction chimique. Les petits éclats secondaires, qui existent toujours et proviennent de la zone d'entretoises et de la zone d'encoches, participent avec leur surface à cet effet. Ce renforcement de l'effet s'obtient également si l'ensemble ou des parties de l'enveloppe intérieure sont fabriqués en un matériau cassant (matériau fritté). On peut prévoir avantageusement que les rainures de la structure à encoches forment un réseau de surfaces partielles en forme de losanges ou de parallélogrammes, et le grand axe (L) des surfaces partielles en losanges ou en parallélogrammes est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'obus. Dans ce cas, l'angle aigu (a) des surfaces partielles en forme de parallélogrammes ou de losanges est supérieur à 45 et inférieur à 90 , et de préférence égal à 60 . Selon d'autres caractéristiques avantageuses : - la profondeur (t) des rainures formant la structure en encoches est sensiblement inférieure à l'épaisseur (d) de l'enveloppe intérieure, - la largeur (B) des rainures formant la structure en encoches n'est pas inférieure à 1/5 ni supérieure à 1/1 de l'épaisseur (D) de l'enveloppe extérieure, - l'épaisseur (d) de l'enveloppe intérieure correspond à environ 0,1 jus- qu'à 1 fois l'épaisseur (D) de l'enveloppe extérieure. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus de la surface structurée de l'enveloppe intérieure d'un obus, - la figure 2a est une coupe de l'enveloppe extérieure avec une progression d'encoches selon l'état de la technique, - la figure 2b est une coupe d'une enveloppe extérieure avec une pro- gression d'encoches selon l'invention, - la figure 3a est une coupe de l'enveloppe intérieure et de l'enveloppe extérieure avec des parois de rainures, perpendiculaires et une épais- seur d'entretoise variable, - la figure 3b est une coupe d'une enveloppe intérieure et d'une enve- loppe extérieure avec des parois de rainures inclinées et une épaisseur d'entretoise constante, - la figure 3c est une coupe à travers l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure avec des parois de rainures inclinées et une épaisseur d'entretoise variable. Selon l'invention, la formation contrôlée d'éclats de taille souhaitée sans affaiblissement préalable de l'enveloppe extérieure 2 de l'obus, après déclenchement de la charge explosive, s'obtient à l'aide de l'enveloppe intérieure 1 mettant en oeuvre les mécanismes suivants produisant une décomposition contrôlée de l'enveloppe extérieure 2 déclenchée au niveau des encoches 4 : effet d'éclatement du côté extérieur de l'enveloppe extérieure 2 ; pénétration du côté intérieur de l'enveloppe 2 ; canalisation et ainsi augmentation importante de la pression de détonation par les encoches 4. La combinaison de ces éléments conduit au dérangement local de l'enveloppe extérieure 2 au niveau des encoches 4 et ainsi à la décomposition contrôlée en surface partielle 3. Le déroulement détaillé sera décrit ci-après. Les figures 3a-3c montrent une partie d'une coupe à travers l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure d'un obus. L'enveloppe intérieure 1, dont l'épaisseur d est de l'ordre de 0,1 à 1 fois l'épaisseur D de l'enveloppe 2 extérieure, adjacente, formant les éclats, comporte des rainures 6 à intervalles réguliers réalisées dans la structure d'encoches 4 représentée à la figure 1. Les rainures ont une largeur b qui se situe de préférence dans une plage de 1/5 jusqu'à 1/1 de l'épaisseur d de l'enveloppe intérieure 1. La profondeur t est habituellement légèrement inférieure à l'épaisseur d de l'enveloppe intérieure 1 de sorte que le fond des rainures 6 constitue une entretoise mince 8. L'enveloppe intérieure 1 est entourée complètement par l'enveloppe extérieure 2 qui fréquemment fait partie de l'enveloppe du corps du projectile. L'enveloppe extérieure 2 se caractérise en ce qu'elle est totalement homogène sans aucune encoche. Les figures 3a-3c montrent différentes formes de réalisation de rainures 6 et d'entretoises 8. L'objectif de chaque configuration est de reproduire une encoche 9b asymétrique de l'enveloppe extérieure 2 comme le montre la figure 2b. Contrairement à cela, la figure 2a montre le cas résultant de la configuration de l'état de la technique. A l'aide des répartitions actuelles de rainures et d'entretoises, on a obtenu des encoches symétriques 9a dans l'enveloppe extérieure. Ces encoches entraînent la formation de fissures T sensiblement symétriques dans l'enveloppe extérieure 2 dont la position à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 2 est donnée par la profondeur des encoches 9a. Suivant la position des encoches de cisaillement T, on aura dans la zone immédiate des encoches, des éclats secondaires S plus ou moins grands 9a ; tous ces éclats diffèrent par leur taille et leur masse par rapport aux éclats primaires P. Les encoches 9b asymétriques générées selon l'invention selon la vue de la figure 2 conduisent, en combinaison avec les tensions engendrées dans l'enveloppe extérieure 2 par l'onde de pression, à la suppression de l'une des deux fissures (celle portant ici la référence (Tl). L'autre fissure 1'2 entraîne la fragmentation de l'enveloppe extérieure 2 en des éclats primaires P sensiblement de même taille. On élimine ainsi la formation des éclats secondaires S selon la figure 2a. On décrira ci-après la formation des encoches asymétriques 9b dans l'enveloppe extérieure 2 à l'aide des figures 3a-3c. L'onde de pression croissante développée par la charge explosive cisaille l'entretoise 8 et accélère celle-ci selon le principe de la plaque volante en direction de l'enveloppe 2 formant des éclats et qui est encore entière. A l'impact, on a des ondes de choc pénétrant dans l'enveloppe extérieure 2 et générant des ondes de traction dans sa surface extérieure ; ces dernières agissent finalement de manière destructive. Ainsi, on affaiblit la matière du côté extérieur. En même temps les entretoises 9 commencent à pénétrer de l'intérieur dans l'enveloppe extérieure 2. Cet effet est accentué en ce que la pression qui doit continuer à diminuer agit sur l'enveloppe intérieure 1. Les rainures 6 canalisent cette pression dans l'enveloppe extérieure 2. En- suite, les rainures 6 s'écroulent de façon croissante et l'enveloppe extérieure 2 est fortement affaiblie sur son côté intérieur, de sorte que globalement le volume de l'enveloppe extérieure 2 situé en dehors des rainures 6 est fortement secoué. Au cours de l'extension consécutive de l'enveloppe extérieure 2, des tensions périphériques se développent qui aboutissent au niveau des rainures 6 à des tensions de traction tellement importantes que l'enveloppe formant des éclats se décompose à cet endroit de manière contrôlée. Les rainures du mode de réalisation de la figure 3a sont réparties pour que leur plan médian 5 soit perpendiculaire à la paroi extérieure. Les entretoises 8 situées du côté de l'explosif sont réalisées pour générer des encoches asymétriques 9 dans l'enveloppe extérieure 2, pour que leur épaisseur C augmente en continu suivant leur largeur B. La distance des parois b des rainures correspond au niveau de l'entretoise 8 à leur largeur B et peut rester constante ou augmenter légèrement en direction de l'enveloppe extérieure 2. Dans le mode de réalisation de la figure 3b, l'épaisseur des entretoises 8 est constante suivant leur largeur B. Les plans moyens 9 des rainures 6 sont inclinés d'un angle P par rapport à la perpendiculaire à la paroi extérieure 7 pour créer des encoches asymétriques dans l'enveloppe extérieure 2. Cet angle est réglé avantageusement à une valeur de l'ordre de 200 à 300. Les encoches sont inclinées en s'écartant par rapport à la direction de circulation du front de détonation. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3b cela signifie que la détonation passe de la gauche vers la droite. Les deux modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent également être combinés comme le montre la figure 3c. Dans ce cas les entretoises 8 ont une épaisseur C croissant en continu en fonction de leur largeur B et en même temps le plan médian des rainures 6 est incliné de l'angle ss par rapport à la perpendiculaire à la paroi extérieure 7. Les figures 3a-3c montrent encore une autre possibilité de réalisation. Les parois extérieures 7 de l'enveloppe intérieure 1 et de l'enveloppe extérieure 2 peuvent être appliquées évidemment l'une contre l'autre. Suivant que l'on souhaite que les parois extérieures (faces extérieures 7) soient reliées l'une à l'autre au cours de la phase de formation d'éclats ou restent séparées, on aura une distance A correspondante entre les parois extérieures. Dans l'intervalle ainsi formé on peut placer une feuille ou un liquide que l'on peut enlever. Si on utilise un liquide il est intéressant de recouvrir les rainures 6 d'une feuille mince. Les rainures 6 forment sur la surface de l'enveloppe intérieure 1 une structure d'encoches 4 comme le mode de réalisation possible représenté à la figure 1. En principe on peut avoir des formes différentes pour les surfaces partielles 3 réalisées dans cette structure d'encoches 4. Du point de vue de l'optimisation de la formation des éclats, la forme de parallélogramme constitue un bon compromis, notamment la forme de losange (c'est-à-dire à côtés égaux). Les deux angles aigus a doivent avoir environ 60 . Seule la partie de la tension périphérique qui agit perpendiculairement au plan médian 5 soutient la décomposition de l'enveloppe extérieure 2. Pour un angle aigu a d'environ 600, cette fraction est déjà très élevée ; une réduction de l'angle a aboutirait à la formation de petits éclats. Grâce à la forme de losange, choisie de préférence, par opposition aux autres formes, la composante perpendiculaire de la tension périphérique aura la même amplitude au niveau des quatre côtés du losange, optimisant ainsi la décomposition. L'enveloppe extérieure 2 est en général en acier très résistant. Pour l'enveloppe intérieure 1 on peut également utiliser de l'acier mais les conditions posées à cet acier quant à la résistance ne seront pas aussi élevées si bien que cette enveloppe sera plus économique. Suivant l'application envisagée on peut également utiliser des matières à plus forte densité que l'acier (comme par exemple du tantale) ou encore des matières à densité plus faible que l'acier (par exemple du PVC ou du polytétrafluoréthylène). L'avantage de l'utilisation des métaux est que les éclats formés par l'enveloppe intérieure sont également d'importance balistique et peuvent même être conçus pour convenir tout particulièrement pour un certain spectre d'objectifs à combattre. L'utilisation de matière plastique offre l'avantage d'une économie de masse du fait d'une densité moindre ; les matières plastiques déformables ont également une autre caractéristique avantageuse. La géométrie de l'enveloppe extérieure et ainsi également celle de l'enveloppe intérieure ne sont pas nécessairement cylindriques. Par exemple on pourra envisager des formes coniques ou en col de bouteille. Les enveloppes intérieures 1 déformables peuvent être introduites de manière simple et sans décomposition ni division de l'enveloppe intérieure 1 dans l'enveloppe extérieure 2. L'effet de secousses des entretoises 8 dans le sens de plaques flottantes est plus prononcé pour l'enveloppe extérieure 2 si l'on uti- lise du métal à la place de la matière plastique pour l'enveloppe intérieure 1. De même, on peut également combiner la matière plastique et le métal. C'est ainsi que l'enveloppe intérieure 1 peut en principe être fabriquée en matière plastique et les entretoises 8 seront faibles ou ne seront pas réalisées. Dans cette enveloppe intérieure en matière plastique on collera alors une feuille métallique correspondant à l'épaisseur des entretoises ou encore une tôle mince découpée. Cela permet de combiner des enveloppes intérieures 1 en matière plastique avec des entretoises 8 en métal. Pour le dimensionnement des enveloppes il est avantageux de tenir compte des valeurs suivantes. L'épaisseur d de l'enveloppe intérieure 1 doit correspondre à 10 %-100 % de l'épaisseur D de l'enveloppe extérieure. La distance h entre deux faces opposées des surfaces partielles 3 est choisie avantageusement d'un ordre de grandeur de 1 à 5 fois l'épaisseur D de l'enveloppe extérieure 2. Un autre paramètre d'optimisation est la largeur b des rainures 6. La largeur doit de préférence se situer dans une plage 1/5 jusqu'à 1/1 de l'épaisseur d de l'enveloppe intérieure 1. Il peut également être avantageux d'augmenter la largeur. La plage de l'enveloppe extérieure 2 adjacente à la zone des rainures 6 sera fortement secouée par le déclenchement de la charge explosive. Cela signifie qu'il y aura formation également d'éclats relativement petits. Ce n'est que dans le cadre des surfaces partielles 3 que l'on peut générer des éclats contrôlés de taille souhaitée. Cela permet d'optimiser encore plus la puissance globale des éclats. REVENDICATIONS 1 ) Obus à fragmentations destiné à des objectifs techniques, comportant une charge explosive déclenchée par détonation, entourée d'une enveloppe extérieure (2) formant des éclats et d'une enveloppe intérieure (1), placée à l'intérieur de l'enveloppe extérieure (2) et ayant une structure d'encoches (4) formant des surfaces partielles (3) polygonales, caractérisé en ce que le plan médian (5) des rainures (6) de la structure à encoches (4) fait un angle aigu (ss) par rapport à la perpendiculaire à la surface de séparation (7) entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure, et/ou les entretoises (8) des rainures (6) ont une épaisseur croissante (C) sur la largeur (B) des entretoises. 2 ) Obus à fragmentations selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois latérales des rainures (6) sont parallèles ou s'ouvrent suivant une forme conique. 3 ) Obus à fragmentations selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entretoises (8) sont fabriquées en une autre matière que la partie restante de l'enveloppe intérieure (1). 4 ) Obus à fragmentations selon la revendication 3, caractérisé en ce que les entretoises (8) sont en métal et l'autre partie de l'enveloppe intérieure (1) est en matière plastique. 5 ) Obus à fragmentations selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre partie de l'enveloppe intérieure (1) est en une matière accentuant l'effet incendiaire. 6 ) Obus à fragmentations selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe intérieure (1) et l'enveloppe extérieure (2) laissent entre elles un léger intervalle (A). 7 ) Obus à fragmentations selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'intervalle (A) entre l'enveloppe intérieure (1) et l'enveloppe extérieure (2) est rempli d'un agent séparateur que l'on peut enlever. 8 ) Obus à fragmentations selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe intérieure (1) et l'enveloppe extérieure (2) sont réalisées en une combinaison de matières qui réagit chimiquement sous l'influence de la pression de détonation et libère de l'énergie de réaction. 9 ) Obus à fragmentations selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures (6) de la structure à encoches (4) forment un réseau de surfaces partielles (3) en forme de losanges ou de parallélogrammes, et le grand axe (L) des surfaces partielles (3) en losanges ou en parallélogrammes est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'obus. 10 ) Obus à fragmentations selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'angle aigu (a) des surfaces partielles (3) en forme de parallélogrammes ou de losanges est supérieur à 45 et inférieur à 90 , et de préférence égal 0 à 60 . 11 ) Obus à fragmentations selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur (t) des rainures (6) formant la structure en encoches est sensiblement inférieure à l'épaisseur (d) de l'enveloppe intérieure (1). 12 ) Obus à fragmentations selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur (B) des rainures (6) formant la structure en encoches n'est pas inférieure à 1/5 ni supérieure à 1/1 de l'épaisseur (D) de l'enveloppe extérieure (2). 13 ) Obus à fragmentations selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (d) de l'enveloppe intérieure (1) correspond à environ 0,1 jusqu'à 1 fois l'épaisseur (D) de l'enveloppe extérieure (2).