Brevet FR2840402A1 — publié le 20031205

s 1 2840402 Le domaine technique de ltinvention est celui des enveloppes generatrices d'eclats pour charge explosive. Les charges explosives connues comportent generalement une enveloppe en acier, fragilisee ou non' ou encore une enveloppe comprenant des eclats preformes (billes ou parallelepipedes) disposes entre deux etuls. Les brevets FR2807156, US5544589 et EP918206 decrivent des enveloppes generatrices d' eclats connues. L'accroissement de la resistance des cibles conduit a rechercher une augmentation de lefficacite terminale des charges explosives. Une tel. le augmentation peut et re obtenue par l' augmentation de la masse et de l'efficacite des eclats. Les eclats vent d'autant plus efficaces que leur IS geometric est maitrisee. Il est facile de maltriser la geometric en mettant en muvre des eclats preformes. Cependant une telle solution est penalisante du point de vue du cout car la structure de la charge explosive est complexe, et comprend notamment des etuis de maintien des eclats. Une telle solution conduit egalement a definir des enveloppes multi couches. On reduit ainsi la masse du chargement explosif emporte et le rendement, done l'efficacite terminale en raison de la diminution de la vitesse des eclats. L'efficacite peut egalement etre accrue par une augmentation de la densite des eclats. Cependant les materiaux denses (tungstene, uranium) qui vent habituellement mis en muvre dans les projectiles explosifs ne permettent pas d'engendrer des eclats de taille et masse suffisante. Le brevet EP113833 decrit ainsi un projectile explosif comportant un corps en tungstene. Cependant les eclats engendres par un tel projectile ne vent pas homogenes et comprennent notamment une poussiere de tungstene n'ayant pas d'effet perforant. 2 2840402 C'est le but de l' invention que de proposer une enveloppe generatrice d' eclats ayant une efficacite amelioree par rapport aux enveloppes connues. Ainsi linvention a pour objet une enveloppe generatrice S d' eclats pour charge explosive, enveloppe caracterisee en ce quielle est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure a 120 J/cm2, un taux d'allongement superieur a 10% et une resistance a la rupture superieure a 930 Mpa. D'une facon preferee, lenveloppe sera realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure ou egale a 200 J/cm2, un taux dallongement superieur ou egal a 22% et une resistance a la rupture superieure ou egale a 1000 Mpa. L'enveloppe pourra etre realisee en un alliage de tungstene ayant: une resilience de 380 J/cm2, un taux d'allongement de 35% et une resistance a la rupture de 1020 Mpa, ou bien une resilience de 320 J/cm2, un taux d 7 allongement de 30% et une resistance a la rupture de 1060 Mpa, ou bien une resilience de 200 J/cm2 r un taux d'allongement de 22G et une resistance a la rupture de 1150 Mpa. Avantageusement l' epaisseur de l' enveloppe sera comprise entre 2 mm et mm. L'enveloppe pourra porter un reseau de lignes de fragilisationO Cette fragllisation pourra etre realisee sur une profondeur comprise entre 2% et 50 % de liepaisseur de ltenveloppe L' invention a egalement pour objet une charge explosive generatrice d' eclats incorporant une telle enveloppe ainsi qutune munition comprenant une telle charge explosive. La charge selon l' invention a une efficacite superieure a celle des charges a eclats connues car elle engendre des eclats homogenes et de masse superieure. Par ailleurs elle incorpore une enveloppe generatrice declats pouvant avoir une geometric simple, facilitant ainsi 3 2840402 la mise en muvre industrielle, et permettant l'emport d'une masse de chargement explosif importante' ce qui accrolt la vitesse des eclats, done leur efficaciteO Ainsi la charge explosive generatrice d' eclats selon S l' invention comprend un chargement explosif dispose dans une enveloppe generatrice dieclats ainsi qu'au moins un initiateur pour ce chargement, elle est caracterisee en ce que ltenveloppe generatrice d'eclats est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure a 120 J/cm2, un taux d'allongement superieur a 10% et une resistance a la rupture superieure a 930 Mpa De preference, l'enveloppe sera realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure ou egale a 200 J/cm2, un taux d'allongement superieur ou egal a 22% et une resistance a la rupture superieure ou egale a 1000 Mpa. L'enveloppe pourra etre realisee en un alliage de tungstene ayant: une resilience de 380 J/cm2, un taux d'allongement de 35% et une resistance a la rupture de 1020 Mpa, ou bien une resilience de 320 J/cm2/ un taux d'allongement de 30% et une resistance a la rupture de 1060 Mpa, ou bien une resilience de 200 J/cm2 F un taux d'allongement de 22% et une resistance a la rupture de 1150 Mpa. L'enveloppe generatrice d' eclats pourra avoir une epaisseur comprise entre 2 mm et 8 mm et porter un reseau de lignes de fragilisation. La fragilisation pourra etre realisee sur une profondeur comprise entre 2% et 50% de l'epaisseur de l'enveloppe Avantageusement l'enveloppe pourra etre fermee par au moins un couvercle presentant une portee cylindrique au niveau de laquelle elle est positionnee, couvercle dont l'enveloppe sera rendue solidaire par des vis transversales, par soudure laser ou par brasage. De preference au moins un couvercle sera realise en un materiau de densite inferieure a celle du materisu d'enveloppe, par exemple en acier inoxydable. 4 2840402 La munition selon linvention est caracterisee en ce que l'enveloppe assure la liaison mecanique entre une partie avant et une partie arriere de la munition formant ainsi une partie de la structure du corps de munition. s Ltinvention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de realisation' description faite en reference aux figures annexees et dans lesquelles o - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une charge explosive selon un premier mode de realisation de 1 inventionr - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une charge explosive selon un deuxieme mode de realisation de 1' invention' - la figure 3 est une coupe longitudinale d'une charge explosive selon un troisieme mode de realisation de 1 invention, - les figures 4 et 5 vent des vues externes d'une charge selon l' invention montrant la geometric des lignes de fragilisation, - la figure 6 montre en demi coupe longitudinale partielle une munition incorporant une charge selon l' invention. La figure 1 montre une charge explosive 1 comprenant une 2s enveloppe 2 fermee a chaque extremite par un couvercle 3 et 5 et renfermant un chargement explosif 4. Le couvercle 5 porte un detonateur 6 ainsi qu'un ou plusieurs relais de detonation 7 de masse et forme appropriees. Conformement a l' invention l'enveloppe 2 est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure a 120 J/cm2, un taux d'allongement superieur a 10% et une resistance a la rupture superieure a 930 MPa (mega pascals). La densite de l'alliage de tungstene sera comprise entre 3s 17 et 18,8, ce qui correspond a un taux de tungstene compris entre 90% et 98%. 2840402 L'epaisseur de l 7 enveloppe 2 sera de preference comprise entre 2 et 8 mm. Cette epaisseur sera bien entendu determinee en fonction du calibre de la charge consideree. Les couvercles 3 et 5 seront de preference realises en un S materiau ayant une densite inferieure a celle du materisu d'enveloppe. En effet, si ces couvercles participant au confinement du chargement explosif 4, les eclats ou fragments qu'ils engendrent ne participant pas a l'efficacite de la charge lo Les couvercles seront done realises de facon a etre les plus legers possibles ce qui ameliorera le rapport masse efficace sur masse totale de la charge explosive 1. On pourra ainsi realiser les couvercles 3 et 5 en alliage d'aluminium en titane ou en acier, par exemple en acier inoxydable. Le choix de materiau d'enveloppe 2 propose par ltinvention permet d'une facon surprenante d 7 assurer une fragmentation naturelle de l'enveloppe en alliage de tungstene sous la forme declats relativement homogenes d'environ 0r5 grammes a 8 grammes de masse selon l'alliage mis en oeuvre. Cette derriere valeur (8 g) correspond a une charge de 90 mm de calibre ayant une enveloppe de 4 mm d'epaisseur. Pratiquement aucune poussiere de tungstene n'est done engendree par la detonation. Il en resulte une efficacite perforante importante pour 2s la charge et un rapport de la masse efficace de la charge sur la masse totale qui est important. On a ainsi realise un certain nombre d'essais comparatifs de materiaux en fabriquant des enveloppes de charge presentant un rapport masse a projeter sur masse d'explosif egal a quatre. Toutes les enveloppes ont ete chargees en hexolite 60/40 (60% d'hexogene, 40% de tolite). Les resultats des essais vent resumes dans le tableau suivant: 3s 6 2840402 N du Resilience Allongement Resistance Masse moyenne materiau (J/cm2) (%) a la des eclats teste rupture engendres (en (Mega milligramme) Pascal) 1 120 25 935 55 2 320 30 1060 74 3 10 7 600 4 85 20 720 60 15 730 6 380 35 1020 73 7 200 22 1150 75 8 200 14 1300 63 Les enveloppes ont ete realisees par frittage sous compression isostatique d'une poudre comprenant au moins 90% de tungstene ainsi que des materiaux d'addition et ayant une densite apres frittage comprise entre 17 et 18,8. Les materiaux presentant de telles caracteristiques mecaniques peuvent aisement etre obtenus aupres des industrial s special i s es dans la mi s e en muvre du tungstene fritte. On const at e que seul s les echantil lons present ant a la fois une resilience superieure a 120 J/cm2, un taux d'allongement superieur a 10% et une resistance a la rupture superieure a 930 Mpa permettent d'obtenir des eclats homogenes en fragmentation naturelle. IS Les masses moyenne des eclats vent particulierement interessantes (superieures a 70 mg) avec des alliages presentant a la fois une resilience superieure a 200 J/cm2, un taux d'allongement superieur a 22% et une resistance a la rupture superieure a 1000 Mpa. Les meilleurs alliages vent coux des echantillons: N 2 resilience 320 J/cm2, allongement 30%, resistance a la rupture 1060 Mpa. N 6 resilience 380 J/cm2/ allongement 35%, resistance a la rupture 1020 Mpa. 7 2840402 N 7 resilience 200 J/cm2 F allongement 22%' resistance a la rupture 1150 Mpa. Les resultats obtenus vent surprenants compte tenu des enseignements de l'art anterieur qui proposent des S projectiles a enveloppe tungstene fournissant un melange d' eclats et de poussiere de tungstene et pouvant apporter un effet de souffle (ou incendiaire sur les reservoirs de carburant) ce qui est generalement l'effet principal recherche avec de tels projectiles. En fait les charges connues a ce j our et concues pour projeter des eclats de tungstene a capacite perforante mettent tonj ours en muvre des eclats preformes (billes ou cubes) disposes entre deux enveloppes de protection. Une enveloppe interne est en particulier necessaire pour amortir IS l'onde de choc engendree par lexplosif et empecher la destruction des eclats preformes. Les charges connues vent done de realisation complexe et couteuse et elles ont une efficacite reduite par l' obligation qui est faite d'amortir les effete de londe de choc sur les eclats preformes. L'enveloppe generatrice d'eclats 2 selon l' invention permet done de simplifier considerablement l' architecture de la charge explosive. En effet l'enveloppe est realisee en un materiau homogene dont l'epaisseur raisonnable (2 a 8 mm 2s selon calibre) permet un emport en explosif consequent et une efficacite optimale. L'enveloppe 2 decrite a la figure 1 est ici realisee sous la forme d'un tube cylindrique d'axe 8. Toute autre geometric d'enveloppe serait evidemment possible. On pourra notamment realiser l'enveloppe sous la forme d'un corps de projectile (par exemple d'obus de gros calibre ou de bombe air / sol) presentant un profil externe aerodynamique. Ce profil pourra etre monobloc et eventuellement ferme au niveau de sa partie avant ogivee. 8 2840402 Les figures 2, 3, 4 et 5 montrent des variantes de l' invention dans laquelle on a realise sur l'enveloppe 2 generatrice d' eclats un reseau 9 de lignes de fragilisation. La figure 2 montre un reseau 9 de lignes de fragilisation S obtenues par usinage de rainures sur la surface externe de l'enveloppe. La figure 3 montre un reseau 9 obtenu par traitement thermique localise de la surface externe de l'enveloppe. Echauffement ou usinage seront dans tous les cas realises suivant un reseau 9 comprenant des lignes: droites 10 (paralleles a l'axe 8 de la charge) et circulaires 11 (centrees sur ltaxe 8 de la charge) (voir la figure 4) ou helicoidales 12 (figure 5). De tel. s reseaux de fragil i sat ion vent bien connus de l'Homme du Metier. Ils peuvent egalement etre realises sur la surface interne de l'enveloppe. Le traitement thermique ou mecanique pourra etre effectue par laser, bombardement electronique, traitement de surface localise (tel qu'une carburation). Un tel reseau permet de maltriser de facon plus precise la geometric, done la masse des eclats engendres par la charge. On pourra par exemple se reporter au brevet FR2438686 qul decrit differents procedes de fragilisation d'enveloppes de charges explosives en acier. Ces procedes vent adaptables a la charge a enveloppe tungstene selon l' invention. Le s parametres de la fragi l i sation seront bi en entendu adaptes par l'Homme du Metier en fonction de la nature du materiau mis en uvre et des dimensions de la charge a fabriquer. Il suffira pour une charge a enveloppe tungstene selon l' invention de realiser une fragilisation sur une profondeur comprise entre 2% et 50 % de l'epaisseur de l'enveloppe. 9 2840402 Dans le cas d'un usinage on realisera done des rainures sur une profondeur comprise entre 2% et 50% de l'epaisseur de l'enveloppe. Dans le cas de traitement thermique on realisera un echauffement localise provoquant un recuit du materiau sur une profondeur comprise entre 2% et 10% de lepaisseur de l'enveloppe. La figure 6 montre une munition incorporant une charge explosive 1 selon l' invention. L'enveloppe 2 porte un reseau 9 de fragilisation par traitement thermique ou de surface et elle est fermee a chaque extremite par un couvercle 3, 5 Ce mode de fragilisation est ici prefere a l'usinage afin de ne pas degrader la resistance mecanique de l'enveloppe 2 a la flexionO Chaque couvercle presente une portee cylindrique 13, 15 qui recoit lenveloppe 2. L'enveloppe 2 est rendue solidaire des couvercles par des vis transversales 14 (dons seul laxe est ici represente)O L' axe des vis est dispose a une distance D de l ' extremite de l'enveloppe 2 qui est superieure ou egale au diametre des vis cela afin de ne pas fragiliser de facon excessive l'enveloppe au niveau des vis de fixation 14. Il serait egalement possible d' assurer la solidarisation de l'enveloppe 2 et des couvercles par soudure laser ou bien par brasage. La soudure ou le brasage sera realise au droit des portees cylindriques 13 et 15 par exemple suivant la direction des axes 14. On pourra pour cela realiser les couvercles en acier comportant du nickel par exemple en acier inoxydable. L'alliage de tungstene incorporant lui aussi du nickel, la fusion de cet element a la fois dans l'enveloppe et dans le couvercle lors d'une soudure laser assurera le brasage. La munition representee a la figure 6 comprend une partie avant 16 (qui renferme par exemple un autodirecteur et/ou un i 2840402 detecteur de cible) ainsi quune partie arriere 17 qui renferme par exemple un propulseur. Les parties avant 16 et arriere 17 vent rendues solidaires du couvercle avant 3, ou arriere 5 respectivement' s par des moyens de fixation non representes (vissage, soudage). Conformement a l' invention ltenveloppe 2 liee aux couvercles 3 et 5 assure la liaison mecanique entre la partie avant 16 et la partie arriere 17 de la munition. L'enveloppe 2 forme ainsi a elle seule un troncon de la structure du corps de la munitionO Une telle disposition est rendue possible grace a l'enveloppe selon l' invention dont la tenue mecanique (notamment a la flexion) est suffisante pour assurer une IS telle liaison tout en assurant cependant la formation d'eclats souhaitesO Par ailleurs le couvercle arriere 5 qui porte le detonateur 6 comporte une portee cylindrique 15 ayant le meme diametre que l'enveloppe 2 et la partie arriere 17. Ainsi les efforts axiaux vent transmis directement de l'enveloppe 2 a la partie arriere 17 sans contraindre le couvercle arriere 5. Il n'est plus necessaire avec l'enveloppe selon l' invention de realiser un corps de munition assurant la tenue mecanique structurale de la munition et a l'interieur duquel serait disposee une enveloppe generatrice d'eclats preformes. L'enveloppe selon l' invention permet done la realisation de munitions de structure mecanique extremement simple. 1i 2840402 REVENDICATIONS 1- Enveloppe (2) generatrice declats pour charge explosive/ enveloppe caracterisee en ce qu' elle est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure a J/cm2, un taux d'allongement superieur a 10% et une resistance a la rupture superieure a 930 Mpa. 2- Enveloppe selon la revendication 1, caracterisee en ce qu'elle est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure ou egale a 200 J/cm2 r un taux dallongement superieur ou egal a 22% et une resistance a la rupture superieure ou egale a 1000 Mpa. 3- Enveloppe selon la revendication 2, caracterisee en ce qutelle est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience de 380 J/cm2, un taux d'allongement de 35% et une resistance a la rupture de 1020 Mpa. 4- Enveloppe selon la revendication 2, caracterisee en ce qu'elle est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience de 320 J/cm2, un taux d'allongement de 30% et une resistance a la rupture de 1060 Mpa. - Enveloppe selon la revendication 2, caracterisee en ce qu'elle est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience de 200 J/cm2 f un taux d'allongement de 22% et une resistance a la rupture de 1150 Mpa. 2s 6- Enveloppe selon une des revendications 1 a 5, caracterisee en ce qu 7 elle a une epaisseur comprise entre 2 mm et 8 mm. 7- Enveloppe (2) selon une des revendications 1 a 6, caracterisee en ce qu'elle porte un reseau (9) de lignes de fragilisation. 8- Enveloppe selon la revendication 7, caracterisee en ce que la fragilisation (9) est realisee sur une profondeur comprise entre 2% et 50 % de l'epaisseur de l'enveloppe (2). 9- Charge explosive (1) generatrice d' eclats comprenant un chargement explosif (4) dispose dans une enveloppe (2) generatrice d'eclats ainsi qu'au moins un initiateur (6) pour 12 2840402 ce chargement, charge caracterisee en ce que 1'enveloppe (2) generatrice dieclats est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure a 120 J/cm2, un taux d'allongement superieur a 10% et une resistance a la rupture superieure a 930 Mpa. - Charge explosive selon la revendication 9, caracterisee en ce que l'enveloppe (2) est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience superieure ou egale a 200 J/cm2, un taux d'allongement superieur ou egal a 22% et une resistance a la rupture superieure ou egale a 1000 Mpa. 11- Charge explosive selon une des revendications 9 ou , caracterisee en ce que l'enveloppe (2) est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience de 380 J/cm2, un taux d'allongement de 35% et une resistance a la rupture de 1020 Mpa. 12- Charge explosive selon une des revendications 9 ou , caracterisee en ce que lenveloppe (2) est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience de 320 J/cm2, un taux d'allongement de 30% et une resistance a la rupture de 1060 Mpa. 13- Charge explosive selon une des revendications 9 ou , caracterisee en ce que l 7 enveloppe (2) est realisee en un alliage de tungstene ayant une resilience de 200 J/cm2, un taux d'allongement de 22% et une resistance a la rupture de 1150 Mpa. 14- Charge explosive selon une des revendications 9 a 13, caracterisee en ce que l'enveloppe (2) generatrice d' eclats a une epaisseur comprise entre 2 mm et 8 mm. - Charge explosive selon une des revendications 9 a 14, caracterisee en ce que l'enveloppe (2) generatrice d' eclats porte un reseau (9) de lignes de fragilisation. 16- Charge explosive selon la revendication 15, caracterisee en ce que la fragilisation (9) est realisee sur une profondeur comprise entre 2% et 50% de l'epaisseur de l'enveloppe 13 2840402 17- Charge explosive selon une des revendications 9 a 16, caracterisee en ce que l'enveloppe (2) est fermee par au moins un couvercle- (3j5) presentant une portee cylindrique (1315) au niveau de laquelle elle est positionnee, couvercle s dont l'enveloppe est rendue solidaire par des vis transversales (14), par soudure laser ou par brasage 18- Charge explosive selon la revendication 17 r caracterisee en ce qu'au moins un couvercle (3,5) est realise en un materiau de densite inferieure a celle du materiau de ltenveloppe (2). 19- Charge explosive selon la revendication 18, caracterisee en ce qu'au moins un couvercle (3,5) est realise en acier inoxydable. - Munition incorporant une charge explosive (1) selon l'une des revendications 9 a 19, caracterisee en ce que lenveloppe (2) assure la liaison mecanique entre une partie avant (16) et une partie arriere (17) de la munition formant