Brevet FR2848658A1 — publié le 20040618

L'invention concerne un obus d'artillerie à grande portée possédant un moteur-fusée. Dans le domaine militaire, on cherche constamment à augmenter la portée des obus d'artillerie avec un effet 5 minimal sur la charge utile et le système de distribution. En particulier, il faut que la configuration physique générale de l'obus classique soit conservée puisque, lorsque l'obus d'artillerie à longue portée correspond intimement aux dimensions externes et à la masse de l'obus classique, 10 l'obus peut être tiré avec les armes existantes d'artillerie sans dépasser la pression maximale acceptable à la bouche du canon. Un procédé permettant d'augmenter la portée d'un obus comprend l'incorporation d'un moteur-fusée à l'obus, allumé 15 après que l'obus a quitté le canon afin que l'obus subisse une impulsion supplémentaire qui augmente ainsi sa portée. On connaît déjà des moteurs-fusées pour des systèmes d'engins. Par exemple, le document GB-676 368 décrit un engin ayant un moteur-fusée dont le propergol est placé avec 20 une configuration de combustion par l'extrémité dans une chambre de combustion, une tuyère d'échappement placée axialement et un certain nombre d'ailettes cambrées ou inclinées destinées à interagir avec les gaz d'échappement et à donner à l'engin un certain degré de rotation sur lui-même. Cependant, les engins sont des munitions dont le cot est en général relativement élevé, une grande partie du volume étant constituée du moteur-fusée, et ils sont lancés par allumage du moteur-fusée. L'allumage s'effectue avant que les contraintes de lancement n'aient été appliquées et 30 toute l'énergie appliquée à l'engin est dérivée du moteurfusée, alors qu'un obus d'artillerie, qui est relativement peu coteux et comprend un volume important pour la charge, est tiré par un canon et le moteur-fusée n'est pas allumé avant un moment postérieur au lancement. L'accélération au 35 lancement subie par les obus d'artillerie (environ 16 000 g) peut être plus de 200 fois supérieure à celle que subissent les systèmes d'engins. Ces forces axiales élevées lors du lancement d'un obus d'artillerie pourraient provoquer un déplacement et une déformation du propergol dans le moteurfusée et provoqueraient donc une défaillance du moteur qui ne s'allumerait pas après lancement ou une défaillance catastrophique de l'obus. Habituellement, le moteur-fusée utilisé dans un obus de grande portée comprend un propergol solide réalisé avec une cavité centrale formée axialement sur toute la longueur du propergol et formant une chambre de pression. Dans cette 10 configuration, le propergol brle de la cavité vers l'extérieur en jouant le rôle d'un bloc perforé de propergol ou "bloc interne". Les produits gazeux de combustion produits par cette combustion sortent alors de la fusée par la tuyère placée à l'arrière du carter du moteur. Cependant, un problème posé par ce type de moteur-fusée est le fait que le bloc perforé de propergol peut se déformer lorsqu'il est soumis à des forces axiales élevées d'accélération subies au cours du lancement. Au cours de cette déformation, le propergol solide peut former une 20 fissure ou peut se déformer plastiquement avec fermeture de la cavité centrale. Dans les deux cas, il peut en résulter un défaut de fonctionnement du moteur et parfois une défaillance catastrophique de l'obus. Une solution de ce problème de la déformation comprend 25 la séparation du propergol en une série de blocs de plus petite longueur, suivant l'axe de l'obus, séparés les uns des autres par des supports ayant un trou central destiné à permettre le passage des produits gazeux de combustion vers la tuyère. Cependant, cette solution pose un problème sup30 plémentaire car le volume de la chambre de combustion disponible pour le propergol est réduit à cause de la présence de ces supports. Il en résulte une réduction soit de la charge, soit de la portée, lorsque la masse et les dimensions extérieures de l'obus classique doivent être conservées. La présente invention concerne un obus d'artillerie à grande portée qui permet la solution de certains au moins des problèmes précités. La présente invention concerne un obus d'artillerie à grande portée, comprenant une charge, un moteur-fusée et un mécanisme à retard destiné à retarder l'allumage du moteurfusée pendant un temps prédéterminé après le lancement de 5 l'obus, le moteur-fusée ayant une chambre de combustion qui loge un propergol solide de fusée et une tuyère de fusée, caractérisé en ce que la chambre de combustion possède une chambre de pression à une première extrémité de laquelle la tuyère de fusée est destinée à évacuer la chambre de pres10 sion, le propergol solide de fusée est placé avec une configuration de combustion par l'extrémité, et le moteurfusée possède en outre un support de propergol placé entre le propergol et la chambre de pression et destiné à empêcher un déplacement notable du propergol au cours du lancement de 15 manière que du propergol imbrlé ne puisse pas pénétrer dans la chambre de pression et que les produits de combustion du propergol puissent être transférés pratiquement sans obstacle pendant l'utilisation à la chambre de pression. Grâce à l'utilisation d'un propergol solide sans cavité 20 centrale, la charge d'accélération axiale que peut supporter le propergol est accrue par rapport à celle d'un propergol formé du même matériau mais ayant une cavité centrale. Lors du lancement, le propergol est supporté et il ne peut pas se déplacer de façon importe grâce au support de propergol, si 25 bien que la tendance du propergol à se déplacer vers l'arrière et à fermer la chambre de pression, qui pourrait provoquer un allumage erroné, est supprimée. Les problèmes de combustion non fiable sont supprimés car le support du propergol est aussi utilisé pour empêcher que des quantités 30 importantes de propergol imbrlé ne pénètrent dans la chambre de pression et n'affectent de manière nuisible les caractéristiques de combustion du moteur-fusée. En outre, grâce à l'utilisation d'un seul support du propergol, le volume de la chambre de combustion disponible pour le 35 propergol reste maximal. L'assistance d'une fusée à l'obus est utilisée très efficacement lorsque l'obus pénètre dans l'air moins dense de la stratosphère puisque l'augmentation de vitesse est alors maximale dans l'atmosphère à faible densité. En conséquence, le retard de l'allumage du moteur-fusée jusqu'à ce que l'obus atteigne l'air de faible densité augmente 5 l'efficacité de l'assistance de la fusée au maximum. Les hommes du métier peuvent noter que le temps nécessaire pour que l'obus atteigne cette région dépend de la trajectoire de l'obus et de la vitesse avec laquelle l'obus quitte la bouche, et il peut être calculé avec des modèles mathéma10 tiques connus. L'allumage du moteur-fusée peut être réalisé par un dispositif pyrotechnique à retard à l'aide d'un bouchon de tuyère de moteur-fusée du type couramment utilisé avec les obus ayant l'assistance d'une fusée, afin que la chambre de 15 combustion soit fermée de manière étanche et protégée contre les gaz à haute température et à haute pression présents dans le canon lors du tir. Lors de l'utilisation, le dispositif pyrotechnique à retard est allumé par les gaz à haute température présents après le tir, et il est destiné 20 à donner le retard convenable après combustion à l'aide de l'allumeur du moteur-fusée, si bien que le propergol de la fusée s'allume. Pour que le moteur-fusée puisse fonctionner, il faut que le support soit perméable et il peut être formé par 25 exemple d'un matériau perméable ou peut comprendre une plaque d'un matériau pratiquement imperméable ayant de nombreuses perforations. Une telle plaque analogue à un tamis permet le passage pratiquement sans obstacle des produits de combustion entre le propergol et la chambre de pression 30 lorsque le moteur-fusée est allumé. La tuyère de la fusée comprend de façon générale une partie de cône et une partie de col et, pendant l'utilisation, les produits de combustion du propergol sont évacués de la chambre de pression par la partie de col de la tuyère 35 de la fusée et sortent du moteur-fusée par la partie de cône. Ainsi, pour que le moteur-fusée ait un fonctionnement convenable, il est avantageux que la surface libre totale délimitée par les perforations soit au moins égale à celle qui est délimitée par le col de la tuyère de la fusée et, de préférence, au moins égale au double de celle qui est délimitée par le col de la tuyère de la fusée. Les hommes du 5 métier peuvent noter que, si chaque perforation est trop grande, des quantités importantes de propergol peuvent être extrudées par la perforation vers la chambre de pression et peuvent provoquer un défaut de fonctionnement du moteurfusée. Il apparaît que, si elles sont trop petites, les 10 perforations peuvent être bouchées par les produits solides de combustion, tels que les métaux particulaires formés lors de l'utilisation de certains matériaux connus de propergol qui peuvent provoquer à nouveau un défaut de fonctionnement du moteur-fusée. Dans un mode de réalisation préféré, le support de propergol comporte une plaque perforée et un dispositif coopérant de transfert de charge qui est destiné à transférer une partie des forces d'accélération axiales subies au cours du lancement aux parois de la chambre de pression. 20 Cette disposition réduit les charges que doit pouvoir supporter la plaque perforée et permet une réduction relative de l'épaisseur de la plaque. Ceci présente l'avantage de permettre le logement d'une plus grande quantité de propergol à l'intérieur de la chambre de combustion. La plaque perforée et le dispositif de transfert de charge peuvent être réalisés en une seule pièce ou au contraire le dispositif de transfert de charge peut comprendre un anneau cylindrique séparé de charge placé concentriquement à la plaque perforée. L'anneau cylindrique de charge peut être avantageusement un support cylindre placé dans la chambre de pression et disposé longitudinalement de la plaque perforée vers la paroi arrière de la chambre de combustion. De préférence, le support cylindrique a plusieurs fentes 35 destinées à faciliter l'évacuation des gaz d'échappement de la chambre de pression par la tuyère d'échappement. L'obus d'artillerie à longue portée peut très avantageusement comprendre aussi un système d'évacuation à la base. De tels systèmes sont courants dans la technique et réduisent efficacement la traînée à la base lorsque l'obus 5 se déplace à grande vitesse dans l'air relativement dense présent lors des étapes initiales du vol. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins 10 annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe d'une partie arrière d'un obus d'artillerie à longue portée selon la présente invention; les figures 2a et 2b représentent le support de 15 propergol, la figure 2a en vue de bout et la figure 2b en élévation latérale; et la figure 3 est une coupe d'un bouchon de tuyère de fusée. On se réfère à la figure 1; l'obus d'artillerie repré20 senté de 155 mm comporte de façon générale un volume 2 contenant une charge, un moteur-fusée 3 et une unité 4 permettant l'évacuation à la base ainsi qu'une bande 5 d'entraînement. Le volume 2 contenant la charge et la chambre de 25 combustion (qui est représentée comme contenant le propergol 9, un inhibiteur de combustion 10 et un matériau allumeur 13) sont séparés par une cloison 7, la chambre de combustion étant délimitée par la paroi de l'obus 1. Le volume de la chambre de combustion est réduit vers l'extrémité distante 30 de la cloison 7 pour la formation d'une chambre de pression 8. Un seul bloc de propergol 9 de moteur-fusée, ayant auparavant été coulé dans un inhibiteur de combustion 10, a une configuration telle qu'il remplit la plus grande partie du volume de la chambre de combustion. Le propergol 9 ne 35 peut pas pénétrer dans la chambre de pression 8 car il est retenu par une mince plaque perforée Il et un anneau associé 12 de charge. Une couche du matériau allumeur 13 destinée à allumer la face exposée d'extrémité du propergol 9 est placée entre la plaque il et le propergol 9. La chambre de pression 8 peut être évacuée par la tuyère 14 de la fusée. La tuyère 14 a une partie 20 de cône et une partie 21 de 5 col, celle-ci raccordant la chambre de pression 8 à la partie 20 de cône. Un bouchon 15 de tuyère est aussi incorporé et il est représenté séparé de la tuyère 14 par raison de clarté. L'unité 4 est séparée du moteur-fusée 3 et comporte un propergol annulaire 16 et une tuyère 17 d'un 10 système d'évacuation de base. Le propergol du moteur-fusée peut avoir des propriétés convenables de traitement, avec une impulsion spécifique élevée et des propriétés mécaniques fiables sur une large gamme de températures. Pour ces raisons, on peut choisir du 15 polybutadiène à terminaison hydroxy dans un composite caoutchouté aluminisé. Ce matériau a la configuration d'un propergol 9 sous forme d'un bloc à combustion par l'extrémité, par coulée dans un inhibiteur de combustion 10. Cet inhibiteur 10 peut comporter une cuvette ayant une extrémité 20 ouverte et formée d'un métal, de "Noryl" (matière plastique élastomère) ou d'un caoutchouc d'éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) chargé de "Kevlar", agissant par inhibition de la combustion du propergol 9 aux surfaces autres que la face exposée d'extrémité. Le matériau 13 de l'allumeur peut 25 comprendre avantageusement un support formé d'un certain nombre de couches, ayant chacune un substrat de PTFE revêtu de 4 à 6 Zúm d'épaisseur de magnésium formé par dépôt en phase vapeur, comme décrit de façon générale dans le document GB-B-2 251 434, recouvrant pratiquement la totalité de 30 la face exposée d'extrémité du propergol 9. On se réfère maintenant à la figure 2; le support de propergol comporte une plaque 11 de 113 mm de diamètre et 6 mm d'épaisseur formée d'un matériau ayant une limite élastique élevée, par exemple d'acier selon la norme 35 ANSI 4340 (limite élastique d'environ 1 900 MPa). Cette plaque il a environ cent quatre-vingt-dix trous 18 de 3 mm de diamètre, ayant des centres à des points P1,n dispersés de manière relativement uniforme sur les faces de la plaque il à intervalles de 6 mm environ pour la formation d'une structure analogue à un tamis comme indiqué sur la figure 2b. Un anneau cylindrique 12 ou dispositif de transfert de charge ayant un diamètre compris entre 42 et 48 mm est placé concentriquement à la plaque 11. Pendant l'utilisation, cet anneau 12 est utilisé pour le transfert de la charge de la plaque il à la paroi de l'obus 1, utilisée pour délimiter la 10 chambre de pression 8. Des fentes 19 sont placées dans l'anneau 12 afin qu'elles facilitent la circulation libre des produits de combustion de propergol qui s'échappent après l'allumage du propergol 9 du moteurfusée. Le bouchon 15 de la tuyère est représenté plus en 15 détail sur la figure 3. Il forme à la fois un dispositif d'allumage d'évacuation de base et un mécanisme à retard à l'allumage du moteur-fusée. Une masse d'une composition 22 d'allumage d'évacuation de base, par exemple un mélange de magnésium, de PTFE et d'un copolymère d'hexafluoropropylène 20 et de fluorure de vinylidène, est incorporée et comporte plusieurs trous radiaux 23 dirigés vers l'extérieur. Une charge pyrotechnique à retard schématiquement représentée est désignée par la référence 24, et elle est placée de la face arrière du bouchon 15 à la charge 25 de transfert 25 disposée à la face avant du bouchon 15. Pendant l'utilisation, les gaz chauds produits dans le canon au lancement enflamment à la fois la composition 22 d'allumage d'évacuation de base et le dispositif pyrotechnique à retard 24. L'allumage du propergol 16 est déclenché 30 et entretenu par le transfert effectué par les trous 23 du bouchon 15. Le dispositif 24 à retard est destiné à brler pendant une plus longue période prédéterminée (habituellement de 20 à 30 s dans le cas d'un obus d'artillerie de 155 mm) afin que la charge 25 de transfert soit allumée 35 lorsque le propergol 16 a pratiquement fini de brler. La charge de transfert 25 est destinée à brler en dégageant suffisamment de produits chauds de combustion dans la chambre de pression 8 et dans le support de propergol (formé de la plaque il et de l'anneau 12) pour allumer le matériau 13. Les hommes du métier peuvent noter qu'une charge auxiliaire (non représentée) peut en outre être placée dans 5 la chambre de pression pour être allumée par les gaz chauds de combustion produits par la charge de transfert 25 et pour prolonger cette combustion afin que le matériau 13 soit allumé. Cette disposition donne un mécanisme plus fiable d'allumage du matériau 13. Bien qu'on ait décrit la présente invention à titre d'exemple en référence à un obus d'artillerie de 155 mm, les hommes du métier peuvent noter qu'elle s'applique aussi à des obus d'autres calibres. Il est bien entenduque l'invention n'a été décrite et 15 représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Obus d'artillerie à grande portée, comprenant une charge (2) , un moteur-fusée (3) et un dispositif (24) à retard destiné à retarder l'allumage du moteur-fusée pendant 5 un temps prédéterminé après le lancement de l'obus, le moteur-fusée (3) ayant une chambre de combustion qui loge un propergol solide (9) de fusée et une tuyère (14) de fusée, caractérisé en ce que la chambre de combustion possède une chambre de pression (8) à une première extrémité de laquelle 10 la tuyère (14) de fusée est destinée à évacuer la chambre de pression (8) , le propergol solide (9) de fusée est placé avec une configuration de combustion par l'extrémité, et le moteur-fusée (3) possède en outre un support (11, 12) de propergol placé entre le propergol (9) et la chambre de 15 pression (8) et destiné à empêcher un déplacement notable du propergol (9) au cours du lancement de manière que du propergol imbrlé ne puisse pas pénétrer dans la chambre de pression (8) et que les produits de combustion du propergol puissent être transférés pratiquement sans obstacle pendant 20 l'utilisation à la chambre de pression (8). 2. Obus selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (11, 12) du propergol comporte une plaque perforée (11) d'un matériau pratiquement imperméable, ayant de nombreuses perforations. 3. Obus selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support (11, 12) du propergol comporte en outre un dispositif (12) de transfert de charge destiné à transférer une partie des forces axiales d'accélération subies pendant le lancement de la plaque perforée (11) aux parois de la chambre de pression. 4. Obus selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de transfert de charge est constitué d'un anneau de charge (12) placé concentriquement à la plaque perforée et en butée contre celle- ci. 5. Obus selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'anneau de charge est un support cylindrique (12) placé dans la chambre de pression (8) et disposé longitudinalement il de la plaque perforée (11) à la paroi arrière de la chambre de combustion. 6. Obus selon la revendication 5, caractérisé en ce que le support cylindrique (12) a plusieurs fentes (19). 7. Obus selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système (16, 17) d'évacuation à la base.