Brevet FR2860864A1 — publié le 20050415

Dans la demande de brevet n 03.11858 déposée le 10 octobre 2003, il est décrit un canon à double balistique intérieure pour arme rayée qui permet d'abaisser sensiblement la vitesse des projectiles en bout de rainures, tout en conservant une vitesse élevée à la bouche. La présente demande de brevet complète la précédente par l'utilisation de la structure spécifique de ce canon (dénommé ci-après: canon "hybride" ou H), pour le tir de projectiles sous-calibrés à énergie cinétique, stabilisés par effet gyroscopique. Dans la suite du texte, on définit la configuration du canon hybride par le rapport caractéristique A/B dans lequel A et B correspondent respectivement à la longueur rayée et à la longueur lisse du canon, en % de sa longueur totale. Par exemple, un H 100/0 est un canon rayé ordinaire et un H 0/100, un canon à âme lisse. A chaque rapport caractéristique est associé un "coefficient d'amplification de vitesse" (CAV) calculé en divisant la longueur totale du canon hybride par la longueur de sa partie rayée. Par exemple, un H 50/50 aura un CAV de 2. Il s'agit d'un CAV géométrique. Le CAV réel doit être déterminé par des essais car il dépend fortement de la courbe de montée en pression (favorable) et de la quantité de gaz perdue dans l'espace annulaire (défavorable). Les armes rayées à tir tendu et à vocation antiblindage devraient pouvoir tirer non seulement des projectiles du calibre, mais aussi des projectiles de perforation sous-calibrés à énergie cinétique. Or, il est difficile, sinon impossible, d'utiliser des canons rayés ordinaires pour tirer de tels projectiles, car leur vitesse initiale élevée entraîne une vitesse de rotation excessive. La combinaison de ces deux vitesses provoque des contraintes mécaniques extrêmement fortes et destructrices sur les composants du projectile ainsi que sur les rainures du canon. La structure particulière du canon hybride lui permet de tirer ce genre de projectiles. 2860864 2 Pour ce faire, il y a d'abord lieu de choisir le meilleur rapport caractéristique pour le canon. Plus le rapport caractéristique est faible, plus la partie lisse est longue et plus le CAV est élevé. Ainsi, pour un canon H 50/50, donc de CAV = 2, et en prenant comme hypothèse une vitesse limitée à 1000m/s en bout de rainures, le projectile pourrait atteindre une vitesse de l'ordre de 2000 m/s à la bouche. En contrepartie, plus le rapport caractéristique est faible, moins la partie rayée est longue, ce qui présente deux inconvénients. D'une part, la qualité du guidage longitudinal diminue et donc la précision. D'autre part, les rainures doivent avoir un pas plus court pour assurer la mise en rotation complète du projectile, ce qui entraîne des contraintes mécaniques plus sévères sur les rainures et sur le projectile. Il convient donc de trouver un compromis. On peut penser qu'un H 70/30 de CAV = 1,43 pourrait convenir. Ainsi, avec une vitesse limitée à 1000m/s en bout de rainures, le projectile pourrait atteindre une vitesse de l'ordre de 1450 m/s à la bouche. Evidemment, un H 60/40 de CAV 1,67 serait beaucoup plus puissant, la vitesse à la bouche passant alors à près de 1700 m/s. Pour les raisons précisées plus haut, cette configuration nécessiterait une plus grande longueur de tube. Bien entendu, le tir des obus du calibre, de masse plus élevée, reste tout à fait possible dans un tel canon, mais avec des vitesses nettement plus faibles, par exemple 800m/s en bout de rainures et de l'ordre de 1150m/s à la bouche. DESCRIPTION Pour les canons hybrides de gros et moyen calibres à chargement non automatique qui ne nécessitent donc pas l'utilisation d'obus à ogive, le projectile est composé (fig.1) d'un piston en matériau moulé de faible densité et résistant au poinçonnement, d'un perforateur en métal dense et dur, d'une rondelle d'étanchéité ainsi que de plusieurs patins de guidage moulés, par exemple: 3, en matériau de faible densité. La partie arrière du perforateur prend appui contre le piston dans un emboîtement ad hoc. Le but de cet emboîtement est de permettre au piston de transmettre au perforateur, d'une part, sa vitesse de rotation et, d'autre part, sa vitesse axiale avec un degré de liberté axial vers l'avant (fig.3). Il peut s'agir, par exemple, d'un emboîtement à plusieurs pans ou de tout autre emboîtement axial. La partie mâle de l'assemblage est usinée à l'arrière du perforateur et la partie femelle est formée dans le piston lors du moulage ou du matriçage. L'inverse pourrait évidemment s'envisager mais la fabrication serait plus onéreuse. La face avant du piston est légèrement conique pour renforcer sa résistance mécanique et orienter les pertes de gaz sous la rondelle d'étanchéité par des cannelures radiales formées lors du moulage ou du matriçage. Au lieu de l'emboîtement décrit ci-dessus, on peut utiliser un dispositif à mâchoires et à tore de blocage (fig.2). Dans ce dispositif, le piston comporte à l'avant plusieurs logements, par exemple 3, dans chacun desquels vient s'appuyer l'une des extrémités de chaque mâchoire, alors que l'autre extrémité de celle-ci saisit la partie arrière du perforateur par une dent engagée dans une saignée située à l'arrière de celui-ci. Les mâchoires sont emboîtées dans un tore de blocage. Ainsi, au départ du coup, la poussée exercée par le piston sur l'extrémité arrière des mâchoires tend à les faire basculer autour du bord arrondi du tore, de telle sorte que la dent de chaque mâchoire exerce une forte pression sur la saignée correspondante du perforateur. Dans ce dispositif, les cannelures radiales et la rondelle d'étanchéité sont reportés sur la face avant du tore de blocage. Il s'agit bien, là encore, d'un entraînement positif avec un degré de liberté vers l'avant. Le perforateur est maintenu dans l'axe du canon par les patins de symétrie 2pi/3, selon l'exemple. Ces patins sont assemblés par un jonc disposé dans une encoche située à la périphérie de chacune des deux galettes de guidage des patins (fig.4). L'arrière des patins s'adossent à une rondelle d'étanchéité dont le diamètre intérieur correspond à celui du perforateur et de l'épaulement du piston, tandis que son diamètre extérieur est égale à celui de la galette arrière (fig.5). La cohésion du projectile pendant l'assemblage de la cartouche est assurée par des points de colle sur les interfaces piston/rondelle et rondelle/patins. Ces points de colle sont évidemment détruits lors du départ du coup. Le perforateur est solidaire des patins par frottement. Pour les canons automatiques de moyen et petit calibres, par exemple: 30 m/m auto, les projectiles doivent généralement être de forme ogivale pour permettre l'engagement automatique de la cartouche dans la culasse. Pour les canons de moyen calibre, le projectile (fig.6) a une structure analogue à celle décrite précédemment mais avec une fausse-ogive. Il comporte un piston avec une face avant conique munie de cannelures radiales, une rondelle d'étanchéité, un perforateur et une fausse-ogive. On désigne par fausse-ogive la pièce en matériau de faible densité dans laquelle sont prédécoupés les patins, 3 par exemple. La fausse-ogive est réalisée par moulage autour du perforateur qui tient lieu de noyau de moulage définitif. Dans une fabrication en série, chacune des parties du moule possède, en son milieu, une arête aiguë longitudinale destinée créer, sur toute la longueur de la fausse-ogive, une entaille étroite et assez profonde pour constituer une amorce de rupture contrôlée. Cette entaille est suffisamment étroite pour ne pas gêner le chargement automatique de l'arme. Entre ces entailles, les trois parties du moule réservent 3 évidements destinés, d'une part, à alléger les patins et, d'autre part, à diminuer les frottements dans le canon, lors du tir. Pour assurer un bon centrage lors du moulage, le perforateur est placé verticalement dans le moule, pointe en bas. Ainsi, les trois parties du moule refermé, centrent le perforateur dans une forme de cône, en bas, et dans une forme de cylindre, en haut. La cohésion du projectile pendant l'assemblage de la cartouche est assurée par des points de colle sur 45 les interfaces piston/rondelle et rondelle/patins. 2860864 5 Pour les canons de petit calibre, le prix de revient est un élément très important. Il faut donc concevoir un projectile simplifié susceptible d'être fabriqué de façon totalement automatique. Ce 5 projectile (fig.7) comprend un piston, un perforateur et une fausse-ogive qui est composée de plusieurs, 3 par exemple, patins prédécoupés. Compte tenu de la faible taille du projectile, la mise en rotation du perforateur ne se fait pas par emboîtement positif mais par friction entre celui-ci et la fausse-ogive qui est moulée autour de lui, comme dans le cas du projectile décrit précédemment. Afin d'assurer une bonne adhérence entre les deux pièces, le matériau utilisé pour la fausse-ogive est une résine thermodurcissable et légèrement thermorétractable tandis que des cannelures longitudinales sont usinées à la surface du perforateur. Pour simplifier la fabrication, il n'y a pas de rondelle d'étanchéité. La cohésion du projectile est assurée par la rétraction de la fausse-ogive sur l'épaulement du piston et sur le perforateur, lors du moulage. Celui-ci s'effectue également, perforateur pointe en bas, le centrage de la pointe étant identique à celui décrit ci-dessus. Par contre, le centrage en haut du perforateur est assuré par trois entretoises radiales tronconiques implantées au droit des arêtes du moule (fig. 8). Au démoulage, chaque entretoise laisse un trou radial dans la fausse-ogive, ce qui ne présente pas d'inconvénient. Le cycle de la machine à mouler est donc le suivant. Un bras mécanique à ventouse met en place le perforateur, pointe en bas, dans le moule assemblé, couvercle ouvert. Le perforateur glisse entre les entretoises jusqu'à ce que la pointe se centre dans le cône du moule. Puis, dans un deuxième temps, le bras apporte le piston dont l'épaulement vient coiffer l'extrémité haute du perforateur, un léger cône (non représenté) au bout de celui-ci permettant de rattraper un petit écart d'alignement. Enfin, le couvercle ferme la partie haute du moule et vient bloquer le piston sur le perforateur. Chacune des trois parties du moule est dotée d'un piston-doseur (non représenté) qui injecte la quantité nécessaire et suffisante de matière par un trou d'injection (non représenté) situé à la base de l'arête. La matière durcit rapidement sous l'effet de la chaleur transmise par le moule. Le démoulage se fait automatiquement à l'ouverture de celui-ci, la forme tronconique des entretoises facilitant l'opération. Le projectile s'évacue ensuite par gravité dans une goulotte qui transfert le projectile vers une machine à ébarber automatique chargée d'éliminer les résidus d'injection sur la fausse-ogive. FONCTIONNEMENT. Dans le cas d'un projectile sans ogive, le piston et le perforateur sont poussés vers l'avant et mis en rotation, tandis que l'ensemble rondelle/patins reçoit, à la fois, une poussée axiale de la part du piston et un couple de la part des rainures du canon. Les joncs des galettes sont rompus par les rainures lors du forçage du projectile dans celles-ci Le projectile composite atteint, à l'extrémité de la partie rayée du canon, une vitesse de 1000m/s, par exemple, à laquelle s'ajoute la vitesse de rotation nécessaire et suffisante pour la stabilisation du perforateur pendant son vol. Il entre ensuite dans la partie lisse du canon. A cet instant, les patins sont plaqués contre la paroi sous l'effet de la force centrifuge et se désolidarisent ainsi du perforateur déjà stabilisé gyroscopiquement. Ils sont donc en position "expansée" dans la partie lisse du canon. Lorsque le piston sort à son tour de la partie rayée du canon, les gaz s'échappant par l'espace annulaire situé entre le piston et la paroi lisse du canon s'infiltrent entre la face avant conique du piston et la rondelle d'étanchéité par les cannelures radiales dont est doté le piston. Ils créent ainsi, entre ces deux pièces, une surpression qui a pour effet de les séparer. La rondelle d'étanchéité limite alors considérablement le passage des gaz, d'une part, dans les espaces inter- patins et, d'autre part, entre le perforateur et les patins. Du fait de leur faible inertie, les patins prennent "de l'avance" par rapport au piston qui n'a plus à vaincre que sa propre inertie et celle du perforateur. A leur sortie du canon, les patins se dispersent immédiatement sous l'effet de la force centrifuge et de la pression aérodynamique. L'ensemble piston-perforateur se présente ensuite à la bouche. A sa sortie, le piston se désolidarise instantanément du perforateur sous l'effet de la pression aérodynamique. Le perforateur, désormais isolé, poursuit son vol avec une perte d'énergie minimale, aucun épaulement ni évidement ne venant perturber l'écoulement de l'air le long de son profil. La légère traînée supplémentaire engendrée à l'arrière par l'emboîtement mâle améliore sa stabilité pendant son vol. S'agissant du projectile à fausse-ogive pour moyen calibre, le processus est sensiblement le même excepté que, en entrant dans la partie lisse du canon, la fausse-ogive se décompose en 3 patins sous l'effet de la force centrifuge, par rupture au niveau des entailles longitudinales, tandis que la rondelle d'étanchéité limite la perte de gaz. La dispersion des patins est garantie par l'effet conjugué de la force centrifuge, des tourbillons à l'intérieur de l'espace patins/perforateur et des efforts aérodynamiques engendrés par l'avance des patins par rapport au perforateur. En ce qui concerne le projectile simplifié à fausse-ogive pour petit calibre, le processus est le même que celui décrit ci-dessus, sauf qu'à la sortie de la partie rayée du canon, la fausse-ogive se décompose également en trois patins mais sans rondelle d'étanchéité. Evidemment, l'absence de celle-ci, la présence de cannelures sur le perforateur et le ratio forcément plus faible de la masse militaire rapportée à la masse totale font que ce projectile est moins performant que ceux précédemment décrits. Mais, compte tenu de son faible prix de revient, il peut certainement trouver sa place dans la panoplie. NOMENCLATURE N Planche N0-Figure Désignation n pièce 1 1 perforateur 1 1 1 jonc 2 1 1 patin (symétrie 2pi/3) 3 1 1 emboîtement 4 1 1 piston 5 1 1 rondelle 6 1 2 saignée 7 1 2 tore de blocage 8 1 2 dent 9 1 2 machoire 10 2 3 6 pans creux mâle 11 2 3 6 pans creux femelle 12 2 5 galette arrière 13 2 5 espace inter-patins 14 3 6 entailles à 120 15 3 6 évidements à 120 16 3 6 fausse-ogive 17 3 7 trou de l'entretoise 18 3 8 moule (symétrie 2pi/3) 19 3 8 arète 20 3 8 entretoise 21 3 8 couvercle 22 9 REVENDICATIONS 1)Projectile sous-calibré à énergie cinétique caractérisé en ce qu'il est doté d'un perforateur emboîté dans un piston réalisé dans un matériau de faible densité et résistant au poinçonnement, celui ci transmettant à celui-là, d'une part, sa vitesse de rotation et, d'autre part, sa vitesse axiale par un emboîtement à entraînement positif, avec un degré de liberté axial vers l'avant. 2)Projectile sous-calibré à énergie cinétique,selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est doté de plusieurs patins de guidage et d'une rondelle d'étanchéité à leur partie arrière, réalisés dans un matériau de faible densité. Cette rondelle d'étanchéité a pour but de limiter le passage des gaz, d'une part, dans les espaces inter-patins et, d'autre part, entre le perforateur et les patins, lorsque ceux-ci sont en position "expansée" dans la partie lisse du canon. 3)Projectile sous-calibré à énergie cinétique, selon les revendications 1 et 2, caractérisé par l'usinage (moulage ou matriçage) d'une partie conique munie de cannelures radiales à l'avant du piston pour, à la fois, améliorer sa résistance mécanique et orienter les pertes de gaz annulaires sous la rondelle d'étanchéité. 4)Projectile sous-calibré à énergie cinétique, selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la bonne étanchéité au niveau de la rondelle permet de créer une surpression entre la face avant du piston dotée de cannelures radiales et cette rondelle, surpression qui donne à celle-ci, ainsi qu'aux patins, une avance sur le piston et le soulage ainsi de leur inertie. 5)Projectile sous-calibré à énergie cinétique,selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est doté de joncs à rupture par écrasement pour assembler les patins. 6)Projectile sous-calibré à énergie cinétique, selon les revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que les patins sont prédécoupés dans une fausse-ogive. 7)Projectile sous-calibré à énergie cinétique, selon la revendication 6, caractérisé en ce que la mise en rotation du perforateur garni de cannelures longitudinales s'effectue par friction avec la fausseogive.