Brevet FR2879032A1 — publié le 20060609

L'invention concerne notamment le domaine des appareils pour lancer des projectiles à partir d'un tube, de type électromagnétique et a plus particulièrement pour objet un dispositif mobile de contact électrique. Le lanceur électromagnétique à rails est bien connu dans l'état de la technique. Il comporte deux rails conducteurs parallèles, entre lesquels peut se déplacer, en glissant, un projectile supporté par un sabot qui comporte au moins un élément conducteur souvent appelée "pont de courant". Lorsqu'un courant circule dans les rails mis en contact par l'élément Io conducteur et que l'élément conducteur est soumis à un champ magnétique d'induction B, une force F, appliquée à l'élément conducteur, est générée. Cette force est appelée force de Laplace ou force de Lorentz et elle s'exprime par l'équation suivante: F=I.d.B où d est la distance entre les deux rails. La force F accélère le sabot selon la relation classique F=M.g où M est la masse et g l'accélération de l'ensemble sabot-projectile. Des vitesses élevées en sortie du lanceur, en particulier supérieures à 2000 m/s avec des projectiles de masse variant de 0,1 kg à plusieurs kilogrammes ont été obtenues. Ceci exige la mise en oeuvre de courants électriques de plusieurs mégaampères. Tandis que le rendement des lanceurs à poudre diminue fortement aux vitesses élevées, le rendement d'un lanceur électromagnétique à rails augmente aux vitesses élevées. Un des principaux buts de cette technologie est donc la recherche de très grandes accélérations et vitesses de projectiles. La qualité du contact électrique entre les rails et l'élément conducteur pendant le glissement pose un problème car il se réduit à des zones ponctuelles qui deviennent des "points chauds" avec l'apparition d'arcs plasma à l'origine de la dégradation du contact. Pour assurer un bon contact, le brevet FR 7927526 propose d'utiliser, comme élément conducteur entre les rails, des balais multifilamentaires constitués d'un faisceau de fils fins encastrés dans la pièce en mouvement. Ces dispositifs ont permis d'atteindre des vitesses de 2000 m/s avec des courants crêtes de 500 kA sans formation d'un arc électrique à l'interface entre les rails et l'élément conducteur du sabot. Cependant ces balais s'usent rapidement lorsqu'ils sont soumis aux courants et vitesses des lanceurs électromagnétiques à rails. Pour des courants ou des vitesses supérieurs à 500 kA ou 2000 m/s, une perte de contact, due à l'érosion des balais, a toujours été observée et un arc plasma s'est toujours formé à l'interface rails-balais. Pour résoudre ce problème, le brevet US4457205 propose d'utiliser des balais dont la dimension est plus grande que l'espacement d entre les rails et de soumettre ces fibres, avant le tir, à une force apte à presser les extrémités de ces dernières contre les rails et assurer ainsi un bon contact. io Toutefois, on constate une usure très importante des balais en début de lancement à cause de la très forte friction et la présence d'arc plasma en fin de tir du fait de l'usure prématurée des balais. Le but de la présente invention est de résoudre les inconvénients des dispositifs précités et de proposer un dispositif apte à maintenir un contact solide- solide à l'interface des rails et de l'élément conducteur du début jusqu'à la fin du tir du projectile supprimant ainsi l'apparition d'arc plasma et ce, même pour des courants ou des vitesses supérieures à 500 kA ou 2000 m/s La solution apportée est un mobile, tel par exemple un sabot, comportant au moins un élément électriquement conducteur dont au moins deux extrémités sont constituées de filaments qui dépassent ou sont aptes à dépasser sur deux côtés préférentiellement opposés du mobile, ce dernier étant apte à être placé entre deux électrodes et ledit élément conducteur étant apte à conduire le courant provenant de l'une des électrodes vers l'autre électrode, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à modifier, pendant le déplacement du mobile, la position des filaments. Par filament, il faut entendre tout élément souple comme un filament ou de petites plaques comme par exemple des lamelles. Selon une caractéristique particulière, les moyens aptes à modifier la position des filaments sont aptes à compenser l'usure de l'extrémité des filaments. Selon une caractéristique particulière, lesdits moyens aptes à modifier, pendant le déplacement du mobile, la position des filaments comportent un dispositif inertiel. Selon une autre caractéristique lesdits moyens aptes à modifier, pendant le déplacement du mobile, la position des filaments comportent des premiers moyens réversibles aptes à assurer un positionnement initial des filaments, ces moyens pouvant comporter, par exemple, un ressort, un matériau déformable, préférentiellement de type nid d'abeille, un dispositif hydraulique ou un dispositif pneumatique. Selon une caractéristique particulière, l'élément conducteur a, dans son positionnement initial, c'est-à-dire avant le tir et/ou en début de tir, une forme générale en arc de cercle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture lo de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels: - La figure 1 présente un schéma de fonctionnement d'un lanceur électromagnétique. La figure 2 montre un mode de réalisation de l'invention en début de tir. - La figure 3 présente un mode de réalisation de l'invention en fin de tir. La figure 1 présente un schéma de fonctionnement d'un lanceur électromagnétique comportant deux électrodes, en l'occurrence deux rails 1 de guidage parallèles, disposés à une distance d l'un de l'autre et entre lesquels est disposé un mobile, appelé sabot 2 dans la suite, sur lequel est disposé un projectile 3. Le sabot 2 comporte un élément électriquement conducteur 4 dont les extrémités 5,6 dépassent sur deux côtés opposés du sabot 2 et qui est apte à conduire le courant provenant de l'un des rails 1 vers l'autre rail. Le jeu entre le sabot 2 et les rails est de quelques millimètres. Pour permettre le déplacement du sabot 2, un champ magnétique B est généré selon une direction perpendiculaire au plan formé par les rails tandis que du courant électrique circule entre les deux rails 1 via l'élément conducteur 4. Compte tenu de la direction du champ magnétique et de celle du courant dans l'élément conducteur, une force F de Laplace appliquée au sabot 2 est générée selon une direction perpendiculaire aux deux précédentes donc selon une direction parallèle aux rails ce qui entraîne le déplacement du sabot 2 lorsque le module de la force F de Laplace est suffisant. La figure 2 présente la mise en oeuvre d'un mode de réalisation de l'invention dans le cadre du lanceur électromagnétique de la figure 1. Le sabot mobile 2 comporte un élément électriquement conducteur 4 constitué par des filaments 7 disposés en torons et dont les deux extrémités 5 et 6 dépassent sur deux côtés opposés du sabot 2 de sorte à assurer un contact électrique entre chacune desdites extrémités 5 et 6 et le rail 1 qui lui est associé. La longueur L de l'élément conducteur 4 est supérieure à la distance d séparant les rails. Le sabot 2 comporte en outre des moyens 8 aptes à modifier, pendant le déplacement du mobile, la position des filaments 7. Dans ce mode de réalisation, ces moyens 8 comportent des premiers io moyens 9 aptes à assurer un positionnement initial de l'élément conducteur 4 dans lequel ce dernier est déformé de sorte, d'une part de constituer une réserve de longueur de conducteur et d'autre part de faire en sorte que chacune des extrémités de l'élément conducteur 4 touche le rail 1 qui lui est associé. Dans ce mode de réalisation, ces premiers moyens 9 sont constitués par un ressort auquel est associée une tête 10. Cette tête, appelée première tête 10 dans la suite, comporte une face arrière 11 solidaire du ressort, une face avant 12 parallèle à la face 11, deux faces latérales 13 et deux faces inclinées 14 reliant les faces latérales 13 à la face avant 12. Au moins une partie des faces avant 12 et inclinées 14 est en contact avec l'élément conducteur 4. La partie arrière du sabot est en forme de U dont la base 15 comporte un alésage dans lequel est fixée l'extrémité du ressort opposée à celle fixée à ladite tête 10. Les surfaces internes 16 et 17 des parois latérales 18 et 19 formant le U sont aptes à guider ladite première tête en translation, par coopération avec les faces latérales 13 de la première tête 10. Les moyens 8 aptes à modifier, pendant le déplacement du mobile, la position des filaments comportent en outre des seconds moyens 20 aptes à appliquer, pendant le tir, une force sur les filaments 7 suffisante pour modifier leur positionnement initial. Ces seconds moyens sont constitués d'une tête 21, appelée seconde tête dans la suite, réalisée en métal, de forme sensiblement identique à la première tête 10 et comportant une face plane 22 apte à être, au moins en partie, en contact avec l'élément conducteur 4, et une face opposée 23 en forme d'arc de cercle, ces deux faces étant réunies par une surface latérale 24 apte à coopérer avec lesdites surfaces internes 16 et 17 des parois latérales 18 et 19 formant le U afin de permettre le guidage en translation de la tête 21. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: Un sabot 2, supportant un projectile et dont la taille est adaptée au calibre du lanceur électromagnétique, est disposé entre les rails 1. Les premiers moyens 8 assurent le positionnement initial de l'élément conducteur 4, en l'occurrence en forme d'arche et de sorte que chacune de ses extrémités soit en contact avec les rails 1. Le tir a ensuite lieu. Pour cela un champ magnétique intense ainsi qu'un courant de plusieurs millions d'ampères sont générés, de façon connue, provoquant la naissance d'une force F de Laplace apte à accélérer l'ensemble io sabot-projectile jusqu'à des valeurs éventuellement supérieures à 100 000 fois la gravité. Toutefois le contact entre les rails 1 et les filaments 7 de l'élément conducteur 4 produit des frottements et une usure des extrémités de ces derniers et on constate, pratiquement, que l'accélération du sabot 2 est toujours croissante. De ce fait, la seconde tête 21, de par son inertie, applique une force FI sur les filaments 7 de l'élément conducteur 4 selon une direction X opposée à celle Y du déplacement du sabot 2. Cette force F1, appliquée sur les filaments 7, est répercutée sur la tête 10 des premiers moyens 9 qui va se déplacer dans ladite direction X. Ce déplacement, qui est proportionnellement à la valeur de la force F1, produit simultanément le déplacement, selon la même direction X, de la partie médiane 31 des filaments 7 et de la tête 21. Ce déplacement de la partie médiane des filaments 7 modifie leur positionnement en tendant à pousser leurs extrémités 5 et 6 en direction des rails 1. Ainsi, une première partie 71 des filaments 7 est déplacée en direction de l'extrémité 5 tandis qu'une seconde partie 72 des filaments est déplacée en direction de l'autre extrémité 6. Ils passent, comme montré sur les figures respectives 2 et 3, d'une forme générale d'arche en début de tir à une forme quasiment rectiligne en fin de tir et la différence de longueur entre les deux instants correspond sensiblement à la longueur des filaments usée pendant le tir. La forme initiale, en arche, des filaments permet donc de constituer une réserve de longueur des filaments qui est déployée du côté des extrémités 5 et 6 au fur et à mesure du déplacement, dans la direction X, des têtes 10 et 21. La masse de la seconde tête 21 est déterminée expérimentalement de sorte que le redressement des filaments de l'élément conducteur 4, qui consiste finalement en une diminution de la longueur de filament située à l'intérieur du sabot 2, compense, en continu, ladite usure des filaments 7 et permette ainsi d'assurer, pendant tout le tir, un contact optimal entre l'élément conducteur 4 et les rails 1. Comme montré sur la figure 3, l'effet de la force inertielle générée, en fin de tir, par la tête 21 redresse complètement l'élément conducteur 4 qui devient sensiblement rectiligne. La différence de longueur de cet élément 4 entre le début et la fin du tir est due à l'érosion continue de l'extrémité des filaments 7 pendant le tir, cette érosion étant compensée pendant le tir par la modification de positionnement des filaments 7. io De nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, lesdits premiers moyens 9 et notamment le ressort peut être remplacé par exemple par un dispositif ayant la même fonction tel un dispositif pneumatique, hydraulique ou par un matériau, notamment alvéolaire, apte à se déformer sous l'action de la force FI appliquée, is pendant le tir, par ladite seconde tête. La forme et le matériau constitutif de la seconde tête 21 peuvent être différents tout en lui gardant la même fonction. Par ailleurs, plusieurs éléments conducteurs 4 peuvent être disposés, régulièrement ou pas, le long du sabot 2. De plus la forme initiale, en arche, de l'élément conducteur 4 est une forme possible mais toute géométrie de cet élément permettant de stocker une réserve de longueur de conducteur pourrait être utilisée éventuellement en combinaison avec un dispositif de type tambour, dévidoir ou autre. Revendications 1. Mobile (2) comportant au moins un élément (4) électriquement conducteur dont au moins deux extrémités (5, 6) sont constituées de filaments (7) qui dépassent ou sont aptes à dépasser sur deux côtés préférentiellement opposés du mobile (2), ce dernier étant apte à être placé entre deux électrodes (1) et ledit élément conducteur (4) étant apte à conduire le courant provenant de l'une des électrodes (1) vers l'autre électrode (1), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (8, 9, 20) aptes à modifier, pendant le déplacement du mobile, la position des filaments (7). io 2. Mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (8, 9, 20) sont aptes à déplacer une première partie (71) des filaments en direction de l'une des extrémités (5, 6) et une seconde partie (72) des filaments en direction de l'autre extrémité. 3. Mobile selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce 15 que les moyens aptes à modifier la position des filaments sont aptes à compenser l'usure de l'extrémité des filaments. 4. Mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (8, 9, 20) aptes à modifier, pendant le déplacement du mobile, la position des filaments (7) comportent un dispositif inertiel (20). 5. Mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (8, 9, 20) aptes à modifier, pendant le déplacement du mobile, la position des filaments (7) comportent des premiers moyens (9) réversibles aptes à assurer un positionnement initial de conducteur 4. 6. Mobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (9) comportent un ressort. 7. Mobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (9) comportent un matériau déformable. 8. Mobile selon la revendication 7, caractérisé en ce que le déformable est du type nid d'abeille. 9. Mobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (9) comportent un dispositif hydraulique. l'élément premiers premiers matériau premiers 10. Mobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premiers moyens (9) comportent un dispositif pneumatique. 11. Mobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément conducteur (4) comportent, dans son positionnement initial, 5 une forme générale en arc de cercle. 12. Lanceur électromagnétique comportant un mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes.