Brevet FR2948185A1 — publié le 20110121

Le domaine technique de l'invention est celui des projectiles sous calibrés de type flèche et plus particulièrement des dispositifs de liaison par concordance de forme entre un sabot et un barreau d'un tel projectile. Sabot et barreau sont liés l'un à l'autre généralement par un filetage, plus rarement par des gorges circulaires. Le sabot comporte ainsi un premier profil usiné au niveau de son alésage, profil qui coopère avec un deuxième profil porté par le barreau. Dans tous les cas, si on considère une coupe longitudinale du projectile, chaque profil présente une forme alternant dents et sillons. Il est classique de réaliser un jeu constant entre dent et sillons, jeu qui permet notamment le montage du barreau par vissage lorsque les profils sont des filets. Ce jeu est généralement choisi suffisant pour autoriser les dilatations différentielles entre le sabot (formé de plusieurs segments) et le barreau. En effet les matériaux utilisés pour le sabot et le barreau sont très différents (le plus souvent aluminium pour le sabot et alliage de tungstène pour le barreau) et ont des coefficients de dilatation également différents. Afin de permettre de telles dilatations différentielles, sans qu'il en résulte un écartement des segments du sabot préjudiciable à la mise en place du projectile dans la chambre de l'arme, on a proposé par le brevet FR2628196 de réaliser un filetage ayant un pas différent pour les flancs avant et arrière des filets. Une telle disposition permet par ailleurs de maîtriser le positionnement axial relatif du barreau par rapport au sabot tout en autorisant les dilatations différentielles. Une telle solution n'est cependant pas satisfaisante pour les projectiles actuels dans lesquels le barreau est très long (supérieur à 700 mm). En effet dans ce cas l'interface entre le sabot et le barreau est également long (supérieur ou égal à 300 mm). Les dilatations différentielles deviennent alors trop importantes et le filetage différentiel conduit à réaliser des dents de sections trop réduites pour résister aux contraintes de tir. L'invention a pour objet de proposer un dispositif de liaison par concordance de forme entre sabot et barreau qui permette d'assurer le positionnement relatif sabot / barreau tout en autorisant les dilatations différentielles sans diminution excessive de la résistance de l'interface. Le dispositif selon l'invention permet par ailleurs de simplifier l'usinage de l'interface sabot / barreau. Ainsi l'invention a pour objet un dispositif de liaison par concordance de forme entre un sabot et un barreau d'un projectile de type flèche, le sabot comportant un premier profil usiné au niveau d'un alésage et coopérant avec un deuxième profil porté par le barreau, chaque profil présentant en coupe suivant un plan axial une forme alternant dents et sillons, le jeu axial entre une dent du barreau et le sillon formant son logement dans le sabot étant variable le long de l'axe du projectile, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une partie avant et une partie arrière dans lesquelles les jeux entre les dents du barreau et leurs logements dans le sabot sont variables, le jeu étant, au niveau de chaque partie, croissant entre une zone médiane du sabot et une extrémité avant ou arrière du sabot. La zone médiane pourra être constituée par une partie médiane du sabot au niveau de laquelle le jeu entre les dents du barreau et leurs logements dans le sabot est sensiblement constant. Avantageusement, la zone ou partie médiane sera disposée longitudinalement au niveau d'une plaque de poussée du sabot. La partie médiane pourra avoir une longueur inférieure ou égale à 30 % de la longueur totale de l'interface sabot / barreau. Suivant un mode de réalisation, les dents et sillons du barreau pourront avoir une largeur constante le long du barreau, le sabot seul présentant une partie médiane au niveau de laquelle dents et sillons sont également de largeur constante et des parties avant et arrière au niveau desquelles dents et sillons ont des largeurs variables. Les profils pourront être constitués par un filetage sur le barreau coopérant avec un taraudage sur le sabot. La largeur des filets du taraudage pourra ainsi être progressive entre la partie. ou zone médiane et les extrémités avant et arrière du taraudage. Les variations des filets du taraudage seront définies de telle sorte qu'à une température moyenne d'utilisation les jeux soient également répartis de part et d'autre de chaque dent, chaque dent du barreau se trouvant ainsi sensiblement au milieu de son logement du taraudage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : - la figure 1 est une vue externe d'un projectile flèche, - la figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un dispositif de liaison selon l'invention, dispositif représenté à une température moyenne, - la figure 3 est une vue du même dispositif à la température maximale d'utilisation, - la figure 4 est une vue du même dispositif à la température minimale d'utilisation. En considérant la figure 1, un projectile flèche 1 comporte d'une façon classique un sabot 2 réalisé en matériau léger (tel qu'un alliage d'aluminium), sabot formé de plusieurs segments et qui entoure un barreau 3 sous-calibré. Le barreau est en acier ou bien en un alliage dense à base de tungstène. Le barreau porte à sa partie arrière un empennage 4 assurant sa stabilisation sur trajectoire. Le sabot porte une ceinture 5, réalisée en matière plastique, et qui assure l'étanchéité aux gaz propulsifs lors 5 du tir dans le tube d'une arme (non représenté). Lors du tir les gaz du chargement propulsif (non représenté) exerceront notamment leur poussée au niveau d'une partie arrière 13 du sabot qui est au calibre et qui constitue ce que l'on appelle la plaque de poussée. Les 10 modélisations ont montré que c'était au niveau de cette plaque de poussée et de son interface avec le barreau que les contraintes mécaniques étaient maximales. Une telle configuration générale d'un projectile sous calibré stabilisé par empennage (projectile flèche) est bien 15 connue. On pourra notamment considérer les brevets FR2521717 et FR2661739 qui décrivent des projectiles flèches connus. Le sabot 2 est destiné à permettre le tir du projectile dans l'arme. Il est constitué de plusieurs segments (le plus souvent trois) qui entourent le barreau 3 et qui sont en 20 contact deux à deux au niveau de plans de joints. A la sortie du tube de l'arme les segments du sabot 2 s'écartent du barreau 3 sous l'action de la pression aérodynamique qui s'exerce au niveau de la partie avant (AV) du sabot 2. 25 L'écartement des segments conduit à la rupture de la ceinture 5 et le sabot libère donc le barreau 3 qui poursuit sa trajectoire. L'interface entre le sabot 2 et le barreau 3 a ici une longueur importante (longueur de l'interface supérieure ou 30 égale à 300 mm). Chaque segment du sabot comporte donc un bras radial arrière 14. Ces bras 14 sont au calibre de l'arme et ils permettent de fournir un appui de guidage complémentaire pour le projectile 1 dans le tube de l'arme. Cet appui est disposé à distance de l'arrière de la ceinture 5. Une telle configuration générale de sabot est bien connue de l'Homme du Métier. On pourra par exemple consulter le 5 brevet FR2842897 qui décrit un tel type de sabot. Des moyens à concordance de forme sont interposés entre le sabot 2 et le barreau 3 pour assurer l'entraînement de ce dernier. La figure 2 est une coupe longitudinale qui permet de 10 visualiser un mode de réalisation de ces moyens d'entraînement, coupe réalisée à une température d'emploi moyenne (de l'ordre de 20 °C). Le sabot 2 comporte ainsi un premier profil usiné au niveau d'un alésage et qui coopère avec un profil 15 complémentaire usiné sur le barreau 3. Les profils sont ici constitués par un filetage porté par le barreau 3 et coopérant avec un taraudage aménagé sur le sabot 2. Il serait possible à titre de variante de remplacer le 20 filetage et le taraudage par des gorges circulaires. Chaque profil présente en coupe suivant un plan axial une forme qui alterne dents et sillons. Ainsi le taraudage du sabot 2 comporte des dents 7 séparées par des sillons 8. Le filetage du barreau 3 comporte 25 des dents 9 séparées par des sillons 10. Les dents 7 du sabot 2 sont positionnées dans les sillons 10 du barreau et les dents 9 du barreau 3 sont logées dans les sillons 8 du sabot 2. Bien entendu, on parle ici de dents et de sillons pour la 30 clarté de l'exposé, puisqu'une vue en coupe matérialise ainsi cette alternance de dents et de sillons. Concrètement, sur le sabot et le barreau, lorsque les profils usinés sont un filetage et un taraudage, les différents sillons du sabot ou du barreau sont en fait un seul sillon hélicoïdal et les différentes dents du sabot ou du barreau sont en fait un seul et même filet hélicoïdal. Conformément à une caractéristique de l'invention, sabot et barreau comportent sur leur dispositif de liaison une zone ou partie médiane M au niveau de laquelle le jeu entre les dents 9 du barreau 3 et leurs logements 8 dans le sabot 2 est sensiblement constant. On réalise ainsi au niveau de cette partie médiane M une liaison par filetage classique qui assure le positionnement 10 axial sabot/barreau souhaité. La longueur de la partie médiane M est inférieure ou égale à 30% de la longueur totale de l'interface sabot / barreau. Cela afin que les dilatations différentielles sabot/barreau aient un effet négligeable au niveau de cette 15 zone M (dilatations absorbées par le jeu fonctionnel). La partie médiane M est disposée entre une partie avant F et une partie arrière R. La partie avant F s'étend ainsi jusqu'à l'extrémité avant du sabot 2 et la partie arrière jusqu'à l'extrémité arrière AR du sabot 2. La zone ou partie 20 médiane M est disposée longitudinalement au niveau de la plaque de poussée 13 du sabot. Le jeu de l'interface sabot/barreau est alors minimal au niveau de la partie de l'interface au niveau de laquelle les contraintes mécaniques sont maximales. On évite ainsi lors du tir les chocs 25 préjudiciables à la tenue mécanique. La plaque de poussée n'étant pas obligatoirement disposée au niveau d'un zone médiane du sabot, Les longueurs des parties avant F et arrière R pourront donc être différentes. Les parties avant F et arrière R du dispositif de liaison 30 diffèrent de la partie médiane M en ce que les jeux entre les dents du barreau et leurs sillons (logements) dans le sabot sont croissants entre la partie médiane M et l'extrémité avant ou arrière considérée du sabot. 7 Ainsi, si on considère la partie arrière R, le jeu est maximal JMax au niveau de la dent 9a située la plus en arrière. Ce jeu est mesuré entre les flancs de la dent arrière 9a du barreau 3 et ceux du sillon 8a correspondant du sabot 2. Le jeu est par contre minimal Jmin au niveau de la dent 9b qui est la première dent de la partie arrière R. Inversement si on considère la partie avant F, le jeu est maximal au niveau de la dent 9c située la plus en avant. Ce jeu est mesuré entre les flancs de la dent avant 9c du barreau 3 et ceux du sillon 8c correspondant du sabot 2. Le jeu est par contre minimal au niveau de la dent 9d qui est la première dent de la partie avant F. La température étant une température moyenne pour la figure 2, les jeux sont répartis de façon égale entre les flancs avant et arrière des différentes dents. Chaque dent 9 se positionne donc au milieu de son sillon 8, et ce aussi bien pour la partie avant F que pour la partie arrière R. On notera que de façon symétrique chaque dent 7 du sabot 2 se situe aussi au milieu de son sillon 10 dans le barreau 3. La figure 3 montre la liaison sabot / barreau pour la température maximale d'utilisation (de l'ordre de 60°C). Le sabot 2 s'est alors dilaté davantage que le barreau 3 et on remarque que les jeux se sont répartis différemment. Ils sont ainsi complètement à gauche des flancs gauches 12 des dents 9 du barreau pour la partie arrière R et à droite des flancs droits 11 des dents 9 du barreau 3 pour la partie avant F. Les flancs droits 11 des dents 9 du barreau sont en contact avec le sabot 2 au niveau de la partie arrière R tandis que ce sont les flancs gauches 12 des dents du barreau 3 qui sont en contact avec le sabot 2 au niveau de la partie avant F. La progressivité des jeux est choisie telle que tous les flancs droits 11 des dents 9 de la partie arrière R sont en contact avec le sabot 2 ainsi que tous les flancs gauches 12 des dents 9 de la partie avant F. Les jeux ont été choisis de telle sorte que, pour cette dilatation différentielle maximale, aucune ouverture du sabot n'apparaisse. La figure 4 montre cette liaison sabot / barreau pour la température minimale d'utilisation (de l'ordre de -40°C). Le sabot 2 s'est alors contracté davantage que le barreau 3 et on remarque encore une répartition différente des jeux, mais avec une répartition inverse de celle de la figure 3. Les jeux sont ainsi complètement à droite des flancs droits 11 des dents 9 du barreau pour la partie arrière R et à gauche des flancs gauche 12 des dents 9 du barreau 3 pour la partie avant F. Les flancs gauches 12 des dents 9 du barreau sont en contact avec le sabot 2 au niveau de la partie arrière R tandis que ce sont les flancs droits 11 des dents 9 du barreau 3 qui sont en contact avec le sabot 2 au niveau de la partie avant F. La progressivité des jeux est choisie telle que tous les flancs gauches 12 des dents 9 de la partie arrière R sont en contact avec le sabot ainsi que tous les flancs droits 11 des dents 9 de la partie avant F. Les jeux ont été choisis de telle sorte que, pour cette contraction différentielle maximale, aucune ouverture du sabot ne soit provoquée par une interférence entre les dents et les sillons. Avec le dispositif de liaison selon l'invention, le positionnement de référence sabot/barreau se trouve donc au niveau de la zone médiane M (c'est à dire aussi au niveau de la plaque de poussée 13), et le comportement de l'assemblage suite aux dilatations différentielles est analogue à celui de deux assemblages distincts disposés de part et d'autre de cette zone médiane M. Le dispositif de liaison selon l'invention est donc particulièrement adapté aux projectiles de grand allongement. En effet dans ce cas les longueurs d'interface importantes conduisent à des dilatations différentielles également importantes. Si, comme dans les solutions connues, on positionnait le sabot par rapport au barreau au niveau d'une extrémité du projectile (par une cale par exemple), c'est toutes les longueurs du barreau et du sabot qui se trouveraient soumises à une dilatation différentielle de même sens par rapport au calage. Il en résulterait une ouverture des segments du sabot ou bien l'obligation de prévoir un jeu de montage excessif. Grâce à l'invention chaque partie avant F et arrière R correspond à moins de la moitié de l'interface barreau/sabot total. Les amplitudes des dilatations sont donc réduites dans les mêmes proportions et les jeux peuvent être réduits sans inconvénient malgré une dilatation globale supérieure. L'invention a été décrite avec une interface sabot / barreau sous forme de filetage. Il serait bien entendu possible de la mettre en oeuvre avec une interface associant des gorges et bourrelets circulaires. Le dispositif de liaison selon l'invention est particulièrement facile à usiner. Le barreau 3 comporte un filetage classique sur toute sa longueur. Il n'y a donc pas de fragilisation mécanique du barreau. Le sabot 2 est tout d'abord usiné avec un taraudage classique correspondant à celui du barreau 3. Puis on réalise les parties avant F et arrière R à l'aide d'un outil (taraud) spécifique permettant de donner au niveau de ces deux zones la progressivité souhaitée pour les largeurs des sillons 8. On a décrit ici une interface sabot / barreau dans laquelle la partie médiane avait une certaine longueur. A titre de variante il est bien entendu possible de concevoir un dispositif de liaison dans lequel la partie médiane est réduite à une zone formée d'une seule dent. Cette dent médiane sépare alors une partie avant et une partie arrière du sabot et le jeu est croissant entre cette zone médiane du sabot et les extrémités avant et arrière du sabot.10 REVENDICATIONS1- Dispositif de liaison par concordance de forme entre un sabot (2) et un barreau (3) d'un projectile de type flèche, le sabot comportant un premier profil usiné au niveau d'un alésage et coopérant avec un deuxième profil porté par le barreau, chaque profil présentant en coupe suivant un plan axial une forme alternant dents (7,9) et sillons (8,10), le jeu axial entre une dent du barreau (3) et le sillon formant son logement dans le sabot (2) étant variable le long de l'axe du projectile (1), dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une partie avant (F) et une partie arrière (R) dans lesquelles les jeux entre les dents (9) du barreau (3) et leurs logements (8) dans le sabot (2) sont variables, le jeu étant, au niveau de chaque partie, croissant entre une zone médiane (M) du sabot (2) et une extrémité avant ou arrière du sabot (2). 2- Dispositif de liaison par concordance de formes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone médiane (M) est constituée par une partie médiane du sabot (2) au niveau de laquelle le jeu entre les dents du barreau (3) et leurs logements dans le sabot (2) est sensiblement constant. 3- Dispositif de liaison par concordance de formes selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone ou partie médiane (M) est disposée longitudinalement au niveau d'une plaque de poussée (13) du sabot. 4- Dispositif de liaison par concordance de formes selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie médiane (M) a une longueur inférieure ou égale à 30 % de la longueur 30 totale de l'interface sabot (2) / barreau (3). 5- Dispositif de liaison par concordance de formes selon la revendication 4, caractérisé en ce que les dents (9) et sillons (10) du barreau (3) ont une largeur constante le long du barreau (3), le sabot (2) seul présentant une partiemédiane (M) au niveau de laquelle dents (7) et sillons (8) sont également de largeur constante et des parties avant (F) et arrière (R) au niveau desquelles dents et sillons ont des largeurs variables. 6- Dispositif de liaison par concordance de formes selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les profils sont constitués par un filetage sur le barreau (3) coopérant avec un taraudage sur le sabot (2). 7- Dispositif de liaison par concordance de formes selon la revendication 6, caractérisé en ce que la largeur des filets du taraudage est progressive entre la partie ou zone médiane (M) et les extrémités avant et arrière du taraudage. 8- Dispositif de liaison par concordance de formes selon la revendication 7, caractérisé en ce que les variations des filets du taraudage sont définies de telle sorte qu'à une température moyenne d'utilisation les jeux soient également répartis de part et d'autre de chaque dent (7,9), chaque dent (9) du barreau (3) se trouvant ainsi sensiblement au milieu de son logement (8) du taraudage.