Brevet FR2940683A1 — publié le 20100702

Le domaine technique de l'invention est celui des têtes militaires et plus particulièrement des têtes militaires permettant la dispersion de barreaux. On connaît notamment par le brevet WO03/042624 une tête militaire comportant des barreaux cinétiques en matériau dense qui sont dispersés par explosif au voisinage d'une cible telle un missile balistique. Suivant les modes de réalisation connus, les barreaux sont entourés de différents secteurs d'explosifs disposés Io entre une enveloppe externe de la tête militaire et les barreaux. L'enveloppe externe est par ailleurs découpable par des moyens pyrotechniques tels que des cordeaux de découpe. Une telle tête militaire peut projeter les barreaux suivant différentes directions radiales. Des moyens de 15 détection permettent de localiser la cible par rapport à la tête militaire. Les moyens d'amorçage provoquent alors en séquence : tout d'abord la découpe de l'enveloppe au niveau de la zone la plus proche de la cible puis l'initiation d'un ou plusieurs secteurs diamétralement opposés à la zone 20 découpée. On assure ainsi l'éjection des barreaux radialement et en direction de la cible. Cette éjection se fait au travers de l'ouverture réalisée dans l'enveloppe par les moyens de découpe. Une telle tête militaire propose aussi un mode de 25 fonctionnement dans lequel les barreaux sont éjectés radialement suivant une répartition cylindrique (donc suivant toutes les directions radiales). Pour obtenir cela il est proposé de prévoir une charge explosive axiale qui est initiée par des moyens d'amorçage 30 spécifiques. Cependant une telle solution rend les moyens d'amorçage plus complexes. Il est en effet nécessaire de sécuriser au niveau d'une tête militaire tous les moyens d'amorçage afin d'éviter les initiations non désirées. 35 Par ailleurs cette charge explosive axiale devra être initiée à l'une ou l'autre de ses extrémités ce qui va provoquer une dispersion des barreaux suivant des directions qui ne sont pas réellement radiales mais plutôt orientées dans le sens de propagation de l'onde de détonation dans la charge explosive axiale. Les barreaux étant orientés parallèlement à l'axe de la tête militaire ils vont donc se trouver animés d'un mouvement 5 de pivotement qui nuit à leur efficacité. L'invention a pour objet de proposer une architecture de tête militaire qui permet d'une part de simplifier les moyens d'amorçage de la charge axiale et d'autre part d'assurer une dispersion des barreaux suivant des directions effectivement 10 radiales. Ainsi, l'invention a pour objet une tête militaire comprenant au moins une couronne de barreaux entourant une première charge d'explosif sensiblement cylindrique et disposée autour de l'axe de la tête, tête militaire 15 comprenant par ailleurs au moins trois secteurs d'explosifs disposés entre l'enveloppe externe de la tête militaire et la ou les couronnes de barreaux, chaque secteur pouvant être initié de façon individuelle par un moyen d'amorçage spécifique, tête militaire caractérisée en ce que les niveaux 20 de puissance relatifs des différents secteurs d'explosifs sont choisis de telle sorte que seule une initiation simultanée de tous les secteurs assure l'initiation de la première charge par l'intermédiaire des chocs transmis au travers des barreaux. 25 Avantageusement, les barreaux seront disposés dans un matériau amortisseur compressible. Les secteurs explosifs seront de préférence délimités par des parois sensiblement radiales réalisées en un matériau amortisseur de l'onde de choc. 30 Les parois radiales pourront être reliées à une paroi externe sensiblement cylindrique réalisée, elle aussi, en un matériau amortisseur. Le matériau explosif de la première charge sera avantageusement un matériau explosif à sensibilité réduite. 35 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 en coupe transversale de la tête militaire selon invention, - la figure 2 est une vue latérale externe (enveloppe retirée) de la tête militaire selon l'invention. - la figure 3 schématise une dispersion des barreaux suivant une direction particulière, - la figure 4 schématise une dispersion cylindrique des barreaux. En se reportant aux figures 1 et 2, une tête militaire 1 selon l'invention comporte une enveloppe 2 en acier à l'intérieur de laquelle sont disposés différents éléments. Cette tête 1 incorpore ainsi une première charge d'explosif 3 sensiblement cylindrique et ayant même axe 4 que la tête militaire 1. Cette charge est disposée dans un étui léger 5 par exemple en matière plastique et elle est entourée par plusieurs couches (ou couronnes circulaires) concentriques de barreaux cylindriques 7 noyés dans une matrice 6 d'un matériau amortisseur compressible, par exemple une mousse synthétique (par exemple une mousse de polyuréthane) qui assure la solidarisation des barreaux 7. Il y a ici quatre couronnes concentriques de barreaux 7. Les barreaux 7 de la couche interne sont en contact avec l'étui 5 de la première charge 3. Les barreaux 7 sont cylindriques et réalisés en un matériau dense, par exemple en alliage de tungstène. Ils s'étendent sur sensiblement toute la longueur de la tête militaire 1. Le matériau amortisseur compressible 6 qui assure la solidarisation des barreaux 7 est sous la forme de couches minces (de l'ordre du millimètre). On réalisera ainsi un seul et même bloc de matériau amortisseur 6 surmoulé sur les barreaux 7, bloc à l'intérieur duquel on positionnera ensuite la première charge explosive 3. La tête militaire 1 comprend par ailleurs au moins trois secteurs 9 d'explosif qui sont disposés entre l'enveloppe externe 2 de la tête militaire et la ou les couronnes de barreaux 7. Chaque secteur 9 peut être initié de façon individuelle par au moins un moyen d'amorçage spécifique 10. Comme cela est plus clairement représenté à la figure 2, le moyen d'amorçage 10 de chaque secteur 9 comprend un détonateur central 10e qui initie de façon simultanée quatre relais de détonation 10a, 10b, 10c, 10d par l'intermédiaire de quatre cordeaux de transmission de détonation 18. L'initiation du détonateur 10e est commandée par une fusée électronique 11. L'initiation de ce détonateur 10e provoque l0 donc l'initiation simultanée des quatre relais 10a, 10b, 10c,10d. Ces relais sont disposés sur une surface externe de chaque secteur explosif 9 (en contact avec une paroi externe 13 délimitant ce secteur 9). Les relais sont ainsi disposés 15 suivant une croix. Le moyen d'amorçage 10 est donc à la fois symétrique par rapport au plan de symétrie radial du secteur explosif 9 et par rapport au plan médian transversal à ce plan de symétrie. Le plan de symétrie radial est le plan suivant lequel se propagera l'onde de détonation engendrée 20 par ce secteur 9. Ce plan passe par l'axe 4 de la tête militaire. Seuls deux relais l0a,l0c par secteur 9 sont représentés sur la figure 1. La mise en œuvre de ces quatre moyens d'amorçage disposés 25 à distance les uns des autres permet de donner à l'onde de détonation progressant dans un secteur 9 donné une direction sensiblement radiale. On maîtrise mieux ainsi la direction du choc appliqué aux barreaux 7. Les secteurs explosifs 9 sont délimités par des parois 12 30 sensiblement radiales qui sont solidaires de la paroi externe 13 sensiblement cylindrique. La paroi externe 13 ainsi que les parois radiales 12 sont toutes réalisées en un matériau amortisseur de l'onde de choc, par exemple en une matière plastique de type polyacétal ou autre matériau équivalent. 35 Le but recherché est d'éviter lors de l'initiation d'un secteur explosif 9 que l'onde de détonation progresse jusqu'à un secteur voisin. Il est en effet essentiel pour assurer la directivité de la tête militaire 1 que seul le (ou les) secteur (s) explosif (s) choisi (s) soi(en)t initié (s) . D'un point de vue fabrication, il sera possible de réaliser par injection la paroi cylindrique 13 portant les différentes parois radiales 12. Les différents blocs explosifs 9 seront usinés individuellement et on les positionnera ensuite dans chaque logement délimité par deux parois 12 voisines. On remarque sur la figure 1 que des goulottes 14 sont l0 aménagées sur la surface externe de la paroi 13 en regard de l'enveloppe 2. Ces goulottes sont disposées sensiblement au niveau des parois radiales 12. Chaque goulotte reçoit un cordeau de découpe pyrotechnique 15 qui est initié par une amorce 16 dont la mise à feu est commandée par la fusée 11 15 (figure 2). Le fonctionnement de la tête militaire selon l'invention est le suivant. La figure 3 schématise le mode de dispersion des barreaux suivant une direction radiale 8 privilégiée. Ce mode de 20 fonctionnement est analogue à celui qui est décrit dans le brevet W003/042624. La détection et localisation d'une cible par des moyens (non représentés) va conduire à la détermination par un calculateur solidaire de la fusée 11 d'une direction d'action 8. La fusée 11 va alors commander en 25 séquence . A- tout d'abord l'initiation de deux cordeaux de découpe 15 disposés symétriquement de part et d'autre de la direction 8. On choisira de préférence deux cordeaux disposés de telle sorte qu'ils permettent de découper un secteur 2a de 30 l'enveloppe 2 d'au moins 90°. Une telle disposition vise à aménager une ouverture de dimensions suffisantes sur l'enveloppe 2 de façon à perturber le moins possible la dispersion des barreaux 7. B- ensuite l'initiation des moyens d'amorçage 10 du 35 secteur explosif 9 correspondant à la direction 8. L'effort F communiqué par l'explosif va pousser l'ensemble des barreaux 7 hors de l'enveloppe 2 et en direction de la cible 17. La première charge explosive 3 n'est pas initiée et elle est éjectée avec les barreaux 7. Si la cible se trouve située à une distance de la tête militaire 1 supérieure à une valeur limite (qui sera préprogrammée dans la fusée 11), on pourra initier également les deux autres secteurs 9 voisins du secteur correspondant à la direction 8 et disposés de part et d'autre de cette direction. On augmente ainsi la valeur de l'énergie cinétique communiquée aux barreaux 7 donc leur vitesse. Dans le cas où la direction 8 ne correspondrait pas à un secteur particulier (si elle passe par exemple par une des parois 12), on pourra commander l'initiation des deux secteurs 9 disposés de part et d'autre de cette direction 8. Il en résultera, par combinaison des efforts engendrés, un effort d'éjection F qui sera orienté suivant la direction souhaitée. La figure 4 schématise le mode de dispersion des barreaux suivant une répartition radiale cylindrique. Suivant ce mode de fonctionnement, la fusée 11 va 20 commander en séquence . A- tout d'abord l'initiation de tous les cordeaux de découpe 15 qui assureront ainsi le fractionnement de toute l'enveloppe 2. B- ensuite l'initiation simultanée de tous les secteurs 9 25 par l'intermédiaire des moyens d'amorçage 10 de chaque secteur. Les différents efforts F engendrés par ces initiations vont provoquer une transmission radiale des ondes de choc au travers des barreaux 7. 30 En effet si le matériau amortisseur 6 assure le maintien des barreaux 7 tout en assurant un amortissement des chocs de faible amplitude intervenant lors de la mise en oeuvre de la tête militaire, il n'amortit pas le choc qui sera transmis par l'initiation des secteurs explosifs 9. Ce choc 35 progressera radialement au travers des différents barreaux 7 vers la première charge explosive 3. La couronne interne de barreaux 7 est en contact avec l'étui 5 de la première charge 3. Le choc transmis va donc impacter directement la première charge 3 au travers de l'étui 5. La progression des ondes de chocs transmises par les secteurs 9 a une symétrie cylindrique. Tous les chocs vont donc arriver sur la première charge 5 explosive 3 sensiblement au même instant. L'énergie des différentes explosions des secteurs 9 va se trouver concentrée sur la première charge explosive 3 qui va être mise en détonation à son tour. La mise en détonation de la première charge explosive va 10 provoquer ensuite la dispersion radiale des barreaux 7 suivant toutes les directions radiales et avec une symétrie cylindrique (non représenté sur la figure). Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, les niveaux de puissance relatifs des différents 15 secteurs d'explosifs 9 sont en effet choisis de telle sorte que seule une initiation simultanée de tous les secteurs 9 assure l'initiation de la première charge 3 par l'impact sur cette dernière des ondes de choc transmises via les barreaux 7. 20 Il est en effet aisé de dimensionner chaque charge explosive 3, 9 de façon à respecter une telle condition. Lors du fonctionnement de la tête militaire 1 (figure3) suivant une direction privilégiée S, l'initiation du secteur explosif 9 génère donc une mise en vitesse des barreaux 7 25 dans cette direction. Les effets amortissants des matériaux entourant l'explosif 3 (principalement le matériau amortisseur 6 et l'étui 5) ne permettent pas son initiation. L'énergie issue de la détonation d'un seul secteur 9 (ou 30 de un à trois secteurs 9) n'est pas suffisante pour le permettre. On pourra par ailleurs mettre en œuvre pour réaliser la première charge d'explosif 3 un matériau explosif à vulnérabilité réduite (matériau MDEPS comme Matériau 35 Détonant Extrêmement Peu Sensible). De tels matériaux sont bien connus aujourd'hui et décrits notamment par les brevets EP-814069, US-4978482 et EP-1167324. Les matériaux explosifs à vulnérabilité réduite sont aujourd'hui rangés dans deux familles: celle des explosifs composites (décrits par US-4978482 et EP-1167324) et celle des explosifs fusionnables (décrits par EP-0814069). La première charge d'explosif 3 ne reçoit donc pas une énergie suffisante pour être amorcée. Elle est éjectée avec les barreaux 7 et constitue un pseudo barreau contribuant à l'efficacité globale de la charge 1. Ses caractéristiques mécaniques de conception (notamment la rigidité de son étui 5) lui permettent de contribuer à une éjection harmonieuse de Io l'ensemble des barreaux 7. Pour obtenir une projection radiale cylindrique des barreaux 7 (figure 4), l'ensemble des secteurs explosifs 9 est amorcé simultanément de façon à apporter une énergie par choc qui est cumulée et d'un niveau suffisant au travers de 15 la structure (étui 5, matériau amortisseur 6 et ensemble des couronnes de barreaux 7) pour dépasser le seuil d'amorçage requis pour la première charge explosive 3 (notamment si cette dernière est réalisée en un explosif à vulnérabilité réduite - MDEPS). 20 En fait, l'énergie apportée par la détonation d'un à trois secteurs explosifs 9 ne permet pas l'initiation de la première charge explosive 3 alors que celle apportée par la détonation de l'ensemble des secteurs explosifs 9 le permet. On notera par ailleurs que l'ensemble de la charge 25 explosive de la tête militaire 1 se trouve divisée en plusieurs secteurs explosifs 9 associés à une première charge explosive axiale 3. Parallèlement, les charges explosives 9, 3 sont isolées les unes des autres par des matériaux absorbant les ondes de 30 choc (matériau amortisseur 6 et parois de séparation radiales 12 Une telle conception d'ensemble (division de l'explosif et isolation des explosifs) permet de réduire les risques de mise en détonation de l'ensemble de la tête militaire 1 35 lorsque cette dernière est amenée à subir une agression thermomécanique (impact de projectile, incendie). La tête militaire selon l'invention a donc une conception d'ensemble qui permet de réduire sa vulnérabilité. Le dimensionnement des charges explosives 9 et 3 est d'autant plus aisé à réaliser pour obtenir une tel mode de fonctionnement que les niveaux d'énergie requis pour éjecter les barreaux à partir d'un ou de plusieurs secteurs sont faibles. En effet, avec le type de tête militaire proposé par l'invention, il n'est pas nécessaire d'obtenir des vitesses de projection importantes pour contrer la cible (missile balistique). Il suffit de positionner devant cette cible des barreaux lourds. La cible se trouvera détruite par les Io barreaux 7, principalement en raison de sa propre énergie cinétique. Ce niveau d'énergie faible ne permet pas d'initier la première charge explosive 3 lorsque l'on procède à une éjection suivant une direction radiale privilégiée (figure 15 3). On dimensionnera néanmoins la première charge explosive 3 de telle sorte que la combinaison de toutes les ondes de choc transmises par les barreaux 7 sur cette première charge 3 assure son initiation. La masse d'explosif de cette charge 3 sera dimensionnée de façon à pouvoir assurer la dispersion 20 radiale des barreaux avec le niveau de vitesse souhaité (de l'ordre de quelques dizaines de mètres par seconde). Du fait de la géométrie particulière de la tête militaire 1 selon l'invention, les ondes de chocs progressent radialement au travers des barreaux 7 tout en conservant une 25 progression du front de l'onde de choc parallèle à l'axe 4 de la tête militaire. Il en résulte une initiation de la première charge explosive 3 par des chocs intervenant le long de génératrices cylindriques régulièrement réparties angulairement. La 30 première charge 3 adopte alors un régime détonant à symétrie cylindrique et la projection radiale des barreaux 7 qui en résulte a également la même symétrie. On a donc grâce à l'invention très nettement simplifié le moyen d'amorçage de la charge cylindrique axiale 3 puisqu'il 35 est constitué par les secteurs explosifs 9 associés aux barreaux 7. On a par ailleurs obtenu une meilleure qualité de la dispersion des barreaux par cette charge axiale puisque le REVENDICATIONS1. Tête militaire (1) comprenant au moins une couronne de barreaux (7) entourant une première charge d'explosif (3) sensiblement cylindrique et disposée autour de l'axe (4) de la tête, tête militaire comprenant par ailleurs au moins trois secteurs (9) d'explosifs disposés entre l'enveloppe externe (2) de la tête militaire et la ou les couronnes de barreaux (7), chaque secteur (9) pouvant être initié de façon individuelle par un moyen d'amorçage spécifique (10), tête militaire caractérisée en ce que les niveaux de puissance relatifs des différents secteurs d'explosifs (9) sont choisis de telle sorte que seule une initiation simultanée de tous les secteurs (9) assure l'initiation de la première charge (3) par l'intermédiaire des chocs transmis au travers des barreaux (7). 2. Tête militaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barreaux (7) sont disposés dans un matériau amortisseur compressible (6). 3. Tête militaire selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les secteurs explosifs (9) sont délimités par des parois (12) sensiblement radiales réalisées en un matériau amortisseur de l'onde de choc. 4. Tête militaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois radiales (12) sont reliées à une paroi externe (13) sensiblement cylindrique réalisée, elle aussi, en un matériau amortisseur. 5. Tête militaire selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau explosif de la première charge (3) est un matériau explosif à sensibilité réduite.