Brevet FR2969747A1 — publié le 20120629

Le domaine technique de l'invention est celui des pénétrateurs pour projectiles flèches de gros calibre. Les projectiles flèches comportent d'une façon classique un pénétrateur sous-calibré qui est entouré d'un sabot au calibre permettant le tir à partir d'un canon. Un pénétrateur est habituellement formé par un barreau en métal dense doté d'un empennage fixe sur sa partie arrière et d'une ogive sur sa partie avant. Lorsque ces pénétrateurs sont utilisés contre des cibles comportant plusieurs plaques inclinées les sollicitations transversales subies par le pénétrateur au moment de l'impact engendrent la rupture de celui ci. Pour remédier à ceci, il est connu du brevet CH691785 de réaliser le barreau sous la forme d'un noyau dense chemisé avec un matériau plus résilient tel que l'acier qui compensera la fragilité du noyau. Ce matériau peut être fixé par soudage, collage ou bien fretté autour du noyau pour contrer les sollicitations transversales et maintenir en ligne les éventuelles fractions du noyau apparues suite au choc contre le blindage. De plus ces solutions peuvent être utilisées en combinaison avec un vissage de la chemise. Cependant, cette solution n'est pas idéale. Soudage, collage et même frettage résistent mal à l'arrachement de la chemise tant au départ du coup qu'à l'impact. D'autre part le filetage créé au fond des filets des zones fragiles qui sont autant de points de rupture potentiels tant pour le noyau que pour sa chemise. L'invention propose de résoudre le problème de tenue mécanique d'un barreau chemisé tout en facilitant l'assemblage du noyau et de la chemise en adoptant un frettage combiné à un vissage où le filetage présente des caractéristiques particulières diminuant le nombre de zones de contraintes en fond de filet. Ainsi l'invention a pour objet un pénétrateur flèche chemisé, comportant un noyau en alliage métallique lourd, préférentiellement à base de tungstène, sur lequel est fixée une chemise par filetage et frettage, pénétrateur caractérisé en ce que le filetage a un rapport pas P sur largeur L de dent supérieur à 2. Avantageusement, la chemise est en acier allié au Nickel, chrome et molybdène et le noyau en alliage de tungstène. Selon une caractéristique, la hauteur de la dent d'un filet est comprise entre 0,2 et 1 fois sa largeur à la base. Avantageusement, le noyau comporte un épaulement dans sa partie arrière formant une butée axiale pour la chemise. Selon une autre caractéristique, le matériau de la chemise présente un différentiel de dilation supérieur à 3,5 par rapport au noyau, la chemise ayant le coefficient de dilatation le plus élevé. L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage d'une chemise sur un noyau pour former un 20 pénétrateur flèche, procédé caractérisé en ce que: - on usine un filetage sur le noyau et un taraudage dans un alésage du noyau à une température ambiante, le pas du taraudage étant inférieur au pas du filetage et le diamètre de l'alésage étant inférieur au diamètre du noyau, 25 - on procède au chauffage de la chemise et du noyau jusqu'à une température de concordance pour laquelle la dilatation des matériaux amène à une concordance de forme entre filet et taraudage, - on assemble par vissage à cette température de 30 concordance le noyau et la chemise, - on laisse refroidir progressivement le pénétrateur formé par la chemise et le noyau jusqu'à la température ambiante. Selon une caractéristique de l'invention, pour une chemise en acier au chrome molybdène et un noyau à base de tungstène, la température de concordance est de l'ordre de 435°C. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : 10 La figure 1 représente une vue latérale d'un pénétrateur selon l'invention avec une coupe longitudinale de la chemise. La figure 2 représente une coupe partielle du pénétrateur au niveau de l'interface entre noyau et chemise. 15 Selon la figure 1, et selon un mode de réalisation de l'invention, le pénétrateur 1 comporte un noyau 2 entouré d'une chemise 3. La longueur de la chemise 2 est comprise entre 20 et 30 fois le diamètre du noyau. Le pénétrateur 1 comporte à sa partie arrière AR un empennage 4 solidaire du 20 noyau 2. La partie avant AV du pénétrateur 1 comporte une ogive 5 également solidaire du noyau 2. La chemise 3 comporte sur sa surface cylindrique externe un premier filetage 6 destiné, selon une technique bien connue, à permettre le montage du pénétrateur dans un sabot de lancement au calibre 25 pour constituer un projectile flèche. Le sabot n'est pas représenté car il ne fait pas partie de l'invention. La chemise 3 est en butée à sa partie arrière sur un épaulement 10 du noyau 2. L'alésage interne de la chemise 3 comporte un taraudage. 30 7a qui correspond avec un second filetage 7b aménagé sur le noyau 2. Il est d'usage d'employer un alliage dense et dur pour le noyau 2 du pénétrateur 1 comme par exemple un alliage de tungstène. La chemise 3 quant à elle devra être réalisée dans5 un matériau plus ductile que celui du noyau 2 (tel qu'un alliage d'acier lorsque le noyau 2 est en alliage de tungstène). L'emploi d'un alliage plus ductile pour chemiser le noyau 2 a comme fonction de compenser la fragilité du noyau 2 et de maintenir en ligne les portions de noyau 2 fractionnées suite au choc sur un blindage. Le filetage 7b comporte des dents 8 de largeur L et hauteur H sur le noyau 2. Ce filetage 7b coopère avec un taraudage 7a ayant des formes correspondantes portées par la chemise 3. Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, chaque dent 8 du filetage 7b est séparée de la suivante ou de la précédente par un fond de filet 9 parallèle à l'axe 11 du pénétrateur 1. La chemise 3 est assemblée au noyau 2 par filetage et frettage radial et axial. L'effort de pression F créé par le frettage radial de la chemise 3 sur le noyau 2 vient s'appliquer sur la surface cylindrique hélicoïdale 9 générée par la révolution du fond de filet 9 autour de l'axe 11. Cet effort de pression F augmente la résistance à l'arrachement de la chemise 2 par augmentation du frottement entre chemise 3 et noyau 2. La résistance à l'arrachement de la chemise 3 est également accrue par la capacité de résistance aux efforts de cisaillement du filetage 7b. Le pas P du filetage 7b sera donc dimensionné de telle sorte que les contraintes générées par le coup de canon soient inférieures aux contraintes admissibles en cisaillement par les dents 8 ajoutées aux contraintes admissibles par le frettage des fonds de filets 9 entre les dents 8. Le pas maximal est dicté par le nombre de dents minimum à respecter pour offrir une section de cisaillement compatible des contraintes de cisaillement longitudinales subies lors du tir. Le pas minimal est fixé à 2 pour limiter les contraintes au niveau de la base des dents et pour présenter une surface de portée significative pour le frettage. Le noyau 2 est ainsi rendu plus solide. Ainsi dans le cas d'une chemise 3 en acier et d'un noyau 2 en alliage de tungstène le rapport pas P sur largeur de dent 8 sera compris entre 2 et 6. Idéalement l'invention s'applique à un pénétrateur 1 dont le rapport de la longueur de noyau fileté sur le 10 diamètre du noyau 2 est supérieur à 20. La répartition homogène du filet sur toute la longueur de la chemise permet de mieux répartir l'effort de résistance à l'arrachement subi par chaque dent 8. Le noyau comporte dans sa partie arrière un épaulement 10 15 contre lequel la chemise 3 vient en butée lorsqu'elle est complètement vissée sur le noyau 2. Cet épaulement 10 contribue également au non-glissement de la chemise 3 sur le noyau 2. Le rapport hauteur H de dent 8 sur largeur L sera choisi 20 entre 1 et 0,2 pour des commodités de production. La figure 2 montre de façon agrandie l'interface de solidarisation entre la chemise 3 et le noyau 2. La liaison mécanique est réalisée par un serrage à la fois radial et longitudinal de la chemise 3 autour du noyau 2 combiné avec 25 un vissage du noyau 2 dans la chemise 3. L'assemblage de la chemise 3 sur le noyau 2 est réalisé de la façon suivante. On réalise dans une première étape l'usinage du filetage 7b du noyau et du taraudage 7a de la chemise 3 à une 30 température ambiante, c'est à dire comprise entre 15°C et 20°C. La chemise est réalisée en un matériau ayant un coefficient de dilatation supérieur à celui du noyau. Le taraudage 7a réalisé sur la chemise 3 aura donc un pas inférieur à celui du filetage 7b réalisé sur le noyau 2 et par ailleurs l'alésage de la chemise 3 aura un diamètre nominal inférieur à celui du noyau. Le montage par vissage est donc impossible à température ambiante. On chauffe ensuite la chemise 3 et le noyau 2, par exemple dans une étuve, jusqu'à une température telle que la dilatation des matériaux amène à une concordance géométrique entre le filetage 7b et le taraudage 7a. Cette température de concordance dépend de la nature des matériaux utilisés et en particulier de leurs coefficients de dilatation. Elle dépend aussi des écarts dimensionnels entre chemise et noyau, donc du niveau de contraintes de frettage qui est souhaité. Il est important que les deux pièces soient à la même température au moment de leur assemblage. Un frettage où l'on ne chaufferait que la chemise 3 (ou inversement où l'on ne refroidirait que le noyau 2) serait inadapté. En effet, au moment de l'assemblage le transfert thermique entre les pièces serait tel que l'on arriverait à un blocage mécanique avant d'avoir pu visser totalement la chemise 2 sur le noyau 3. Ceci est d'autant plus vrai que le pénétrateur à réaliser est de grande longueur (rapport L/D supérieur à 20). A titre d'exemple, pour une chemise 3 en acier au chrome molybdène et un noyau 2 à base de tungstène, et pour un écart de pas entre filetage et taraudage à température ambiante (20°C) de l'ordre de -0,005 mm et un écart de diamètre entre noyau et alésage de la chemise de l'ordre de -0,02 mm aux tolérances d'usinage près, la température de concordance entre filetage et taraudage sera de l'ordre de 435°C. L'assemblage entre noyau et chemise est réalisé à 435°C à l'aide d'un outillage spécifique permettant la manipulation et le vissage de ces deux pièces. Après assemblage on laisse progressivement le pénétrateur revenir à température ambiante (comprise entre 15°C et 20°C). Le refroidissement provoque le frettage radial et longitudinal souhaité de la chemise 3 sur le noyau 2. La réalisation dans de bonnes conditions de l'assemblage entre le noyau et la chemise est soumise à l'emploi de matériaux présentant un différentiel de dilation supérieur à 3,5. La chemise 3 étant constituée du matériau ayant le coefficient de dilatation le plus élevé. On notera que, plus le différentiel entre coefficients de dilatation est élevé, plus 1a température permettant la concordance de formes entre chemise 3 et noyau 2 sera atteinte rapidement. Bien entendu, le niveau de frettage entre chemise et noyau choisi lors de la conception du pénétrateur dépendra également de la plage de températures d'emploi souhaitée pour le projectile flèche. Cette plage d'emploi est généralement comprise entre -40°C et +60°C. On dimensionnera donc filetage et taraudage pour que le frettage reste d'un niveau suffisant même pour les températures d'emploi maximales (+60°C).20 REVENDICATIONS1- Pénétrateur (1) flèche chemisé, comportant un noyau (2) en alliage métallique lourd, préférentiellement à base de tungstène, sur lequel est fixée une chemise (3) par filetage et frettage, pénétrateur caractérisé en ce que le filetage (7b) a un rapport pas P sur largeur L de dent supérieur à 2. caractérisé en ce nickel, chrome et molybdène et le noyau (2) en alliage de tungstène. 3- Pénétrateur flèche chemisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur de la dent (8) d'un filet est comprise entre 0,2 et 1 fois sa largeur à la base. 4- Pénétrateur flèche chemisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau (2) comporte un épaulement dans sa partie arrière formant une butée axiale pour la chemise (3). 5- Pénétrateur flèche chemisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la chemise (3) présente un différentiel de dilation supérieur à 3,5 par rapport au noyau (2), la chemise (3) ayant le coefficient de dilatation le plus élevé. 6- Procédé d'assemblage d'une chemise (3) sur un noyau (2) pour former un pénétrateur flèche, procédé caractérisé en ce que: - on usine un filetage (7b) sur le noyau (2) et un taraudage (7a) dans un alésage du noyau à une température ambiante, le pas du taraudage étant inférieur au pas du filetage et le diamètre de l'alésage étant inférieur au diamètre du noyau, - on procède au chauffage de la chemise (3) et du noyau (2) jusqu'à une température de concordance pour laquelle la 2- Pénétrateur flèche chemisé selon la revendication 1, la chemise (3) est en acier allié audilatation des matériaux amène à une concordance de forme entre filet (7b) et taraudage (7a), - on assemble par vissage à cette température de concordance le noyau et la chemise, - on laisse refroidir progressivement le pénétrateur formé par la chemise (3) et le noyau (2) jusqu'à la température ambiante. 7- Procédé d'assemblage selon la revendication 6 caractérisé en ce que pour une chemise (3) en acier au chrome molybdène et un noyau (2) à base de tungstène, la température de concordance est de l'ordre de 435°C.