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ALLUMEUR PYROTECHNIQUE POUR MOTEUR DE REDUCTION DE TRAINEE La présente invention concerne un allumeur pyrotechnique pour moteur de réduction de traînée du culot d'un projectile ou moteur base-bleed.
La portée maximale et la précision la plus élevée sont des objectifs prioritaires pour tous les munitionnaires qui développent de nouveaux projectiles ou améliorent des projectiles existants. Différents procédés permettent d'atteindre ces objectifs. Nous citerons pour l'exemple l'augmentation de la vitesse à la bouche de l'arme, les projectiles équipés d'un moteur propulsif (RAP) ou l'amélioration de la balistique interne et externe par réduction de la traînée de culot ou par l'utilisation de projectiles sous-calibrés.
Plusieurs procédés peuvent d'ailleurs être combinés.
L'invention s'inscrit dans le procédé de réduction de traînée de culot. Ce procédé utilise un dispositif se composant d'une chambre de combustion avec un bloc de propergol générateur de gaz adéquat comportant une base avec un orifice d'expulsion des gaz et un allumeur pyrotechnique généralement positionné au centre du fond. Celui-ci est habituellement constitué d'une charge pyrotechnique d'allumage. Lors de la mise à feu de la charge propulsive du projectile dans le canon, le bloc de propergol et la charge pyrotechnique de l'allumeur sont mis à feu par les gaz chauds provenant de la charge propulsive.
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Lorsque le projectile quitte le canon d'une arme, il se produit une brutale baisse de pression qui suffit à éteindre le bloc de propergol du dispositif basebleed.
C'est à ce moment qu'intervient l'allumeur qui, s'il est suffisamment exothermique et en régime correct de combustion, peut réallumer le bloc générateur de gaz. On reconnaît à cet élément un rôle primordial dans la régularité de la portée et de la précision de la munition équipée d'un moteur de réduction de traînée.
Une irrégularité dans le temps nécessaire à l'allumage de cet élément pyrotechnique conduit fatalement à une diversité d'allumage ou de réallumage du bloc générateur de gaz. Aussi est-il primordial d'obtenir toujours la même"énergie"au même endroit dans le canon pour allumer l'allumeur, de même qu'il est primordial que l'allumeur soit toujours dans le même état de réaction à la sortie du canon.
La présence de substances anti-lueurs dans les charges propulsives, les variations de pression et de température liées aux charges modulaires, les modifications de formules des charges propulsives, la présence ou non de douilles combustibles sont des causes immédiates de perturbations, de dispersions dans la constance de l'allumage de l'élément pyrotechnique. Il est dès lors compréhensible que si l'allumeur se trouve dans des phases de combustion différentes à la sortie de la bouche de l'arme, il ne pourra jouer son rôle de réallumage que de façon différente, ce qui conduira à une irrégularité dans le régime de combustion du générateur de gaz.
L'invention a pour objet un allumeur dont la construc-
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tion et la méthode de mise à feu assure une plus grande régularité et une totale indépendance à l'égard de la pression et de la température de la charge propulsive.
Sachant que la régularité des phénomènes de balistique interne et externe des quelques premières millisecondes conditionnent tout l'intérêt de tels projectiles, on comprendra aisément que l'invention apporte une amélioration conséquente au fonctionnement du moteur de réduction de traînée.
La présente invention propose un allumeur de moteur de réduction de traînée du culot d'un projectile comportant son propre dispositif de détection de l'accélération et/ou de la rotation du projectile dans l'arme de manière à assurer un allumage extrêmement énergétique de la charge pyrotechnique habituelle à ce genre de dispositif.
Conformément à l'invention, l'allumeur comprend un corps dans lequel est logée une charge pyrotechnique d'allumage d'un bloc de propergol faisant partie du moteur précité et en outre un dispositif d'amorçage comprenant un détecteur de mouvement du projectile dans un canon, lequel dispositif de détection de mouvement est agencé de manière à allumer une amorce en réponse à la détection de l'énergie cinétique résultant du mouvement du projectile et ce, de façon indépendante de la pression et de la température générées par la charge propulsive.
Les dispositifs de détection du mouvement d'un projectile dans une arme sont bien connus des fabricants de fusées d'artillerie ou de mortier et ne font pas en
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soi l'objet de l'invention. Ils peuvent être mécaniques, électriques, électroniques ou électromagnétiques.
Ces dispositifs font appel aux forces de setback ou de rotation pour libérer un organe, déformer un composant, comprimer ou relâcher un ressort, comprimer un quartz piézo-électrique, et finalement initier un composant pyrotechnique sensible à la percussion, à la friction (détonateur ou amorce à percussion) ou encore un composant pyrotechnique amorcé électriquement par une décharge électrique dans un fil de pont, un pont de graphite, une composition pyrotechnique conductrice ou une couche métallique mince, ou provoquer un claquage entre deux conducteurs séparés par un diélectrique sensible.
L'invention prévoit également d'intercaler une charge transfert pyrotechnique hautement énergétique entre l'amorce mise à feu par le fonctionnement du détecteur de mouvement et la charge pyrotechnique d'allumage du bloc propergol. La charge sera densifiée soit préalablement sous forme de pastille, soit comprimée directement dans son logement. De telles charges sont bien connues et comprennent habituellement un agent oxydant et une poudre métallique ou un métalloide en proportion adéquate pour avoir une chaleur de réaction élevée.
On citera par exemple l'utilisation d'oxydants tels que le nitrate de potassium, le perchlorate de potassium, le chromate de barium, les peroxydes de barium, de plomb, de strontium, le nitrate de barium, ou les oxydes de fer ; des poudres métalliques, par exemple aluminium, magnésium, zinc, titane, zirconium, tungstène, chrome, molybdène, nickel, et des alliages de ces poudres entre elles ou avec d'autres métaux ou des métalloides tels que le soufre, le bore, le sélénium, le silicium, le mischmétal. Un liant organique,
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inorganique, de synthèse ou naturel pourra avoir été incorporé en proportion adéquate à la composition afin de la rendre plus manipulable ou densifiable.
Sa durée de combustion, dans les conditions d'environnement du canon sera au moins égale à la durée du trajet du projectile dans le canon et son temps d'amorçage par le détonateur ou l'amorce sera le plus court possible, de l'ordre de la milliseconde.
La charge de transfert pyrotechnique, hautement énergétique est placée directement au-dessus de la charge pyrotechnique principale. Entre les deux se situe la chambre de combustion munie de trous, droits ou obliques, d'évacuation des gaz et particules chaudes provenant de l'allumeur. Les trous sont répartis sur la circonférence du corps. Leur nombre, leur diamètre, leur obliquité, feront l'objet d'adaptation particulière en fonction du diamètre du corps, du propellant à allumer, de la localisation de l'allumeur objet de l'invention.
Afin de protéger les éléments logés dans le corps des effets de l'humidité ou des émanations de solvants divers provenant de l'environnement, les trous d'évacuation sont obturés par une feuille métallique autocollante circulaire, obturant de façon étanche les orifices. Cette fermeture est sans conséquence sur l'allumage interne de l'allumeur objet de l'invention, alors que ce même moyen de fermeture pouvait être source de perturbation dans le cas de l'allumeur traditionnel allumé extérieurement par la charge propulsive.
La charge pyrotechnique d'allumage du properqol com- primée dans une cuvette ou comprimée directement dans le corps est classiquement un mélange d'oxydants et de
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réducteurs, similaire dans ses composants à la composition énergétique décrite plus haut mais à vitesse de combustion plus lente de façon à couvrir un temps de réaction d'au moins une seconde. Généralement, soit par un poinçon étagé, soit par un poinçon gaufré, on augmentera la surface d'allumage de cette composition.
Allumés par la composition énergétique, la flamme, les gaz chauds et les particules incandescentes sont expulsés par les orifices latéraux et attaquent directement la surface intérieure du bloc creux de propergol. La force centrifuge due à la rotation du projectile favorise cette éjection. Les produits de réaction de la composition énergétique participent d'ailleurs dans cette phase critique de l'allumage à la mise en régime de la combustion du propergol.
Grâce au dispositif de détection du mouvement du projectile, l'allumage de l'amorce se passera toujours au même endroit de la courbe pression-temps des gaz dans le canon. L'allumage pyrotechnique qui s'ensuit est instantané et plus exothermique que les gaz environnants provenant de la charge propulsive.
Le positionnement de l'allumeur dans le cas de l'invention est indifférent puisqu'il n'est plus allumé par la charge propulsive et ne doit donc plus se situer dans la position paraissant la plus favorable à ce type d'allumage.
L'invention est décrite de façon plus détaillée ciaprès sur un exemple de réalisation à l'aide des dessins joints.
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La figure 1 représente la construction classique d'un moteur de réduction de traînée.
La figure 2 représente en coupe un exemple de forme de réalisation d'un dispositif allumeur selon l'invention.
Les figures 3 et 4 montrent deux emplacements possibles typiques de l'allumeur selon l'invention.
L'allumeur selon l'invention est destiné à être monté avec un bloc de propergol dans une chambre de combustion pour former un moteur de réduction de traînée ou moteur base-bleed à la base d'un projectile. La figure 1 représente schématiquement un projectile 1 dont la base est agencée avec un moteur base-bleed classique désigné par le signe de référence 2. Le chiffre 3 désigne un bloc de propergol générateur de gaz et le chiffre 4 désigne un allumeur pyrotechnique qui est généralement positionné au centre de la base. Comme dit plus haut, l'allumeur pyrotechnique classique est prévu pour être allumé par les gaz chauds produits par la mise à feu du bloc de propergol.
La figure 2 représente en coupe transversale un exemple de forme de réalisation de l'invention comprenant un dispositif d'allumage mécanique. L'allumeur pyrotechnique 10 comprend un corps cylindrique métallique 11 ouvert au moins à une de ses extrémités afin d'y introduire dans un ordre défini les composants actifs de l'allumeur. Un filetage extérieur 12 permet son accrochage, dans le cas représenté, contre le culot d'un projectile.
Un dispositif détecteur d'accélération et de rotation est positionné dans la partie supérieure du corps 11.
Il est maintenu en place solidement par un porte-amorce 16 vissé à l'intérieur du corps 11. Ce détecteur
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mécanique 15 est composé d'un corps central 21 percé dans sa partie haute d'un ou plusieurs trous perpendiculaires à son axe. Sur la base de ce corps central 21 repose un ressort 22 légèrement comprimé par une bague lisse 23 qui est maintenue en position haute par un sertissage de la face supérieure du corps central 21 après assemblage, ou tout autre moyen mécaniquement valable. Cette bague 23, au niveau des trous forés dans le corps central, emprisonne des billes 24 qui se logent dans une gorge adéquate d'une masse percutrice 25. Tel que décrit, cet ensemble est solidaire et constitue un module manipulable et éventuellement testé avant montage.
On pourrait remplacer cet ensemble mécanique par un générateur électrique, électronique ou électromagnétique, du genre de ceux qui équipent les fusées de culot pour projectiles à charge creuse et qui initierait instantanément un dispositif d'amor- çage électrique en lieu et place de l'amorce à percussion 17. Les séquences après cette initiation sont communes aux deux systèmes.
Le porte-amorce 16 est une pièce tournée, munie d'un filet permettant sa fixation à l'intérieur du corps 11 de l'allumeur. Dans sa partie supérieure, une amorce 17 est sertie suivant les règles de l'art. Dans l'ensemble illustré, la masse percutrice 25 possède une protubérance arrondie, et de ce fait l'amorce 17 est ici du modèle alvéole-enclume. Dans le cas où le percuteur 25 est acéré, l'amorce sera du modèle étui à paillet avec composition sensible à la pénétration d'une aiguille.
Dans l'exemple décrit, l'amorce à enclume 17 est déformée par le percuteur 25 et assure une étanchéité des gaz vers le haut puisque l'alvéole n'est pas percée, ce qui n'est pas le cas d'une amorce à paillet.
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La charge de transfert pyrotechnique peut au choix être comprimée directement dans son logement ou y être introduite sous forme de comprimé obtenu sur une presse à pastiller. Une forme particulière pourra lui être donnée côté amorce pour augmenter la surface d'allumage.
Dans sa partie inférieure, le porte-amorce 16 présente un logement recevant une charge de transfert pyrotechnique hautement énergétique 26. Diverses compositions sont connues comme exposé plus haut. Une composition à base de bore et de nitrate de potassium, avec ou sans liant, donne notamment d'excellents résultats. La charge 26 est recouverte d'un disque de fermeture 27 maintenu par un anneau extérieur 28 qui supportera le sertissage de la lèvre du porte amorce 16. Deux trous de vissage 29 permettent le vissage à butée ou à couple défini du porte amorce chargé dans le corps 11 de l'allumeur.
Entre le logement de l'amorce 17 et le logement de la charge de transfert pyrotechnique 26 le porte-amorce 16 est traversé par un canal de flamme 30 destiné à diriger vers la charge de transfert pyrotechnique 26, la flamme produite par l'amorce lorsque celle-ci se trouve allumée.
La partie supérieure du porte amorce 16 contenant l'amorce 17 a un diamètre tel qu'il s'inscrit dans le diamètre intérieur du canal central du dispositif détecteur 15. Ceci permet de solidariser les deux éléments lors du montage et de centrer parfaitement l'amorce 17 par rapport au percuteur 25.
Enfin une cuvette 19, emboutie ou décolletée, chargée sous haute pression avec une charge principale 18 s'élevant à l'allumage du propergol est introduite à
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butée sur un épaulement dans le corps de l'allumeur.
Un bouchon métallique 13 vissé fermement assure le positionnement de la cuvette chargée et la cohérence métallique de l'ensemble. Ce vissage pourra être rendu fixe soit par collage, soit par sertissage. La surface de la cuvette, face à la charge de transfert pyrotechnique 26 est soit en forme d'escaliers, comme représenté, soit gaufrée, pour augmenter la surface d'allumage.
Un bouchon fileté 13 ferme la cavité du corps 11 après que les composants y ont été introduits. Le corps 11 présente des trous 14 d'échappement de la flamme. Ces trous sont placés idéalement à hauteur de la chambre de combustion 20 de la charge de transfert pyrotechnique 26. Ces trous ont des diamètres semblables ou différents et sont forés perpendiculairement à l'axe de l'allumeur ou inclinés de façon à diriger la flamme vers le bloc propergol. Leur nombre peut varier dans des proportions liées au diamètre de forage choisi. Dans l'exemple choisi quatre orifices inclinés avec un angle de 45 et d'un diamètre de 5 millimètres assurent un parfait allumage.
La surface totale des orifices d'échappement est un facteur primordial pour bénéficier d'une"densité"calorifique optimale et pour réguler la combustion de la charge pyrotechnique et par là même agir sur sa vitesse de combustion.
Lors du tir en canon, sous la force d'accélération du projectile, la bague de retenue 23 par inertie écrase le ressort 22. Les billes 24 s'échappent de leur logement vers l'extérieur car elles sont soumises à la force centrifuge due à la rotation du projectile et à la poussée du percuteur 25 qui lui aussi est soumis à la force d'accélération. Le percuteur 25 parcourt une
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distance calculée qui lui communique une énergie cinétique suffisante pour déformer l'alvéole de l'amorce 17 et pincer, entre le fond de cette alvéole et le dôme de l'enclume, la charge de l'amorce afin de la mettre à feu. La flamme de l'amorce allume la charge de transfert pyrotechnique 26 qui elle-même enflamme la charge d'allumage principale 18.
Dès la combustion de la charge intermédiaire 26, et certainement lors de la combustion de la charge pyrotechnique principale 18, un ruban autocollant 31 obturant les orifices de sortie des flammes se volatilise.
Tous ces événements se passent en quelques millisecondes et ont lieu dans le tube du canon avant la sortie du projectile. Comme il s'agit d'événements mécaniques générant des réactions chimiques, ils sont excessivement constants dans le temps et réguliers dans leur effet. La reproductibilité de ces phénomènes est uniquement liée à la vitesse de propulsion du projectile dans le canon, indépendamment de la nature des poudres, de la longueur du canon, de la présence d'antilueurs, de la nature de la douille ou de la composition des poudres propulsives. Seule l'énergie cinétique du projectile intervient dans la séquence temporelle d'allumage de l'allumeur. Comme les balisticiens recherchent la régularité des vitesses des projectiles à la sortie de l'arme ils favorisent automatiquement la régularité de fonctionnement de notre invention.
Des essais réels et dans différents calibres de munitions ont confirmé l'efficacité de l'invention en ce qui concerne la régularité et la précision des résultats balistiques liés à la très grande régularité de
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l'allumage du bloc générateur de gaz du moteur réducteur de traînée.
L'ensemble constitue un tout, mécaniquement résistant. Suivant que l'on choisira de positionner l'allumeur pyrotechnique 10 comme montré dans la figure 3 ou 4, on réalisera une détection de l'accélération ou de la rotation du projectile différente et le sens de placement de l'allumeur sera inversé. Les différents éléments mécaniques seront construits dans des matériaux légers afin de ne pas alourdir l'ensemble.