EP0005112B1 - Chargement propulsif de munitions et procédé de remplissage de douilles - Google Patents
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- EP0005112B1 EP0005112B1 EP79400244A EP79400244A EP0005112B1 EP 0005112 B1 EP0005112 B1 EP 0005112B1 EP 79400244 A EP79400244 A EP 79400244A EP 79400244 A EP79400244 A EP 79400244A EP 0005112 B1 EP0005112 B1 EP 0005112B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B5/00—Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
- F42B5/02—Cartridges, i.e. cases with charge and missile
- F42B5/16—Cartridges, i.e. cases with charge and missile characterised by composition or physical dimensions or form of propellant charge, with or without projectile, or powder
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
- C06B45/02—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising particles of diverse size or shape
Definitions
- the technical sector of the present invention is that of propellant charges of ammunition with metallic or non-metallic casings.
- compact propellant charges have been proposed, that is to say blocks of one or more powder mixtures produced in particular under hot pressure in the presence a thermosetting binder in proportions varying from 5 to 10%, most often.
- the manufacturing process for these blocks is relatively long and requires, in addition to cooking, the use of a mold resistant to pressures of the order of 10 8 Pa.
- the compact propellant charges thus obtained have insufficient dimensional stability when subjected to thermal cycles of accelerated aging.
- the compressed powder blocks expand and contract, which results in an evolution of the structure of the binder considerably disturbing the ballistic behavior.
- it is essential to subject the compacted loads to one or more thermal stabilization treatments.
- the compressed block frequently breaks. In these two cases, there is a significant adjustment during the firing which results in a significant increase in the pressures developed in the weapon.
- propellant units Another major drawback of the propellant units lies in the fact that they must have a diameter substantially equivalent, but not greater, than that of the opening of the sockets in which they are introduced; in many cases. these sockets have a significant constriction at their upper part where the projectile is fixed, which prevents their use with compacted loads.
- the invention aims to remedy the aforementioned drawbacks by providing a propellant charge comprising at least two powders whose filling coefficient is significantly greater than that of bulk loads and which does not require any compacting operation. It also aims to provide a propellant charge which can be applied to a socket of any kind with or without necking. It also aims to provide a load which can be introduced into a socket automatically or semi-automatically very quickly. It also has the aim of conferring on the fuel socket loads a suitable mechanical strength.
- the subject of the invention is therefore a propellant charge of ammunition for weapons of all calibers intended to increase the filling coefficient of a metallic or combustible case, characterized in that it is constituted by the association of a powder with perforations and a monotubular powder according to the respective percentages 60 to 85% and 15 to 40% and a coating material according to a small percentage.
- the propellant charge can be constituted by the association of a powder with perforations and a powder with spherical grains according to the respective percentages 65 to 80% and 20 to 35% and a coating material according to a small percentage.
- the propellant charge can be constituted by the association of a perforation powder, a monotubular powder and a powder with spherical grains according to the respective percentages by mass 60 to 85%, 15 to 40% and 0 to 20 % and a coating material in a small percentage.
- the percentage of coating material is between 0.5 and 3.5% relative to the total mass of powder.
- the coating material is an oily binder, for example dibutylphthalate or a polyisocyanate, in particular a diisocyanate.
- the coating material is a thermosetting prepolymer, for example a polyurethane.
- the mass of powder is greater than that used with the casings without constriction. It is therefore necessary to significantly increase the percentage of binder to intensify its role as superficial combustion moderator, so that the pressure generated in the weapon is compatible with it.
- the grain dimensions of the three powders must be adapted to the caliber of the ammunition and it is preferable that the thickness of each of the powders is substantially equivalent, the thickness of the monotubular powder generally being the smallest, which is advantageous from the point of view of dimensional association, a ballistic correction being brought about by a more advanced surface moderating treatment.
- a very first result obtained by the loading according to the invention is a very significant increase in the filling coefficient of the sleeve which reaches at least 1,200 g / dm 3 compared to the loading carried out automatically with bulk powder.
- the coating material plays the role of additional surface moderator of combustion.
- the constituents of the charge after filling the sleeve are transformed into a solid aggregate having a considerable mechanical resistance which is particularly suitable for the loading of combustible sleeves.
- a fuel assembly with good mechanical strength is thus obtained.
- Polyisocyanates, thanks to chemical reactions of connection with the nitrocellulose of the powders lead to fixed loads having mechanical properties comparable to those obtained from thermosetting binders.
- the frozen loading in situ therefore does not float as is the case for previously compacted loads and is very resistant to thermal aging cycles, for example a thermohygrometric cycle.
- an axial channel When carrying out large loads, for example for ammunition, of 120 mm, an axial channel must be made in a known manner in the load so as to facilitate ignition, to ensure operational safety and to obtain good regularity. shooting. On the other hand, it is sometimes necessary to provide an axial channel in the loadings for necked bushing, especially when this necked is very accentuated, which most often corresponds to high performance ammunition.
- the powders usually used in the manufacture of 20 to 30 mm caliber ammunition must undergo a very extensive moderating treatment; this treatment can be carried out in part or in whole by increasing the proportion of binder.
- the procedure is as follows or in an equivalent manner.
- the powders are mixed according to the percentages indicated in a few seconds in a mixer with a coating material suitably chosen in small proportion and then the non-solidified mass thus obtained is introduced into the socket.
- the positioning of the projectile makes it possible to perfect the packing of the load.
- the coating material is a thermosetting prepolymer
- the ammunition thus produced is then subjected to baking at a temperature below 100 ° C.
- the load solidifies in the socket and adheres to the wall thereof. It can therefore be seen that the loading according to the invention does not require the use of high pressure, for example of the order of 8.10 7 Pa, which requires the production of a compacted loading and can be implemented on sockets having or not a constriction.
- Examples 1 to 3 illustrate the embodiment according to which the coating material is an oily binder and Examples 4 to 8 the embodiment according to which the coating material is a thermosetting prepolymer.
- the speed of the projectile is conventionally measured at 25 meters; the pressure is conventionally measured using a piezoelectric device; the percentages indicated are percentages by mass.
- the percentage of binder is calculated relative to the total mass of powder.
- the powders used consist of nitrocellulose (simple base).
- the monotubular cylindrical grains have a thickness of between 0.3 and 0.4 mm; the cylindrical grains with 19 holes have a web of 0.36 mm; the spherical grains have a diameter of 0.35 to 0.47 mm.
- the loading density is: 1,200 g / dm 3 .
- the loading density is: 1,200 g / dm 3 .
- thermosetting prepolymer known under the name of "HSV •, marketed by the company” V os Schemie Soloplast •. This prepolymer is of the polyurethane type. After filling the cartridges, the ammunition is subjected to a baking at 90 ° C for approximately 2 hours.
- the loading density is: 1,200 g / dm 3 .
- Ammunition is produced under the same conditions as above with the same percentages of powder but with 1.5% of HSV.
- the loading density is: 1,200 g / dm 3 .
- the dispersion of the marksmanship results increases when the proportion of binder increases.
- Ammunition produced according to Example 5 is subjected to 10 aging cycles of 24 hours each (thermo-hygrometric cycle).
- Piezoelectric pressure P 4094.19 5 Pa.
- the loading density is 1,200 g / dm 3 .
- the loading density is: 1,200 g / dm 3 .
- the loading density is: 1,200 g / dm 3 .
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Description
- Le secteur technique de la présente invention est celui des chargements propulsifs de munitions à douille métallique ou non.
- On sait que les performances balistiques d'une munition sont étroitement liées au coefficient de remplissage de la douille ; ainsi plus ce coefficient est important, plus les performances sont élevées.
- Pour atteindre des coefficients de remplissage élevés, par exemple de 1 400 g/dm3, on a proposé des chargements propulsifs compactés c'est-à-dire des blocs d'une ou plusieurs poudres en mélange réalisés notamment sous pression à chaud en présence d'un liant thermodurcissable selon des proportions variant de 5 à 10 %, le plus souvent. Le procédé de fabrication de ces blocs est relativement long et nécessite, outre la cuisson, l'utilisation d'un moule résistant à des pressions de l'ordre de 108 Pa.
- De plus, les chargements propulsifs compactés ainsi obtenus présentent une stabilité dimensionnelle insuffisante lorsqu'ils sont soumis à des cycles thermiques de vieillissement accéléré. En effet, les blocs de poudre comprimée se dilatent et se contractent, ce qui entraîne une évolution de la structure du liant perturbant considérablement le comportement balistique. Pour pallier cet inconvénient il est indispensable de faire subir aux charges compactées un ou plusieurs traitements thermiques de stabilisation. On a encore constaté que lorsque ces munitions sont soumises à un régime de vibrations intenses, par exemple dans une arme automatique, le bloc comprimé se cassait fréquemment. Dans ces deux cas, il se produit un déréglage important lors du tir qui se traduit par une élévation importante des pressions développées dans l'arme. Un autre inconvénient majeur des blocs propulsifs réside dans le fait qu'ils doivent posséder un diamètre sensiblement équivalent, mais non supérieur, à celui de l'ouverture des douilles dans lesquelles ils sont introduits ; dans bon nombre de cas. ces douilles possèdent un rétreint important à leur partie supérieure où vient se fixer le projectile, ce qui empêche leur utilisation avec des chargements compactés.
- On connaît le remplissage automatique des douilles métalliques par une poudre propulsive à grains sphériques, ou cylindriques mono- et multitubulaires sans liant d'aucune sorte. Cependant, bien que la fabrication de ce type de munitions soit automatisée, le coefficient de remplissage de la douille est limité à 1 000 g/dm3, dans les conditions les plus favorables.
- L'invention vise à remédier aux inconvénients précités en fournissant un chargement propulsif comportant au moins deux poudres dont le coefficient de remplissage est notablement supérieur à celui des chargements en vrac et qui ne nécessite aucune opération de compactage. Elle a aussi pour but de fournir un chargement propulsif qui peut être appliqué à une douille de nature quelconque présentant ou non un rétreint. Elle a encore pour but de fournir un chargement qui peut être introduit dans une douille de façon automatique ou semi-automatique très rapide. Elle a aussi pour but de conférer aux chargements à douille combustible une tenue mécanique convenable.
- L'invention a donc pour objet un chargement propulsif de munitions pour armes de tous calibres destiné à augmenter le coefficient de remplissage d'une douille métallique ou combustible, caractérisé en ce qu'il est constitué par l'association d'une poudre à perforations et une poudre monotubulaire selon les pourcentages respectifs 60 à 85 % et 15 à 40 % et une matière d'enrobage selon un faible pourcentage.
- Selon une réalisation, le chargement propulsif peut être constitué par l'association d'une poudre à perforations et une poudre à grains sphériques selon les pourcentages respectifs 65 à 80 % et 20 à 35 % et une matière d'enrobage selon un faible pourcentage.
- Selon une autre réalisation, le chargement propulsif peut être constitué par l'association d'une poudre à perforations, une poudre monotubulaire et une poudre à grains sphériques selon les pourcentages en masse respectifs 60 à 85 %, 15 à 40 % et 0 à 20 % et une matière d'enrobage selon un faible pourcentage.
- De façon avantageuse le pourcentage de matière d'enrobage est compris entre 0,5 et 3,5 % par rapport à la masse totale de poudre.
- Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la matière d'enrobage est un agglomérant huileux, par exemple du dibutylphtalate ou un polyisocyanate, en particulier un diisocyanate.
- Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la matière d'enrobage est un prépolymère thermodurcissable par exemple un polyuréthane.
- On a constaté qu'en choisissant des pourcentages bien définis d'une poudre à 19 perforations d'une poudre monotubulaire et/ou d'une poudre à grains sphériques mélangées à une matière d'enrobage, on obtenait des chargements présentant un coefficienf de remplissage voisin de 1 200 g/dm3. Ces chargements peuvent être réalisés unitairement c'est-à-dire cartouche par cartouche dans un mélangeur, où les grains des trois poudres sont enrobés ce qui assure en outre une bonne répartition granulométrique. De cette manière, la disposition spatiale des grains ne varie pas dans le temps même après un stockage prolongé et les caractéristiques balistiques des munitions ainsi obtenues ne sont pas modifiées. Ainsi avec des munitions de 30 mm, on a obtenu une augmentation moyenne de 20 % de la densité du chargement.
- Lorsque les munitions de 30 mm sont fabriquées avec des douilles présentant un rétreint la masse de poudre est plus importante que celle utilisée avec les douilles sans rétreint. Il est donc nécessaire d'augmenter sensiblement le pourcentage de liant pour intensifier son rôle de modérateur superficiel de combustion, afin que la pression générée dans l'arme soit compatible avec celle-ci.
- Il est à remarquer que les dimensions des grains des trois poudres doivent être adaptées au calibre de la munition et il est préférable que l'épaisseur de chacune des poudres soit sensiblement équivalente, l'épaisseur de la poudre monotubulaire étant généralement la plus faible ce qui est avantageux au point de vue association dimensionnelle, une correction balistique étant apportée par un traitement modérateur superficiel plus poussé.
- Un tout premier résultat procuré par le chargement selon l'invention est une augmentation très sensible du coefficient de remplissage de la douille qui atteint au moins 1 200 g/dm3 par rapport aux chargements réalisés automatiquement avec de la poudre en vrac. D'autre part, la matière d'enrobage joue le rôle de modérateur superficiel complémentaire de combustion. Dans le cas où la matière d'enrobage est un prépolymère thermodurcissable, les constituants du chargement après remplissage de la douille se transforment en un agrégat solide possédant une résistance mécanique non négligeable qui s'adapte particulièrement au chargement des douilles combustibles. On obtient ainsi un ensemble combustible de bonne tenue mécanique. Les polyisocyanates, grâce à des réactions chimiques de liaison avec la nitrocellulose des poudres conduisent à des chargements figés possédant des propriétés mécaniques comparables à celles obtenues à partir de liants thermodurcissables. Le chargement figé in situ ne flotte donc pas comme c'est le cas pour des chargements compactés préalablement et résiste très bien aux cycles thermiques de vieillissement par exemple un cycle thermo-hygrométrique.
- Lorsqu'on réalise des chargements volumineux, par exemple pour des munitions, de 120 mm, un canal axial doit être pratiqué de façon connue dans le chargement de manière à faciliter l'allumage, à assurer la sécurité de fonctionnement et à obtenir une bonne régularité de tir. D'autre part, il est quelquefois nécessaire de ménager un canal axial dans les chargements pour douille à rétreint, tout particulièrement lorsque ce rétreint est très accentué, ce qui correspond le plus souvent à des munitions à performances élevées. Les poudres mises en oeuvre habituellement dans la fabrication des munitions de calibre 20 à 30 mm doivent subir un traitement modérateur très poussé ; ce traitement peut être réalisé en partie ou en totalité en augmentant la proportion de liant.
- Pour réaliser des munitions comportant un chargement selon l'invention, on procède de la manière suivante ou de façon équivalente. On mélange les poudres selon les pourcentages indiqués en quelques secondes dans un mélangeur avec une matière d'enrobage choisie de façon convenable en faible proportion puis on introduit dans la douille la masse non solidifiée ainsi obtenue. Le positionnement du projectile permet de parfaire le tassement du chargement. Si la matière d'enrobage est un prépolymère thermodurcissable, les munitions ainsi réalisées sont ensuite soumises à un étuvage à une température inférieure à 100°C. Le chargement se solidifie dans la douille et adhère à la paroi de celle-ci. On voit donc que le chargement selon l'invention ne nécessite pas l'utilisation de pression élevée par exemple de l'ordre de 8.107 Pa que nécessite la réalisation d'un chargement compacté et peut être mis en oeuvre sur des douilles présentant ou non un rétreint.
- D'autres avantages du chargement selon l'invention seront mieux compris à la lumière de la description qui va suivre de modes de réalisation particuliers donnés pour une munition de 30 mm à titre indicatif sans aucun caractère limitatif. Les exemples 1 à 3 illustrent le mode de réalisation selon lequel la matière d'enrobage est un agglomérant huileux et les exemples 4 à 8 le mode de réalisation selon lequel la matière d'enrobage est un prépolymère thermodurcissable. Dans les exemples suivants, la vitesse du projectile est mesurée de façon classique à 25 mètres ; la pression est mesurée classiquement à l'aide d'un dispositif piézoélectrique ; les pourcentages indiqués sont des pourcentages en masse. Le pourcentage de liant est calculé par rapport à la masse totale de poudre. Dans tous les exemples suivants les poudres utilisées sont constituées par de la nitrocellulose (simple base). Les grains cylindriques monotubulaires ont une épaisseur comprise entre 0,3 et 0,4 mm ; les grains cylindriques à 19 trous ont un web de 0,36 mm ; les grains sphériques ont un diamètre de 0,35 à 0,47 mm.
- On mélange de façon intime les trois poudres ainsi que l'agglomérant huileux selon la composition indiquée ci-après. Le chargement ainsi obtenu en quelques secondes est introduit dans les douilles. Puis les munitions sont testées balis- tiquement après plusieurs jours de repos.
- - 77 % de poudre à 19 perforations
- - 15 % de poudre monotubulaire
- - 8 % de poudre à grains sphériques
- - 2,0 % de dibutylphtalate par rapport à la composition totale de poudre.
- Les résultats sont les suivants :
- Densité du chargement : d = 1 200 g/dm3.
- Vitesse du projectile : V25 = 824 m/s.
- Pression piézoélectrique : P = 2 723.105 Pa.
- On réalise un chargement dans les mêmes conditions que dans l'exemple précédent à partir de la composition suivante :
- - 77 % de poudre à 19 perforations
- - 15% de poudre monotubulaire
- - 8 % de poudre à grains sphériques
- - 0,7 % de diisocyanate.
- La densité du chargement est de : 1 200 g/dm3.
- La vitesse du projectile est : V25 = 898 m/s.
- La pression piézoélectrique est P = 3 764.105 Pa.
- On réalise un chargement présentant la composition suivante :
- - 77 % de poudre à 19 perforations
- - 15% de poudre monotubulaire
- - 8 % de poudre à grains sphériques
- - 0,9 % de diisocyanate.
- La densité du chargement est de : 1 200 g/dm3.
- La vitesse du projectile est V25 = 888 m/s.
- La pression piézoélectrique est P = 3 590.105 Pa.
- On réalise un chargement selon le procédé indiqué par mélange des composants de départ suivants :
- - 75% de poudre à 19 perforations
- - 15% de poudre monotubulaire
- - 10 % de poudre à grains sphériques.
- On utilise 1 % d'un prépolymère thermodurcissable connu sous le nom de « HSV •, commercialisé par la société « Vos Schemie Soloplast •. Ce prépolymère est de type polyuréthane. Après remplissage des douilles les munitions sont soumises à un étuvage à 90°C pendant 2 heures environ.
- La densité du chargement est de : 1 200 g/dm3.
- La vitesse du projectile est : V25 = 873 m/s.
- La pression piézoélectrique est P = 3 648.105 Pa.
- On réalise des munitions dans les mêmes conditions que précédemment avec les mêmes pourcentages de poudre mais avec 1,5 % de HSV. La densité du chargement est de : 1 200 g/dm3.
- La vitesse du projectile est V25 = 893 m/s.
- La pression piézoélectrique est P = 3 980.105 Pa.
- La dispersion des résultats au tir s'accentue lorsque la proportion de liant augmente.
- On soumet des munitions réalisées selon l'exemple 5 à 10 cycles de vieillissement de 24 heures chacun (cycle thermo-hygrométrique).
- On obtient les résultats suivants :
- Vitesse du projectile V25 = 897 m/s.
- . Pression piézoélectrique P = 4 094.195 Pa.
- On constate que les effets sur le comportement balistique dus au vieillissement sont très limités et ne dépassent jamais les limites de dispersion des chargements classiques en vrac.
- On réalise des munitions selon le mode de réalisation donné à l'exemple 4. La composition des chargements est la suivante :
- - 73 % de poudre à 19 perforations
- - 17 % de poudre monotubulaire
- - 10 % de poudre à grains sphériques
- - 1,1 % de H.S.V.
- Les résultats sont les suivants :
- Densité du chargement : 1 200 g/dM 3.
- Vitesse du projectile : V25 = 865 m/s.
- Pression piézoélectrique : P = 3 578.105 Pa.
- On réalise des munitions comportant des chargements ayant la composition donnée à l'exemple précédent. Toutefois le pourcentage de prépolymère HSV est de 1,4 %. Les résultats sont les suivants :
- Densité : 1 200 g/dm3.
- Vitesse : V25 = 853 m/s.
- Pression : P = 3 279.105 Pa.
- On réalise un chargement selon la méthode enseignée dans l'exemple 1 à partir de la composition suivante :
- - 75 % de poudre à 19 perforations
- - 25 % de poudre monotubulaire
- - 1 à 1,5 % de diisocyanate.
- La densité du chargement est de 1 200 g/dm3.
- La vitesse du projectile est : V25 = 867 m/s.
- La pression piézoélectrique est : P = 3 220.105 Pa.
- On réalise un chargement selon la méthode enseignée dans l'exemple 1 à partir de la composition suivante :
- - 70 % de poudre à 19 perforations
- - 30 % de poudre à grains sphériques
- - 1 à 1,5 % de diisocyanate.
- La densité du chargement est de : 1 200 g/dm3.
- La vitesse du projectile est : V25 = 846 m/s.
- La pression piézoélectrique est : P = 3 220.105 Pa.
- On réalise un chargement selon la méthode enseignée dans l'exemple 1 à partir de la composition suivante :
- - 68 % de poudre à 19 perforations
- - 32 % de poudre monotubulaire
- - 0,6 % de diisocyanate.
- Les résultats sont les suivants :
- La densité du chargement est de : 1 200 g/dm3.
- La vitesse du projectile est V25 = 894 m/s.
- La pression piézoélectrique est P = 3 056.105 Pa.
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