EP0082758B1

EP0082758B1 - Chargement propulsif mixte pour munitions avec douille

Info

Publication number: EP0082758B1
Application number: EP82402267A
Authority: EP
Inventors: Louis J.J. Leneveu; Didier J. Treneules
Original assignee: Societe Nationale des Poudres et Explosifs
Current assignee: Societe Nationale des Poudres et Explosifs
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1982-12-13
Publication date: 1986-03-19
Also published as: US4519855A; FR2518736A1; FR2518736B1; DE3270039D1; EP0082758A1

Description

La présente invention se rapporte au domaine des chargements propulsifs mixtes pour munitions balistiques comportant une douille combustible ou non combustible.
Les chargements propulsifs traditionnels pour munitions balistiques sont constitués par des grains de poudre propulsive en vrac dans une douille combustible ou non combustible. Ces chargements présentent l,inconvénient de ne pas être progressifs, ce qui revient à dire que si l'on trace la courbe représentant la variation de la pression dans l'arme en fonction du temps au momerit de la mise à feu, cette courbe a l'allure générale d'un pic croissant très rapidement et décroissant également très rapidement. Comme la pression maximale développée dans l'arme par le chargement propulsif au moment de la mise à feu doit en tout état de cause rester inférieure à la limite de rupture du tube de l'arme, ce type de chargement ne permet pas, en général, d'obtenir un bon coefficient de remplissage de la douille.
Divers essais ont été faits pour rechercher des chargements plus progressifs, c'est à dire des chargements conduisants à une courbe "pression en fonction du temps" ayant l'allure générale d'un plateau plutôt que d'un pic, permettant par là même d'obtenir un meilleur coefficient de remplissage de la douille et par voie de consequence une vitesse initiale du projectile plus élevée sans risque de rupture du tube de l'arme.
Le choix de la poudre propulsive constitue déjà une possibilité de solution à ce problème. On peut en effet améliorer la progressivité de la poudre en jouant d'une part sur la géométrie du grain de poudre, c'est ainsi qu'un grain de poudre cylindrique à 19 trous est plus progressif qu'un grain de poudre à 7 trous lui même plus progressif qu'un grain de poudre monotubulaire, et d'autre part sur la composition du grain de poudre grâce aux opérations de lissage qui permettent d'incorporer un modérateur de combustion en surface du grain de poudre. Ainsi l'article Ammunition, General paru dans War Department Technical Manual TM9-1900, US War Department, 18 juin 1945, page 37, lignes 3 à 6, décrit-il des poudres sphériques recouvertes de graphite. Néanmoins ces possibilités sont encore insuffisantes pour beaucoup de chargements.
On a par ailleurs proposé des chargements progressifs constitués par un bloc cylindrique fragmentable en poudre agglomérée, présentant un canal central dans lequel est placé de la poudre propulsive en grains. Au moment de la mise à feu la poudre propulsive en grains brûle la première en provoquant la fragmentation du bloc cylindrique qui brûle à son tour comme une poudre en vrac. De tels chargements, décrits par exemple dans les brevets français 2 374 278, 2 411 817, 2 436 766, au nom de la demanderesse,permettent d'améliorer sensiblement le coefficient de remplissage de la munition et, pour une même muqition d'un calibre 30 mm permettent par exemple d'augmenter la vitesse initiale du projectile de 780 m/s à environ 870 m/s. Néanmoins ces chargement présentent deux inconvénients majeurs. D'une part, au niveau des performances balistiques, ces chargements présentent une mauvaise conservation des performances en température (qu'il s'agisse de cycles en température au cours desquels la poudre séjourne à différentes températures avant d'etre tirée à température ambiante ou des tirs en température) conduisant à une grande dispersion des résultats. D'autre part ces chargements conviennent mal aux douilles à collet présentant un rétrécissement au niveau de l'orifice de chargement. En effet, pour ce dernier type de douilles, le diamètre du bloc cylindrique fragmentable, forcément plus faible que le diamètre du corps de la douille en raison du rétrécissement présenté par l'orifice de chargement, laisse subsister un volume mort beaucoup trop important.
On a également proposé une autre solution conduisant à des chargements progressifs utilisables aussi bien dans les munitions comportant une douille cylindrique que dans celles comportant une douille à collet. Cette solution, décrite dans le brevet français 2 214 672, qui présente les caractéristiques du préambule des revendications independants 1 et 2 consiste à avoir un chargement mixte constitué par un mélange d'une part de charges propulsives fragmentables en forme de petites tablettes constituées de poudre agglomérée et dont les dimensions sont faibles par rapport à celles de la douille et d'autre part de poudre propulsive en grains. Un tel chargement permet bien d'améliorer le coefficient de remplissage de la munition mais ne permet pas d'assurer une bonne reproductibilité des résultats de tir du fait du manque de reproductibilité dans la répartition des tablettes à l,intérieur de la douille, les tablettes ayant tendance à décanter au cours du stockage, ce qui peut amener à une mauvaise combustion du chargement. par ailleurs la réalisation industrielle d'un tel chargement n'est pas très commode.
On a enfin proposé une solution consistant à mélanger des poudres de natures différentes avec un agglomérant liquide, à introduire ce mélange dans la douille et à le durcir par compression ou cuisson selon la nature de l'agglomérant. Cette solution décrite dans le brevet français 2 422 925, permet d'obtenir un chargement progressif utilisable dans tous les types de douille et permet bien d'améliorer le coefficient de remplissage mais n'est pas d'une mise en oeuvre iadustriette aisée et parfaitement reproductible du fait qu'elle implique le remplissage d'une douille avec un mélange de consistance légèrement pâteuse.
L'objet de la présente invention est précisément de proposer un chargement progressif pour munitions avec douilles, utilisable dans n'importe quel type de douille, permettant d'obtenir un bon coefficient de remplissage de façon reproductible et commode à l'échelle industrielle et présentant une bonne tenue en température.
L'pbjet de l'invention est atteint grâce aux caracteristiques dans les revendications indépendants 1 et 2, C'estàdire à un chargement mixte pour munitions avec douille (2), constitué par un mélange d'une part de charges propulsives fragmentables constituées par de la poudre propulsive agglomérée et d'autre part, par une poudre propulsive en grains (6), ce chargement étant caractérisé en ce que les dites charges fragmentables sont en forme de sphères (5), le diamètre des dites sphères (5) étant tel que les sphères (5) se répartissent dans la douille (2) par couches, le nombre de sphères (5) par couche étant compris entre 1 et 4, les dites sphères (5) de chaque couche étant disposées en quinconce par rapport aux sphères (5) des couches avoisinantes lorsque le nombre de sphères (5) par couche est compris entre 2 et 4. Selon une réalisation préférée de l'invention le diamètre des dites sphères est légèrement inférieur à la moitié du diamètre du corps de la dite douille. Lorsque le diamètre des sphères (5) est supérieur à la moitié du diamètre du corps de la douille (2), les dites sphères (5) sont disposées en couches ne contenant qu'une seule sphère (5).
L'invention est décrite de façon détaillée ci-après en se référant aux figures 1 à 4 qui illustrent des réalisations particulières de l'invention.

La figure 1 montre, vue en coupe longitudinale, une munition selon une version préférée de l'invention.
La figure 2 représente une coupe selon 11-11 de la douille et du chargement représentés à la figure 1.
La figure 3 montre, vue en coupe longitudinale, une autre réalisation de l'invention.
La figure 4 représente une coupe selon IV-IV de la douille et du chargement représentés à la figure 3.

Un chargement propulsif progressif selon l'invention se compose donc d'une part, de charges fragmentables en forme de sphères constituées par de la poudre propulsive agglomérée et d'autre part, par une poudre propulsive en grains.
La demanderesse a en effet observé que la forme en sphère pour la charge fragmentable est la forme permettant d'obtenir à la fois un bon coefficient de remplissage et une grande facilité de remplissage de la douille au plan industriel. Les sphères selon l'invention sont constituées par une poudre propulsive en grains agglomérés par compression, en général à chaud. La poudre propulsive en grains destinée à la confection des sphères est essentiellement choisie en fonction des propriétés thermodynamiques désirées pour les sphères. pour des raisons de sécurité on préférera cependant utiliser des poudres ne contenant pas de nitroglycérine. Celà dit, on peut utiliser toute poudre propulsive en grains qui ne contient pas d'ingrédient qui puisse se décomposer à la température de compression.
La fabrication proprement dite des sphères se fait soit par compression des seuls grains de poudre propulsive préalablement traites pour pouvoir âtre comprimés, comme décrit par exemple dans les brevets français 2 374 278 ou 2 436 766, ou encore par compression d'un mélange de grains de poudre propulsive et de grains d'un liant thermoplastique comme décrit dans le brevet français 2 411 817. La solution préférée de la demanderesse est la compression rapide (environ deux secondes); sous une pression voisine de 100 bars, à une température inférieure à 110° C de grains de poudre sans fumée à la nitrocellulose enrobés d'une fine pellicule de nitrate de polyvinyle, comme décrit dans le brevet français 2 436 766.
On peut ainsi comprimer la poudre soit directement sous forme de sphères, soit sous forme de demi-sphères, qui sont ensuite collées deux à deux, par exemple à l'aide d'un collodion, de manière à former des sphères.
La dimension des dites sphères, par rapport à la douille les recevant, n'est pas sans importance. Il est d'abord nécessaire que les sphères soient d'un diamètre inférieur au diamètre de l'orifice de chargement de la dite douille et, dans le cas des douilles cylindriques, qu'il soit suffisamment inférieur à ce dernier pour permettre d'introduire dans toute la douille les grains de poudre propulsive en vrac à côté des. billes. Mais, et celà contrairement à l'enseigement du brevet français 2 214672, la demanderesse a également observé qu'il ne faut pas, pour obtenir les meilleures performances balistiques, que le diamètre des sphères soit faible comparativement à celui du corps de la douille. La demanderesse a au contraire découvert que les meilleures performances balistiques sont obtenues lorsque le diamètre des sphères est légèrement inférieur à la moitié du diamètre du corps de la douille. Dans ce cas, les sphères se répartissent naturellement par couches de deux, les sphères de la couche n étant disposées en quinconce par rapport aux sphères des couches n - 1 et n +
Bien entendu, il s'agit là de la réalisation préférée de l'invention mais les sphères peuvent avoir d'autres diamètres. Le diamètre des sphères peut âtre supérieur à la moitié du diamètre du corps de la douille, auquel cas on aura des couches ne contenant qu'une seule sphère, étant entendu que le diamètre des sphères doit en tout état de cause rester inférieur au diamètre du corps de la douille de manière à permettre l'addition des grains de poudre en vrac. Le diamètre des sphères peut être également inférieur à la moitié du diamètre du corps de la douille et il est des cas où l'on peut avoir intérêt à rechercher des diamètres tels que l'on ait trois, voire quatre sphères par couche. La demanderesse a cependant constaté qu'en règle générale on n'a pas intérêt, du point de vue balistique, à aller au delà de quatre sphères par couche, c'est à dire à utiliser des sphères d'un diamètre inférieur à celui conduisant à un arrangement de quatre sphères par couche.
Sur les figures 1 à 4 on reconnait une munition constituée par un obus 1 et par une douille 2 sertie autour de l'obus 1 et fermée par un culot 3 porteur d'une amorce 4, le chargement mixte est constitué d'une part par des sphères fragmentables 5 et d'autre part par des grains 6 d'une poudre propulsive. On observe sur les figures 1 et 2 que les sphères dont le diamètre est légèrement inférieur à la moitié du diamètre du corps de la douille 2 se répartissent par couches de deux disposées en quinconce les unes par rapport aux autres. Les figures 3 et 4 représentent de façon analogue un chargement dans lequel les sphères se répartissent pas couches de trois disposées en quinconce les unes par rapport aux autres.
Un chargement selon l'invention se compose d'autre part de grains d'une poudre propulsive. Cette dernière peut être, par rapport à la poudre ayant servi à la confection des sphères fragmentables, identique, analogue ou de nature différente. Cette poudre sera choisie par l'homme de métier en fonction de la munition et des performances balistiques désirées. La seule condition imposée est celle relative aux dimensions des grains de-la poudre. Les grains doivent pouvoir s'écouler à travers les vides intersticiels existants d'une part entre les sphères et d'autre part entre les sphères et les parois de la douille. pour assurer un écoulement facile, il est conseillé d'utiliser des grains de dimensions nettement plus petites que les dits vides intersticiels ce qui conduit à préférer, en général, les poudres monotubulaires.
Bien que la demanderesse n'entende pas être limitée par des considérations d'ordre théorique, elle pense que le fonctionnement des chargements selon l'invention est le suivant: à l'allumage les grains de poudre en vrac s'enflamment les premiers et en faisant monter la pression à l'intérieur de la douille provoquent la fragmentation des sphères qui brûlent alors comme de la poudre en vrac. La très bonne progressivité présentée par les chargements selon l'invention serait due à la forme en sphère des charges fragmentables, car la forme sphérique, est celle offrant, pour une quantité donnée de matière, le minimum de surface ce qui permet de retarder au maximum l'éclatement et l'inflammation des charges frangmentables.
Les chargements selon l'invention peuvent être utilisés dans tous les types de douilles usuels tels que par exemple douilles cylindriques ou douilles à -collet, douilles en aluminium ou en laiton, douilles combustibles ou semi-combustibles. On observe dans tous les cas, pour un volume donné de la douille, une augmentation sensible du coefficient de remplissage lorsque la douille est chargée avec un chargement selon l'invention par rapport à une douille identique chargée de façon classique avec uniquement de la poudre en vrac.
Par ailleurs les chargements selon l'invention peuvent être réalisés industriellement très facilement et de façon très reproductible du fait que les sphères se positionnent dans la douille par le simple jeu de la gravité et laissent subsister dans chaque douille le même volume, avec la même configuration géométrique, pour la poudre en vrac.
La mise en oeuvre de l'invention est illustrée à l'aide des exemples donnés ci-après à titre non limitatif.

Exemple 1

Cet exemple concerne une munition de calibre 30 mm. La douille est une douille cylindrique en laiton de longueur utile 77 mm et de diamètre 30 mm, l'obus pese 243 g et l'amorçage est un amorçage électrique par amorce.
On a fabriqué des charges fragmentables en forme de sphères de diamètre 14 mm. Ces sphères ont été fabriquées à partir de grains d'une poudre à simple base à la nitrocellulose ayant un potentiel de 900 cal/g. Les grains de poudre ont été enrobés d'une pellicule de nitrate de polyvinyle et comprimés en demi-sphères selon la technique décrite dans le brevet français 2 436 766. Les demi-sphères ainsi obtenues ont été collées deux à deux par serrage à froid en présence d'un peu de collodion à la nitrocellulose. On a ainsi obtenu des sphères fragmentables de diamètre 14 mm et de poids 2,4 g. On a rempli la douille avec 14 sphères ainsi fabriquées, soit un poids de 33,6 g de matière énergétique sous forme de sphères fragmentables, les sphères se rangeant par couches de deux disposées en quinconce les unes par rapport aux autres, comme décrit plus haut. On a rajouté 24,4 g de grains de poudre à simple base à la nitrocellulose ayant un potentiel de 980 cal/g. On a ainsi réussi à mettre dans la douille 58 g au total de matière énergétique.
Les résultats de tir ont été les suivants:

- vitesse de l'obus à 25 m du canon: 835 m/s.
- Pression maximale dans la chambre de l'arme = 2590 bars. On a observé par ailleurs que les coefficients de température des chargements selon l'invention sont tout à fait corrects et que sur plusieurs séries de tir on ne constate aucun coup aberrant dans les résultats, ce qui dénote une fiabilité exceptionnelle des chargements selon l'invention.

A titre de comparaison, si on remplit la douille uniquement avec des grains de la poudre de potentiel 980 cal/g, on ne peut mettre au total que 48 g de matière énergétique, et les résultats de tir sont les suivants:

- vitesse de l'obus à 25 m du canon: 796 m/s
- pression maximale dans la chambre de l'arme = 2600 bars.

L'invention permet donc un gain de 20 % de matière énergétique dans le même volume de douille, qui se traduit dans le cas présent par un gain de près de 40 m/s sur la vitesse de l'obus sans augmentation sensible de la pression dans la chambre de l'arme.

Exemples 2 à 4

Ces exemples de chargement mixtes concernent une munition de calibre 30 mm analogue à celle de l'exemple 1 et sont destinés à illustrer l'influence du diamètre des sphères par rapport au diamètre de la douille.
Les sphères on été fabriquées à partir de grains d'une poudre sans fumée à la nitrocellulose de potentiel 900 cal/g, lissée avec 1,5 % en poids de centralite et graphitée avec 0,2 % de graphite. Les grains de poudre se présentent sous forme de petits cylindres avec un trou central et ont les dimensions suivantes:

- longueur du grain: 1,17 mm
- diamètre du grain: 1,02 mm
- diamètre du trou centra1:0,21 mm

Ces grains de poudre ont été enrobés avec 2 % en poids de nitrate de polyvinyle et comprimés sous forme de sphères par une compression unique effectuée dans les conditions suivantes:

- température du moule: 110° C,
- durée de préchauffage des grains: 45 s,
- pression de compression: 100 bars,
- durée de compression: 2 s.

On a fabriqué 3 types de sphères:

- exemple 2: diamètre 14,7 mm, poids moyen: 2,6 g,
- - exemple 3: diamètre 13,5 mm, poids moyen: 2,0 g,
- exemple 4: diamètre 12 mm, poids moyen: 1,6 g.

On a réalisé des chargements mixtes selon l'invention avec ces trois types de sphères et avec des grains d'une poudre sans fumée à la nitrocellulose, de potentiel 900 cal/g, lissée avec 1,7 % en poids de camphre et graphitée avec 0,25 % en poids de graphite et dont les grains en forme de cylindre avec un trou central avaient les dimensions suivantes:

- longueur du grain: 1,76 mm,
- diamètre du grain: 1,17 mm,
- diamètre du trou central: 0,22 mm.

Les chargements présentaient les caractéristiques suivantes:

1. Zusammengesetzte

Les résultats de tir ont été les suivants:

Ces résultats montrent d'une part qu'il est possible grâce à l'invention d'obtenir des chargements mixtes utilisables dans tous les types de douille et permettant, en calibre 30 mm, d'atteindre des vitesses de l'ordre de 870 à 880 m/s pour le projectile, et d'autre part que plus le diamètre de la sphère décroît et plus la dispersion des résultats semble augmenter.

Claims

1. Chargement mixte pour munitions avec douille (2), constitué par un mélange de charges propulsives fragmentables constituées par de la poudre propulsive agglomérée et par une poudre propulsive en grains (6), caractérisé en ce que les dites charges fragmentables sont en forme de sphères (5) dont le diamètre est supérieur à la moitié du diamètre du corps de la douille (2) et qui sont disposées en couches ne contenant qu'une seule sphère (5).

2. Chargement mixte pour munitions avec douille (2), constitué par un mélange de charges propulsives fragmentables constituées par de la poudre propulsive agglomérée et par une poudre propulsive en grains (6), caractérisé en ce que les dites charges fragmentables sont en forme de sphères (5) dont le diamètre est tel que les sphères (5) se répartissent dans la douille (2) par couches, les sphères (5) de chaque couche étant disposées en quinconce par rapport aux sphères (5) des couches avoisinantes et en ce que le nombre de sphères (5) par couche est compris entre 2 et 4.

3. Chargement selon la revendication 2 caractérisé en ce que le diamètre des dites sphères (5) est légèrement inférieur à la moitié du diamètre du corps de la dite douille (2).