EP0262037B1 - Dispositif d'éjection au moyen d'une charge propulsive liquide d'un projectile placé dans un tube de lancement - Google Patents

Dispositif d'éjection au moyen d'une charge propulsive liquide d'un projectile placé dans un tube de lancement Download PDF

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EP0262037B1
EP0262037B1 EP19870402091 EP87402091A EP0262037B1 EP 0262037 B1 EP0262037 B1 EP 0262037B1 EP 19870402091 EP19870402091 EP 19870402091 EP 87402091 A EP87402091 A EP 87402091A EP 0262037 B1 EP0262037 B1 EP 0262037B1
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EP
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piston
tube
stop
charging device
projectile
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EP19870402091
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EP0262037A1 (fr
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Jean-Marie Poussard
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Thomson Brandt Armements SA
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Thomson Brandt Armements SA
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A1/00—Missile propulsion characterised by the use of explosive or combustible propellant charges
    • F41A1/04—Missile propulsion using the combustion of a liquid, loose powder or gaseous fuel, e.g. hypergolic fuel

Definitions

  • the invention relates to the launching of projectiles such as shells placed in launch tubes, such as cannons, but more particularly mortars.
  • projectiles such as shells placed in launch tubes, such as cannons, but more particularly mortars.
  • the latter are distinguished from cannons, in that the expelled ammunition or projectile is introduced into the tube through the mouth of the latter.
  • This adjustment of the charge is carried out by eliminating certain elements of which the said charge is made up, so that only the quantity of charge necessary to deliver the desired initial speed is burned. This is done by the operator, of course before launch. It is done manually, and therefore requires a certain time, for example several seconds, which affects the effectiveness of the weapon system during combat.
  • One of the aims of the invention is to remedy this drawback by reducing the time for adjusting the propellant charge.
  • a device for loading a propellant charge in which a piston placed in a fixed initial position slides to a stop equipped with injection means which allow the passage of the liquid from the reservoir chamber delimited by said piston and said stop towards the combustion chamber is known from GB-A-2,077,888.
  • the subject of the invention is a device for loading a propellant charge into a launch tube having the Features set out in claim 1.
  • the device according to the invention comprises, as in the prior art, a tube 10 inside which there is a projectile 20 which can be introduced into the tube through the mouth of the latter.
  • the projectile no longer carries a propellant charge, but simply the military charge contained inside the warhead 22, a tail 23 and an ignition cartridge 21.
  • an energetic liquid which, like solid propellant, releases by its deflagration a very large amount of energy in the form of a volume of hot gases.
  • a liquid propellant can be used more generally as a liquid.
  • the operating principle envisaged is as follows.
  • the ignition cartridge 21 is initiated by the impact of the projectile at the bottom of the tube 10 or any other mechanical means.
  • This ignition cartridge no longer initiates the propellant charge, but has the function of increasing the pressure in the combustion chamber marked 1, which is delimited by the tube 10, the rear part of the projectile 20, the sealing of that -this being provided by a seal 24.
  • the propellant charge constituted by the liquid, must be initiated to deflagrate and expel or eject the projectile out of the tube.
  • the means for loading the propellant charge further comprise a piston 2 sliding inside the tube 1 and a stop 5, these three elements delimiting a reservoir chamber 4 of determined volume which can contain a determined quantity of liquid.
  • the piston is equipped with injection means 3 which allow, during the operation of the ignition cartridge, the injection into the combustion chamber 1 of the liquid contained in the reservoir chamber 4.
  • the injection means 3 operate jointly with the descent of the piston 2 towards the stop 5 in which it slides. This descent is caused by the pressure rise in the combustion chamber 1, by means of the combustion gases from the cartridge 21 striking the piston.
  • the volume of the reservoir chamber 4 decreases, the pressure inside this chamber rises, and the injection means 3 allow the passage of the liquid in the combustion chamber 1.
  • the dimensioning of the chambers 1 and 4, the times of lowering of the piston 2 on the stop 5 and the properties of combustion of the liquid are provided so that the liquid contained in the reservoir 3 is completely consumed before the projectile has left the launching tube 10.
  • the propellant charge is adjusted as follows.
  • the liquid is available at the inlet 9 of the stop 5 at a pressure sufficient for filling the reservoir chamber 4.
  • a reservoir 14 of liquid can therefore be provided outside the tube 10, the liquid being kept there at a sufficient pressure using, for example, compressed gas. It is thus possible, thanks to a valve 11 placed before the inlet 9 to fill at will the reservoir chamber 4.
  • the volume of this reservoir chamber is adjustable, that is to say that the piston 2 can be positioned in a determined manner to obtain a volume of liquid compatible with the shot to perform.
  • the filling pressures are around 5 to 20 bars, while the pressures delivered by the cartridge in the chamber are around 50 to 300 bars, the pressures in the chambers being able to vary from 1000 to 10,000 bars.
  • the piston positioning means are constituted by its central rod 17, allowing it to slide inside the stop 5, a positioning ring 19 slidably mounted around the rod 7 outside the reservoir chamber 4, and which can come into abutment on a widening 18 of the end of the rod 17.
  • a sheath 6 secured to the positioning ring 19 has at least one rack 8 formed on the outer surface of the latter, and in which comes to mesh with a toothed wheel 7, operable from outside the tube. The rotation of this toothed wheel causes the sheath 6 and the positioning ring to translate 19.
  • the arrival of the propellant under pressure, between the stop 5 and the piston head 2 drives the latter forward.
  • the toothed wheel can be driven by an electric motor 12, itself controlled by means of a control wire 14, by a control console 15 on which the operator ur can prepare and control the setting of the tank chamber.
  • the means for positioning the ring 19 may be different from those which have just been described in the previous paragraph.
  • a hydraulic system with jacks can directly control the translation of the sleeve 6, always by means of a control device such as a console 15.
  • FIGS. 3A and 3B represent, in two operating positions, a possible embodiment of the means 3 for injecting the liquid from the reservoir chamber 4 into the combustion chamber 1.
  • These means constitute an assembly resembling a valve.
  • the tube 10 the combustion chamber 1, the reservoir chamber 4 and the piston composed of several parts, including mainly the body of the piston marked 30.
  • This body has at least one bore 31 adjusted to the inside diameter of the tube and on which sealing means are provided, for example an O-ring 32.
  • the body is extended by the rod 37 inside which slides a distribution bar 38.
  • the hollow rod 37 has in a determined transverse plane at least one perforation 39 which places the interior of this hollow rod in communication with the reservoir chamber 4.
  • the distributor bar 38 is also pierced with at least one hole 40 with a transverse axis close to the axis of the hole 39.
  • This distributor bar is also pierced longitudinally so that a cavity 41 can be in communication with the hole 40 and opens in the direction of the combustion chamber 1.
  • the diameters of the holes 39 and 40 do not overlap, so that the reservoir chamber 4 is not in communication with the cavity 41.
  • the distributor bar can slide in the hollow rod 37 so as to put the holes 39 and 40 in coincidence (FIG. 3B), and in such a way as to put the reservoir chamber 4 into communication with the cavity 41.
  • this injection means is as follows.
  • the pressure rises in the combustion chamber 1 the latter tends to push back the distributor bar 38, previously positioned by a spring 46 bearing on the bottom of the distributor bar 38.
  • This translation therefore puts the cavity 41 into communication with the chamber tank 4 and at the same time, by detaching the distributor bar 38 relative to the cap 42, the combustion chamber 1 with the tank chamber 4.
  • the piston also being translated by the pressure build-up in the combustion chamber, the liquid contained in the reservoir chamber 4 passes through the holes 39 and 40, and the cavity 41 to arrive in the combustion chamber.
  • the projectile is inserted into the tube laterally or vertically through the bottom of the tube, but not through the mouth.
  • the pressure build-up inside the combustion chamber can then be caused by the remote-controlled triggering, or commanded from outside the tube, of an ignition cartridge which may have been fixed in the workshop to the projectile.
  • the volumes of the reservoir 4 and combustion 1 chambers will be modified according to the performance to be achieved by such a barrel.
  • the volume of the combustion chamber 1 can also be defined by the geometry of the ignition cartridge, the latter being specific to each type of ammunition.
  • the reservoir chamber 4, inside which the piston slides may have a diameter much greater than that of the actual barrel tube. This also applies to mortars.

Description

  • L'invention concerne le lancement de projectiles tels que des obus placés dans des tubes de lancement, tels que des canons, mais plus particulièrement des mortiers. Ces derniers se distinguent des canons, en ce que la munition ou le projectile expulsé est introduit dans le tube par la bouche de ce dernier.
  • Les préparatifs et réglages nécessaires pour effectuer un tir balistique, afin d'atteindre un objectif précis, comprennent au moins les deux opérations suivantes :
    • positionnement du tube de lancement en site et en gisement pour orienter la trajectoire du projectile ;
    • réglage de la charge du projectile en fonction de la distance de l'objectif à atteindre.
  • Ce réglage de la charge s'effectue en éliminant certains éléments dont est constituée ladite charge, de manière à ce que seule la quantité de charge nécessaire à délivrer la vitesse initiale voulue soit brûlée. Cette opération s'effectue par l'opérateur, bien entendu avant le lancement. Elle s'effectue manuellement, et demande donc un certain temps, par exemple plusieurs secondes, ce qui nuit à l'efficacité du système d'arme pendant le combat.
  • Un des buts de l'invention est de remédier à cet inconvénient en diminuant le temps de réglage de la charge propulsive.
  • Un dispositif de chargement d'une charge propulsive dans lequel un piston placé dans une position initiale fixe coulisse jusqu'à une butée équipée de moyens d'injection qui permettent le passage du liquide de la chambre réservoir délimitée par ledit piston et ladite butée vers la chambre de combustion est connu de GB-A-2.077.888.
  • L'invention a pour objet un dispositif de chargement d'une charge propulsive dans un tube de lancement ayant les caractéristiques énoncées dans la revendication 1.
  • L'invention et ses caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description qui va suivre, et qui est annexée des figures suvantes :
    • Fig.1, un schéma d'un dispositif d'éjection selon l'inventior ;
    • Fig.2, un schéma d'une réalisation possible des moyens de chargement selon l'invention ;
    • Figs.3A et 3B, deux schémas d'une réalisation possible d'un détail des moyens de chargement, en particulier des, moyens d'injection du liquide dans la chambre de combustion dans deux positions de fonctionnement.
  • En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend, comme dans l'art antérieur, un tube 10 à l'intérieur duquel figure un projectile 20 qui peu être introduit dans le tube par la bouche de ce dernier. Selon l'invention, le projectile ne porte plus de charge propulsive, mais simplement la charge militaire contenue à l'intérieur de l'ogive 22, un émpennage 23 et une cartouche d'allumage 21. On se propose d'effectuer le chargement de la charge propulsive par le bas du tube. On prévoit d'utiliser comme matière première énergétique pour constituer cette charge propulsive, un liquide énergétique qui, comme le propergol solide, libère par sa déflagration une très grande quantité d'énergie sous forme d'un volume de gaz chauds. On peut utiliser comme liquide, d'une manière plus générale, un ergol liquide.
  • Le principe de fonctionnement envisagé est le suivant. La cartouche d'allumage 21 est initiée, par l'impact du projectile au fond du tube 10 ou tout autre moyen mécanique. Cette cartouche d'allumage n'initie plus la charge propulsive, mais a pour fonction de faire monter la pression dans la chambre de combustion repérée 1, qui est délimitée par le tube 10, la partie arrière du projectile 20, l'étanchéité de celui-ci étant assurée par un joint 24. C'est à ce moment précis que la charge propulsive, constituée par le liquide, doit être initiée pour déflagrer et expulser ou éjecter le projectile hors du tube. A cet effet, les moyens de chargement de la charge propulsive comprennent en outre un piston 2 coulissant à l'intérieur du tube 1 et une butée 5, ces trois éléments délimitant une chambre réservoir 4 de volume déterminé pouvant contenir une quantité déterminée de liquide. Le piston est équipé de moyens d'injection 3 qui permettent, lors du fonctionnement de la cartouche d'allumage, l'injection dans la chambre de combustion 1 du liquide contenu dans la chambre réservoir 4. Les moyens d'injection 3 fonctionnement conjointement à la descente du piston 2 vers la butée 5 dans laquelle il coulisse. Cette descente est provoquée par la montée en pression de la chambre de combustion 1, au moyen des gaz de combustion de la cartouche 21 percutant le piston. Le volume de la chambre réservoir 4 diminue, la pression à l'intérieur de cette chambre monte, et les moyens d'injection 3 permettent le passage du liquide dans la chambre de combustion 1. Le dimensionnement des chambres 1 et 4, les temps de descente du piston 2 sur la butée 5 et les propriétés de combustion du liquide sont prévues pour que le liquide contenu dans le réservoir 3 soit entièrement consommé avant que le projectile n'ait quitté le tube de lancement 10.
  • Entre chaque tir, le réglage de la charge propulsive se fait de la manière suivante. Le liquide est disponible à l'entrée 9 de la butée 5 à une pression suffisante pour le remplissage de la chambre réservoir 4. Un réservoir 14 de liquide peut donc être prévu à l'extérieur du tube 10, le liquide y étant maintenu à une pression suffisante au moyen, par exemple de gaz comprimé. Il est ainsi possible, grâce à une vanne 11 placée avant l'entrée 9 de remplir à volonté la chambre réservoir 4. D'un autre côté, le volume de cette chambre réservoir est réglable, c'est-à-dire que le piston 2 peut être positionné d'une manière déterminée pour obtenir un volume de liquide compatible avec le tir à effectuer. A titre indicatif, on signale que les pressions de remplissage sont del'ordre de 5 à 20 bars, tandis que les pressions délivrées par la cartouche dans la chambre sont de l'ordre de 50 à 300 bars, les pressions dans les chambres pouvant varier de 1000 à 10.000 bars.
  • En référence à la figure 2, les moyens de positionnement du piston sont constitués par sa tige centrale 17, lui permettant de coulisser à l'intérieur de la butée 5, une bague de positionnement 19 montée coulissante autour de la tige 7 en dehors de la chambre réservoir 4, et pouvant venir en butée sur un élargissement 18 de l'extrémité de la tige 17. Un fourreau 6 solidaire de la bague de positionnement 19 possède au moins une crémaillère 8 pratiquée sur la surface extérieure de ce dernier, et dans laquelle vient s'engréner une roue dentée 7, actionnable de l'extérieur du tube. La rotation de cette roue dentée provoque la translation du fourreau 6 et de la bague de positionnement 19. L'arrivée de l'ergol sous pression, entre la butée 5 et la tête du piston 2, entraîne ce dernier vers l'avant. En positionnant ainsi le piston 2 par l'intermédiaire de son pied 18, on fixe la longueur de la tige 17 à l'intérieur de la chambre réservoir 4, et par là même, le volume de cette chambre réservoir.
  • De nouveau en référence à la figure 1, la roue dentée peut être entraînée par un moteur électrique 12, commandé lui-même par, l'intermédiaire d'un fil de commande 14, par un pupitre de commande 15 sur lequel l'opérate ur peut préparer et commander le réglage de la chambre réservoir.
  • Les moyens de positionnement de la bague 19 peuvent être différents de ceux qui viennent d'être décrits dans le paragraphe précédent. En effet, un système hydraulique à vérins peut commander directement la translation du fourreau 6, toujours par l'intermédiaire d'un dispositif de commande tel qu'un pupitre 15.
  • Les figures 3A et 3B représentent, dans deux positions de fonctionnement, une réalisation possible des moyens d'injection 3 du liquide de la chambre réservoir 4 vers la chambre de combustion 1. Ces moyens constituent un ensemble s'apparentant à une soupape. On retrouve sur cette figure le tube 10, la chambre de combustion 1, la chambre réservoir 4 et le piston composé de plusieurs parties, dont principalement le corps du piston repéré 30. Ce corps comporte au moins un alésage 31 ajusté au diamètre intérieur du tube et sur lequel on a prévu des moyens d'étanchéité, par exemple un joint torique 32. Le corps se prolonge par la tige 37 à l'intérieur de laquelle coulisse une barre de distribution 38. La tige creuse 37 possède dans un plan transversal déterminé au moins une perforation 39 qui met l'intérieur de cette tige creuse en communication avec la chambre réservoir 4. La barre distributrice 38 est également percée d'au moins un trou 40 d'axe transversal voisin de l'axe du trou 39. Cette barre distributrice est également percée longitudinalement de manière à ce qu'une cavité 41 puisse être en communication avec le trou 40 et débouche en direction de la chambre de combustion 1. A la position de repos de la barre distributrice (figure 3A), les diamètres des trous 39 et 40 ne se chevauchent pas, de telle sorte qui la chambre réservoir 4 n'est pas en communication avec la cavité 41. La barre distributrice peut coulisser dans la tige creuse 37 de manière à mettre en coïncidence les trous 39 et 40 (figure 3B), et de telle manière de mettre en communication la chambre réservoir 4 avec la cavité 41.
  • Cette dernière est obstruée à la position de repos, ceci de manière étanche grâce à un système d'étanchéité 43 de la barre distributrice, à un chapeau 42 solidaire du piston 30. A la périphérie de ce chapeau 42 sont pratiqués des trous d'échappement 44 débouchant sur le système d'étanchéité 43 de la barre distributrice 38 entourant la cavité 41. De cette manière, et à la position de repos, la chambre de combustion 1 n'est pas en communication avec la cavité 41.
  • Le fonctionnement de ce moyen d'injection est le suivant. Lorsque la pression monte dans la chambre de combustion 1 cette dernière a tendance à repousser la barre distributrice 38, positionnée préablement par un ressort 46 prenant appui sur le fond de la barre distributrice 38. Cette translation met donc en communication la cavité 41 avec la chambre réservoir 4 et en même temps, par décollement de la barre distributrice 38 par rapport au chapeau 42, la chambre de combustion 1 avec la chambre réservoir 4. De plus, le piston étant également translaté par la montée en pression dans la chambre de combustion, le liquide contenu dans la chambre réservoir 4 passe par les trous 39 et 40, et la cavité 41 pour arriver dans la chambre de combustion.
  • Toutes les opérations sont automatisées. La variation de portée, obtenue en jouant conjointement sur les deux paramètres angle de tir et valeur discrète de la charge propulsive est remplacée par un réglage continu de la quantité d'ergol introduit dans la chambre, permettant ainsi un balayage continu des portées possibles. La quantité d'ergol nécessaire a été déterminée à l'avance.
  • Ces moyens d'injection décrits en référence à cette figure 3 ne sont qu'un exemple de réalisation, d'autres solutions pouvant être adaptées à cette fonction.
  • On envisage également d'adapter le système selon l'invention, non pas à des mortiers, mais à des canons. Dans ce cas, le projectile est inséré dans le tube latéralement ou verticalement par le bas du tube, mais pas par la bouche. La montée en pression à l'intérieur de la chambre de combustion peut alors être provoquée par le déclenchement télécommandé, ou commandé de l'extérieur du tube, d'une cartouche d'allumage qui peut avoir été fixée en atelier au projectile. Dans cette application au canon, les volumes des chambres réservoir 4 et de combustion 1 seront modifiés en fonction des performances devant être atteintes par un tel canon. Le volume de la chambre de combustion 1 peut également être défini par la géométrie de la cartouche d'allumage, cette dernière étant spécifique à chaque type de munition. En particulier, la chambre réservoir 4, à l'interieur de laquelle coulisse le piston, pourra avoir un diamètre bien supérieur à celui du tube canon proprement dit. Cette remarque est aussi valable pour les mortiers.

Claims (10)

  1. Dispositif de chargement d'une charge propulsive liquide dans un tube de lancement (10) comprenant un piston (2) coulissant de manière étanche à l'intérieur dudit tube définissant avec ce dernier et un projectile (20) une chambre de combustion (1), une première butée (5) placée à l'intérieur du tube et délimitant avec ce dernier et ledit piston une chambre réservoir (4), caractérisé en ce qu'il comporte une bague de positionnement (19) formant une deuxième butée dont la position définit une quantité déterminée de liquide nécessaire à l'éjection du projectile et en ce que la pression de remplissage de la charge propulsive liquide dans la chambre réservoir (4) assure un coulissement du piston de la première butée jusqu'à ladite deuxième butée, limitant ainsi le déplacement du piston.
  2. Dispositif de chargement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston possède une tige (17) coulissant à travers la butée (5) et terminé par un pied (18), ce pied (18) heurtant lors du coulissement du piston (2) au cours du remplissage de la chambre réservoir ladite deuxième butée (19) montée coulissante autour de ladite tige (17) en dehors de la chambre réservoir (4) et positionnée longitudinalement par un fourreau (6) placé à l'intérieur du tube (10) et dont la translation peut être commandée de l'extérieur.
  3. Dispositif de chargement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fourreau (6) est commandé en translation par un vérin, lui-même commandé de l'extérieur du tube (10).
  4. Dispositif de chargement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fourreau (6) possède sur sa surface extérieure une crémaillère (8) dans laquelle vient s'engréner une roue dentée (7) dont la rotation est commandée de l'extérieur par l'opérateur.
  5. Dispositif de chargement selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite roue dentée (7) est commandée par un moteur électrique (12) lui-même commandé par un pupitre de commande (15).
  6. Dispositif de chargement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le liquide est introduit dans ladite chambre réservoir (4) par l'intermédiaire d'une vanne (11) extérieure au tube (10) permettant l'arrivée du liquide dans la chambre réservoir par l'intermédiaire d'une entrée (9) à travers la butée (5).
  7. Dispositif de chargement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'injection du piston sont mis en oeuvre par la compression du liquide dans la chambre réservoir (4) dû au déplacement du piston (2) vers la butée (5) provoqué par l'augmentation de pression dans la chambre de combustion (1) que cause la détente des gaz issus de la cartouche (21) du projectile (20).
  8. Dispositif de chargement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le projectile (20) étant introduit à l'intérieur du tube (10) par la bouche de ce dernier, le dispositif de chargement s'adapte au mortier, la détente des gaz de la cartouche (21) du projectile étant provoquée par la percussion de cette dernière sur le piston (2).
  9. Dispositif de chargement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le projectile (20) étant introduit par le bas du tube (10), le dispositif de chargement s'adapte au canon, la détente des gaz de la cartouche (21) du projectile est télécommandé ou commandé mécaniquement de l'extérieur du tube.
  10. Dispositif de chargement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'injection sont constitués par un ensemble constituant une soupape à l'intérieur du piston (30), laquelle soupape étant sensible à la montée en pression des gaz de détonation de la cartouche (21) du projectile (20) dans la chambre de combustion (1) permettant ainsi, conjointement à la descente du piston (30) vers la butée (5), le passage du liquide de la chambre réservoir (4) vers la chambre de combustion (1).
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