EP0527064A1 - Elément peu vulnérable de munition explosive comportant un chargement explosif bi-composition et procédé d'obtention d'un effet d'éclats - Google Patents

Elément peu vulnérable de munition explosive comportant un chargement explosif bi-composition et procédé d'obtention d'un effet d'éclats Download PDF

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EP0527064A1
EP0527064A1 EP92401654A EP92401654A EP0527064A1 EP 0527064 A1 EP0527064 A1 EP 0527064A1 EP 92401654 A EP92401654 A EP 92401654A EP 92401654 A EP92401654 A EP 92401654A EP 0527064 A1 EP0527064 A1 EP 0527064A1
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EP
European Patent Office
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explosive
charge
composite
constituting
element according
Prior art date
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EP92401654A
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German (de)
English (en)
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EP0527064B1 (fr
Inventor
Alain Freche
Bruno Nouguez
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Eurenco SA
Original Assignee
Societe Nationale des Poudres et Explosifs
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/20Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type
    • F42B12/207Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type characterised by the explosive material or the construction of the high explosive warhead, e.g. insensitive ammunition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/12Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product having contiguous layers or zones

Definitions

  • the present invention is in the field of ammunition, in particular military, attenuated risks. It relates to a slightly vulnerable element of explosive ammunition consisting of a generally metallic envelope containing an explosive charge. This ammunition is particularly useful for generating a burst effect by rupture of the envelope.
  • the load and its envelope generally have an axial symmetry so as to generate symmetrical effects. Explosive ordnance, in particular during its storage or transport, can be subjected to attacks such as fire, impact and penetration of fragments or bullets, detonation close to neighboring munitions.
  • composite explosive is understood to mean a functionally detonable pyrotechnic composition, consisting of a solid polymer matrix, generally polyurethane or polyester, charged, the said charge being pulverulent and containing an organic nitro explosive charge, for example hexogen, octogen, ONTA, or a mixture of at least two of these compounds.
  • French patent FR 2 365 774 describes an approximately cylindrical element of explosive ordnance consisting of an envelope containing a multi-composition charge which may be a composite explosive.
  • This multi-composition charge comprises a plurality of adjacent coaxial annular layers, the peripheral layer having a content of strong heavy explosive (hexogen, octogen) higher than that of the layer which is immediately adjacent to it and thus step by step up to the layer central axial which is full cylindrical and has the lowest content of heavy heavy explosive.
  • strong heavy explosive hexogen, octogen
  • the present invention provides such a solution.
  • the Applicant has noted, unexpectedly, that if the interface between the two compositions, according to a cross section relating to the axis of the loading, is in the form of a star, instead of being circular as according to l state of the art, there was a gain, sometimes very large, in effect of splinters, and that, according to certain variants, which is even more surprising, the level of splinter effect reached was equal to that obtained with an ammunition element of the same dimension only responsible for the high-performance sensitive central explosive. This starred configuration does not affect the invulnerability which is maintained, while the level of the splinter effect is improved, and that, according to certain variants, everything happens even as if the load were completely constituted high-performance central explosive.
  • This variant of the invention is all the more advantageous as it allows, compared to the bi-composition element in composite explosive of the state of the art mentioned above in the article "Insensitive ammunition", both to lower vulnerability and increase the splinter effect.
  • organic nitro explosive means an explosive chosen from the group consisting of aromatic nitro explosives ( comprising at least one C-NO2 group, the carbon atom being part of a ring aromatic), nitric ester explosives (comprising at least one C - O - NO2 group) and nitramine explosives (comprising at least one CN-NO2 group).
  • the term "less sensitive" pyrotechnic composition is understood to mean that the composite explosive constituting the inner layer, a pyrotechnic composition having a detonation ability index (IAD) according to the detonation ability test behind the barrier (Card Gap Test) lower than that of the composite explosive constituting the internal layer.
  • IAD detonation ability index
  • Card Gap Test Card Gap Test
  • the internal and peripheral layers of the load are preferably cylindrical. They may not be strictly coaxial if we want to create an asymmetry in the effects of splinters. Interest is however very limited.
  • the internal layer / external layer mass ratio is between 0.1 and 2.
  • the internal layer of composite explosive is preferably full, but it can also have one or more recesses, for example an axial recess, partial or over the entire length of the charge. Such a recess can for example accommodate the priming system.
  • the polymer matrices of the inner and peripheral layers are polyurethanes generally obtained by reaction of a prepolymer with hydroxyl endings with a polyisocyanate.
  • prepolymers with hydroxyl endings mention may be made of those whose backbone is a polyisobutylene, a polybutadiene, a polyether, a polyester, a polysiloxane.
  • a polybutadiene with hydroxyl end groups is used.
  • polyisocyanates examples include isophorone diisocyanate (IPDI), toluene diisocyanate (TDI), dicyclohexylmethylene diisocyanate (Hylene W), hexamethylene diisocyanate (HMDI), biuret trihexane isocyanate (BTHI), and their mixtures .
  • the polymer matrix is a polyester matrix
  • a carboxyl-terminated prepolymer preferably a carboxyl-terminated polybutadiene (PBCT) or a carboxyl-terminated polyester
  • PBCT carboxyl-terminated polybutadiene
  • MAPO trimethylaziridinyl phosphine oxide
  • the polymer matrices can optionally comprise a plasticizer, such as those usually used in the use of composite explosives and solid composite propellants.
  • the interface between the two layers has a star-shaped cross section having 6 to 24 branches.
  • the end of the branches of the star can have any shape. These ends are preferably pointed, flat or rounded.
  • the star interface can be strictly polygonal or have connection leaves between branches.
  • the branches of the star are identical, have an axis of symmetry passing through the center of the star and if n is the number of branches, each branch is separated from the neighboring branches by an angle of
  • the charge of the composite explosive constituting the internal layer contains at least one organic nitro explosive, preferably more than 20%, better still more than 60%, by weight of organic nitro explosive, expressed relative to the composite explosive and the charge of the pyrotechnic composition constituting the peripheral layer contains at least one mineral oxidant or an organic nitro explosive.
  • organic nitro explosives include hexogen, octogen, pentrite, 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole, triaminotrinitrobenzene and nitroguanidine.
  • the internal layer is a composite explosive consisting of a charged polyurethane or polyester matrix, the charge of which contains more than 20% by weight, expressed relative to the composite explosive, of organic nitro explosive chosen from the group. consisting of hexogen, octogen, 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole and their mixtures.
  • the charge of the composite explosive constituting the internal layer consists solely of the organic nitro explosive, preferably between 60% and 90%, better still between 80% and 90%, percentages expressed relative to the composite explosive.
  • the pyrotechnic composition constituting the peripheral layer is a composite explosive, preferably consisting of a charged polyurethane or polyester matrix, the charge of which contains more than 20% by weight, expressed relative to the composite explosive.
  • organic nitro explosive preferably chosen from the group consisting of hexogen, octogen, pentrite, triaminotrinitrobenzene, nitroguanidine, 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole and their mixtures.
  • the charge can also comprise, for example, a mineral oxidant and / or a reducing metal, but preferably, the charge of the composite explosive constituting the peripheral layer consists solely of the organic nitro explosive, preferably between 60% and 90% , better still between 80% and 90%, percentages expressed relative to the composite explosive.
  • the pyrotechnic composition constituting the peripheral layer is a pyrotechnic composition of the family of solid composite propellants consisting of a charged polyurethane or polyester polymer matrix, the charge of which, free of organic nitro explosive, contains at least a mineral oxidant.
  • composite solid propellant is conventionally understood to mean a pyrotechnic composition used in the same way as that of a composite explosive, and consisting of a solid polymer matrix, generally polyurethane or polyester, charged, said charge. being pulverulent and essentially consisting of a mineral oxidant and in general of a reducing metal. Being intended for propulsion, solid composite propellants are functionally combustible and include various additives to control propulsion. Composite solid propellants and how to obtain them are for example described by A. DAVENAS, Solid propellant technology, Ed. Masson, 1989.
  • the Applicant wishes not to qualify the peripheral layer of "Propellant” although the composition of this layer differs from that of solid composite propellants only by the absence of additives linked to the propellant function of the propellants (ballistic additives, combustion accelerators, etc.), and prefers to use the expression "Pyrotechnic composition of the family of solid composite propellants".
  • the charge of the pyrotechnic composition of the family of solid composite propellants constituting the peripheral layer contains a mineral oxidant chosen from the group consisting of ammonium perchlorate, potassium perchlorate, ammonium nitrate, nitrate sodium, and mixtures thereof, that is to say all mixtures of at least two aforementioned products.
  • the charge of the pyrotechnic composition of the family of composite solid propellants constituting the peripheral layer contains a reducing metal, preferably chosen from the group consisting of aluminum, zirconium, magnesium, boron and their mixtures , that is to say all mixtures of at least two of the four metals mentioned above.
  • the reducing metal is aluminum.
  • the charge of the pyrotechnic composition constituting the peripheral layer is a mineral charge, preferably chosen from the group consisting of ammonium perchlorate, potassium perchlorate, ammonium nitrate, sodium nitrate and their mixtures.
  • the charge therefore does not contain any other compound.
  • the charge of the pyrotechnic composition constituting the peripheral layer is made up, and only made up, of a mixture of a reducing metal, preferably chosen from the group made up of aluminum, zirconium, magnesium, boron and their mixtures, and a mineral oxidant preferably chosen from the group consisting of ammonium perchlorate, potassium perchlorate, ammonium nitrate, sodium nitrate and their mixtures.
  • the filler is a mixture of ammonium perchlorate and aluminum.
  • the term "bi-composition" qualifying the explosive charge should not be considered in a narrow and limiting sense.
  • the observed technical effect and the results which result from it remain when the internal layer and / or the peripheral layer is itself bi or multicomposition, with conventional interfaces not starred between layers, or even when several interfaces are starred, for example in the case of a sensitive composite explosive coated with a less sensitive composite explosive with a star interface, the block also made up being itself coated with a quasi-insensitive pyrotechnic composition from the family of solid composite propellants, the second interface also being star.
  • the present invention also relates to a method of obtaining a burst effect by releasing gas in the envelope of an element of explosive ammunition consisting of an envelope containing a bi-composition explosive charge, then rupture of the envelope due to the pressure of the gas formed.
  • This process is characterized in that the element of explosive ammunition is an aforementioned element according to the invention and in that the release of gas is obtained by detonation of the composite explosive constituting the internal layer of the charge, then reaction of the less sensitive pyrotechnic composition constituting the peripheral layer, reaction initiated by the detonation wave of the composite explosive constituting the internal layer.
  • peripheral layer When the peripheral layer is a composite explosive, it also detonates. On the other hand, when the peripheral layer is a pyrotechnic composition from the family of composite solid propellants, it reacts without detonating.
  • FIG. 1 represents a schematic cross-section in cross section of an element that is not very vulnerable to explosive munitions according to the invention.
  • FIG. 2 represents a diagrammatic section in cross section of another not very vulnerable element of explosive ammunition according to the invention.
  • FIG. 3 represents comparative envelope speed curves as a function of the radial expansion.
  • the element of explosive ammunition consists of a casing 1.11 of steel, cylindrical with circular base surface containing a bi-composition explosive charge consisting of an inner layer 2.12 in composite explosive coated with a peripheral layer 3.13 in pyrotechnic composition which is less sensitive than the composite explosive constituting the internal layer 2.12.
  • the interface between layers 2 and 3 has a star shape with 6 identical, symmetrical branches, connected by connection fillets and the ends of which are rounded. Each branch is separated from neighboring branches by an angle of 60 degrees.
  • the dimensions of the star can be defined by its circumscribed circle of diameter D, its inscribed circle of diameter d and by the thickness e of the branches.
  • the star interface is strictly polygonal.
  • the star is formed by 10 identical and symmetrical branches whose ends are pointed. Each branch is separated from neighboring branches by an angle of 36 degrees.
  • the dimensions of the star can be defined by its circumscribed circle of diameter D and its inscribed circle of diameter d.
  • Example 1 Explosive ordnance elements according to the invention.
  • the casing 1, 12.5 mm thick is made of steel. Its outside diameter is 115 mm and its inside diameter 90mm. Its length is 300 mm.
  • the casing 1 also has a bottom made of 12.5 mm thick steel.
  • the geometrical characteristics of the star D, d and e above are respectively 50 mm, 23 mm and 3 mm.
  • the inner layer 2, full is a composite explosive with a composition of 86% by weight of octogen and 14% by weight of a polyurethane polymer matrix obtained by reaction of a polyether with hydroxyl endings with isophorone diisocyanate (IPDI).
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • the peripheral layer 3 is a composite explosive of composition 12% by weight of octogen, 72% by weight of 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole and 16% by weight of a polyurethane polymer matrix obtained by reaction of a polybutadiene with hyrodxyl endings with IPDI.
  • This peripheral composition is less efficient (detonation speed 7440m / s) and considerably less sensitive (IAD of 25 cards according to the Card Gap Test codified in 40mm diameter). than the internal composition.
  • the priming of layer 2 was carried out using a conventional detonator, a small 4g mass relay in hexocire and a plane wave generator (GOP) with a diameter of 76 mm as main relay.
  • the detonation wave of the internal layer 2 caused the detonation of the peripheral layer 3 and then the rupture of the envelope 1, with the formation of fragments.
  • the evolution of the raising speed of the metallic envelope as a function of the radial expansion was recorded, which characterizes the level of the burst effect sought, using a slit camera according to the lifting experience.
  • cylindrical classic for those skilled in the art.
  • the corresponding curve is shown in Figure 3 (Curve E1).
  • the casing 11, 12.5 mm thick, is made of steel. Its outside diameter is 115 mm and its inside diameter 90mm. Its length is 300mm.
  • the casing 11 has a bottom also made of 12.5 mm thick steel.
  • the geometrical characteristics of the star D and d above are respectively 50 mm and 34 mm.
  • the composite explosives constituting the internal layer 12 and the peripheral layer 13 are the same as for Example 1. This munition element was detonated and the splinter effect was measured as in Example 1. The curve characterizing the level of splinter effect obtained is shown in FIG. 3 (curve E2).

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Abstract

La présente invention a pour objet un élément performant et peu vulnérable de munition explosive constitué d'une enveloppe 1 contenant un chargement explosif constitué d'une couche interne 2 en explosif composite dont la charge contient au moins un explosif nitré organique, revêtue d'une couche coaxiale adjacente périphérique 3 en composition pyrotechnique moins sensible constituée d'une matrice polymérique chargée dont la charge contient au moins un oxydant minéral ou un explosif nitré organique. L'interface entre les deux couches 2 et 3 présente une section droite étoilée. L'invention a également pour objet le procédé d'obtention d'un effet d'éclats par détonation de la couche 2, réaction de la couche 3, puis rupture de l'enveloppe dûe à la pression des gaz formés. <IMAGE>

Description

  • La présente invention se situe dans le domaine des munitions, notamment militaires, à risques atténués. Elle est relative à un élément peu vulnérable de munition explosive constitué d'une enveloppe en général métallique contenant un chargement explosif. Ces munitions sont notamment utiles pour générer un effet d'éclats par rupture de l'enveloppe. Le chargement et son enveloppe ont en général une symétrie axiale de façon à générer des effets symétriques. Les munitions explosives, notamment lors de leur stockage ou de leur transport, peuvent être soumises à des agressions telles que l'incendie, l'impact et la pénétration de fragments ou balles, la détonation proche de munitions voisines.
  • Si les problèmes de l'incendie et des fragments peuvent être résolus pratiquement à l'aide des explosifs composites classiques, le problème de la détonation par influence, plus précisément de la vulnérabilité à la détonation proche de munitions voisines, n'a pas encore été résolu de façon satisfaisante.
  • Il est bien connu d'utiliser des explosifs composites particulièrement peu sensibles chargés par exemple en 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole (ONTA), en triaminotrinitrobenzène (TATB), ou nitroguanidine. Cette solution présente toutefois un inconvénient majeur, à savoir que la vulnérabilité de la munition à la détonation proche de munitions voisines est alors dépendante de celle du système d'amorçage. Or, ces explosifs composites peu sensibles ont en général un diamètre critique élevé pouvant dépasser 10 cm, et ne peuvent être amorcés classiquement que par un relais puissant de grande taille, donc particulièrement sensible et vulnérable.
  • On entend de façon classique, par explosif composite, une composition pyrotechnique fonctionnellement détonable, constituée d'une matrice polymérique solide, en général polyuréthanne ou polyester, chargée, la dite charge étant pulvérulente et contenant une charge explosive nitrée organique, par exemple de l'hexogène, de l'octogène, de l'ONTA, ou un mélange d'au moins deux de ces composés.
  • Les explosifs composites et la façon de les obtenir sont par exemple décrits par J. QUINCHON, les poudres, propergols et explosifs, tome 1, les explosifs, Technique et Documentation, 1982, pages 190-192.
  • Le brevet français FR 2 365 774 décrit un élément approximativement cylindrique de munition explosive constitué d'une enveloppe contenant un chargement multicomposition pouvant être un explosif composite. Ce chargement multicomposition comporte une pluralité de couches annulaires coaxiales adjacentes, la couche périphérique ayant une teneur en explosif lourd puissant (hexogène, octogène) plus forte que celle de la couche qui lui est immédiatement adjacente et ainsi de proche en proche jusqu'à la couche axiale centrale qui est cylindrique pleine et comporte la teneur la plus faible en explosif lourd puissant. Un tel élément de munition explosive est donc particulièrement vulnérable.
  • Par ailleurs, l'article "Insensitive Munitions - A fire safety plus ?" paru en mai 1989 dans la revue "Military Fire Fighter" pages 74 à 81, enseigne qu'on peut diminuer la vulnérabilité d'un élément de munition chargé en explosif composite sensible en enrobant cet explosif par un explosif composite moins sensible, le chargement bi-composition se présentant sous forme de 2 cylindres à surface de base circulaire coaxiaux adjacents.
  • Les explosifs composites moins sensibles sont toutefois moins performants et l'abaissement de la vulnérabilité de l'élément de munition s'accompagne d'une baisse de performances. Des essais expérimentaux réalisés par la Demanderesse, faisant l'objet des exemples comparatifs 3 à 5 de la présente description, ont même montré que l'effet d'éclats d'un tel élément de munition pouvait être abaissé au niveau de celui obtenu avec un élément de munition de même dimension mais uniquement chargé de l'explosif composite enrobant moins vulnérable et moins performant.
  • L'homme du métier est donc à la recherche d'un perfectionnement relatif à cet élément de munition comportant un chargement bi-composition, qui permette, tout en maintenant le même niveau d'invulnérabilité, d'augmenter l'effet d'éclats.
  • La présente invention propose une telle solution.
  • La Demanderesse a constaté, de façon inattendue, que si l'interface entre les deux compositions, selon une section droite relative à l'axe du chargement, se présente sous la forme d'une étoile, au lieu d'être circulaire comme selon l'état de la technique, on obtenait un gain, parfois très important, en effet d'éclats, et que, selon certaines variantes, ce qui est encore plus surprenant, le niveau d'effet d'éclats atteint était égal à celui obtenu avec un élément de munition de même dimension uniquement chargé de l'explosif composite central sensible performant. Cette configuration étoilée n'a pas d'incidence sur l'invulnérabilité qui est maintenue, alors que le niveau de l'effet d'éclats est amélioré, et que, selon certaines variantes, tout se passe même comme si le chargement était totalement constitué de l'explosif central performant.
  • La Demanderesse a également constaté qu'une telle amélioration est également obtenue lorsqu'on enrobe, selon une interface étoilée, l'explosif composite central sensible et vulnérable non plus par un explosif composite moins sensible mais par une composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites encore moins sensible et vulnérable que les explosifs composites connus les moins sensibles et qualifiés parfois d'"insensibles".
  • Cela est d'autant plus surprenant, que ce résultat, déjà surprenant lorsque tout le chargement détone, est obtenu alors que la composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites réagit sans détoner.
  • Cette variante de l'invention est d'autant plus intéressante qu'elle permet, comparativement à l'élément bi-composition en explosif composite de l'état de la technique précité dans l'article "Insensitive munitions", à la fois d'abaisser la vulnérabilité et d'augmenter l'effet d'éclats.
  • La présente invention est donc relative à un élément de munition explosive constitué d'une enveloppe de préférence métallique mais pouvant être en un autre matériau, par exemple une matière plastique rigide, contenant un chargement explosif bi-composition constitué d'une couche interne en explosif composite revêtue d'une couche coaxiale adjacente périphérique en composition pyrotechnique moins sensible que l'explosif composite constituant la couche interne. Elle est caractérisée en ce que :
    • l'explosif composite constituant la couche interne est une matrice polymérique, de préférence polyuréthanne ou polyester, chargée dont la charge contient au moins un explosif nitré organique, de préférence plus de 20% en poids d'explosif nitré organique, pourcentage exprimé par rapport à l'explosif composite,
    • la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique est constituée d'une matrice polymérique, de préférence polyuréthanne ou polyester, chargée dont la charge contient au moins un oxydant minéral ou un explosif nitré organique,
    • l'interface entre les deux couches présente une section droite étoilée, c'est à dire que selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe du chargement, l'interface présente une forme étoilée. Cela revient également à dire que la section droite de la couche interne représente une étoile, à savoir une figure formée de branches qui rayonnent à partir d'un point central ou d'une zône centrale.
  • Etant donné que les dérivés nitrés aliphatiques n'ont encore donné lieu à aucune application industrielle majeure en tant qu'explosif, on entend de façon classique, par "explosif nitré organique", un explosif choisi dans le groupe constitué par les explosifs nitrés aromatiques (comportant au moins un groupement C-NO₂, l'atome de carbone faisant partie d'un cycle aromatique), les explosifs esters nitriques (comportant au moins un groupement C - O - NO₂) et les explosifs nitramines (comportant au moins un groupement C-N-NO₂). Par ailleurs, on entend par composition pyrotechnique "moins sensible" que l'explosif composite constituant la couche interne, une composition pyrotechnique ayant un indice d'aptitude à la détonation (IAD) selon le test d'aptitude à la détonation derrière barrière (Card Gap Test) inférieur à celui de l'explosif composite constituant la couche interne.
    Ce test, codifié soit en diamètre 40mm, soit en diamètre 75mm, est bien connu de l'homme du métier. Il est notamment décrit dans la publication "Recommandations pour le transport des matières dangereuses". 2ème édition ST/SG/AC 10/11 Rev. 1. Publications de l'ONU. New-York, 1990. Par ailleurs, J. QUINCHON, dans son ouvrage précité, décrit pages 227 à 229 le test en diamètre 40mm.
  • Selon l'invention, les couches interne et périphérique du chargement sont de préférence cylindriques. Elles peuvent ne pas être rigoureusement coaxiales si l'on veut créer une dissymétrie dans les effets d'éclats. L'intérêt est toutefois très limité.
  • De façon préférée le rapport massique couche interne/ couche externe est compris entre 0,1 et 2.
  • La couche interne en explosif composite est de préférence pleine, mais elle peut aussi présenter un ou des évidements, par exemple un évidement axial, partiel ou sur toute la longueur du chargement. Un tel évidement peut permettre par exemple de loger le système d'amorçage.
  • De façon préférée, dans le cadre de la présente invention, les matrices polymériques des couches interne et périphérique, identiques ou différentes, sont des polyuréthannes obtenus de façon générale par réaction d'un prépolymère à terminaisons hydroxyles avec un polyisocyanate.
  • Comme exemples de prépolymères à terminaisons hydroxyles, on peut citer ceux dont le squelette est un polyisobutylène, un polybutadiène, un polyéther, un polyester, un polysiloxane. On utilise de préférence un polybutadiène à terminaisons hydroxyles. Comme exemples de polyisocyanates, on peut citer l'isophorone diisocyanate (IPDI), le toluène diisocyanate (TDI), le dicyclohexylméthylène diisocyanate (Hylène W), l'hexaméthylène diisocyanate (HMDI), le biuret trihexane isocyanate (BTHI), et leurs mélanges.
  • Lorsque la matrice polymérique est une matrice polyester, elle est en général obtenue par réaction d'un prépolymère à terminaisons carboxyles, de préférence un polybutadiène à terminaisons carboxyles (PBCT) ou un polyester à terminaisons carboxyles, avec un polyépoxyde, par exemple un condensat d'épichlorhydrine et de glycérol, ou un polyaziridine, par exemple le triméthylaziridinyl phosphine oxyde (MAPO).
  • Les matrices polymériques peuvent éventuellement comprendre un plastifiant, tels que ceux habituellement utilisés dans la mise en oeuvre des explosifs composites et des propergols solides composites.
  • Selon une autre variante de l'invention, l'interface entre les deux couches présente une section droite étoilée ayant 6 à 24 branches.
  • L'extrémité des branches de l'étoile peut avoir une forme quelconque.
    Ces extrémités sont de préférence pointues, plates ou arrondies.
    L'interface étoilée peut être strictement polygonale ou présenter des congés de raccordement entre branches. De façon préférée, les branches de l'étoile sont identiques, présentent un axe de symétrie passant par le centre de l'étoile et si n est le nombre de branches, chaque branche est séparée des branches voisines par un angle de
    Figure imgb0001
  • Selon l'invention, la charge de l'explosif composite constituant la couche interne contient au moins un explosif nitré organique, de préférence plus de 20%, mieux encore plus de 60%, en poids d'explosif nitré organique, exprimés par rapport à l'explosif composite et la charge de la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique contient au moins un oxydant minéral ou un explosif nitré organique. Comme exemples d'oxydant minéral, on peut citer le perchlorate d'ammonium, le perchlorate de potassium, le nitrate d'ammonium le nitrate de sodium. Comme exemples d'explosif nitré organique, on peut citer l'hexogène, l'octogène, le pentrite, le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole, le triaminotrinitrobenzène et la nitroguanidine.
  • Selon une variante préférée, la couche interne est un explosif composite constitué d'une matrice polyuréthanne ou polyester chargée dont la charge contient plus de 20% en poids, exprimés par rapport à l'explosif composite, d'explosif nitré organique choisi dans le groupe constitué par l'hexogène, l'octogène, le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole et leurs mélanges.
  • De façon particulièrement préférée, la charge de l'explosif composite constituant la couche interne est uniquement constituée de l'explosif nitré organique, de préférence entre 60% et 90% , mieux encore entre 80% et 90%, pourcentages exprimés par rapport à l'explosif composite.
  • Selon une autre variante de l'invention la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique est un explosif composite, de préférence constitué d'une matrice polyuréthanne ou polyester chargée dont la charge contient plus de 20% en poids, exprimés par rapport à l'explosif composite, d'explosif nitré organique choisi de préférence dans le groupe constitué par l'hexogène, l'octogène, la pentrite, le triaminotrinitrobenzène, la nitroguanidine, le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole et leurs mélanges. La charge peut également comprendre par exemple un oxydant minéral et/ou un métal réducteur, mais de préférence, la charge de l'explosif composite constituant la couche périphérique est uniquement constituée de l'explosif nitré organique, de préférence entre 60% et 90%, mieux encore entre 80% et 90%, pourcentages exprimés par rapport à l'explosif composite.
  • Selon une autre variante de l'invention la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique est une composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites constituée d'une matrice polymérique polyuréthanne ou polyester chargée dont la charge, exempte d'explosif nitré organique, contient au moins un oxydant minéral.
  • On entend, de façon classique, par "propergol solide composite", une composition pyrotechnique mise en oeuvre de façon identique à celle d'un explosif composite, et constituée d'une matrice polymérique solide, en général polyuréthanne ou polyester, chargée, ladite charge étant pulvérulente et essentiellement constituée d'un oxydant minéral et en général d'un métal réducteur. Ayant vocation à la propulsion, les propergols solides composites sont fonctionnellement combustibles et comprennent divers additifs pour maîtriser la propulsion. Les propergols solides composites et la façon de les obtenir sont par exemple décrits par A. DAVENAS, Technologie des propergols solides, Ed. Masson, 1989.
  • Selon cette variante de la présente invention, la fonction propulsive n'étant pas recherchée ni exercée, la Demanderesse souhaite ne pas qualifier la couche périphérique de "Propergol" bien que la composition de cette couche ne se différencie de celle des propergols solides composites que par l'absence des additifs liés à la fonction propulsive des propergols (additifs balistiques, accélérateurs de combustion, etc.), et préfère utiliser l'expression "Composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites".
  • Selon une variante, la charge de la composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites constituant la couche périphérique contient un oxydant minéral choisi dans le groupe constitué par le perchlorate d'ammonium, le perchlorate de potassium, le nitrate d'ammonium, le nitrate de sodium, et leurs mélanges, c'est-à-dire tous les mélanges d'au moins deux produits précités.
  • Selon une autre variante, la charge de la composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites constituant la couche périphérique contient un métal réducteur, de préférence choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, le zirconium, le magnésium, le bore et leurs mélanges, c'est-à-dire tous les mélanges d'au moins deux des quatre métaux précités. De façon particulièrement préférée, le métal réducteur est l'aluminium.
  • Selon une autre variante, la charge de la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique est une charge minérale, de préférence choisie dans le groupe constitué par le perchlorate d'ammonium, le perchlorate de potassium, le nitrate d'ammonium, le nitrate de sodium et leurs mélanges. La charge ne contient donc aucun autre composé.
  • Selon une autre variante, la charge de la composition pyrotechnique constituant le couche périphérique est constituée, et uniquement constituée, d'un mélange d'un métal réducteur, de préférence choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, le zirconium, le magnésium, le bore et leurs mélanges, et d'un oxydant minéral de préférence choisi dans le groupe constitué par le perchlorate d'ammonium, le perchlorate de potassium, le nitrate d'ammonium, le nitrate de sodium et leurs mélanges. De préférence, la charge est un mélange de perchlorate d'ammonium et d'aluminium.
  • Selon la variante de l'invention pour laquelle la couche périphérique est une composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites, cette composition est de préférence constituée de :
    • 10% à 40% en poids d'une matrice polymérique polyuréthanne ou polyester,
    • 0 à 40% en poids d'un métal réducteur,
    • 20% à 90% en poids d'un oxydant minéral,

    la somme des pourcentages étant égale à 100.
  • De façon générale, selon la présente invention, le terme "bi-composition" qualifiant le chargement explosif ne doit pas être considéré dans un sens étroit et limitatif. L'effet technique constaté et les résultats qui en découlent demeurent lorsque la couche interne et/ou la couche périphérique est elle-même bi ou multicomposition, avec des interfaces classiques non étoilées entres couches, ou encore lorsque plusieurs interfaces sont étoilées, par exemple dans le cas d'un explosif composite sensible enrobé par un explosif composite moins sensible avec interface étoilée, le bloc aussi constitué étant lui-même enrobé par une composition pyrotechnique quasi-insensible de la famille des propergols solides composites, la seconde interface étant également étoilée.
  • La présente invention a également pour objet un procédé d'obtention d'un effet d'éclats par libération de gaz dans l'enveloppe d'un élément de munition explosive constitué d'une enveloppe contenant un chargement explosif bi-composition, puis rupture de l'enveloppe dûe à la pression du gaz formé. Ce procédé est caractérisé en ce que l'élément de munition explosive est un élément précité selon l'invention et en ce que la libération de gaz est obtenue par détonation de l'explosif composite constituant la couche interne du chargement, puis réaction de la composition pyrotechnique moins sensible constituant la couche périphérique, réaction initiée par l'onde de détonation de l'explosif composite constituant la couche interne.
  • Lorsque la couche périphérique est un explosif composite, elle détone également. Par contre, lorsque la couche périphérique est une composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites, elle réagit sans détoner.
  • La figure 1 représente une coupe schématique en section droite d'un élément peu vulnérable de munition explosive selon l'invention.
    La figure 2 représente une coupe schématique en section droite d'un autre élément peu vulnérable de munition explosive selon l'invention.
    La figure 3 représente des courbes comparatives vitesse d'enveloppe en fonction de l'expansion radiale.
  • Dans les réalisations schématisées figures 1 et 2, l'élément de munition explosive est constitué d'une enveloppe 1,11 en acier, cylindrique avec surface de base circulaire contenant un chargement explosif bi-composition constitué d'une couche interne 2,12 en explosif composite revêtue d'une couche périphérique 3,13 en composition pyrotechnique moins sensible que l'explosif composite constituant la couche interne 2,12.
  • Selon la figure 1 l'interface entre les couches 2 et 3 présente une forme étoilée à 6 branches identiques, symétriques, reliées par des congés de raccordement et dont les extrémités sont arrondies. Chaque branche est séparée des branches voisines par un angle de 60 degrés. Les dimensions de l'étoile peuvent être définies par son cercle circonscrit de diamètre D, son cercle inscrit de diamètre d et par l'épaisseur e des branches.
  • Selon la figure 2 l'interface étoilée est strictement polygonale. L'étoile est formée de 10 branches identiques et symétriques dont les extremités sont pointues. Chaque branche est séparée des branches voisines par un angle de 36 degrés. Les dimensions de l'étoile peuvent être définies par son cercle circonscrit de diamètre D et son cercle inscrit de diamètre d.
  • Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention et les avantages qu'elle procure.
  • Exemple 1 et 2. Eléments de munition explosive selon l'invention. Exemple 1
  • Cet exemple a été réalisé selon la figure 1. L'enveloppe 1, d'épaisseur 12,5 mm, est en acier. Son diamètre extérieur est de 115 mm et son diamètre intérieur de 90mm. Sa longueur est de 300 mm. L'enveloppe 1 possède un fond également en acier d'épaisseur 12,5 mm.
    Les caractéristiques géométriques de l'étoile D, d et e précitées sont respectivement 50 mm, 23 mm et 3 mm.
    La couche interne 2, pleine, est un explosif composite de composition 86% en poids d'octogène et 14% en poids d'une matrice polymérique polyuréthanne obtenue par réaction d'un polyéther à terminaisons hydroxyles avec l'isophorone diisocyanate (IPDI). Cette composition, performante puisque sa vitesse de détonation est de 8300m/s, est toutefois sensible puisque son indice d'aptitude à la détonation IAD est de 150 cartes selon le Card Gap Test codifié en diamètre 40mm.
  • La couche périphérique 3 est un explosif composite de composition 12% en poids d'octogène, 72% en poids de 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole et 16% en poids d'une matrice polymérique polyuréthanne obtenue par réaction d'un polybutadiène à terminaisons hyrodxyles avec l'IPDI. Cette composition périphérique est moins performante (vitesse de détonation 7440m/s) et considérablement moins sensible (IAD de 25 cartes selon le Card Gap Test codifié en diamètre 40mm). que la composition interne.
  • On a réalisé l'amorçage de la couche 2 à l'aide d'un détonateur classique, d'un petit relais de masse 4g en hexocire et d'un générateur d'ondes planes (GOP) de diamètre 76mm comme relais principal. L'onde de détonation de la couche interne 2 a entrainé la détonation de la couche périphérique 3 puis la rupture de l'enveloppe 1, avec formation d'éclats. On a enregistré l'évolution de la vitesse de relèvement de l'enveloppe métallique en fonction de l'expansion radiale, ce qui caractérise le niveau de l'effet d'éclats recherché, grâce à une caméra à fente selon l'expérience de relèvement cylindrique, classique pour l'homme du métier. La courbe correspondante est représentée figure 3 (Courbe E1).
  • Exemple 2
  • Cet exemple a été réalisé selon la figure 2. L'enveloppe 11, d'épaisseur 12,5 mm, est en acier. Son diamètre extérieur est de 115 mm et son diamètre intérieur de 90mm. Sa longueur est de 300mm.
    L'enveloppe 11 possède un fond également en acier d'épaisseur 12,5 mm.
    Les caractéristiques géométriques de l'étoile D et d précitées sont respectivement 50 mm et 34 mm.
    Les explosifs composites constituant la couche interne 12 et la couche périphérique 13 sont les mêmes que pour l'exemple 1.
    On a fait détoner cet élément de munition et mesuré l'effet d'éclats comme selon l'exemple 1. La courbe caractérisant le niveau d'effet d'éclats obtenu est représentée figure 3 (courbe E2).
  • Exemples comparatifs 3 à 5. Eléments de munition explosive selon l'état de la technique
  • Ces exemples sont des exemples comparatifs réalisés selon l'état de la technique dans le seul but de montrer l'effet technique de l'invention et les avantages qui en découlent. Ils n'entrent donc pas dans le cadre de la présente invention.
  • Dans une enveloppe identique à celle utilisée pour les exemples 1 et 2 selon l'invention, on réalise :
    • Selon l'exemple comparatif 3 un chargement monocomposition en explosif composite identique à celui constituant la couche interne du chargement bi-composition des exemples 1 et 2 selon l'invention.
    • Selon l'exemple comparatif 4 un chargement monocomposition en explosif composite identique à celui constituant la couche périphérique du chargement bi-composition des exemples 1 et 2 selon l'invention.
    • Selon l'exemple comparatif 5 un chargement bi-composition constitué d'une couche interne pleine cylindrique à surface de base circulaire de diamètre 60 mm en explosif composite identique à celui constituant la couche interne du chargement bi-composition des exemples 1 et 2 selon l'invention, revêtue d'une couche périphérique adjacente annulaire de diamètre intérieur 60 mm et de diamètre extérieur 90 mm en explosif composite identique à celui constituant la couche périphérique du chargement bi-composition des exemples 1 et 2 selon l'invention.
      L'élément de munition explosive selon cet exemple comparatif 5 ne se distingue donc des éléments de munition explosive des exemples 1 et 2 selon l'invention que par la géométrie de l'interface entre les couches interne et périphérique du chargement bi-composition.
  • On a ensuite fait détoner les éléments de munition selon ces 3 exemples comparatifs et mesuré l'effet d'éclats obtenu comme selon les exemples 1 et 2. Pour les exemples comparatifs 3 et 4, il a fallu toutefois utiliser comme relais principal un GOP de diamètre 90 mm au lieu de 76mm pour initier la détonation. Les courbes caractérisant le niveau d'effet d'éclats obtenu est représenté figure 3 (courbe C3 pour l'exemple comparatif 3, courbe C4 pour l'exemple comparatif 4 et courbe C5 pour l'exemple comparatif 5).
  • La comparaison, figure 3, des courbes E1 et E2 selon l'invention et des courbes C3, C4 et C5 selon l'état de la technique, met en évidence deux résultats particulièrement surprenants et intéressants :
    • On constate, par comparaison des courbes E1, E2, et C5, un gain important, de l'ordre de 30%, de l'effet d'éclats lorsque, tous autres paramètres identiques par ailleurs, l'interface entre les 2 couches présente une section droite étoilée.
    • On constate, par comparaison des courbes E1,E2,C3 et C4, que le niveau d'effet d'éclats obtenu selon l'invention (courbes E1 et E2) est identique, à celui obtenu avec un chargement monocomposition réalisé avec l'explosif composite performant de la couche interne (courbe C3), alors que le chargement monocomposition réalisé avec l'explosif composite moins performant de la couche périphérique procure un effet d'éclats nettement moindre (C4).
      Tout se passe donc, selon l'invention, en ce qui concerne l'effet d'éclats, comme si tout le chargement était constitué en explosif central performant, alors qu'il possède une vulnérabilité à l'onde de détonation considérablement moindre du fait de la présence de la couche périphérique peu sensible.

Claims (16)

  1. Elément de munition explosive constitué d'une enveloppe 1 de préférence métallique contenant un chargement explosif bi-composition constitué d'une couche interne 2 en explosif composite revêtue d'une couche coaxiale adjacente périphérique 3 en composition pyrotechnique moins sensible que l'explosif composite constituant la couche interne 2 caractérisé en ce que :
    - l'explosif composite constituant la couche interne 2 est une matrice polymérique chargée dont la charge contient au moins un explosif nitré organique,
    - la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique 3 est constituée d'une matrice polymérique chargée dont la charge contient au moins un oxydant minéral ou un explosif nitré organique,
    - l'interface entre les deux couches présente une section droite étoilée.
  2. Elément de munition explosive selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux couches 2 et 3 coaxiales sont cylindriques.
  3. Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la section droite étoilée présente 6 à 24 branches.
  4. Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la section droite étoilée est strictement polygonale ou présente des congés de raccordement entre branches.
  5. Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche interne 2 est un explosif composite constitué d'une matrice polyuréthanne ou polyester chargée dont la charge contient plus de 20% en poids d'explosif nitré organique choisi de préférence dans le groupe constitué par l'hexogène, l'octogène, le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole et leurs mélanges, pourcentage exprimé par rapport à l'explosif composite.
  6. Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la charge de l'explosif composite constituant la couche interne 2 est uniquement constituée de l'explosif nitré organique.
  7. Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique 3 est un explosif composite.
  8. Elément de munition explosive selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'explosif composite constituant la couche périphérique 3 est constitué d'une matrice polyuréthanne ou polyester chargée dont la charge contient plus de 20% en poids d'explosif nitré organique choisi de préférence dans le groupe constitué par l'hexogène, l'octogène, la pentrite, le triaminotrinitrobenzène, la nitroguanidine, le 5-oxo 3-nitro 1,2,4-triazole et leurs mélanges, pourcentage exprimé par rapport à l'explosif composite.
  9. Elément de munition explosive selon la revendication 8 caractérisé en ce que la charge de l'explosif composite constituant la couche périphérique 3 est uniquement constituée de l'explosif nitré organique.
  10. Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique 3 est une composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites constituée d'une matrice polymérique polyuréthanne ou polyester chargée dont la charge contient un oxydant minéral et est dépourvue d'explosif nitré organique.
  11. Elément de munition explosive selon la revendication 10 caractérisé en ce que la charge de la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique 3 contient un oxydant minéral choisi dans le groupe constitué par le perchlorate d'ammonium, le perchlorate de potassium, le nitrate d'ammonium, le nitrate de sodium et leurs mélanges.
  12. Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendications 10 et 11 caractérisé en ce que la charge de la composition pyrotechnique constituant la couche périphérique 3 contient un métal réducteur.
  13. Elément de munition explosive selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique de la famille des propergols solides composites constituant la couche périphérique 3 est constituée de :
    - 10% à 40% en poids de matrice polymérique polyuréthanne ou polyester,
    - 0 à 40% en poids d'un métal réducteur,
    - 20% à 90% en poids d'oxydant minéral,
    la somme des pourcentages étant égale à 100.
  14. Procédé d'obtention d'un effet d'éclats par libération de gaz dans l'enveloppe d'un élément de muniton explosive constitué d'une enveloppe 1 contenant un chargement explosif bi-composition, puis rupture de l'enveloppe dûe à la pression du gaz, caractérisé en ce que l'élément de munition explosive est un élément selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, et en ce que la libération de gaz est obtenue par détonation de l'explosif composite constituant la couche interne 2 du chargement, puis réaction de la composition pyrotechnique moins sensible constituant la couche périphérique 3, réaction initiée par l'onde de détonation résultant de la détonation de l'explosif composite constituant la couche interne 2.
  15. Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'élément de munition explosive est un élément selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 et en ce que la couche périphérique 3 détone.
  16. Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'élément de munition explosive est un élément selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 et en ce que la couche périphérique 3 réagit sans détoner.
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