EP0717256B1 - Système de mise à feu par arc électrique d'une munition sans douille - Google Patents

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EP0717256B1
EP0717256B1 EP95402531A EP95402531A EP0717256B1 EP 0717256 B1 EP0717256 B1 EP 0717256B1 EP 95402531 A EP95402531 A EP 95402531A EP 95402531 A EP95402531 A EP 95402531A EP 0717256 B1 EP0717256 B1 EP 0717256B1
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EP
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anode
insulating body
firing system
munition
ring
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Françoise Simon
Franck Bouvard
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Giat Industries SA
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Giat Industries SA
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    • 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
    • F41A19/00—Firing or trigger mechanisms; Cocking mechanisms
    • F41A19/58—Electric firing mechanisms
    • F41A19/63—Electric firing mechanisms having means for contactless transmission of electric energy, e.g. by induction, by sparking gap

Definitions

  • the technical field of the present invention is that of ammunition firing systems without small caliber cartridge case, especially for weapons portable fire.
  • US3859746 and US5074189 describe ammunition firing systems without arch holster electric.
  • US3859746 does not specify which sealing and insulation must be provided at the level of the chamber of the weapon and US5074189 (which forms the basis of the preamble to claim main room) offers a fully closed room the rear of the weapon, gas tightness being ensured by the cooperation of the tube of the sliding weapon by compared to a front part of the room.
  • Patent GB2234335 describes a device for updating ammunition fire not by electric arc but by magnetic or electric induction.
  • the object of the invention is to design a system of firing which can in particular solve this problem sealing to allow the firing of ammunition without shell with portable type weapons, and of which the architecture and the constituent materials can also meet the requirements for thermo-mechanical behavior at instantaneous gas temperatures of combustion of the order of 2500 ° C.
  • the invention proposes a system for updating fire from ammunition without a shell, especially small caliber for a portable firearm, by discharge of an electric arc which is produced in the vicinity of initiating ammunition from high voltage applied between two electrodes, the electrode forming the anode being mounted on a support fixed to the rear of the room, this support ensuring in particular the insulation the anode, and the electrode forming the cathode being constituted by the metallic chamber of tear.
  • This system is characterized in that the support of the anode also ensures gas tightness of combustion and includes a cylindrical body electrically insulating which surrounds the anode, a ring made of an elastically deformable material mounted around insulating body, and an annular plug attached around the ring.
  • the electrode forming the anode, the insulating body, the ring intermediate and the plug are assembled by brazing.
  • the electrode forming the anode is a cylindrical rod pointed tip molybdenum mounted in the center of the body insulator so as to be axially aligned with the ammunition and next to the primer, a metallic glitter is applied to the primer of the ammunition, and the surface of the insulating body in contact with the ammunition is substantially equal to that of the base of the ammunition.
  • a very first advantage of the invention lies in a system that has sufficient properties to be able to be used reliably and safely security, in particular without inadvertent risk of thermo-initiation.
  • Another advantage of the firing system according to the invention resides in its compactness.
  • the firing system 1 shown in Figure 1 is intended to initiate ammunition 2 without socket, whose propellant charge 3 is ignited by a primer 4.
  • the ammunition is positioned so classic in a 5a chamber for loading and firing the breech 5 partially shown of a firearm.
  • this firing system 1 is based on the principle of arc discharge electric produced in the vicinity of the primer 4 of the ammunition 2 from a high voltage applied between two electrodes, namely an anode A and a cathode C constituted by the metal chamber 5a of the weapon.
  • the anode A is mounted on a support S fixed to the back of chamber 5.
  • This support includes a body electrically insulating cylindrical 9 which surrounds the anode A, an intermediate ring 10 attached around the body 9 and an annular plug 11 which surrounds the ring 10.
  • Anode A is a cylindrical stick which is mounted in the center of the insulating body 9 so as to be axially aligned with ammunition 2 and opposite the primer 4 being slightly recessed inside of body 9.
  • This anode A is made of molybdenum, material that resists corrosion of gas combustion, and has a pointed end for promote the formation of the electric arc.
  • anode A is connected to the chamber 5 by an electrical circuit 6 comprising a electric power source 12, of the capacitor type high voltage, and an I switch.
  • the insulating body 9 is made of ceramic, in particular an alumina ceramic, material chosen in according to its electrical characteristics which ensure insulation of anode A, its characteristics which provide surface cooling for part 13 of the ceramic in contact with the base of ammunition 2 and its mechanical characteristics which offer good resistance to crushing. Indeed, a excessive heating of the ceramic surface 9 in contact with ammunition 2 could cause thermal initiation ammunition without cartridge 2.
  • the ceramic of the insulating body 9 is subjected to pressure propellant charge 3 combustion gases, i.e. that it is mechanically stressed at each initiation and it must be avoided that it can crack.
  • the ring 10 interposed between the insulating body 9 and the cap 11 made of steel is advantageously made of a material elastically deformable to absorb in particular mechanical stresses transmitted to the body 9 at each initiation of ammunition 2.
  • This ring 10 is by example of a relatively soft material, such as steel stainless to homogenize the surfaces in contact and avoid stress concentrations due to surface irregularities. This allows to have a better mechanical resistance of the insulating body 9 and of limit the risk of cracking of the ceramic.
  • the anode A, the body insulator 9, the intermediate ring 10 and the plug 11 are assembled together by brazing to ensure the sealing of the support S to the combustion gases.
  • This brazing is referenced 17a, 17b and 17c in Figures 1 and 2.
  • the ring 10 and the plug 11 are all two with respective chamfers 15 and 16 leaving a free space to receive the solder.
  • the plug 11 has at its periphery a thread 18 which allows the support S of the anode A to be fixed at the rear of room 5a.
  • the structure thus produced in particular meets the requirements of high thermo-mechanical resistance and sealing of the combustion gases with the outside, the chamber 5a of the weapon being subjected to pressures of the order of 5.10 8 Pa for a temperature instantaneous combustion gas of the order of 2500 ° C over 1 ms.
  • the ammunition 2 When the ammunition is loaded into the chamber 5a and centered by its projectile in the barrel of the weapon, the ammunition 2 is supported on the support S of anode A without contact with the metal side wall of bedroom 5. For this purpose, a space is provided lateral 20 between the propellant charge and the internal wall of chamber 5a to avoid risks of thermo-initiation.
  • primer 4 To promote dielectric breakdown between primer 4 and anode A, we plan to apply to any the surface of the base of the ammunition 2, a straw 22 in metallic peel paper for example with copper, the metallized side of the glitter being applied against primer 4.
  • the composition of primer 4 must be sensitive to sparks, but not very sensitive to shock and friction.
  • a known composition of the 4.5 Z model can be used.
  • a protective coating 24 under form of varnish layers can be spread over the entire external surface of propellant charge 3 including at level of straw 22 to provide protection effective of the latter against the assaults of the environment.
  • the switch 13 is closed so as to apply a 8 kV high voltage electrical pulse delivered by the capacitor 12 between the anode A and the cathode C constituted by chamber 5a.
  • An electric arc then forms and the capacitor 12 almost discharges short circuit along a path with the lowest dielectric strength. This path goes through the coating protective 24, metallic glitter 22, space 20 between the propellant charge 3, and the chamber 5a.
  • the discharge of capacitor 12 causes a breakdown between anode A and chamber 5a, breakdown which initiates initiation 4.
  • the dissipation of the energy released at the level of metallized paillet 22 locally explodes the latter leading to a vaporization of the metal from its face metallic.
  • the metallic and thermal shock thus created is transmitted to the initiating composition 4 which is initiated.
  • the capacitor 12 is recharged after each initiation by a voltage V.
  • V voltage
  • the breakdown voltage required to initiate the primer 4 intervenes for a value of about 8 kV, while the dielectric breakdown between the anode A and the ring 10 would only intervene for a voltage greater than 20 kV, which is a factor of security.
  • FIG 3 there is shown incorporating the firing system 1 into the breech 5 of a small caliber weapon.
  • Cylinder head 5 is extended by the barrel 25, a seal 26 being placed between them.
  • a cylinder head lock 28 conventionally locks the barrel 25 to the breech 5.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Le domaine technique de la présente invention est celui des systèmes de mise à feu des munitions sans douille de petit calibre, en particulier pour des armes à feu portatives.
Dans les armes à feu portatives traditionnelles, on initie les munitions par percussion d'une amorce entraínant la mise à feu de la charge propulsive de la munition. Le percuteur de l'arme mis en mouvement soit de manière mécanique, soit de manière électrique, écrase l'amorce fixée sur le culot de l'étui de la munition. Lorsque les munitions à douille dans lesquelles l'étanchéité est assurée par leur étui sont remplacées par des munitions sans douilles, il se pose alors inévitablement le problème de l'étanchéité aux gaz de combustion. En effet, le percuteur est une pièce mobile faisant saillie dans la chambre de l'arme où la pression est élevée et peut atteindre 5.108 Pa, qu'il est difficile d'étancher.
Les brevets US3859746 et US5074189 décrivent des systèmes de mise à feu de munition sans étui par arc électrique. Cependant US3859746 ne précise pas quels moyens d'étanchéité et d'isolation doivent être prévus au niveau de la chambre de l'arme et US5074189 (qui sert de base au préambule de la revendication principale) propose une chambre totalement fermée à l'arrière de l'arme, l'étanchéité aux gaz étant assurée par la coopération du tube de l'arme coulissant par rapport à une partie avant de la chambre.
Le brevet GB2234335 décrit un dispositif de mise à feu de munition non pas par arc électrique mais par induction magnétique ou électrique.
Le but de l'invention est de concevoir un système de mise à feu qui puisse notamment résoudre ce problème d'étanchéité pour permettre le tir de munitions sans douille avec des armes de type portatif, et dont l'architecture et les matériaux le constituant puissent également répondre aux exigences de tenue thermo-mécanique à des températures instantanées des gaz de combustion de l'ordre de 2500°C.
A cet effet, l'invention propose un système de mise à feu d'une munition sans douille, notamment de petit calibre pour une arme à feu portative, par décharge d'un arc électrique qui est produit au voisinage de l'amorce de la munition à partir d'une haute tension appliquée entre deux électrodes, l'électrode formant l'anode étant montée sur un support fixé à l'arrière de la chambre, ce support assurant notamment l'isolation électrique de l'anode, et l'électrode formant la cathode étant constituée par la chambre métallique de l'arme. Ce système est caractérisé en ce que le support de l'anode assure également l'étanchéité aux gaz de combustion et comprend un corps cylindrique électriquement isolant qui entoure l'anode, une bague en un matériau élastiquement déformable montée autour du corps isolant, et un bouchon de forme annulaire rapporté autour de la bague.
Selon une autre caractéristique de l'invention l'électrode formant l'anode, le corps isolant, la bague intermédiaire et le bouchon sont assemblés par brasage.
A titre d'exemple, dans le choix des matériaux utilisés pour constituer le support de l'anode :
  • le corps isolant est également un matériau thermiquement bon conducteur tel que la céramique et en particulier une céramique à base d'alumine,
  • la bague intermédiaire est en matériau relativement mou tel que de l'acier inoxydable pour absorber notamment les contraintes mécaniques transmises au corps isolant après initiation de la munition, et
  • le bouchon de fixation du support de l'anode est en acier et fixé par vissage à l'arrière de la chambre.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'électrode formant l'anode est un bâtonnet cylindrique en molybdène à bout pointu monté au centre du corps isolant de manière à être axialement aligné avec la munition et en regard de l'amorce, un paillet métallisé est appliqué sur l'amorce de la munition, et la surface du corps isolant en contact avec la munition est sensiblement égale à celle du culot de la munition.
Un tout premier avantage de l'invention réside dans un système qui présente des propriétés suffisantes pour pouvoir être utilisé d'une façon fiable et en toute sécurité, en particulier sans risque intempestif d'une thermo-initiation.
Un autre avantage du système de mise à feu selon l'invention réside dans sa compacité.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture du complément de description donné ci-après à titre d'exemple en relation avec les dessins sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue en coupe axiale du système de mise à feu selon l'invention,
  • la figure 2 représente le détail indiqué par un cercle sur la figure 1, et
  • la figure 3 est une vue en coupe montrant l'incorporation du système de mise à feu dans une arme de petit calibre.
Le système de mise à feu 1 représenté à la figure 1 est destiné à initier une munition 2 sans douille, dont la charge propulsive 3 est mise à feu par une amorce 4. La munition est positionnée de manière classique dans une chambre 5a de chargement et de tir de la culasse 5 partiellement représentée d'une arme à feu.
Le fonctionnement de ce système de mise à feu 1 est basé sur le principe de la décharge d'un arc électrique produit au voisinage de l'amorce 4 de la munition 2 à partir d'une haute tension appliquée entre deux électrodes, à savoir une anode A et une cathode C constituée par la chambre métallique 5a de l'arme.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, l'anode A est montée sur un support S fixé à l'arrière de la chambre 5. Ce support comprend un corps cylindrique électriquement isolant 9 qui entoure l'anode A, une bague intermédiaire 10 rapportée autour du corps 9 et un bouchon annulaire 11 qui entoure la bague 10.
L'anode A est un bâton cylindrique qui est monté au centre du corps isolant 9 de manière à être axialement aligné avec la munition 2 et en regard de l'amorce 4 en étant légèrement en retrait à l'intérieur du corps 9. Cette anode A est réalisée en molybdène, matériau qui résiste à la corrosion des gaz de combustion, et comporte une extrémité pointue pour favoriser la formation de l'arc électrique.
L'autre extrémité de l'anode A est reliée à la chambre 5 par un circuit électrique 6 comprenant une source d'énergie électrique 12, du type condensateur haute tension, et un interrupteur I.
Le corps isolant 9 est en céramique, en particulier une céramique d'alumine, matériau choisi en fonction de ses caractéristiques électriques qui assurent l'isolation de l'anode A, de ses caractéristiques thermiques qui assurent le refroidissement en surface de la partie 13 de la céramique en contact avec le culot de la munition 2 et de ses caractéristiques mécaniques qui offrent une bonne résistance à l'écrasement. En effet, un échauffement excessif de la surface de la céramique 9 en contact avec la munition 2 pourrait provoquer une thermo-initiation de la munition sans douille 2. D'autre part, la céramique du corps isolant 9 est soumise à la pression des gaz de combustion de la charge propulsive 3, c'est-à-dire qu'elle est mécaniquement sollicitée à chaque initiation et il faut éviter qu'elle puisse se fissurer. La bague 10 intercalée entre le corps isolant 9 et le bouchon 11 en acier est avantageusement en un matériau élastiquement déformable pour absorber notamment les contraintes mécaniques transmises au corps 9 à chaque initiation d'une munition 2. Cette bague 10 est par exemple en un matériau relativement mou, tel que l'acier inoxydable pour homogénéiser les surfaces en contact et éviter des concentrations de contraintes dues aux irrégularités de surface. Ceci permet d'avoir une meilleure tenue mécanique du corps isolant 9 et de limiter les risques de fissuration de la céramique.
D'une manière générale, l'anode A, le corps isolant 9, la bague intermédiaire 10 et le bouchon 11 sont assemblés ensemble par brasage pour assurer l'étanchéité du support S aux gaz de combustion. Ce brasage est référencé 17a, 17b et 17c sur les figures 1 et 2. A cet effet, la bague 10 et le bouchon 11 sont tous deux munis de chanfreins respectifs 15 et 16 laissant un espace libre pour recevoir la brasure.
Le bouchon 11 comporte à sa périphérie un filetage 18 qui permet de fixer le support S de l'anode A à l'arrière de la chambre 5a.
La structure ainsi réalisée répond notamment aux exigences de tenue thermo-mécanique élevée et d'étanchéité des gaz de combustion avec l'extérieur, la chambre 5a de l'arme étant soumise à des pressions de l'ordre de 5.108 Pa pour une température instantanée des gaz de combustion de l'ordre de 2500°C sur 1ms.
Lorsque la munition est chargée dans la chambre 5a et centrée par son projectile dans le canon de l'arme, la munition 2 est en appui sur le support S de l'anode A sans contact avec la paroi latérale métallique de la chambre 5. A cet effet, il est prévu un espace latéral 20 entre la charge propulsive et la paroi interne de la chambre 5a pour éviter des risques de thermo-initiation. La surface 13 du corps isolant 9 du support S sur laquelle vient en appui la munition 2 est sensiblement égale à celle du culot de la munition 2.
Pour favoriser le claquage diélectrique entre l'amorce 4 et l'anode A, on prévoit d'appliquer sur toute la surface du culot de la munition 2, un paillet 22 en papier pelure métallisé par exemple avec du cuivre, la face métallisée du paillet étant appliquée contre l'amorce 4. La composition de l'amorce 4 doit être sensible à l'étincelle, mais peu sensible au choc et à la friction. Une composition connue du modèle 4,5 Z peut être utilisée.
En outre un revêtement protecteur 24 sous forme de couches de vernis peut être étendu sur toute la surface extérieure de la charge propulsive 3 y compris au niveau du paillet 22 en vue d'assurer une protection efficace de ce dernier contre les agressions de l'environnement.
Le fonctionnement du système de mise à feu 1 est décrit ci-après. A la commande du tir d'une munition 2, l'interrupteur 13 est fermé de manière à appliquer une impulsion électrique haute tension de l'ordre de 8 kV délivrée par le condensateur 12 entre l'anode A et la cathode C constituée par la chambre 5a. Un arc électrique se forme alors et le condensateur 12 se décharge en quasi court-circuit suivant un chemin présentant la plus faible rigidité diélectrique. Ce chemin passe par le revêtement de protection 24, le paillet métallisé 22, l'espace 20 entre la charge propulsive 3, et la chambre 5a. La décharge du condensateur 12 provoque un claquage entre l'anode A et la chambre 5a, claquage qui initie l'amorce 4. La dissipation de l'énergie libérée au niveau du paillet métallisé 22 explose localement ce dernier conduisant à une vaporisation du métal de sa face métallisé. Le choc métallique et thermique ainsi créé est transmis à la composition d'amorçage 4 qui est initiée.
Bien entendu, le condensateur 12 est rechargé après chaque initiation par une tension V. On prévoit selon l'invention que la tension de claquage nécessaire pour initier l'amorce 4 intervient pour une valeur de l'ordre de 8 kV, alors que le claquage diélectrique entre l'anode A et la bague 10 n'interviendrait que pour une tension supérieure à 20 kV, ce qui constitue un facteur de sécurité.
Sur la figure 3, on a représenté l'incorporation du système de mise à feu 1 dans la culasse 5 d'une arme de petit calibre. La culasse 5 est prolongée par le canon 25, un joint d'étanchéité 26 étant placé entre ceux-ci. Enfin, un verrou de culasse 28 verrouille classiquement le canon 25 à la culasse 5.

Claims (8)

  1. Système de mise à feu d'une munition sans douille (2), notamment de petit calibre pour une arme à feu portative, par décharge d'un arc électrique qui est produit au voisinage de l'amorce (4) de la munition (2) à partir d'une haute tension appliquée entre deux électrodes, l'électrode (A) formant l'anode étant montée sur un support (S) fixé à l'arrière (5) de la chambre de l'arme, ce support (S) assurant notamment l'isolation électrique de l'anode (A), et l'électrode formant la cathode étant constituée par la chambre métallique (5a) de l'arme, système caractérisé en ce que le support (S) de l'anode (A) assure également l'étanchéité aux gaz de combustion et comprend un corps cylindrique électriquement isolant (9) qui entoure l'anode (A), une bague (10) en un matériau élastiquement déformable montée autour du corps isolant (9), et un bouchon (11) de forme annulaire rapporté autour de la bague (10).
  2. Système de mise à feu selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode (A), le corps isolant (9), la bague (10) et le bouchon (11) sont assemblés les uns aux autres par brasage.
  3. Système de mise à feu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bouchon (11) du support (S) de l'anode est fixé par vissage dans la partie arrière de la chambre (5) de l'arme.
  4. Système de mise à feu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anode (A) est sous la forme d'un bâtonnet cylindrique à bout pointu monté au centre du corps isolant (9) de manière à être axialement aligné avec la munition (2) et en regard de l'amorce (4) de la munition (2).
  5. Système de mise à feu selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps isolant (9) est en matériau également thermiquement bon conducteur, tel que de la céramique.
  6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'anode (A) est en molybdène, le corps isolant (9) en céramique à base d'alumine, la bague (10) en acier inoxydable et le bouchon (11) en acier.
  7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface (13) du corps isolant (9) sur laquelle vient en appui la munition (2) est sensiblement égale à celle du culot de la munition (2).
  8. Système de mise à feu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un paillet métallisé (22) est appliqué sur l'amorce (4) des munitions.
EP95402531A 1994-12-12 1995-11-13 Système de mise à feu par arc électrique d'une munition sans douille Expired - Lifetime EP0717256B1 (fr)

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