EP0928944B1 - Dispositif électromagnétique permettant d'accélérer un mobile - Google Patents
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- F41B—WEAPONS FOR PROJECTING MISSILES WITHOUT USE OF EXPLOSIVE OR COMBUSTIBLE PROPELLANT CHARGE; WEAPONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F41B6/00—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers
- F41B6/006—Rail launchers
Description
La présente invention concerne un dispositif électromagnétique
permettant d'accélérer un mobile conducteur de l'électricité, destiné
notamment à être utilisé pour lancer un projectile.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif du type
comportant des moyens pour alimenter en courant électrique le mobile et
l'accélérer sous l'effet des forces magnétiques dites de Laplace (encore
dites de Lenz) et des moyens pour guider le mobile pendant sa course
d'accélération.
On connaít des dispositifs de ce type, communément appelés
lanceurs à rails, qui comportent deux rails parallèles conducteurs de
l'électricité le long desquels le projectile peut glisser en établissant un
contact électrique entre ces derniers. Le courant électrique parcourant les
rails conducteurs crée un champ magnétique qui donne naissance dans le
projectile aux forces magnétiques de Laplace(ou Lenz).
Ce type de dispositif permet d'obtenir des vitesses élevées en
sortie, de l'ordre de 2 à 5 km/s pour un projectile
comme celui montré dans le brevet US 4 576 082
dont la masse est
comprise entre une centaine de grammes et plusieurs kilogrammes.
Compte-tenu des valeurs très élevées de l'intensité du courant
électrique qui sont nécessaires pour obtenir l'accélération recherchée, les
deux rails conducteurs sont reliés par exemple à un ensemble de
condensateurs capables de restituer en une durée très brève une énergie
électrique considérable.
En fonction de l'accélération à donner au projectile, on relie
tout ou partie des condensateurs aux rails conducteurs.
Le branchement des condensateurs est toutefois délicat à
effectuer en raison des valeurs particulièrement élevées de l'intensité du
courant en jeu.
En outre, la charge des condensateurs peut devenir difficile à
gérer lorsque tous les condensateurs ne sont pas utilisés.
La présente invention a pour objet un nouveau dispositif qui
permette notamment de remédier aux inconvénients précités.
Elle y parvient en proposant un dispositif pour accélérer un
mobile, du type comportant des moyens de guidage pour guider le mobile
pendant sa course d'accélération et des moyens pour alimenter le mobile en
courant électrique et l'accélérer sous l'effet des forces magnétiques de
Laplace (ou Lenz), caractérisé par le fait que les moyens
d'alimentation en courant électrique comportent au moins deux segments
conducteurs de l'électricité, reliés chacun à une source d'énergie
électrique et réglables en position le long des moyens de guidage de
manière à faire passer un courant électrique à travers le mobile lors de
son passage en des emplacements prédéterminés choisis en fonction de
l'accélération ou de la vitesse à donner au mobile.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, chaque
segment est relié à une source d'énergie électrique capacitive de
capacité nominale constante.
Grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire pour modifier
l'accélération donnée au mobile d'agir sur les branchements reliant les
condensateurs et les rails conducteurs car il suffit de positionner
différemment les segments conducteurs pour diminuer ou augmenter la valeur
de l'intensité du courant électrique qui traverse le mobile en un
emplacement donné de sa trajectoire et l'intensité des forces magnétiques
de Laplace (ou Lenz) qui s'exercent sur celui-ci.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, le
dispositif comporte au moins deux segments placés dans l'alignement l'un de
l'autre avec un espacement entre eux.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, la
polarité et le positionnement des segments sont choisis de manière à
provoquer la rotation du mobile sur lui-même à sa sortie du dispositif.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention. le
dispositif comporte des vérins à vis pour entraíner en déplacement axial
les segments le long des moyens de guidage.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, chaque
segment se présente sous la forme d'un tronçon de rail guidé en
coulissement par deux glissières en matériau électriquement isolant.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, chaque
segment participe au guidage du mobile.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, les
segments sont répartis angulairement autour d'un axe géométrique parallèle
à la direction d'accélération du mobile.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, chaque
segment comporte un substrat en aluminium ou en cuivre revêtu sur son côté
destiné à venir en contact avec le mobile d'un dépôt de carbure de silicium.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, le
mobile présente sur tout ou partie de sa périphérie des brins conducteurs
de l'électricité, destinés à établir un contact électrique glissant avec
les segments.
L'invention a encore pour objet un projectile comportant sur
toute sa périphérie des brins conducteurs de l'électricité aptes à établir
un contact électrique glissant avec les segments d'un dispositif
électromagnétique tel que précité.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un
exemple de réalisation non limitatif de l'invention et au vu du dessin sur
lequel :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un projectile pouvant être utilisé dans un dispositif électromagnétique selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe transversale selon le trait de coupe II-II de la figure 1,
- la figure 3 est une vue schématique en perspective, partielle, représentant un dispositif électromagnétique conforme à un exemple de réalisation de l'invention,
- la figure 4 est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, du dispositif représenté sur la figure 3,
- les figures 5 et 6 illustrent l'allure de l'intensité du courant électrique traversant le projectile en fonction de la position axiale de ce dernier pour deux exemples de positionnement relatif des segments.
On a représenté sur les figures 1 et 2 un projectile 1 destiné à
être utilisé dans un dispositif électromagnétique conforme à l'invention.
Ce projectile 1 comporte dans un exemple particulier décrit un
corps symétrique de révolution autour d'un axe X et présente sur sa
périphérie une gorge annulaire dans laquelle est retenue une couronne
conductrice de l'électricité 3, sur la surface radialement externe de
laquelle se dressent des brins 2 conducteurs de l'électricité, constituant
un balai adapté à collecter le courant électrique par contact glissant. Ces
brins 2 sont connus en eux-mêmes, sont de préférence du type décrit dans le
brevet français 79 27526, et seront décrits plus en détail dans la suite.
Bien entendu, le projectile peut présenter, sans que l'on sorte du cadre
de l'invention, une section non symétrique de révolution, carrée par
exemple.
On a représenté sur les figures 3 et 4, de façon schématique, un
dispositif électromagnétique 4 conforme à un exemple de réalisation de
l'invention. Ce dispositif comporte des moyens de guidage du projectile 1
selon un axe géométrique Y confondu lors du lancement avec l'axe X et des
moyens pour alimenter en courant électrique le projectile 1.
Les moyens de guidage comportent une pluralité de glissières 5
rectilignes réalisées en un matériau électriquement isolant. Ces glissières
5 sont équiréparties angulairement autour de l'axe Y.
La surface radialement interne des glissières 5 est cylindrique
de révolution autour de l'axe Y et sert à guider le projectile durant sa
course d'accélération.
Les glissières 5 constituent en outre une structure de guidage
pour une pluralité de segments 6 conducteurs de l'électricité, reliés
chacun par un fil conducteur 7 à un ou plusieurs condensateurs associés.
Chaque segment 6 peut coulisser le long de l'espace formé entre
deux glissières 5 adjacentes.
Les segments 6 comportent dans l'exemple décrit un substrat en
aluminium ou cuivre par exemple et, sur la face radialement interne
destinée à venir en contact avec les brins conducteurs 2, un dépôt de
carbure de silicium.
Ce dépôt peut être effectué par centrifugation notamment.
Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention en utilisant
des segments 6 réalisés dans d'autres matériaux connus et appropriés.
La surface radialement interne des segments 6 se situe dans la
continuité de la surface radialement interne des glissières 5.
A titre indicatif, le diamètre du projectile peut être par
exemple compris entre 10 et 140 mm.
La longueur des glissières 5 peut être par exemple de 6 m, et la
longueur d'un segment 0,5 m.
Une grande diversité de moyens peut être utilisée pour déplacer
parallèlement à l'axe Y chacun des segments 6.
On peut par exemple utiliser des vérins à vis.
On a représenté sur la figure 3 les axes A, B, C parallèles à
l'axe Y de trois vérins à vis.
Les vis des vélins sont entraínées en rotation sur elles-mêmes
par des moyens moteur connus en eux-mêmes et non représentés et sont
engagées dans des plots 8 solidaires de segments respectifs 6. Le
déplacement de chaque segment peut être commandé par un calculateur
programmé pour calculer, en fonction de la vitesse souhaitée en sortie du
dispositif, la disposition relative des segments permettant d'atteindre
cette vitesse.
Les plots 8 sont traversés par des orifices taraudés 9 dans
lesquels viennent en prise les vis, et servent en outre, dans l'exemple
décrit, au raccordement des fils 7.
Plusieurs segments 6 peuvent être disposés dans le prolongement
l'un de l'autre.
A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 3 deux segments
6 disposés dans l'alignement l'un de l'autre avec un espacement entre eux.
Ces deux segments 6 sont entraínés en déplacement simultanément par la
rotation de la vis d'axe B.
Tous les segments 6 situés d'un même côté d'un plan diamétral
contenant l'axe Y peuvent présenter par exemple la même polarité et ceux
situés de l'autre côté la polarité opposée, comme illustré sur la figure 4,
sur laquelle on a représenté la ligne neutre N.
On positionne les segments 6 en veillant de préférence à ce que
deux segments de polarités opposées destinés à venir simultanément au
contact du projectile soient sensiblement diamétralement opposés.
Dans le cas où l'on dispose plusieurs segments dans l'alignement
les uns des autres et où l'on cherche à faire tourner sur lui-même le
projectile à sa sortie du dispositif 4, les segments alignés présentent
avantageusement des polarités alternées.
En se référant de nouveau aux figures 1 et 2, les brins 2 sont
encastrés à une extrémité dans la couronne 3 et présentent une longueur en
port-à-faux excédant de préférence d'au moins 10 % l'espacement moyen entre
le projectile 1 et les segments 6.
De la sorte, la déformation par flexion de l'extrémité libre des
brins 2, qui est souple, assure le maintien d'une pression de contact
suffisante lors du glissement le long d'un segment.
De préférence, le diamètre des brins 2 est compris entre 60 µm et
100 µm et leur longueur est inférieure à 15 mm.
De préférence, les brins 2 sont réalisés en alliage métallique
dur, à bonne élasticité, par exemple en bronze au cadmium ou en alliage
FeSi ou en cuivre et ses alliages.
Les brins 2 sont obtenus par exemple par tréfilage suivi
éventuellement d'un écrouissage.
Des brins non conducteurs de l'électricité peuvent en outre être
rajoutés à des fins de lubrification par exemple.
Le dispositif peut s'utiliser de la façon suivante.
Les segments 6 sont disposés par exemple autour de l'axe Y selon
une double hélice, c'est-à-dire que lorsque l'on tourne dans un sens donné
autour de l'axe Y, deux segments successifs de même polarité sont décalés
axialement en direction de la sortie du dispositif et les segments de
polarités opposées sont disposés symétriquement par rapport à l'axe Y.
En réglant la position de chaque segment par rapport aux segments
adjacents de même polarité, on peut augmenter ou diminuer la longueur de
recouvrement de deux segments de même polarité et agir sur la surface
totale des segments venant simultanément au contact du projectile, donc sur
l'intensité du courant qui traversera le projectile.
La position des segments est choisie en fonction de l'intensité
du courant qui doit traverser le projectile en un emplacement donné de sa
course de lancement et l'accélération résultant du positionnement des
segments peut être aisément calculée par l'homme du métier.
La portée du tir du projectile 1 peut être modifiée en jouant sur
la vitesse du projective à la sortie du dispositif 4 résultant du
positionnement des segments 6.
Après avoir positionné les segments 6 selon l'accélération à
donner au projectile et chargé les condensateurs associés, on peut
introduire le projectile dans le dispositif.
Le projectile établit alors un contact électrique entre les deux
premiers segments de polarités opposées et diamétralement opposés et se
trouve propulsé vers la sortie, établissant au fur et à mesure de sa course
un contact entre les segments suivants qui l'accélèrent à nouveau.
On a illustré sur la figure 5 une configuration dans laquelle les
cinq premiers segments de même polarité se recouvrent deux à deux d'une
distance l et les cinquième et sixième segments de même polarité se
succèdent en se recouvrant d'une distance L supérieure.
On a également indiqué sur cette figure l'évolution de
l'intensité du courant traversant le projectile selon la position axiale
x de ce dernier le long de l'axe Y.
On a représenté sur la figure 6 un autre exemple de configuration
des segments 6 dans laquelle le recouvrement axial des cinq premiers
segments de même polarité vaut L et le recouvrement des cinquième et
sixième segments vaut l.
On a indiqué par des pointillés sur les figures 5 et 6
l'intensité du courant électrique résultant du cumul des courants débités
par chacun des segments.
On remarquera que le fait qu'il existe un recouvrement axial de
deux segments de même polarité permet de faire se cumuler dans la zone de
recouvrement les courants débités par chacun des segments au travers du
projectile ; il est possible par ce biais de soumettre par exemple le
projectile à une intensité sensiblement constante tout au long de sa course
d'accélération si cela est souhaité.
On remarquera en outre que le courant débité simultanément par
plusieurs segments de même polarité peut être supérieur au courant maximal
débité par un segment.
Pour modifier la trajectoire du projectile entre deux tirs
successifs, il n'est pas nécessaire d'agir sur la capacité nominale et la
charge des condensateurs produisant le courant électrique qui traverse le
projectile.
Il suffit dans l'invention de déplacer les segments les uns par
rapport aux autres de façon à les placer dans une configuration qui confère
au projectile l'accélération voulue.
Il faut comprendre que l'invention offre une très grande liberté
dans le choix de l'accélération du projectile.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui
vient d'être décrit et l'on peut notamment remplacer les vérins à vis
servant à déplacer les segments par des moyens équivalents.
La forme du projectile et l'implantation des brins ne sont pas
limitées aux exemples qui viennent d'être décrits et par ailleurs le
contenu du projectile peut être quelconque.
En outre, on peut utiliser le dispositif électromagnétique selon
l'invention non pas pour lancer un projectile mais pour déplacer un organe
restant guidé tout le long de sa trajectoire.
Le nombre de segments 6 de même polarité est égal à six dans
l'exemple représenté sur la figure 4 mais l'on peut bien entendu utiliser
un nombre différent de segments 6 sans sortir du cadre de l'invention.
On ne sort pas non plus du cadre de l'invention en reliant les
segments non pas à des condensateurs mais à d'autres sources de courant
telles que des inductances.
Claims (12)
- Dispositif électromagnétique (4) pour accélérer un mobile (1) conducteur de l'électricité, du type comportant des moyens de guidage pour guider le mobile pendant sa course d'accélération et des moyens pour alimenter le mobile en courant électrique et l'accélérer sous l'effet des forces magnétiques de Laplace (ou Lenz), caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation en courant électrique comportent au moins deux segments (6) conducteurs de l'électricité, reliés chacun à une source d'énergie électrique et réglables en position le long des moyens de guidage (5) de manière à faire passer un courant électrique à travers le mobile (1) lors de son passage en des emplacements prédéterminés choisis en fonction de l'accélération ou de la vitesse à donner au mobile.
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque segment (6) est relié à une source d'énergie électrique capacitive de capacité nominale constante.
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que qu'il comporte au moins deux segments (6) placés dans l'alignement l'un de l'autre avec un espacement entre eux.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé par le fait que la polarité et le positionnement des segments (6) sont choisis de manière à provoquer la mise en rotation sur lui-même du mobile (1).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte des vérins à vis pour entraíner en déplacement axial lesdits segments (6).
- Disposition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que chaque segment se présente sous la forme d'un tronçon de rail guidé en coulissement par une ou plusieurs glissières (5) en matériau isolant.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que chaque segment (6) participe au guidage du mobile.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. caractérisé par le fait que les segments (6) sont répartis angulairement autour d'un axe géométrique (Y) parallèle à la direction d'accélération du mobile.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que chaque segment (6) comporte un substrat en aluminium ou en cuivre revêtu du côté destiné à venir en contact avec le mobile d'un dépôt de carbure de silicium.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit mobile (1) présente sur tout ou partie de sa périphérie des brins (2) destinés à établir un contact électrique glissant avec lesdits segments (6).
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que ledit mobile est un projectile.
- Projectile (1) comportant un corps et des brins (2) pour établir un contact électrique glissant avec des segments d'un dispositif électromagnétique de lancement, caractérisé par le fait que lesdits brins s'étendent sur toute la périphérie dudit corps.
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