EP1046878A1 - Conteneur de sécurité pour le transport et/ou le stockage d'engins explosifs - Google Patents

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Publication number
EP1046878A1
EP1046878A1 EP00106786A EP00106786A EP1046878A1 EP 1046878 A1 EP1046878 A1 EP 1046878A1 EP 00106786 A EP00106786 A EP 00106786A EP 00106786 A EP00106786 A EP 00106786A EP 1046878 A1 EP1046878 A1 EP 1046878A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wall
partition
container according
safety container
container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00106786A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Vives
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giat Industries SA
Original Assignee
Giat Industries SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giat Industries SA filed Critical Giat Industries SA
Publication of EP1046878A1 publication Critical patent/EP1046878A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B39/00—Packaging or storage of ammunition or explosive charges; Safety features thereof; Cartridge belts or bags
    • F42B39/14—Explosion or fire protection arrangements on packages or ammunition

Definitions

  • the technical sector of the present invention is that receiving containers for storing and / or transport an explosive device, such as a munition of war with a high explosive charge.
  • the container must therefore support the effects following the detonation of a munition which may contain a TNT equivalent of 1 to 2 Kg.
  • the effects direct or indirect of a possible detonation must not not be transmitted to the external environment in terms of shocks mechanical, splatter projections, overpressures air, thermal effects, or gas fumes toxic.
  • the rigid internal wall made of high-strength steel, wall which is reinforced on its external surface by a wall flexible formed of fibers resistant to elongation.
  • this container does not have resistance sufficient to detonate a high explosive device power (at least 1 to 2 kg of TNT).
  • a high explosive device power at least 1 to 2 kg of TNT.
  • the rigid material that is described is fragile to shock and an increase in resistance will go through increasing the thickness of the rigid wall which affects the lightness of the container and the ease of transport.
  • the proposed structure is not airtight and does not can provide containment of detonation products or poisonous gases or liquids emitted by ammunition.
  • the container according to the invention can resist the explosion of large-scale ammunition in achieving rapid damping of the shock wave generated by the explosion and ensuring the dissipation of energy to through layers of suitable materials.
  • the container according to the invention ensures this result without excessive mass increase and of space.
  • the container according to the invention can be adapted transport or storage of ammunition or explosive devices of various dimensions.
  • the container according to the invention is thus particularly well suited for storage and / or transport old explosive devices found on the grounds of operations, particularly from the First World War. In indeed these devices have a sensitivity that may have increased course of time, making manipulation dangerous and they are likely to spread substances or gases toxic.
  • the container according to the invention provides transport and safe storage for operators and populations.
  • the first wall can be made of a chosen metal among the following materials: mild steel, nickel, titanium.
  • the second wall can be made in at least one of the following materials: high density organic foam, per example greater than 1.2 g / cm3, composite material, polyester filled with glass fibers, filament wound glass fibers.
  • the third wall can be made of steel, titanium or in a carbon / carbon filament wound.
  • a layer of a low density material for example between 0.1 and 0.3 g / cm3, is placed between the explosive device and the first wall.
  • This low density material may consist of sand, granular vermiculite or foam polymerizable.
  • a thin bag of flexible material could be interposed between the low density material and the first wall to facilitate the extraction of the machine out of the container.
  • the container may include a second partition separate from the first partition by an expansion chamber and forming an enclosure external which is sealed with a cover.
  • the internal enclosure may be formed by the first partition, secured to a bottom and closed by a plug which is mobile by the effect of the pressure of the gases generated by an initiation of the explosive device, so as to authorize the passage of gases to the expansion chamber.
  • the movable plug can be kept applied against the first partition by a wedge of damping material disposed between the cap and the cover.
  • the damping material may be constituted by a high density synthetic foam, for example greater than 1.2g / cm3, such as polyurethane foam.
  • the relaxation room may include at least one baffle secured to the first and / or the second partition and intended to promote relaxation of the gases.
  • the second partition may include a layer of shock absorbing material.
  • the damping material may be constituted by a honeycomb structure.
  • the layer of damping material can be covered of a perforated wall.
  • the explosive devices that are targeted are generally made of a cylindrical-ogival steel casing charged with explosive and primed at one end.
  • the loading explosive may incorporate a light bulb or compartment containing a chemical.
  • the most sensitive part of the craft is the rocket including the initiation of the pyrotechnic chain transmits the detonation to the explosive from the front of the device rearward.
  • This configuration is the most breaking for the envelope of the machine, which breaks up into fragments with a speed of up to 2000 m / s.
  • the wave of detonation is transmitted under very high pressures, around 25 to 35 GPa, in contact materials under incident wave and reflected wave as a function of their nature. These nonlinear phenomena have a short duration on the order of 100 to 150 micro seconds.
  • the analytical tools make it possible to give orders of size but are insufficient to size a container. We usually end up with containers oversized with significant safety factors.
  • a container 1 according to a first embodiment of the invention is intended for contain an explosive device 2 such as ammunition.
  • the container is shown here partially in section, it has a generally cylindrical shape surrounding the ammunition.
  • first partition 3 which longitudinally surrounds the machine explosive 2
  • bottom and a cover (not shown).
  • the machine 2 is positioned radially with respect to the partition with suitable positioning means, for example example of wedges 4 made of high synthetic foam density or wood.
  • the first partition comprises at minus three walls:
  • a first wall 5 or internal wall which is made of a material which is both ductile (having good elongation capacity) and resilient (impact resistant).
  • a material will preferably be chosen having an elongation at break greater than or equal to 30% and a resilience K greater than or equal to 200 J / cm 2 .
  • This internal wall delimits the partition 3 on the side of the explosive device 2.
  • a second wall 6 or damping layer which is made of a material with high modulus of compressibility volume, i.e. for which the ratio V / Vo of the volume V (after compression) on volume Vo (before compression) is between 0.1 and 0.6 when subjected to a dynamic pressure of around 30 GPa (GigaPascals).
  • the general concept on which the invention is based is to quickly absorb the shock waves caused by detonation and not block them like the solutions provided in the prior art.
  • Amortization is obtained by dissipating the energy created by the detonation through a succession of barriers the characteristics of which are chosen so as to: on the one hand absorb some of the shock energy, and on the other hand introduce wave reflections that will be opposed to the incident wave and which will reduce its effects as a result of the combination of incident wave and reflected wave.
  • the first wall 5 will for example be made of steel soft, nickel or titanium. Its ductility and high resilience give it deformation rates high plastic which allow on the one hand to stop splinter projections and on the other hand to distribute the pressures on the following walls.
  • nickel or titanium also ensures excellent corrosion resistance in the event that it corrosive exudates may be out of the craft.
  • the efficiency of the container On the second wall 6 rests the efficiency of the container. It can be made of high density organic foam (for example greater than 1.2 g / cm3) or in a material composite allowing a high rate of volume deformation over the pressure variation range from 0 to 30 GPa, such as a polyester filled with glass fibers or a filament wound on the basis of glass fibers.
  • a material such as the V / Vo ratio for a dynamic pressure of 30 GPa is less than 0.6.
  • the third wall 7 is intended to ensure rigidity maximum delaying the deformation of its external surface. It thus ensures the maintenance of the second wall 6 and the optimal functioning thereof.
  • Figure 2 thus shows a second embodiment of the invention in which the first wall 5 of material ductile is followed by two pairs 8a and 8b, associating each: a second wall (6a or 6b) of high material compressibility module and a third wall (7a or 7b) made of rigid material.
  • This embodiment also differs from the previous one in what a layer 9 of a low density material (from 0.1 to 0.3 g / cm3) is placed between the explosive device and the first wall 5.
  • This low density material ensures a rigging of the machine explosive 2. It constitutes a sarcophagus surrounding the device explosive and which, in the event of detonation, absorbs part of kinetic energy of projection of the envelope of the machine.
  • this layer could for example use to make this layer at low density a powdery material such as sand or a vermiculite aggregate.
  • a polymerizable foam which will be injected between machine 2 and first wall 5.
  • layer 9 allows to adapt the container for all types of explosive devices, whatever their shapes and dimensions (less than the diameter of the first wall 5).
  • Layer 9 ensures complete coating of the machine and a filling of all the vacuum separating that ci of the first wall 5. This produces a damping optimal energy developed by the initiation of the craft.
  • a thin bag 10 can be placed in flexible material, for example plastic material such as polyethylene, which will be interposed between the material 9 at low density and the first wall 5.
  • plastic material such as polyethylene
  • Such an arrangement prevent the adhesion of the material 9 on the first wall 5 (if this material is a polymerizable foam) and in all cases will facilitate the extraction of the craft (with its material sarcophagus 9) out of the container.
  • a container combining a layer 9 of polymerizable foam of which the thickness will be less than the maximum half radius of the machine explosive (for example less than 20mm for a projectile of 80mm caliber), a first wall 5 in 10N8 steel from 3 to 5 mm thick and two pairs 8a, 8b identical.
  • the thickness of layer 9 makes it possible to avoid acquisition by the splinters generated by the machine of kinetic energy too important.
  • Each pair 8 may have the structure described previously and include a fiber composite wall 6 of glass / polyester resin 10 to 20 mm thick and a wall 7 in steel 35NCD16 or titanium T40 from 15 to 20 mm thick.
  • the container produced according to one or other of the modes of previous achievement effectively ensures the absorption of detonation energy with a minimized mass and a modular design adaptable to the shape and size of the explosive device.
  • the embodiment shown in Figure 3 allows in additional to ensure gas tightness of the container and liquids emitted by the craft, both before initiation only during or after this one.
  • FIG 3 a longitudinal section is shown a container 1 containing an explosive device 2, for example ammunition, arranged vertically with its most part sensitive (rocket 11) upwards, so that under the effect accidental detonation the projection of the base 12 or stopped by a solid base 1a of the container (made of steel).
  • an explosive device 2 for example ammunition
  • the container 1 comprises an internal enclosure which is formed by a first partition 13, integral with a bottom 14 and closed by a plug 15.
  • the first partition has a structure similar to that described with reference to the figure 2. It includes a first wall 5 and two pairs 8a, 8b walls 6a / 7a, 6b / 7b.
  • a layer 9 of low material density for example a polymerized foam in situ, forms a sarcophagus trapping device 2 and positioning it coaxial with the first wall 5. This material allows also to protect rocket 11 from any impact or attack outside.
  • a polyethylene bag 10 is interposed between the material 9 and the first partition 5.
  • the bottom 14 is integral with the first wall 5, it is made with the same material and has substantially the same thickness. It is obtained by flow turning.
  • the bottom 14 is separated from the solid base by a volume 16 filled with the same low density material than layer 9 and which will cushion the projection of the base 12.
  • the container 1 also comprises a external enclosure which is constituted by a second partition 17 secured to the base 1a and sealed in a sealed manner by a cover 18 which will be usefully fitted with a lifting ring 26.
  • the outer wall 7b of the first partition 13 is provided a shoulder 29 abutting against the second partition 17 secured to the base 1a, thus ensuring positioning radial of the first partition 13 relative to the second partition 17.
  • the closing means 19 will for example be a quick means and deformable such as a sleepsuit and it will have means for sealing against gases and liquids, such as joints.
  • the second partition 17 comprises a ductile external wall 20 made for example of steel of grade Z10C18 or else titanium T30.
  • a layer 21 of a gas pressure damping material for example a honeycomb made of aluminum or steel.
  • a perforated wall 22 will preferably be applied to the layer 21 of the damping material.
  • This perforated wall will made for example from A60 grade steel. It allows the times to distribute the pressure over the honeycomb and minimize wave reflections.
  • the second partition 17 is separated from the first partition 13 by a free space 23 constituting an expansion chamber.
  • the plug 15 which closes the internal enclosure has a cylindrical outer rim 15a which surrounds the first partition 13. It is kept applied in its position of closing by a wedge 24 which is interposed between the plug 15 and the cover 18.
  • the wedge 24 is made of a material compressible shock absorber, for example made of high polyurethane density (greater than 1.2 g / cm3).
  • the compression of the wedge 24 has the effect of consuming part of the energy of the gases, the expansion chamber 23 is also designed to absorb the impact energy of gas.
  • the volume of the expansion chamber 23 is first of all chosen so as to ensure sufficient expansion of the gases which is compatible with the holding of the second partition 17.
  • chamber 23 can advantageously be fitted with at least one baffle 25 intended to encourage relaxation.
  • Each baffle 25 consists of a portion of sheet metal conical fixed to the external surface of the wall 7b by a suitable means (for example by welding).
  • the sheets of the baffles will for example be sheets of steel about 2 mm thick.
  • the gases entering the expansion chamber 23 will have the effect of deforming the baffles which will absorb so part of their energy.
  • Pressure waves from gases will also be reflected by the surfaces of the baffles as well as through the perforated wall 22.
  • the pressure waves reflected by the wall 22 will combine with the waves of incident pressure on bulkhead 17, reducing the effect of overpressures.
  • honeycomb damping material 21 will ensure by elsewhere a damping of the pressure waves reaching the wall 20 of the second partition 17.
  • baffles 25 and a layer 21 shock absorbing material allows rapid absorption the energy of the gases, therefore the impulses and avoiding the peaks pressure related to reflections of overpressure waves.
  • a container can be produced, the first partition of which will have the structure described with reference to FIG. 2 and the second partition 17 of which will consist of a perforated wall 22 of 3mm thick comprising 500 to 600 cylindrical holes per m 2 of 10 mm in diameter, applied to a layer 21 15 mm thick of a honeycomb, itself applied to an external wall 20 of 3 to 5 mm thickness of Z10C18 steel or T30 titanium.
  • a drain valve 27 is provided on the cover 18. This purge could be advantageously connected by a permanently or temporarily to a means of measuring the pressure and toxicity analysis of the gases contained in the container.
  • a drain valve 28 is provided at the bottom of the container to allow the evacuation of liquids present in the expansion volume 23.
  • This specific treatment of the detonation phenomenon allows to ensure the desired function with a mass and a small footprint.
  • Wall sets 6 and 7 could also be manufactured with progressive diameters allowing, for a container having a given external enclosure, the placement different internal enclosures, adapted to the nature of the vehicle to be transported or stored.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

L'invention concerne un conteneur de sécurité (1) pour un engin explosif (2), par exemple une munition, et comprenant au moins une enceinte interne comportant une première cloison entourant au moins longitudinalement l'engin, première cloison comprenant au moins trois parois. Ce conteneur est caractérisé en ce que la première cloison comprend successivement entre l'engin explosif (2) et l'extérieur : une première paroi (5) ou paroi interne réalisée en un matériau ductile et délimitant la cloison du côté de l'engin explosif (2), et au moins une paire (8,8a,8b) de parois formée par la combinaison d'une deuxième paroi ou couche amortissante (6,6a,6b) réalisée en un matériau à haut module de compressibilité volumique et d'une troisième paroi (7,7a,7b) en matériau rigide. Application au stockage et au transport de munitions dangereuses. <IMAGE>

Description

Le secteur technique de la présente invention est celui des conteneurs de réception permettant de stocker et/ou de transporter un engin explosif, tel une munition de guerre comportant une forte charge explosive.
On sait qu'une munition est susceptible de détonner par elle-même ou à la suite d'une sollicitation extérieure telle qu'un choc. Elle présente donc un danger mortel pour le personnel assurant le transport, puis les manipulations avant le désamorçage. Il faut donc que le conteneur supporte les effets consécutifs à la mise en détonation d'une munition pouvant renfermer un équivalent TNT de 1 à 2 Kg. Les effets directs ou indirects d'une éventuelle détonation ne doivent pas être transmis au milieu extérieur sur le plan des chocs mécaniques, des projections d'éclats, des surpressions aériennes, des effets thermiques, ou des émanations de gaz toxiques.
Une solution a été proposée dans le brevet FR-A-2 759 353 d'un conteneur de sécurité anti-déflagration comportant une âme à trois ou quatre parois. Ce brevet propose notamment de prévoir une paroi en acier balistique munie de part et d'autre d'une paroi de tissu en matière composite, l'ensemble étant intégré dans une enveloppe externe en matière plastique ou en tôle, éventuellement séparée de celle-ci par un volume d'air.
L'essentiel de l'efficacité de ce conteneur est apporté par la paroi interne rigide en acier à haute résistance, paroi qui est renforcée sur sa surface externe par une paroi souple formée de fibres résistantes à l'allongement.
Néanmoins, ce conteneur ne présente pas une résistance suffisante à la détonation d'un engin explosif de forte puissance (au moins 1 à 2 kg de TNT). Le matériau rigide qui est décrit est fragile au choc et un accroissement de la résistance passera par l'augmentation de l'épaisseur de la paroi rigide ce qui nuit à la légèreté du conteneur et à la facilité du transport.
De plus la structure proposée n'est pas hermétique et ne peut assurer un confinement des produits de détonation ou des gaz ou liquides toxiques émis par la munition.
C'est le but de la présente invention que de proposer un conteneur ne présentant pas de tels inconvénients.
Ainsi le conteneur selon l'invention peut résister à l'explosion de munitions de dimensions importantes en réalisant un amortissement rapide de l'onde de choc engendrée par l'explosion et en assurant la dissipation de l'énergie à travers des couches de matériaux appropriés.
Le conteneur selon l'invention permet d'assurer ce résultat sans accroissement excessif de masse et d'encombrement.
De plus le conteneur selon l'invention peut être adapté au transport ou au stockage de munitions ou engins explosifs de dimensions variées.
Il assure le confinement tant de la munition non explosée que de l'explosion de celle ci, en évitant dans tous les cas la sortie des gaz toxiques qu'elle peut émettre.
Le conteneur selon l'invention se trouve ainsi particulièrement bien adapté au stockage et/ou au transport des engins explosifs anciens trouvés sur les terrains d'opérations, notamment dé la première guerre mondiale. En effet ces engins ont une sensibilité qui a pu s'accroítre au cours du temps, rendant toute manipulation dangereuse et ils sont susceptibles de répandre des substances ou des gaz toxiques. Le conteneur selon l'invention assure transport et stockage en toute sécurité pour les opérateurs et les populations.
L'invention a donc pour objet un conteneur de sécurité pour un engin explosif, par exemple une munition, et comprenant au moins une enceinte interne comportant une première cloison entourant au moins longitudinalement l'engin, première cloison comprenant au moins trois parois, conteneur caractérisé en ce que la première cloison comprend successivement entre l'engin explosif et l'extérieur :
  • une première paroi ou paroi interne, réalisée en un matériau ductile dont l'allongement à la rupture est supérieur ou égal à 30% et ayant une résilience supérieure ou égale à 200 J/cm2 et délimitant la cloison du côté de l'engin explosif, et
  • au moins une paire de parois formée par la combinaison d'une deuxième paroi ou couche amortissante réalisée en un matériau à haut module de compressibilité volumique et d'une troisième paroi en matériau rigide dont la limite élastique est supérieure ou égale à 900 MPa.
La première paroi pourra être réalisé en un métal choisi parmi les matériaux suivants : acier doux, nickel, titane.
La deuxième paroi pourra être réalisée en au moins un des matériaux suivants : mousse organique haute densité, par exemple supérieure à 1,2g/cm3, matériau composite, polyester chargé de fibres de verre, enroulé filamentaire à base de fibres de verre.
La troisième paroi pourra être réalisée en acier, en titane ou bien en un enroulé filamentaire carbone/carbone.
Selon un autre mode de réalisation, une couche d'un matériau de faible densité, par exemple comprise entre 0,1 et 0,3 g/cm3, est disposée entre l'engin explosif et la première paroi.
Ce matériau de faible densité pourra être constitué par du sable, de la vermiculite granulaire ou bien une mousse polymérisable.
Selon une variante, un sac mince en matériau souple pourra être interposé entre le matériau de faible densité et la première paroi afin de faciliter l'extraction de l'engin hors du conteneur.
Selon un autre mode de réalisation, le conteneur pourra comprendre une deuxième cloison séparée de la première cloison par une chambre de détente et formant une enceinte externe qui est fermée de façon étanche par un couvercle.
L'enceinte interne pourra être formée par la première cloison, solidaire d'un fond et obturée par un bouchon qui est mobile par l'effet de la pression des gaz engendrés par une initiation de l'engin explosif, de façon à autoriser le passage des gaz vers la chambre de détente.
Le bouchon mobile pourra être maintenu appliqué contre la première cloison par une cale d'un matériau amortisseur disposée entre le bouchon et le couvercle.
Le matériau amortisseur pourra être constitué par une mousse synthétique haute densité, par exemple supérieure à 1,2g/cm3, telle une mousse de polyuréthanne.
Avantageusement, la chambre de détente pourra comporter au moins une chicane solidaire de la première et/ou de la deuxième cloison et destinée à favoriser la détente des gaz.
La deuxième cloison pourra comporter une couche d'un matériau amortisseur.
Le matériau amortisseur pourra être constitué par une structure en nid d'abeille.
La couche de matériau amortisseur pourra être recouverte d'une paroi perforée.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels :
  • la figure 1 montre schématiquement la structure de base de la paroi d'un conteneur selon un premier mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 2 montre schématiquement la structure de base de la paroi d'un conteneur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 3 représente un conteneur complet selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
Les engins explosifs que l'on vise sont généralement constitués d'une enveloppe en acier de forme cylindro-ogivale chargée en explosif et amorcée à une extrémité. Le chargement explosif peut incorporer une ampoule ou un compartiment renfermant un produit chimique. Ces matières actives peuvent être extrêmement dangereuses en raison de leur hypersensibilité et ce danger est accru du fait d'un historique mal connu ou d'un vieillissement incertain et mal maítrisé.
Théoriquement, la partie de l'engin la plus sensible est la fusée dont l'initiation de la chaíne pyrotechnique transmet la détonation à l'explosif de l'avant de l'engin vers l'arrière. Cette configuration est la plus brisante pour l'enveloppe de l'engin, qui se fragmente en éclats dotés d'une vitesse pouvant atteindre 2000 m/s. L'onde de détonation se transmet sous des pressions très élevées, de l'ordre de 25 à 35 GPa, dans les matériaux au contact sous forme d'ondes incidentes et d'ondes réfléchies en fonction de leur nature. Ces phénomènes non linéaires ont une durée brève de l'ordre de 100 à 150 micro secondes.
Lorsque l'enveloppe de l'engin est fissurée, les gaz brûlés produits par la détonation apparaissent derrière la détonation sous une pression très élevée et les réflexions sur les parois adjacentes peuvent atteindre dix fois la pression incidente.
Pour étudier et quantifier ces phénomènes en vue de concevoir un conteneur, on a longtemps procédé de manière empirique et expérimentale. La difficulté essentielle est de représenter des phénomènes engendrant des pressions très élevées (30 à 50 GPa) dans des durées de l'ordre de la micro-seconde. Des essais à échelle réduite permettent de caractériser les effets sans toutefois restituer les temps et les impulsions.
Les outils analytiques permettent de donner des ordres de grandeur mais sont insuffisants pour dimensionner un conteneur. On aboutit généralement à des conteneurs surdimensionnés avec des coefficients de sécurité importants.
Les algorithmes numériques disponibles aujourd'hui permettent de donner une représentation très proche de cette physique non linéaire. Ils restituent les déplacements, les déformations et donnent un ordre de grandeur des pressions.
La précision provient de la connaissance des lois de comportement et des équations d'états des matériaux, qui ne sont toujours que des modèles d'un état physico-chimique ne prenant pas en compte toutes les variables intervenant lors de l'explosion d'un engin. De plus, les caractérisations des paramètres des modèles sont coûteuses et peu de données existent en comparaison de toutes les nuances possibles.
C'est donc grâce aux travaux entrepris par le demandeur qu'il est maintenant possible de maítriser les problèmes de détonation et de dimensionner des conteneurs de transport ou de stockage pour engins explosifs.
En se reportant à la figure 1, un conteneur 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention est destiné à renfermer un engin explosif 2 tel une munition.
Le conteneur est représenté ici partiellement en coupe, il a une forme globalement cylindrique entourant la munition.
Il comprend une enceinte interne délimitée par une première cloison 3 (qui entoure longitudinalement l'engin explosif 2), un fond et un couvercle (non représentés).
L'engin 2 est positionné radialement par rapport à la cloison avec des moyens de positionnement appropriés, par exemple des cales 4 réalisées en mousse synthétique haute densité ou en bois.
Suivant l'invention, la première cloison comprend au moins trois parois:
Une première paroi 5 ou paroi interne qui est réalisée en un matériau à la fois ductile (ayant une bonne capacité d'allongement) et résilient (résistant au choc). On choisira de préférence un matériau ayant un allongement à la rupture supérieur ou égal à 30% et une résilience K supérieure ou égale à 200 J/cm2. Cette paroi interne délimite la cloison 3 du côté de l'engin explosif 2.
Une deuxième paroi 6 ou couche amortissante qui est réalisée en un matériau à haut module de compressibilité volumique, c'est à dire pour lequel le rapport V/Vo du volume V (après compression) sur le volume Vo (avant compression) est compris entre 0,1 et 0,6 lorsqu'il est soumis à une pression dynamique de l'ordre de 30 GPa (GigaPascals).
Une troisième paroi 7 en matériau rigide, c'est à dire ayant une limite élastique (Re) qui est supérieure ou égale à 900 Mpa (MégaPascals).
Le concept général sur lequel est basé l'invention est d'amortir rapidement les ondes de choc provoquées par la détonation et non de les bloquer comme les solutions prévues dans l'art antérieur.
L'amortissement est obtenu en dissipant l'énergie créée par la détonation au travers d'une succession de barrières dont les caractéristiques sont choisies de façon à : d'une part absorber une partie de l'énergie de choc, et d'autre part introduire des réflexions d'onde qui seront opposées à l'onde incidente et qui en réduiront les effets par suite de la combinaison entre onde incidente et ondes réfléchies.
La première paroi 5 sera par exemple réalisée en acier doux, en nickel ou bien en titane. Sa ductilité et sa résilience élevées lui donnent des taux de déformation plastique élevés qui permettent d'une part d'arrêter les projections des éclats et d'autre part de répartir les pressions sur les parois suivantes.
Le choix du Nickel ou du titane permet en plus d'assurer une excellente tenue à la corrosion dans le cas où il pourrait y avoir des exsudats de produits corrosifs hors de l'engin.
Sur la deuxième paroi 6 repose l'efficacité du conteneur. Elle pourra être réalisée en mousse organique haute densité (par exemple supérieure à 1,2 g/cm3) ou bien en un matériau composite permettant d'atteindre un important taux de déformation volumique sur la plage de variation de pression de 0 à 30 GPa, tel un polyester chargé de fibres de verre ou un enroulé filamentaire à base de fibres de verre. On choisira un matériau tel que le rapport V/Vo pour une pression dynamique de 30 GPa soit inférieur à 0,6.
On pourra également réaliser la paroi 6 sous la forme d'une couche de sable.
La troisième paroi 7 est destinée à assurer une rigidité maximale en retardant le plus possible la déformation de sa surface externe. Elle assure ainsi le maintien de la deuxième paroi 6 et le fonctionnement optimal de celle ci.
On pourra réaliser la troisième paroi en acier, titane ou encore en enroulé à haute limite élastique tel qu'un enroulé filamentaire carbone/carbone.
A titre d'exemple on pourra réaliser un conteneur associant une première paroi 5 en acier de nuance 10N8 (résilience K=300 J/cm2) et de 3 à 5 mm d'épaisseur associée à une deuxième paroi 6 en sable ou bien en un composite fibre de verre /polyester de 10 à 20 mn d'épaisseur et complétée par une troisième paroi 7 en acier de nuance 35NCD16 ou en Titane T40 de 15 à 20 mm d'épaisseur.
En fonction de la puissance de l'engin à confiner, on pourra limiter la définition du conteneur à celle associant la première paroi 5 avec une seule paire 8 de parois 6 et 7.
On pourra également pour confiner un engin explosif plus puissant prévoir plusieurs paires 8 de parois 6 et 7.
La figure 2 montre ainsi un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la première paroi 5 en matériau ductile est suivie de deux paires 8a et 8b, associant chacune: une deuxième paroi (6a ou 6b) en matériau à haut module de compressibilité et une troisième paroi (7a ou 7b) en matériau rigide.
Ce mode de réalisation diffère également du précédent en ce que une couche 9 d'un matériau de faible densité (de 0,1 à 0,3 g/cm3) est disposée entre l'engin explosif et la première paroi 5.
Ce matériau à faible densité assure un calage de l'engin explosif 2. Il constitue un sarcophage entourant l'engin explosif et qui, en cas de détonation, absorbe une partie de l'énergie cinétique de projection de l'enveloppe de l'engin.
On améliore ainsi l'efficacité de la première paroi 5 qui ne voit qu'une partie de l'énergie cinétique des éclats.
On pourra par exemple utiliser pour réaliser cette couche à faible densité un matériau pulvérulent tel que du sable ou un granulat de vermiculite. On pourra également utiliser une mousse polymérisable qui sera injectée entre l'engin 2 et la première paroi 5.
Dans tous les cas l'emploi d'un matériau pulvérulent ou injectable pour réaliser la couche 9 permet d'adapter le conteneur à tous types d'engins explosifs, quelles que soient leurs formes et leurs dimensions (inférieures au diamètre de la première paroi 5). La couche 9 assure un enrobage complet de l'engin et un remplissage de tout le vide séparant celui ci de la première paroi 5. On obtient ainsi un amortissement optimal de l'énergie développée par l'initiation de l'engin.
Avantageusement on pourra disposer un sac mince 10 en matériau souple, par exemple en matière plastique tel que le polyéthylène, qui sera interposé entre le matériau 9 à faible densité et la première paroi 5. Une telle disposition empêchera l'adhérence du matériau 9 sur la première paroi 5 (si ce matériau est une mousse polymérisable) et dans tous les cas permettra de faciliter l'extraction de l'engin (avec son sarcophage de matériau 9) hors du conteneur.
A titre d'exemple on pourra réaliser un conteneur associant une couche 9 de mousse polymérisable dont l'épaisseur sera inférieure au demi rayon maxi de l'engin explosif (par exemple inférieure à 20mm pour un projectile de calibre 80mm), une première paroi 5 en acier 10N8 de 3 à 5 mm d'épaisseur et deux paires 8a, 8b identiques. Un tel choix de l'épaisseur de la couche 9 permet d'éviter l'acquisition par les éclats engendrés par l'engin d'une énergie cinétique trop importante.
Chaque paire 8 pourra avoir la structure décrite précédemment et comprendre une paroi 6 en composite fibre de verre / résine polyester de 10 à 20 mm d'épaisseur et une paroi 7 en acier 35NCD16 ou titane T40 de 15 à 20 mm d'épaisseur.
A titre de variante il est bien entendu possible, en fonction des caractéristiques de l'engin à transporter, de prévoir plusieurs paires 8 de parois 6 et 7.
Il est également possible de mettre en oeuvre une couche amortissante 9 dans le mode de réalisation selon la figure 1.
Le conteneur réalisé suivant l'un ou l'autre des modes de réalisation précédents assure efficacement l'absorption de l'énergie de détonation avec une masse minimisée et une conception modulaire adaptable à la forme et à la taille de l'engin explosif.
Le mode de réalisation présenté à la figure 3 permet en complément d'assurer une étanchéité du conteneur aux gaz et liquides émis par l'engin, aussi bien avant une initiation que pendant ou après celle ci.
Sur la figure 3, on a représenté une coupe longitudinale d'un conteneur 1 renfermant un engin explosif 2, par exemple une munition, disposé verticalement avec sa partie la plus sensible (la fusée 11) vers le haut, afin que sous l'effet d'une détonation accidentelle la projection du culot 12 soit arrêtée par un socle massif 1a du conteneur (en acier).
Le conteneur 1 comprend une enceinte interne qui est formée par une première cloison 13, solidaire d'un fond 14 et obturée par un bouchon 15. La première cloison a une structure analogue à celle décrite en référence à la figure 2. Elle comprend une première paroi 5 et deux paires 8a, 8b de parois 6a/7a, 6b/7b. Une couche 9 de matériau de faible densité, par exemple une mousse polymérisée in situ, forme un sarcophage emprisonnant l'engin 2 et le positionnant coaxialement à la première paroi 5. Ce matériau permet également de protéger la fusée 11 de tout choc ou agression extérieure. Un sac 10 en polyéthylène est intercalé entre le matériau 9 et la première cloison 5.
Le fond 14 est solidaire de la première paroi 5, il est réalisé avec la même matière et a sensiblement la même épaisseur. Il est obtenu par fluotournage. Le fond 14 est séparé du socle massif la par un volume 16 rempli du même matériau de faible densité que la couche 9 et qui amortira la projection du culot 12.
Le conteneur 1 selon l'invention comporte également une enceinte externe qui est constituée par une deuxième cloison 17 solidaire du socle 1a et obturée de façon étanche par un couvercle 18 qui sera utilement équipé d'un anneau de levage 26.
La paroi externe 7b de la première cloison 13 est dotée d'un épaulement 29 venant en butée contre la deuxième cloison 17 solidaire du socle 1a, assurant ainsi un positionnement radial de la première cloison 13 par rapport à la deuxième cloison 17.
Le moyen de fermeture 19 sera par exemple un moyen rapide et déformable tel qu'une grenouillère et il sera doté de moyens d'étanchéité aux gaz et aux liquides, tels que des joints.
La deuxième cloison 17 comprend une paroi externe ductile 20 réalisée par exemple en acier de nuance Z10C18 ou bien en titane T30.
Sur cette paroi 20 est appliquée une couche 21 d'un matériau amortisseur de la pression des gaz, par exemple un nid d'abeille réalisé en aluminium ou en acier.
Une paroi perforée 22 sera de préférence appliquée sur la couche 21 du matériau amortisseur. Cette paroi perforée sera réalisée par exemple en acier de nuance A60. Elle permet à la fois de répartir la pression sur le nid d'abeille et de minimiser les reflexions d'onde.
La deuxième cloison 17 est séparée de la première cloison 13 par un espace libre 23 constituant une chambre de détente.
Le bouchon 15 qui obture l'enceinte interne présente un rebord externe cylindrique 15a qui entoure la première cloison 13. Il est maintenu appliqué dans sa position de fermeture par une cale 24 qui s'interpose entre le bouchon 15 et le couvercle 18. La cale 24 est réalisée en un matériau amortisseur compressible, par exemple en polyuréthanne haute densité (supérieure à 1,2 g/cm3).
Lorsque des produits de détonation s'échappent comme suite à l'initiation de l'engin 2, le bouchon se déplace en comprimant la cale 24 et les gaz peuvent se répandre dans la chambre de détente 23.
La compression de la cale 24 a pour effet de consommer une partie de l'énergie des gaz, la chambre de détente 23 est également conçue de façon à absorber l'énergie de choc des gaz.
Le volume de la chambre de détente 23 est tout d'abord choisi de façon à assurer une détente suffisante des gaz qui soit compatible avec la tenue de la deuxième cloison 17. On pourra par exemple définir un conteneur dont la chambre de détente a un volume 10 à 15 fois supérieur au volume d'explosif.
De plus, la chambre 23 pourra être avantageusement équipée d'au moins une chicane 25 destinée à favoriser les détentes.
Chaque chicane 25 est constituée par une portion de tôle conique fixée à la surface externe de la paroi 7b par un moyen approprié (par exemple par soudure).
Les tôles des chicanes seront par exemple des tôles d'acier d'environ 2 mm d'épaisseur.
Les gaz qui pénètrent dans la chambre de détente 23 auront pour effet de déformer les chicanes qui absorberont donc une partie de leur énergie. Les ondes de pression des gaz seront également réfléchies par les surfaces des chicanes ainsi que par la paroi perforée 22. Les ondes de pression réfléchies par la paroi 22 se combineront avec les ondes de pression incidentes sur la cloison 17, réduisant l'effet des surpressions.
Le matériau amortisseur 21 en nid d'abeille assurera par ailleurs un amortissement des ondes de pression parvenant à la paroi 20 de la deuxième cloison 17.
Ainsi la conception de l'enceinte externe qui comprend une chambre de détente 23, des chicanes 25 et une couche 21 d'un matériau amortisseur permet d'absorber rapidement l'énergie des gaz, donc les impulsions et d'éviter les pics de pression liés aux réflexions des ondes de surpression.
L'absorption est encore accrue par la présence de la cale 24 qui maintient le bouchon 15 et par la paroi perforée 22.
A titre d'exemple et pour un engin explosif de 1 kg de TNT, on pourra réaliser un conteneur dont la première cloison aura la structure décrite en référence à la figure 2 et dont la deuxième cloison 17 sera constituée par une paroi perforée 22 de 3mm d'épaisseur comportant 500 à 600 trous cylindriques au m2 de 10 mm de diamètre, appliquée sur une couche 21 de 15 mm d'épaisseur d'un nid d'abeille, elle même appliquée sur une paroi externe 20 de 3 à 5 mm d'épaisseur d'acier Z10C18 ou de titane T30.
Afin de permettre l'évacuation sans danger des gaz toxiques accumulés dans le conteneur après une initiation de l'engin 2, un robinet de purge 27 est prévu sur le couvercle 18. Cette purge pourra être avantageusement reliée d'une façon permanente ou temporaire à un moyen de mesure de la pression et d'analyse de la toxicité des gaz contenus dans le conteneur.
D'une façon analogue un robinet de vidange 28 est prévu en partie inférieure du conteneur afin de permettre l'évacuation des liquides présents dans le volume de détente 23.
Ainsi le conteneur selon ce mode de réalisation de l'invention permet de combiner :
  • une enceinte interne conçue de façon à réduire les effets mécaniques d'une détonation (grâce à la couche 9 et à la cloison 13) par l'absorption des déformations provoquées par les éclats,
  • une enceinte externe assurant l'étanchéité du conteneur aux gaz et liquides émis tout en assurant une détente des gaz engendrés par la détonation.
Ce traitement spécifique du phénomène détonique permet d'assurer la fonction recherchée avec une masse et un encombrement réduit.
A titre de variante et en fonction des caractéristiques des engins explosifs 2, il est bien entendu possible de définir un conteneur dont la première cloison 13 ne comporte qu'une paire de parois 6/7 ou plus de deux paires de parois 6/7.
Des jeux de parois 6 et 7 pourront par ailleurs être fabriqués avec des diamètres progressifs autorisant, pour un conteneur ayant une enceinte externe donnée, la mise en place d'enceintes internes différentes, adaptées à la nature de l'engin à transporter ou stocker.

Claims (15)

  1. Conteneur de sécurité (1) pour un engin explosif (2), par exemple une munition, et comprenant au moins une enceinte interne comportant une première cloison entourant au moins longitudinalement l'engin, première cloison comprenant au moins trois parois, caractérisé en ce que la première cloison comprend successivement entre l'engin explosif (2) et l'extérieur :
    une première paroi (5) ou paroi interne, réalisée en un matériau ductile dont l'allongement à la rupture est supérieur ou égal à 30% et ayant une résilience supérieure ou égale à 200 J/cm2 et délimitant la cloison du côté de l'engin explosif (2), et
    au moins une paire (8,8a,8b) de parois formée par la combinaison d'une deuxième paroi ou couche amortissante (6,6a,6b) réalisée en un matériau à haut module de compressibilité volumique et d'une troisième paroi (7,7a,7b) en matériau rigide dont la limite élastique (Re) est supérieure ou égale à 900 MPa.
  2. Conteneur de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première paroi (5) est réalisé en un métal choisi parmi les matériaux suivants : acier doux, nickel, titane.
  3. Conteneur de sécurité selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième paroi (6,6a,6b) est réalisée en au moins un des matériaux suivants : mousse organique haute densité, par exemple supérieure à 1,2g/cm3, matériau composite, polyester chargé de fibres de verre, enroulé filamentaire à base de fibres de verre.
  4. Conteneur de sécurité selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la troisième paroi (7,7a,7b) est réalisée en acier, en titane ou bien en un enroulé filamentaire carbone/carbone.
  5. Conteneur de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche (9) d'un matériau de faible densité, par exemple comprise entre 0,1 et 0,3 g/cm3, est disposée entre l'engin explosif et la première paroi (5).
  6. Conteneur de sécurité selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau de faible densité est constitué par du sable, de la vermiculite granulaire ou bien une mousse polymérisable.
  7. Conteneur de sécurité selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un sac mince (10) en matériau souple est interposé entre le matériau de faible densité (9) et la première paroi (5) afin de faciliter l'extraction de l'engin hors du conteneur.
  8. Conteneur de sécurité selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième cloison (17) séparée de la première cloison (13) par une chambre de détente (23) et formant une enceinte externe qui est fermée de façon étanche par un couvercle (18).
  9. Conteneur de sécurité selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'enceinte interne est formée par la première cloison (13), solidaire d'un fond et obturée par un bouchon (15) qui est mobile par l'effet de la pression des gaz engendrés par une initiation de l'engin explosif, de façon à autoriser le passage des gaz vers la chambre de détente (23).
  10. Conteneur de sécurité selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bouchon mobile (15) est maintenu appliqué contre la première cloison (13) par une cale (24) d'un matériau amortisseur disposée entre le bouchon et le couvercle (18).
  11. Conteneur de sécurité selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau amortisseur est constitué par une mousse synthétique haute densité, par exemple supérieure à 1,2g/cm3, telle une mousse de polyuréthanne.
  12. Conteneur de sécurité selon une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la chambre de détente (23) comporte au moins une chicane (25) solidaire de la première et/ou de la deuxième cloison et destinée à favoriser la détente des gaz.
  13. Conteneur de sécurité selon une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la deuxième cloison (17) comporte une couche (21) d'un matériau amortisseur.
  14. Conteneur de sécurité selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau amortisseur est constitué par une structure en nid d'abeille.
  15. Conteneur de sécurité selon une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que la couche (21) de matériau amortisseur est recouverte d'une paroi perforée (22).
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