Le domaine technique de l'invention est celui des
enveloppes génératrices d'éclats pour charge explosive.
Les charges explosives connues comportent généralement
une enveloppe en acier, fragilisée ou non, ou encore une
enveloppe comprenant des éclats préformés (billes ou
parallélépipèdes) disposés entre deux étuis.
Les brevets FR2807156, US5544589 et EP918206 décrivent
des enveloppes génératrices d'éclats connues.
L'accroissement de la résistance des cibles conduit à
rechercher une augmentation de l'efficacité terminale des
charges explosives.
Une telle augmentation peut être obtenue par
l'augmentation de la masse et de l'efficacité des éclats.
Les éclats sont d'autant plus efficaces que leur
géométrie est maítrisée. Il est facile de maítriser la
géométrie en mettant en oeuvre des éclats préformés.
Cependant une telle solution est pénalisante du point de
vue du coût car la structure de la charge explosive est
complexe, et comprend notamment des étuis de maintien des
éclats.
Une telle solution conduit également à définir des
enveloppes multi couches. On réduit ainsi la masse du
chargement explosif emporté et le rendement, donc
l'efficacité terminale en raison de la diminution de la
vitesse des éclats.
L'efficacité peut également être accrue par une
augmentation de la densité des éclats.
Cependant les matériaux denses (tungstène, uranium) qui
sont habituellement mis en oeuvre dans les projectiles
explosifs ne permettent pas d'engendrer des éclats de taille
et masse suffisante.
Le brevet EP113833 décrit ainsi un projectile explosif
comportant un corps en tungstène. Cependant les éclats
engendrés par un tel projectile ne sont pas homogènes et
comprennent notamment une poussière de tungstène n'ayant pas
d'effet perforant.
C'est le but de l'invention que de proposer une enveloppe
génératrice d'éclats ayant une efficacité améliorée par
rapport aux enveloppes connues.
Ainsi l'invention a pour objet une enveloppe génératrice
d'éclats pour charge explosive, enveloppe caractérisée en ce
qu'elle est réalisée en un alliage de tungstène ayant une
résilience supérieure à 120 J/cm2, un taux d'allongement
supérieur à 10% et une résistance à la rupture supérieure à
930 Mpa.
D'une façon préférée, l'enveloppe sera réalisée en un
alliage de tungstène ayant une résilience supérieure ou égale
à 200 J/cm2, un taux d'allongement supérieur ou égal à 22% et
une résistance à la rupture supérieure ou égale à 1000 Mpa.
L'enveloppe pourra être réalisée en un alliage de
tungstène ayant :
une résilience de 380 J/cm2, un taux d'allongement de 35%
et une résistance à la rupture de 1020 Mpa, ou bien une résilience de 320 J/cm2, un taux d'allongement de 30%
et une résistance à la rupture de 1060 Mpa, ou bien une résilience de 200 J/cm2, un taux d'allongement de 22%
et une résistance à la rupture de 1150 Mpa.
Avantageusement l'épaisseur de l'enveloppe sera comprise
entre 2 mm et 8 mm.
L'enveloppe pourra porter un réseau de lignes de
fragilisation.
Cette fragilisation pourra être réalisée sur une
profondeur comprise entre 2% et 50 % de l'épaisseur de
l'enveloppe
L'invention a également pour objet une charge explosive
génératrice d'éclats incorporant une telle enveloppe ainsi
qu'une munition comprenant une telle charge explosive.
La charge selon l'invention a une efficacité supérieure à
celle des charges à éclats connues car elle engendre des
éclats homogènes et de masse supérieure.
Par ailleurs elle incorpore une enveloppe génératrice
d'éclats pouvant avoir une géométrie simple, facilitant ainsi
la mise en oeuvre industrielle, et permettant l'emport d'une
masse de chargement explosif importante, ce qui accroít la
vitesse des éclats, donc leur efficacité.
Ainsi la charge explosive génératrice d'éclats selon
l'invention comprend un chargement explosif disposé dans une
enveloppe génératrice d'éclats ainsi qu'au moins un
initiateur pour ce chargement, elle est caractérisée en ce
que l'enveloppe génératrice d'éclats est réalisée en un
alliage de tungstène ayant une résilience supérieure à 120
J/cm2, un taux d'allongement supérieur à 10% et une
résistance à la rupture supérieure à 930 Mpa.
De préférence, l'enveloppe sera réalisée en un alliage de
tungstène ayant une résilience supérieure ou égale à 200
J/cm2, un taux d'allongement supérieur ou égal à 22% et une
résistance à la rupture supérieure ou égale à 1000 Mpa.
L'enveloppe pourra être réalisée en un alliage de
tungstène ayant :
une résilience de 380 J/cm2, un taux d'allongement de 35%
et une résistance à la rupture de 1020 Mpa, ou bien une résilience de 320 J/cm2, un taux d'allongement de 30%
et une résistance à la rupture de 1060 Mpa, ou bien une résilience de 200 J/cm2, un taux d'allongement de 22%
et une résistance à la rupture de 1150 Mpa.
L'enveloppe génératrice d'éclats pourra avoir une
épaisseur comprise entre 2 mm et 8 mm et porter un réseau de
lignes de fragilisation.
La fragilisation pourra être réalisée sur une profondeur
comprise entre 2% et 50% de l'épaisseur de l'enveloppe
Avantageusement l'enveloppe pourra être fermée par au
moins un couvercle présentant une portée cylindrique au
niveau de laquelle elle est positionnée, couvercle dont
l'enveloppe sera rendue solidaire par des vis transversales,
par soudure laser ou par brasage.
De préférence au moins un couvercle sera réalisé en un
matériau de densité inférieure à celle du matériau
d'enveloppe, par exemple en acier inoxydable.
La munition selon l'invention est caractérisée en ce que
l'enveloppe assure la liaison mécanique entre une partie
avant et une partie arrière de la munition formant ainsi une
partie de la structure du corps de munition.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description qui va suivre de modes particuliers de
réalisation, description faite en référence aux figures
annexées et dans lesquelles :
- la figure 1 est une coupe longitudinale d'une charge
explosive selon un premier mode de réalisation de
l'invention
- la figure 2 est une coupe longitudinale d'une charge
explosive selon un deuxième mode de réalisation de
l'invention,
- la figure 3 est une coupe longitudinale d'une charge
explosive selon un troisième mode de réalisation de
l'invention,
- les figures 4 et 5 sont des vues externes d'une charge
selon l'invention montrant la géométrie des lignes de
fragilisation,
- la figure 6 montre en demi coupe longitudinale
partielle une munition incorporant une charge selon
l'invention.
La figure 1 montre une charge explosive 1 comprenant une
enveloppe 2 fermée à chaque extrémité par un couvercle 3 et 5
et renfermant un chargement explosif 4.
Le couvercle 5 porte un détonateur 6 ainsi qu'un ou
plusieurs relais de détonation 7 de masse et forme
appropriées. Conformément à l'invention l'enveloppe 2 est
réalisée en un alliage de tungstène ayant une résilience
supérieure à 120 J/cm2, un taux d'allongement supérieur à 10%
et une résistance à la rupture supérieure à 930 MPa (méga
pascals).
La densité de l'alliage de tungstène sera comprise entre
17 et 18,8, ce qui correspond à un taux de tungstène compris
entre 90% et 98%.
L'épaisseur de l'enveloppe 2 sera de préférence comprise
entre 2 et 8 mm. Cette épaisseur sera bien entendu déterminée
en fonction du calibre de la charge considérée.
Les couvercles 3 et 5 seront de préférence réalisés en un
matériau ayant une densité inférieure à celle du matériau
d'enveloppe. En effet, si ces couvercles participent au
confinement du chargement explosif 4, les éclats ou fragments
qu'ils engendrent ne participent pas à l'efficacité de la
charge 1.
Les couvercles seront donc réalisés de façon à être les
plus légers possibles ce qui améliorera le rapport masse
efficace sur masse totale de la charge explosive 1. On pourra
ainsi réaliser les couvercles 3 et 5 en alliage d'aluminium
en titane ou en acier, par exemple en acier inoxydable.
Le choix de matériau d'enveloppe 2 proposé par
l'invention permet d'une façon surprenante d'assurer une
fragmentation naturelle de l'enveloppe en alliage de
tungstène sous la forme d'éclats relativement homogènes
d'environ 0,5 grammes à 8 grammes de masse selon l'alliage
mis en oeuvre. Cette dernière valeur (8 g) correspond à une
charge de 90 mm de calibre ayant une enveloppe de 4 mm
d'épaisseur. Pratiquement aucune poussière de tungstène n'est
donc engendrée par la détonation.
Il en résulte une efficacité perforante importante pour
la charge et un rapport de la masse efficace de la charge sur
la masse totale qui est important.
On a ainsi réalisé un certain nombre d'essais comparatifs
de matériaux en fabriquant des enveloppes de charge
présentant un rapport masse à projeter sur masse d'explosif
égal à quatre. Toutes les enveloppes ont été chargées en
hexolite 60/40 (60% d'hexogène, 40% de tolite). Les résultats
des essais sont résumés dans le tableau suivant :
N° du matériau testé | Résilience
(J/cm2) | Allongement
(%) | Résistance à la rupture (Méga Pascal) | Masse moyenne des éclats engendrés (en milligramme) |
1 | 120 | 25 | 935 | 55 |
2 | 320 | 30 | 1060 | 74 |
3 | 10 | 7 | 600 | < 2 |
4 | 85 | 20 | 720 | < 2 |
5 | 60 | 15 | 730 | < 2 |
6 | 380 | 35 | 1020 | 73 |
7 | 200 | 22 | 1150 | 75 |
8 | 200 | 14 | 1300 | 63 |
Les enveloppes ont été réalisées par frittage sous
compression isostatique d'une poudre comprenant au moins 90%
de tungstène ainsi que des matériaux d'addition et ayant une
densité après frittage comprise entre 17 et 18,8.
Les matériaux présentant de telles caractéristiques
mécaniques peuvent aisément être obtenus auprès des
industriels spécialisés dans la mise en oeuvre du tungstène
fritte.
On constate que seuls les échantillons présentant à la
fois une résilience supérieure à 120 J/cm2, un taux
d'allongement supérieur à 10% et une résistance à la rupture
supérieure à 930 Mpa permettent d'obtenir des éclats
homogènes en fragmentation naturelle.
Les masses moyenne des éclats sont particulièrement
intéressantes (supérieures à 70 mg) avec des alliages
présentant à la fois une résilience supérieure à 200 J/cm2,
un taux d'allongement supérieur à 22% et une résistance à la
rupture supérieure à 1000 Mpa.
Les meilleurs alliages sont ceux des échantillons :
N°2 résilience 320 J/cm2, allongement 30%, résistance à la
rupture 1060 Mpa. N°6 résilience 380 J/cm2, allongement 35%, résistance à la
rupture 1020 Mpa. N°7 résilience 200 J/cm2, allongement 22%, résistance à la
rupture 1150 Mpa.
Les résultats obtenus sont surprenants compte tenu des
enseignements de l'art antérieur qui proposent des
projectiles à enveloppe tungstène fournissant un mélange
d'éclats et de poussière de tungstène et pouvant apporter un
effet de souffle (ou incendiaire sur les réservoirs de
carburant) ce qui est généralement l'effet principal
recherché avec de tels projectiles.
En fait les charges connues à ce jour et conçues pour
projeter des éclats de tungstène à capacité perforante
mettent toujours en oeuvre des éclats préformés (billes ou
cubes) disposés entre deux enveloppes de protection. Une
enveloppe interne est en particulier nécessaire pour amortir
l'onde de choc engendrée par l'explosif et empêcher la
destruction des éclats préformés.
Les charges connues sont donc de réalisation complexe et
coûteuse et elles ont une efficacité réduite par l'obligation
qui est faite d'amortir les effets de l'onde de choc sur les
éclats préformés.
L'enveloppe génératrice d'éclats 2 selon l'invention
permet donc de simplifier considérablement l'architecture de
la charge explosive. En effet l'enveloppe est réalisée en un
matériau homogène dont l'épaisseur raisonnable (2 à 8 mm
selon calibre) permet un emport en explosif conséquent et une
efficacité optimale.
L'enveloppe 2 décrite à la figure 1 est ici réalisée sous
la forme d'un tube cylindrique d'axe 8. Toute autre géométrie
d'enveloppe serait évidemment possible. On pourra notamment
réaliser l'enveloppe sous la forme d'un corps de projectile
(par exemple d'obus de gros calibre ou de bombe air / sol)
présentant un profil externe aérodynamique. Ce profil pourra
être monobloc et éventuellement fermé au niveau de sa partie
avant ogivée.
Les figures 2, 3, 4 et 5 montrent des variantes de
l'invention dans laquelle on a réalisé sur l'enveloppe 2
génératrice d'éclats un réseau 9 de lignes de fragilisation.
La figure 2 montre un réseau 9 de lignes de fragilisation
obtenues par usinage de rainures sur la surface externe de
l'enveloppe.
La figure 3 montre un réseau 9 obtenu par traitement
thermique localisé de la surface externe de l'enveloppe.
Echauffement ou usinage seront dans tous les cas réalisés
suivant un réseau 9 comprenant des lignes : droites 10
(parallèles à l'axe 8 de la charge) et circulaires 11
(centrées sur l'axe 8 de la charge) (voir la figure 4) ou
hélicoïdales 12 (figure 5).
De tels réseaux de fragilisation sont bien connus de
l'Homme du Métier. Ils peuvent également être réalisés sur la
surface interne de l'enveloppe.
Le traitement thermique ou mécanique pourra être effectué
par laser, bombardement électronique, traitement de surface
localisé (tel qu'une carburation).
Un tel réseau permet de maítriser de façon plus précise
la géométrie, donc la masse des éclats engendrés par la
charge.
On pourra par exemple se reporter au brevet FR2438686 qui
décrit différents procédés de fragilisation d'enveloppes de
charges explosives en acier.
Ces procédés sont adaptables à la charge à enveloppe
tungstène selon l'invention.
Les paramètres de la fragilisation seront bien entendu
adaptés par l'Homme du Métier en fonction de la nature du
matériau mis en oeuvre et des dimensions de la charge à
fabriquer.
Il suffira pour une charge à enveloppe tungstène selon
l'invention de réaliser une fragilisation sur une profondeur
comprise entre 2% et 50 % de l'épaisseur de l'enveloppe.
Dans le cas d'un usinage on réalisera donc des rainures
sur une profondeur comprise entre 2% et 50% de l'épaisseur de
l'enveloppe.
Dans le cas de traitement thermique on réalisera un
échauffement localisé provoquant un recuit du matériau sur
une profondeur comprise entre 2% et 10% de l'épaisseur de
l'enveloppe
La figure 6 montre une munition incorporant une charge
explosive 1 selon l'invention.
L'enveloppe 2 porte un réseau 9 de fragilisation par
traitement thermique ou de surface et elle est fermée à
chaque extrémité par un couvercle 3, 5
Ce mode de fragilisation est ici préféré à l'usinage afin
de ne pas dégrader la résistance mécanique de l'enveloppe 2 à
la flexion.
Chaque couvercle présente une portée cylindrique 13, 15
qui reçoit l'enveloppe 2. L'enveloppe 2 est rendue solidaire
des couvercles par des vis transversales 14 (dont seul l'axe
est ici représenté).
L'axe des vis est disposé à une distance D de l'extrémité
de l'enveloppe 2 qui est supérieure ou égale au diamètre des
vis cela afin de ne pas fragiliser de façon excessive
l'enveloppe au niveau des vis de fixation 14.
Il serait également possible d'assurer la solidarisation
de l'enveloppe 2 et des couvercles par soudure laser ou bien
par brasage. La soudure ou le brasage sera réalisé au droit
des portées cylindriques 13 et 15 par exemple suivant la
direction des axes 14.
On pourra pour cela réaliser les couvercles en acier
comportant du nickel par exemple en acier inoxydable.
L'alliage de tungstène incorporant lui aussi du nickel, la
fusion de cet élément à la fois dans l'enveloppe et dans le
couvercle lors d'une soudure laser assurera le brasage.
La munition représentée à la figure 6 comprend une partie
avant 16 (qui renferme par exemple un autodirecteur et/ou un
détecteur de cible) ainsi qu'une partie arrière 17 qui
renferme par exemple un propulseur.
Les parties avant 16 et arrière 17 sont rendues
solidaires du couvercle avant 3, ou arrière 5 respectivement,
par des moyens de fixation non représentés (vissage,
soudage).
Conformément à l'invention l'enveloppe 2 liée aux
couvercles 3 et 5 assure la liaison mécanique entre la partie
avant 16 et la partie arrière 17 de la munition. L'enveloppe
2 forme ainsi à elle seule un tronçon de la structure du
corps de la munition.
Une telle disposition est rendue possible grâce a
l'enveloppe selon l'invention dont la tenue mécanique
(notamment à la flexion) est suffisante pour assurer une
telle liaison tout en assurant cependant la formation
d'éclats souhaités.
Par ailleurs le couvercle arrière 5 qui porte le
détonateur 6 comporte une portée cylindrique 15 ayant le même
diamètre que l'enveloppe 2 et la partie arrière 17. Ainsi les
efforts axiaux sont transmis directement de l'enveloppe 2 à
la partie arrière 17 sans contraindre le couvercle arrière 5.
Il n'est plus nécessaire avec l'enveloppe selon
l'invention de réaliser un corps de munition assurant la
tenue mécanique structurale de la munition et à l'intérieur
duquel serait disposée une enveloppe génératrice d'éclats
préformés. L'enveloppe selon l'invention permet donc la
réalisation de munitions de structure mécanique extrêmement
simple.