EP1698850A1 - Structure de module pour blindage électrique - Google Patents

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Publication number
EP1698850A1
EP1698850A1 EP06110530A EP06110530A EP1698850A1 EP 1698850 A1 EP1698850 A1 EP 1698850A1 EP 06110530 A EP06110530 A EP 06110530A EP 06110530 A EP06110530 A EP 06110530A EP 1698850 A1 EP1698850 A1 EP 1698850A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wall
jet
module according
module
sheets
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Withdrawn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
EP06110530A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Bouet
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.)
TDA Armements SAS
Original Assignee
TDA Armements SAS
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 TDA Armements SAS filed Critical TDA Armements SAS
Publication of EP1698850A1 publication Critical patent/EP1698850A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/007—Reactive armour; Dynamic armour

Definitions

  • the invention relates to the field of the protection of structures such as land-based buildings, vehicles or even ships, against attacks operated by means of hollow charges. It applies in particular to the protection of armored vehicles.
  • a hollow charge is, in known manner, the destructive part of a projectile for the perforation of shielding elements.
  • This hollow charge has several elements.
  • the assembly is packaged in an envelope 11 closed at one of its ends by the part 15, called coating, intended to penetrate the armor attacked.
  • the coating 15, generally of substantially conical shape, is made of metal such as copper for example.
  • the coating 15 acquires a very important kinetic energy is driven by a very large and very fast expansion. Under the effect of this very important deformation it takes the form illustrated in Figure 2.
  • the coating then comprises two parts, a rear portion 21 called core and a front portion 22 called jet.
  • the jet represents the perforating part of the load. Its dimensions and in particular the length are expanding according to a speed gradient, the tip of the jet 18 being propelled at a speed close to 8000 m / s, the tail of the jet 19 having a speed of about 3000 m / s.
  • the core 16 is propelled at a speed close to 1000 m / s.
  • the jet 22 is a long rod of molten metal, with a diameter of about 2 mm, whose surface has, as shown by the enlargement, a slightly ringed appearance with bulges 26 and nips 25.
  • the core tends to take a flattened shape whose dimensions, important in relation to the diameter of the jet that it does not participate in almost the perforation.
  • the jet Due to the kinetic energy it possesses, the jet is capable of penetrating a metal shield several decimetres thick.
  • An effective inert protection against the projectiles equipped with hollow charge therefore consists of increasing the thickness of the shielding and is thus very penalizing in terms of weight.
  • the protective structure used essentially consists of two metal plates placed on the surface to be protected and constituting two electrodes connected to a battery of charged capacitors which apply a very high voltage between the two plates.
  • the hollow charge jet When the hollow charge jet develops, it bypasses the two electrodes and a very intense current is gradually established in the metal jet. This current has the effect of heating the jet until vaporization. To ensure total effectiveness, it is necessary that the destruction of the jet takes place during its passage between the two electrodes. The elements of the jet having crossed without damage the space between the two plates are no longer subject to electric current and are therefore no longer likely to be destroyed. This is especially true for the beginning of the throw. They can therefore cause damage, the protection being partially ineffective. Knowing that the jet penetrates the structure at very high speed, it is easy to see that the success of the destruction of the jet depends on the energy provided by joule effect and the time taken to bring this energy to the jet.
  • This energy is in practice proportional to the square of the intensity of the current and the duration of the passage between the two electrodes.
  • the maximum current is not established because of parasitic inductive elements present in the circuit constituted by the plates and the jet.
  • the intensity of the current then flowing in the jet is low so that the jet head is not destroyed.
  • the principle known from the prior art does not ensure complete destruction of the load and leaves intact the most energetic part that can perform its function of perforation without encountering a complete obstacle.
  • a number of solutions have been considered.
  • the goal is to allow a current to flow in the head of the jet after it has left the space between the plates.
  • a first solution envisaged is to install a solid metal structure behind the ground electrode and electrically connected thereto.
  • the disadvantage of such a solution is the weight of the structure thus formed, not very compatible for example with a mobile structure of the armored vehicle type.
  • FIG. 4 Another solution illustrated in FIG. 4 consists in leaning against the inner plate a structure made of metal plates arranged in parallel planes perpendicular to the plane of the plate.
  • This architecture lighter than that described above makes it possible to circulate a current in the head of the jet after it has left the space between the two plates.
  • its effectiveness depends on the orientation of the jet relative to the plane defined by the plates and the spacing of the plates relative to each other.
  • the intensity of the current established between the jet head and one or the other plate is a function of this spacing as well as the diameter of the jet and the position of the jet relative to one or the other plate .
  • the subject of the invention is a module for producing a light and mobile reactive shield comprising at least one external wall and an electrically conductive inner wall and forming two electrodes between which a very high voltage is applied, said walls defining an inter-electrode gap, as well as a three-dimensional internal structure of low density, electrically conductive and in electrical contact with the inner wall.
  • the module according to the invention is intended to be placed between the object to be protected and the hollow charge, the internal three-dimensional mechanical structure being positioned between the electrodes and the object to be protected.
  • the internal mechanical structure is produced by means of a plurality of superimposed corrugated conductive sheets, each sheet being separated from the neighboring sheets by a space of given thickness and having a side electrically connected to the intermediate wall.
  • the axis of the corrugations being parallel to the plane defined by said intermediate wall.
  • the planes formed by each of the corrugated conductive sheets intersect the plane formed by the intermediate wall at right angles or at an angle ⁇ less than ⁇ / 2.
  • the internal mechanical structure comprises two juxtaposed structures each structure is made by means of a plurality of superimposed corrugated conductive sheets, each sheet being separated from the neighboring sheets by a space of given thickness and having a connected side electrically to the inner wall, the axis of the corrugations being parallel to the plane defined by said inner wall, the planes formed by each of the corrugated conductive sheets intersect the plane formed by the inner wall at an angle ⁇ 1 less than ⁇ / 2 for the first structure and an angle ⁇ 2 greater than ⁇ / 2 for the second structure.
  • the internal mechanical structure takes the form of a honeycomb structure, electrically connected to the inner wall, comprising a plurality of cellular ducts, the axis of each alveolar duct intersecting the defined plane. by the inner wall at an angle ⁇ .
  • ⁇ is arbitrary, or ⁇ is different from ⁇ / 2
  • the internal mechanical structure is made by means of a wool consisting of fibers of electrically conductive material, electrically connected to the inner wall.
  • the internal mechanical structure is made by means of a foam of electrically conductive material, electrically connected to the inner wall.
  • the invention also relates to a protection device against hollow charges comprising module elements as claimed.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a hollow charge at rest.
  • This load consists of a body 11, substantially cylindrical, for example, containing an explosive 12.
  • a priming device 13 At one of its ends is placed a priming device 13 and an inner member 14, or mask, intended to conform the detonation wave created by the primer.
  • the body of the load At the opposite end, the body of the load is closed by an element 15 of substantially conical shape, called coating.
  • the coating is generally made of metal, copper for example. It constitutes a cone whose base has a diameter of the order of one decimetre and whose wall has a thickness of the order of mm.
  • Figure 2 shows schematically the appearance and structure of the load after firing.
  • the firing is performed by triggering the priming device 13 which generates a detonation wave exploding the explosive 12 contained in the body 11 of the load.
  • the coating 15 is expelled with a very high kinetic energy.
  • the propulsion of the coating is accompanied by a deformation of said coating which takes the form illustrated in FIG. then presents as an elongated object, subject to a gradient of speed causing it to stretch with increasing time.
  • the thus deformed coating thus constitutes a perforating projectile consisting of two parts.
  • the first part 21 constitutes what is called the nucleus.
  • the second part 22 called jet is the piercing part of the projectile, that intended to penetrate the armor of the attacked structure, an armored vehicle for example.
  • the jet is a long metal rod with a diameter d equal to a few mm and a length of the order of one meter. It comprises a free end 23, or head, and an end connected to the core 24.
  • the entire projectile is subjected to a high velocity gradient: from 8000 m / s for the head of the jet to 3000 m / s for the end in contact with the nucleus for example, the nucleus moving with a speed of the order of 1000 m / s.
  • the head of the jet moving at a speed greater than that of the core jet is subjected to an elongation.
  • the kinematics followed by the entire projectile makes the surface of the jet show a wavy appearance, made of constrictions 25 and bulges 26.
  • the action of such a projectile against a shield is mainly related to the very important kinetic energy available to the projectile. So that, even having a diameter and a low mass, the projectile of the hollow charge has a very important perforating power. Because of its very high speed it is also very difficult to neutralize.
  • FIG. 3 illustrates a general protection principle known from the prior art, intended to try to neutralize a hollow charge projectile in time.
  • This principle consists in setting up in front of the partition of the object to be protected a module comprising two electrically conducting walls 31 and 32, separated by a void space 33, the two walls being subjected to a very high potential difference at the medium of a high power supply.
  • the direction of polarity is here indifferent and is indicated arbitrarily in FIG.
  • FIG. 4 illustrates a means known from the prior art for improving the known principle illustrated in FIG. 3. As this figure shows, this improvement consists in adding to the electrode system described.
  • FIG. 3 shows a structure 41 of width D consisting of superimposed electrically conductive plates 42 of small thickness spaced a distance apart from each other. This structure 41 is applied to the face of the inner wall which is not facing the intermediate space 33 and is in electrical contact with this wall. The spacing d between the plates is chosen so as to promote the passage of an electric current by potential discharge between the adjacent plates of the jet and the jet itself.
  • the scale ratio between the jet and the size I of the spacing between plates is voluntarily not respected.
  • the improvement illustrated in Figure 4 is an improvement of the principle illustrated in Figure 3, because it allows to maintain the passage of an electric current in the head of the jet while it has already perforated the inner wall 32. It allows thus to increase the destruction of the jet by melting and vaporization during the crossing of the structure 41.
  • tests conducted elsewhere have shown a significant variation in the efficiency of such a structure according to the relative positioning of the jet compared to the plates. The optimization of the structure is therefore difficult and conducted if one seeks a complete protection to a heavy and bulky system.
  • FIG. 5 very generally presents the structure of the module according to the invention.
  • the module according to the invention mainly comprises two conductive walls, an outer wall 51 and an inner wall 52, defining an intermediate space 53.
  • the module also comprises a conductive internal structure 54, energy absorption, applied against the wall 52 three-dimensional and electrically connected to this wall.
  • the internal structure 54 is a three-dimensional light structure. Between the two walls 51 and 52 is applied a very high voltage by means of a high power supply 55, the two walls thus forming two electrodes.
  • the three-dimensional structure 54 according to the invention advantageously makes it possible to eliminate the drawback of the modules known from the prior art and illustrated in FIG. 4.
  • a multi-plane structure such as that of FIG. three-dimensional to ensure a quasi-continuous electrical interaction with the head of the hollow charge jet 35 during its penetration into the structure 54, and this regardless of the direction of penetration of the projectile in the module. This prolongs the action of the destruction current of the jet. Its use therefore makes it possible to optimize the overall thickness and the weight of the module according to the invention.
  • this structure can be easily adaptable to one or more types of predetermined hollow charges.
  • the value of the amplitude a of the undulation is chosen so that the ratio between the spacing p and the amplitude an interaction between the jet and the neighboring plates on the greatest number of points, so as to ensure a substantially continuous current flow. This condition is advantageously sufficient to ensure the destruction of the jet head before its complete traverse of the structure 61, and this, regardless of the angle at which the hollow charge collides with the module.
  • the spacing T between two corrugations is chosen from the order of magnitude of the natural waving period ⁇ of a hollow charge jet free of any interaction. ⁇ is typically of the order of a few mm. It should be noted that for purposes of clarity of the figure, the relative dimensions of the plates 62 and the jet 34 are deliberately not represented on the same scale, the plate dimensions 62 being voluntarily magnified.
  • the structure shown in FIG. 6 thus represents a simple embodiment of a three-dimensional structure capable of ensuring maximum electrical interaction between the hollow charge jet and the structure. Compared with the known solutions of the prior art, it has the advantage of an increase in efficiency obtained at low cost by means of a relatively simple and light structure.
  • FIG. 7 shows a variant of the embodiment of the three-dimensional structure of FIG. 6.
  • the corrugated plates 72 are arranged in parallel planes having, with the plane of the wall 52, an angle ⁇ substantially different from ⁇ / 2.
  • This variant of the previous embodiment makes it possible in particular to increase, according to the penetration angle of the hollow charge jet in the module, the number of interaction between the jet head 35 and the plates 72. create, by choosing a particular angle ⁇ , a structure 72 adapted to a given type of threat.
  • FIG. 8 presents a more complex variant of the embodiment of the three-dimensional structure of FIG. 6.
  • This variant consists in juxtaposing two corrugated structures similar to the structure 71 of FIG. 7, the two structures 81 and 83 possibly being able, for ease of embodiment, to be separated by a conducting partition 85.
  • the assembly of the two structures being disposed against the wall 52 and electrically connected thereto.
  • the planes in which the plates of the structure 81 are arranged have, with the plane of the wall 52, an angle ⁇ 1 substantially different from ⁇ / 2
  • the planes in which the plates of the structure 83 are arranged have with the plane of the wall 52 an angle ⁇ 2 different from ⁇ 1, also substantially different from ⁇ / 2.
  • a structure can be formed for which ⁇ 1 and ⁇ 2 are complementary.
  • Such a structure of more complex construction than the structures of FIGS. 6 and 7, has the advantage of remaining a light structure and of offering a broader protection as regards the envisaged projectile range and their arrival directions.
  • FIG. 9 shows, for example, another embodiment implementing a volume structure comprising a set of conductive blades 91 arranged in a "honeycomb" type arrangement, the axis 92 of the cells forming with the plane 93 of the wall 52 at any angle ⁇ , defined in particular according to the threat considered.
  • the angle ⁇ may for example be equal to ⁇ / 2.
  • the set of embodiments presented in the preceding paragraphs has the characteristic of adding a light three-dimensional structure to the known module of the prior art.
  • the three-dimensional structure makes it possible to effectively solve the problem of the passage of the module coating through the head of the hollow charge jet, traversed subsequent to the time required to establish the destruction current of the jet 34. It is therefore of course possible to consider other embodiments of this three-dimensional structure such as the structure of a wool consisting of fibers of electrically conductive material or the structure of a foam of electrically conductive material.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

L'invention se rapporte au domaine de la protection de structures telles que des bâtiments terrestres, des véhicules ou encore des navires, contre des attaques opérées au moyen de charges creuses. Elle s'applique en particulier à la protection de véhicules blindés.
L'invention a pour objet un module pour réaliser un blindage réactif léger et mobile comportant au moins une paroi externe et une paroi interne conductrices de l'électricité et formant deux électrodes entre lesquelles est appliquée une très haute tension, lesdites parois définissant un espace inter-électrodes, ainsi qu'une structure mécanique tridimensionnelle interne, de faible densité, conductrice de l'électricité et en contact électrique avec la paroi interne.
Le module selon l'invention est destiné à être placé entre l'objet à protéger et la charge creuse, la structure mécanique tridimensionnelle interne étant positionnée entre les électrodes et l'objet à protéger.
Le module selon l'invention permet d'augmenter l'efficacité la destruction du jet en prolongeant la destruction par fusion et vaporisation durant la traversée de la structure mécanique tridimensionnelle interne.

Description

  • L'invention se rapporte au domaine de la protection de structures telles que des bâtiments terrestres, des véhicules ou encore des navires, contre des attaques opérées au moyen de charges creuses. Elle s'applique en particulier à la protection de véhicules blindés.
  • Comme l'illustre la figure 1, une charge creuse constitue, de manière connue, la partie destructrice d'un projectile destiné à la perforation d'éléments de blindage. Cette charge creuse comporte plusieurs éléments.
  • On distingue principalement un élément 13 d'amorçage, un masque 14 et un élément explosif 12. L'ensemble est conditionné dans une enveloppe 11 obturée à une de ses extrémités par la partie 15, appelée revêtement, destinée à pénétrer le blindage attaqué.
  • Le revêtement 15, généralement de forme sensiblement conique, est constitué de métal tel que du cuivre par exemple.
  • Lors de la mise à feu de la charge et sous l'action de l'explosif, le revêtement 15 acquiert une énergie cinétique très importante est animé d'une expansion très importante et très rapide. Sous l'effet de cette déformation très importante il prend la forme illustrée par la figure 2. Le revêtement comporte alors deux parties, une partie arrière 21 appelée noyau et une partie avant 22 appelée jet.
  • Le jet représente la partie perforante de la charge. Ses dimensions et en particulier la longueur sont en expansion suivant un gradient de vitesse, la pointe du jet 18 étant propulsée à une vitesse voisine de 8000 m/s, la queue du jet 19 ayant une vitesse d'environ 3000 m/s. Le noyau 16 est quant à lui propulsé à une vitesse voisine de 1000 m /s.
  • Comme l'illustre la figure 1, le jet 22 se présente comme une longue tige de métal en fusion, d'un diamètre de l'ordre de 2 mm, dont la surface présente, comme le montre l'agrandissement, un aspect faiblement annelé avec des renflements 26 et des pincements 25.
  • Au cours du mouvement le noyau tend à prendre une forme aplatie dont les dimensions, importantes par rapport au diamètre du jet font qu'il ne participe quasiment pas à la perforation.
  • Du fait de l'énergie cinétique qu'il possède, le jet est capable de pénétrer un blindage métallique de plusieurs décimètres d'épaisseur. Une protection inerte efficace contre les projectiles équipés de charge creuse consiste donc à augmenter l'épaisseur du blindage et s'avère donc très pénalisante en terme de poids.
  • Pour protéger des structures mobiles, telles que des véhicules blindés, contre de tels projectiles, en évitant un accroissement de poids excessif, il est connu d'utiliser des dispositifs électriques dont le but est de déstructurer le jet le plus rapidement possible durant sa pénétration en le désintégrant.
    A cet effet, un principe connu consiste à mettre en oeuvre une déstabilisation structurelle du jet (morcellement) associée à une fusion/vaporisation sous l'effet du passage d'un courant électrique, la fusion du jet étant l'effet prépondérant dans la neutralisation de la charge creuse.
    Ce principe connu est illustrés par la figure 2.
    Selon ce principe connu, la structure protectrice mise en oeuvre est essentiellement constituée de deux plaques métalliques placées sur la surface à protéger et constituant deux électrodes connectées à une batterie de condensateurs chargés qui appliquent une tension très élevée entre les deux plaques. Lorsque le jet de charge creuse se développe, il court-circuite les deux électrodes et un courant très intense s'établit progressivement dans le jet métallique. Ce courant a pour effet d'échauffer le jet jusqu'à vaporisation.
    Pour assurer une totale efficacité, il est nécessaire que la destruction du jet ait lieu pendant son passage entre les deux électrodes. Les éléments du jet ayant franchi sans dommage l'espace entre les deux plaques ne sont plus soumis au courant électrique et ne sont donc plus susceptibles d'être détruit. Cela est en particulier vrai pour le début du jet. Ils peuvent donc causer des dommages, la protection étant alors partiellement inefficace.
    Sachant que le jet pénètre la structure à très haute vitesse, on conçoit aisément que la réussite de la destruction du jet dépend de l'énergie apportée par effet joule et du temps mis pour apporter cette énergie au jet. Cette énergie est en pratique proportionnelle au carré de l'intensité du courant et à la durée du passage entre les deux électrodes.
    Ainsi, en début de pénétration, le courant maximum n'est pas établi du fait des éléments inductifs parasites présents dans le circuit constitué par les plaques et le jet. L'intensité du courant qui circule alors dans le jet est faible de sorte que la tête du jet n'est pas détruite. Le principe connu de l'art antérieur n'assure donc pas une destruction complète de la charge et laisse intacte la partie la plus énergétique qui peut assurer sa fonction de perforation sans rencontrer d'obstacle complète.
    Pour pallier ce problème un certain nombre de solutions ont été envisagées. L'objectif étant de permettre à un courant de circuler dans la tête du jet après que celle-ci a quitté l'espace entre les plaques.
    Une première solution envisagée consiste à installer une structure métallique massive derrière l'électrode de masse et relié électriquement à celle-ci. L'inconvénient d'une telle solution est le poids de la structure ainsi formée, peu compatible par exemple avec une structure mobile de type véhicule blindé.
  • Une autre solution illustrée par la figure 4, consiste à adosser à la plaque interne une structure faite de plaques métalliques disposées dans des plans parallèles perpendiculaires au plan de la plaque. Cette architecture, plus légère que celle décrite précédemment permet de fair circuler une courant dans la tête du jet après que celui ci a quitté l'espace entre les deux plaques. En revanche, son efficacité dépend de l'orientation du jet par rapport au plan défini par les plaques et de l'espacement des plaques les unes par rapport aux autres. De même l'intensité du courant établi entre la tête de jet et l'une ou l'autre plaque est fonction de cet écartement ainsi que du diamètre du jet et de la position du jet par rapport à l'une ou l'autre plaque. En ce qui concerne cette architecture l'illustration de la figure 4 correspond cependant à un cas favorable où le jet progresse entre 2 plaques, la distance entre ces plaques étant convenablement ajustée par rapport au diamètre du jet. Pour se rapprocher le plus souvent possible de ce cas favorable, il faut que la structure comporte un grand nombre de plaques rapprochées les une des autres, ce qui repose le problème du poids de l'ensemble.
  • Pour pallier les inconvénients de l'art antérieur, il convient donc de définir une structure légère, permettant de réaliser la fusion de la tête de jet et dont l'efficacité soit peu ou pas dépendante de la direction de pénétration de la charge creuse par rapport à l'orientation de la structure. A cet effet l'invention a pour objet un module pour réaliser un blindage réactif léger et mobile comportant au moins une paroi externe et une paroi interne conductrices de l'électricité et formant deux électrodes entre lesquelles est appliquée une très haute tension, lesdites parois définissant un espace inter-électrodes, ainsi qu'une structure mécanique tridimensionnelle interne, de faible densité, conductrice de l'électricité et en contact électrique avec la paroi interne. Le module selon l'invention est destiné à être placé entre l'objet à protéger et la charge creuse, la structure mécanique tridimensionnelle interne étant positionnée entre les électrodes et l'objet à protéger.
    Selon une première forme de réalisation la structure mécanique interne est réalisée au moyen d'une pluralité de feuilles conductrices ondulées superposées, chaque feuille étant séparée des feuilles voisines par un espace d'épaisseur donnée et ayant un côté relié électriquement à la paroi intermédiaire, l'axe des ondulations étant parallèle au plan défini par ladite paroi intermédiaire.
    Selon l'invention, les plans formés par chacune des feuilles conductrices ondulées coupent le plan formé par la paroi intermédiaire à angle droit ou selon un angle α inférieur à π/2.
    Selon une autre forme préférée de réalisation la structure mécanique interne comporte deux structures juxtaposées chaque structure est réalisée au moyen d'une pluralité de feuilles conductrices ondulées superposées, chaque feuille étant séparée des feuilles voisines par un espace d'épaisseur donnée et ayant un côté relié électriquement à la paroi interne, l'axe des ondulations étant parallèle au plan défini par ladite paroi interne, les plans formés par chacune des feuilles conductrices ondulées coupent le plan formé par la paroi interne selon un angle α1 inférieur à π/2 pour la première structure et un angle α2 supérieur à π/2 pour la deuxième structure.
    Selon cette forme de réalisation, on choisit α2 et α1 quelconques, ou α2 = π - α1.
    Selon une autre forme de réalisation, la structure mécanique interne prend la forme d'une structure de type nid d'abeille, reliée électriquement à la paroi interne, comportant une pluralité de conduits alvéolaires, l'axe de chaque conduit alvéolaire coupant le plan défini par la paroi interne selon un angle α. Selon cette forme de réalisation, α est quelconque, ou α est différent de π/2
    Selon une autre forme de réalisation la structure mécanique interne est réalisée au moyen d'une laine constituée de fibres de matériau électriquement conducteur, reliée électriquement à la paroi interne.
    Selon une autre forme de réalisation la structure mécanique interne est réalisée au moyen d'une mousse de matériau électriquement conducteur, reliée électriquement à la paroi interne.
    L'invention a également pour objet un dispositif de protection contre des charges creuses comportant des éléments de module tels que revendiqués.
  • D'autre caractéristiques et avantages apparaitront au fil de la description qui fait réferénce aux figures annexées qui représentent:
    • la figure 1: la représentaion schématique d'une charge creuse avant mise à feu,
    • la figure 2: la représentation schématique de la même charge creuse après mise à feu,
      • la figure 3: l'illustration du principe de protection dynamique connu de l'art antérieur,
      • la figure 4: l'illustration d'une amélioration du procédé illustré par la figure 3, connue de l'art antérieur,
      • la figure 5 le schéma de principe de la structure du module selon l'invention,
      • la figure 6: l'illustration d'un premier mode de réalisation du module selon l'invention,
      • la figure 7: L'illustration d'une variante du mode de réalisation illustré par la figure 6,
      • la figure 8 : l'illustration d'un deuxième mode de réalisation du module selon l'invention,
      • la figure 9: l'illustration d'un troisième mode de réalisation du module selon l'invention.
  • Pour bien mettre en évidence les avantages apportés par le module selon l'invention, il convient d'analyser le fonctionnement d'une charge creuse. Ce fonctionnement, connu par ailleurs, est présenté ici de façon très générale.
    La figure 1 présente de manière schématique la structure d'une charge creuse au repos. Cette charge est constituée d'un corps 11, sensiblement cylindrique par exemple, renfermant un explosif 12. A l'une de ses extrémités se trouve placée un dispositif d'amorçage 13 et un élément interne 14, ou masque, destiné à conformer l'onde de détonation crée par l'amorce.
    A l'extrémité opposée, le corps de la charge est obturé par un élément 15, de forme sensiblement conique, appelé revêtement. Le revêtement est généralement réalisé en métal, du cuivre par exemple. Il constitue un cône dont la base a un diamètre de l'ordre du décimètre et dont la paroi a une épaisseur de l'ordre du mm.
  • La figure 2 présente schématiquement l'aspect et la structure de la charge après mise à feu. La mise à feu est réalisée par déclenchement du dispositif d'amorçage 13 qui génère une onde de détonation faisant exploser l'explosif 12 contenu dans le corps 11 de la charge. Sous l'effet de l'explosion, le revêtement 15 est expulsé avec une énergie cinétique très importante. La propulsion du revêtement s'accompagne d'une déformation dudit revêtement qui prend la forme illustrée par la figure 2. Le revêtement se présente alors sous la forme d'un objet allongé, soumis à un gradient de vitesse lui occasionnant un étirement croissant avec le temps. Le revêtement ainsi déformé constitue ainsi un projectile perforant constitué de deux parties. La première partie 21 constitue ce qu'on appelle le noyau.
    La seconde partie 22 appelée jet constitue la partie perforante du projectile, celle destinée à pénétrer le blindage de la structure attaquée, un engin blindé par exemple.
    Comme l'illustre la figure, le jet se présente comme une longue tige métallique d'un diamètre d égal à quelques mm et d'une longueur de l'ordre du mètre. Il comporte une extrémité libre 23, ou tête, et une extrémité reliée au noyau 24. L'ensemble du projectile est soumis à un gradient de vitesse important : de 8000 m/s pour la tête du jet à 3000 m/s pour l'extrémité en contact avec le noyau par exemple, le noyau se déplaçant quant à lui avec une vitesse de l'ordre de 1000 m/s. Ainsi, la tête du jet se déplaçant à une vitesse supérieure à celle du noyau le jet est soumis à un allongement.
    Comme le montre la vue détaillée 2-a, la cinématique suivie par l'ensemble du projectile fait que la surface du jet montre un aspect ondulé, fait d'étranglements 25 et de renflements 26.
  • L'action d'un tel projectile contre un blindage est principalement liée à l'énergie cinétique très importante dont dispose le projectile. De sorte que, même en ayant un diamètre et une masse faible, le projectile de la charge creuse dispose d'un pouvoir perforant très important. Du fait de sa très grande vitesse il est en outre très difficile à neutraliser.
  • La figure 3 illustre un principe de protection général connu de l'art antérieur, destiné à tenter de neutraliser à temps un projectile de charge creuse. Ce principe consiste à mettre en place devant la cloison de l'objet à protéger un module comportant deux parois 31 et 32 conductrices de l'électricité, séparées par un espace vide 33, les deux parois étant soumises à une différence de potentiel très élevée au moyen d'une alimentation de forte puissance. Le sens de polarité est ici indifférent et est indiqué arbitrairement sur la figure 3.
    Lorsque le jet de charge creuse 34 se développe, après avoir perforé la paroi externe 31 du module, la tête de jet entre en contact avec la paroi interne 32. Il court-circuite alors les deux électrodes que constituent ces deux parois mises sous tension et un courant s'établit progressivement dans le jet métallique. Dès que l'énergie apportée au jet par le passage du courant est suffisante on assiste à la destruction (vaporisation) du jet par effet joule. Cet effet est complété, comme l'illustre l'agrandissement 2-a de la figure 2, par une action de cassure exercée sur le jet par les forces de Laplace F engendrées par le passage du courant I.
    Durant la phase de traversée du jet, la continuité électrique entre les différents fragments du jet se fait autant par décharges de potentiel qu'au travers du plasma conducteur formé par les différents segments du jet déjà vaporisé. Sur la figure cette continuité électrique est représentée par les symboles de résistances 36. Les flèches 37 et 38 figurent quant à elles le passage du courant.
  • Du fait de la vitesse très importante du jet il est important que le passage d'un courant important soit établi très rapidement de manière ce que la destruction du jet puisse être réalisée avant que la tête de jet n'aie pu franchir la paroi interne. En effet, il est connu que l'énergie produite par effet joule est proportionnelle au carré de l'intensité du courant traversant le conducteur, ici le jet, et au temps de passage du courant.
    Le problème rencontré lors de la mise en oeuvre d'un tel principe connu de l'art antérieur réside principalement dans le temps d'établissement du courant qui travers le jet 34 ainsi que dans le temps de maintien de ce courant qui est fonction de la vitesse de traversée de l'espace entre les parois par le jet. Or, au début du phénomène, lorsque la tête de jet atteint la paroi interne l'intensité du courant qui s'établit est faible, les inductances du circuit d'alimentation électrique s'opposant à un établissement instantané. Par suite, le courant qui traverse le jet ayant une intensité insuffisante, la tête du jet 35 n'est pas détruite. Elle perfore alors la paroi interne 32 et poursuit son action de destruction.
  • La figure 4 illustre un moyen connu de l'art antérieur permettant de perfectionner le principe connu illustré par la figure 3. Comme le montre cette figure, cette amélioration consiste à ajouter au système d'électrodes décrit par la figure 3 une structure 41 de largeur D, constituée de plaques 42 conductrices de l'électricité, superposées, de faible épaisseur et espacées d'une distance 1 les unes des autres. Cette structure 41 est appliqué sur la face de la paroi interne qui n'est pas en regard de l'espace intermédiaire 33 et est en contact électrique avec cette paroi.
    L'espacement d entre les plaques est choisi de façon à favoriser le passage d'un courant électrique par décharge de potentiel entre les plaques voisines du jet et le jet lui-même. Sur la figure 4, afin de rendre l'ensemble plus clair, le rapport d'échelle entre le jet et et la taille I de l'espacement entre plaques n'est volonntairement pas respecté.
    Le perfectionnement illustré par la figure 4, constitue une amélioration du principe illustré par la figure 3, car il permet de maintenir le passage d'un courant électrique dans la tête du jet alors que celle ci a déjà perforé la paroi interne 32. Il permet ainsi d'augmenter la destruction du jet par fusion et vaporisation durant la traversée de la structure 41. Toutefois des essais menés par ailleurs ont mis en évidence une variation importante de l'efficacité d'une telle structure selon le positionnement relatif du jet par rapport aux plaques. L'optimisation de la structure est donc difficile et conduit si l'on recherche une protection complète à un système lourd et encombrant.
  • La figure 5 présente de manière très générale la structure du module selon l'invention.
  • Le module selon l'invention comporte principalement deux parois conductrices, une paroi externe 51 et une paroi interne 52, définissant un espace intermédiaire 53. Le module comporte également une structure interne conductrice 54, d'absorption d'énergie, appliquée contre la paroi 52 tridimensionnelle et reliée électriquement à cette paroi. Selon l'invention la structure interne 54 est une structure légère tridimensionnelle. Entre les deux parois 51 et 52 est appliquée une très haute tension au moyen d'une alimentation de forte puissance 55, les deux parois constituant ainsi deux électrodes.
  • La structure tridimensionnelle 54 selon l'invention permet avantageusement de supprimer l'inconvénient des modules connus de l'art antérieur et illustrés par la figure 4. En effet, contrairement à une structure multi-plans tel que celle de la figure 4, une structure tridimensionnelle permet d'assurer une interaction électrique quasi continue avec la tête du jet de charge creuse 35 au cours de sa pénétration dans la structure 54, et ceci quelle que soit la direction de pénétration du projectile dans le module. On prolonge ainsi l'action du courant de destruction du jet. Son emploi permet donc d'optimiser l'épaisseur globale et le poids du module selon l'invention.
  • D'autre part s'agissant d'une structure dont les éléments sont disposés suivant les trois dimensions de l'espace cette structure peut être aisément adaptable à un ou plusieurs type de charges creuses prédéterminés.
  • La suite de la description présente, à titre d'exemples non limitatifs, diverses variantes de réalisation d'un module comportant une structure tridimensionnelle selon l'invention.
  • La figure 6 présente un premier mode de réalisation simple d'une structure à trois dimensions selon l'invention. Dans ce mode de réalisation la structure tridimensionnelle consiste en une superposition de plaques ou feuilles ondulées 62 conductrices disposées dans des plans perpendiculaires au plan de la paroi interne 52, l'ensemble de la structure étant mis en continuité électrique avec la paroi 52. Les plaques ondulées ont des dimensions déterminées pour optimiser les interactions entre la structure 61 et le jet qui y pénètre. Ainsi pour un type de projectile donné, on détermine par exemple les différentes dimensions comme suit :
    • L'épaisseur e de chaque plaque est de l'ordre de grandeur de l'épaisseur de peau dans laquelle circule le courant. Dans le cadre des applications généralement visées, cette épaisseur est inférieure au mm.
    • L'espacement p entre deux plaques consécutives est choisi de l'ordre de grandeur du diamètre d'un jet de charge creuse c'est à dire quelques mm. Cet espacement permet d'obtenir une interaction électrique maximale entre le jet et les plaques 62 les plus proches, ainsi qu'un effet de fragmentation maximum par les forces de Laplace mentionnées précédemment.
  • La valeur de l'amplitude a de l'ondulation est choisie de façon à ce que le rapport entre l'espacement p et l'amplitude une interaction entre le jet et les plaques voisines sur le plus grand nombre de points, de façon à assurer un passage de courant sensiblement continu. Cette condition est avantageusement suffisante pour assurer la destruction de la tête de jet avant sa traversée complète de la structure 61, et ceci, quel soit l'angle sous lequel la charge creuse entre en collision avec le module.
  • L'espacement T entre 2 ondulations est choisi de l'ordre de grandeur de la période d'ondulation naturelle λ d'un jet de charge creuse libre de toute interaction. λ est typiquement de l'ordre de quelques mm.
    Il est à noter que pour des besoins de clarté de la figure, les dimensions relatives des plaques 62 et du jet 34 ne sont volontairement pas représentées à la même échelle, les dimensions de plaques 62 étant volontairement grossies.
  • La structure présentée à la figure 6 représente donc un mode simple de réalisation d'une structure tridimensionnelle capable d'assurer une interaction électrique maximale entre le jet de charge creuse et la structure. Par rapport aux solutions connues de l'art antérieur elle présente l'avantage d'un accroissement d'efficacité obtenu à faible coût au moyen d'une structure relativement simple et légère.
  • La figure 7 présente une variante du mode de réalisation de la structure tridimensionnelle de la figure 6.
    Dans cette variante de réalisation, les plaques ondulées 72 sont disposées dans des plans parallèles présentant avec le plan de la paroi 52 un angle α sensiblement différent de π/2. Cette variante du mode de réalisation précédent permet en particulier d'augmenter encore, suivant l'angle de pénétration du jet de charge creuse dans le module, le nombre d'interaction entre la tête de jet 35 et les plaques 72. On peut ainsi avantageusement créer, en choisissant un angle α particulier, une structure 72 adapté à un type donné de menace.
  • La figure 8 présente une variante plus complexe du mode de réalisation de la structure tridimensionnelle de la figure 6. Cette variante consiste à juxtaposer deux structures ondulées semblables à la structure 71 de la figure 7, les deux structures 81 et 83 pouvant éventuellement, pour des facilités de réalisation, être séparées par une cloison conductrice 85. L'ensemble des deux structures étant disposé contre la paroi 52 et électriquement reliées à celle-ci. Selon cette variante de réalisation les plans selon lesquels sont disposées les plaques de la structure 81 présentent avec le plan de la paroi 52 un angle α1 sensiblement différent de π/2, tandis les plans selon lesquels sont disposées les plaques de la structure 83 présentent avec le plan de la paroi 52 un angle α2 différent de α1,également sensiblement différent de π/2. On peut par exemple former une structure pour laquelle α1 et α2 sont complémentaires.
    Une telle structure, de réalisation plus complexe que les structures des figures 6 et 7, présente l'avantage de rester une structure légère et d'offrir une protection plus large quant à la gamme de projectile envisagée et à leurs directions d'arrivée.
  • Pour réaliser la structure tridimensionnelle 54 selon l'invention, il est possible d'envisager d'autres solutions.
    L'illustration de la figure 9 présente par exemple un autre mode de réalisation mettant en oeuvre une structure volumique comportant un ensemble de lames conductrices 91 disposées selon un arrangement de type "nid d'abeille", l'axe 92 des alvéoles faisant avec le plan 93 de la paroi 52 un angle γ quelconque, défini en particulier en fonction de la menace considérée. L'angle γ peut par exemple être égal à π/2. Une telle structure, quoique plus complexe à réaliser et éventuellement plus lourde que celles décrites dans les paragraphes précédents présente l'avantage important de garantir une efficacité sensiblement constante quelle que soit la direction selon laquelle le jet de charge creuse pénètre le module.
  • Comme cela a été dit précédemment l'ensemble des modes de réalisation présenté dans les paragraphes précédents présente comme caractéristique l'ajout d'une structure tridimensionnelle légère au module connu de l'art antérieur. Comme cela à été vu au travers des différents modes de réalisation présentés à titre d'exemples non limitatifs, cette structure tridimensionnelle permet en particulier de résoudre de manière efficace le problème de la traversée du revêtementmodule par la tête 35 du jet de charge creuse, traversé consécutive au temps d'établissement du courant de destruction du jet 34. Il est donc bien entendu possible d'envisager d'autres modes de réalisation de cette structure tridimensionnelle comme par exemple la structure d'une laine constituée de fibres de matériau électriquement conducteur ou encore la structure d'une mousse de matériau électriquement conducteur.

Claims (10)

  1. Module pour réaliser un blindage réactif léger, caractérisée en ce qu'il comporte au moins une paroi externe (51) et une paroi interne (52) conductrices de l'électricité et formant deux électrodes entre lesquelles est appliquée une très haute tension au moyen d'une alimentation de forte puissance, lesdites parois définissant un espace intermédiaire (53) ainsi qu'une structure tridimensionnelle interne (54), de faible densité, conductrice de l'électricité et en contact électrique avec la paroi interne (52).
  2. Module selon la revendication 1, dans lequel la structure tridimensionnelle (61) est réalisée au moyen d'une pluralité de feuilles conductrices (62) ondulées superposées, chaque feuille étant séparée des feuilles voisines par un espace d'épaisseur p donnée et ayant un côté relié électriquement à la paroi intermédiaire les feuilles étant disposées dans des plans perpendiculaires au plan défini par ladite paroi interne (52).
  3. Module selon la revendication 2, dans lequel les plans suivant lesquels sont disposées les feuilles conductrices ondulées (72) coupent le plan formé par la paroi intermédiaire selon un angle a inférieur à π/2.
  4. Module selon la revendication la revendication 1, pour lequel la structure mécanique interne comporte deux structures (81, 83) juxtaposées chaque structure est réalisée au moyen d'une pluralité de feuilles conductrices ondulées (82, 84) superposées, chaque feuille étant séparée des feuilles voisines par un espace d'épaisseur donnée et ayant un côté relié électriquement à la paroi intermédiaire, les plans dans lesquels sont disposées les feuilles conductrices ondulées (82, 84) coupent le plan formé par la paroi intermédiaire selon un angle α1 inférieur à π/2 pour la première structure (81) et un angle α2 pour la deuxième structure (83).
  5. Module selon la revendication la revendication 4, pour lequel α2 = π - α1.
  6. Module selon la revendication 1, dans lequel la structure mécanique interne présente une forme de type nid d'abeille comportant une pluralité de conduits alvéolaires réalisés au moyen de lames conductrice (91), ladite structure étant reliée électriquement à la paroi interne, l'axe (92) de chaque conduit alvéolaire coupant le plan défini par la paroi intermédiaire selon un angle γ.
  7. Module selon la revendication 6, dans lequel l'angle γ est différent de π/2.
  8. Module selon la revendication 1, dans lequel la structure tridimensionnelle interne (54) d'absorption d'énergie est réalisée au moyen d'une laine constituée de fibres de matériau électriquement conducteur, reliée électriquement à la paroi intermédiaire.
  9. Module selon la revendication 1, dans lequel la structure tridimensionnelle interne (54) d'absorption d'énergie est réalisée au moyen d'une mousse de matériau électriquement conducteur, reliée électriquement à la paroi intermédiaire.
  10. Dispositif de protection contre des charges creuses, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments de module selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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