EP2078920B1

EP2078920B1 - Opercule aval déformable pour conteneur de missile

Info

Publication number: EP2078920B1
Application number: EP09150245A
Authority: EP
Inventors: Pierre Jacques Truyman
Original assignee: DCNS SA
Current assignee: Naval Group SA
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: FR2926358B1; ATE482373T1; EP2078920A3; DE602009000191D1; ES2351379T3; EP2078920A2; FR2926358A1; PL2078920T3

Description

La présente invention concerne un opercule arrière, dit aussi opercule aval, équipant le fond d'un conteneur de missile. Plus particulièrement, l'invention concerne un opercule aval du type déformable.
On connaît un lanceur de missiles adapté pour être embarqué sur un navire comportant une série d'alvéoles, chaque alvéole étant destinée à recevoir une munition constituée d'un missile placé dans un conteneur. La partie supérieure d'une alvéole débouche au niveau du pont du navire et est fermée, hors des phases de lancement, par une porte. La partie inférieure d'une alvéole comporte une ouverture de communication débouchant dans une chambre de tranquillisation ou plénum destiné à recevoir les gaz émis lors du lancement d'un missile. Le plénum, commun aux différentes alvéoles, est équipé d'une cheminée d'extraction des gaz.
Une munition est formée par un missile placé à l'intérieur d'un conteneur. Les parties supérieure et inférieure du conteneur sont obturées de manière étanche, respectivement par un couvercle muni d'un opercule amont et par un fond muni d'un opercule aval. Le volume intérieur du conteneur est en général rempli d'un gaz inerte en surpression par rapport à l'atmosphère (typiquement 1,5 bars). La partie inférieure du conteneur est prolongée par un adaptateur destiné à coopérer avec l'ouverture de communication entre une alvéole et le plénum. La munition est insérée par le haut dans une alvéole du lanceur, le fond du conteneur étant alors mis en communication fluidique avec le plénum au moyen de l'adaptateur.
Lors du lancement du missile, la porte de l'alvéole étant préalablement ouverte, le missile est mis à feu. Les gaz de propulsion font alors augmenter la pression et la température de manière importante à l'intérieur du conteneur, ce qui perfore l'opercule amont du conteneur et ouvre l'opercule aval. La mise en communication de l'intérieur du conteneur avec le plénum via l'adaptateur permet l'évacuation des gaz de propulsion dans le plénum, puis leur extraction via la cheminée. Après le tir, la porte de l'alvéole est refermée.
Lorsque l'opercule aval s'ouvre, les gaz de propulsion qui sont chauds et pour lesquels la vitesse du son est de l'ordre de 1000 m/s, rencontrent des gaz présents dans le plénum qui sont froids et pour lesquels la vitesse du son est de l'ordre de 300 m/s. Il en résulte un régime d'ondes de choc, avec en particulier des variations de pression importantes à l'interface entre les masses de gaz chaud et froid. Ce phénomène dure entre 100 et 150 ms, le temps que les gaz froids se propagent hors du plénum par la cheminée d'extraction, et se traduit par une forte augmentation de la température et de la pression dans le plénum, lors de la mise à feu d'un missile.
Lorsqu'un missile a été tiré et que le conteneur qui le contenait est vide, le tir d'un missile contenu dans un conteneur voisin engendre une production de gaz à haute pression et haute température qui pourrait pénétrer depuis le plénum dans le conteneur vide et, de ce fait, détériorer la porte de l'alvéole correspondante. Afin d'éviter qu'il en soit ainsi, il est nécessaire que l'opercule aval du conteneur vide se referme pour empêcher l'onde de choc et les gaz de propulsion présents dans le plénum de pénétrer à l'intérieur de ce conteneur vide.
Pour cela, on a proposé, notamment dans FR 2 620 808 , un opercule déformable qui s'ouvre au moment du lancement d'un missile et se referme après. Cet opercule déformable comporte, superposés axialement le long d'un axe principal de symétrie, qui coïncide avec l'axe du conteneur, une grille, des membranes d'étanchéité amont déchirables, un empilement de lames élastiques et des membranes d'étanchéité aval déchirables. Les lames élastiques sont de préférence rectangulaires et sont maintenues sur leur périphérie entre des cadres de support amont et aval. Chaque lame élastique se compose de plusieurs pétales triangulaires réalisés dans une plaque métallique fine souple et élastique. Dans leur position de repos, les pétales sont jointifs et ainsi obstruent l'orifice de l'opercule du fond du conteneur.
Lorsque les gaz de propulsion sont éjectés du missile, une surpression déchire les membranes d'étanchéité et déforme les pétales par flexion autour d'un bord intérieur arrondi du cadre de support inférieur. Les bords des pétales s'écartent les uns des autres et créent un passage mettant en communication l'intérieur du conteneur et le plénum via l'adaptateur. Une fois le missile tiré, la pression à l'intérieur du conteneur diminue. Les pétales reviennent élastiquement dans leur position de repos, en butée contre la grille, et referment l'orifice de l'opercule.
La grille forme également une butée ayant l'avantage d'empêcher les pétales de se déformer vers l'intérieur du conteneur, lorsque le plénum est en surpression du fait des gaz de propulsion d'un missile voisin en cours de lancement.
Ces opercules déformables à lames élastiques adaptés à la fermeture de conteneur destinés à recevoir un missile, présentent l'inconvénient de se refermer imparfaitement après utilisation.
L'invention a donc pour but de proposer un opercule déformable présentant une meilleure obturation après utilisation.
A cet effet, l'invention a pour objet un opercule du type déformable, destiné à équiper le fond d'un conteneur de missile et apte à s'ouvrir sous la poussée des gaz de propulsion d'un missile contenu dans le conteneur et à se refermer après éjection du missile, l'opercule comprenant une grille et un empilement de lames élastiques, enserré entre au moins une membrane de protection thermique et une membrane d'étanchéité amont et aval, et maintenu entre un cadre de support amont et un cadre de support aval. Selon l'invention, l'opercule comporte au moins un moyen intercalaire de glissement disposé entre deux lames successives de l'empilement.
Suivant des modes particuliers de l'invention, l'opercule comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :

chaque lame élastique est séparée de la lame élastique suivante dans ledit empilement par un moyen intercalaire de glissement.
ledit au moins un moyen intercalaire est en un matériau différent du matériau des lames adjacentes, de préférence en un matériau isolant thermique.
ledit au moins un moyen intercalaire de glissement est constitué par une feuille.
le matériau de ladite feuille est du silicone ou un mat, de préférence un mat de fibres de verre.
l'épaisseur des lames élastiques diminue de l'amont vers l'aval de l'empilement de lames.
l'épaisseur d'une lame, en un point quelconque de cette lame, est inférieure à une épaisseur maximale en ce point définie, alors que la lame est en position déformée, par une fonction linéaire croissante du rayon de courbure en ce point.
l'épaisseur d'une lame est constante en tout point de cette lame et est inférieure ou égale à la plus petite des épaisseurs maximales en chaque point de la lame.
le cadre de support aval est prolongé vers l'aval de manière à munir l'opercule de moyens de butée, et comporte un bord intérieur profilé définissant une position de déformation maximale des lames élastiques.
le profil dudit bord intérieur du cadre de support aval comporte une portion amont convexe et une portion aval rectiligne ou concave apte à conformer l'extrémité libre de la lame élastique.

L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

la Figure 1 est une représentation schématique en coupe d'un conteneur inséré dans une alvéole standard ;
la Figure 2 est une représentation en vue de dessus du fond du conteneur de la figure 1 ;
la Figure 3 est une représentation en coupe axiale de l'opercule selon l'invention équipant le fond d'un conteneur ;
la Figure 4 est une représentation schématique agrandie de l'opercule de la Figure 3 comportant des feuilles intercalaires de glissement, dans une position d'ouverture (demie vue de gauche) et dans une position de fermeture (demie vue de droite ; et
la Figure 5 est une représentation schématique agrandie d'une variante de réalisation de l'opercule selon l'invention, comportant des lames d'épaisseur variable, dans une position d'ouverture (demie vue de gauche) et dans une position de fermeture (demie vue de droite).

Sur la figure 1, le lanceur vertical de missiles 1 comporte plusieurs alvéoles 2 disposées verticalement dans la coque 3 d'un navire. Une alvéole 2 est une structure constituée d'un treillis métallique destiné à recevoir une munition formée d'un conteneur contenant un missile. La partie supérieure de l'alvéole 2 se situe au niveau du pont 4 du navire et est fermée par une porte 5, montée sur le pont 4, qui sont ouvertes lors du tir et refermées ensuite. La partie inférieure de l'alvéole 2 comporte une ouverture 10 de communication avec un plénum 11. Le plénum 11 est commun aux différentes alvéoles 2 du lanceur et permet l'évacuation des gaz de propulsion par une cheminée 12, s'étendant verticalement entre les deux rangées d'alvéoles 2. La cheminée 12 débouche au niveau supérieur du lanceur, c'est-à-dire ici au niveau du pont 4.
Un lanceur vertical de missiles comporte des alvéoles aptes à recevoir une munition constituée d'un conteneur 15 dans lequel est disposé un missile 16 de gros diamètre. En position insérée dans l'alvéole 2, l'axe A du conteneur 15 coïncide avec l'axe de l'alvéole.
Sur la Figure 1, le conteneur 15 comporte une paroi latérale 20, une paroi d'extrémité supérieure ou couvercle 21 et une paroi d'extrémité inférieure ou fond 22. Le couvercle 21 est muni d'un opercule amont 23. Le fond 22 est muni d'un opercule aval 56 qui sera décrit en détail ci-après. Du côté extérieur, le fond 22 comporte un adaptateur 25 apte à être inséré dans l'ouverture 10 du plénum 11 lors du chargement de la munition de sorte que les gaz quittant le conteneur 15 lors du lancement du missile 16 soient guidés dans le plénum 11.
En se référant aux figures 2 et 3, l'opercule aval déformable amélioré 56 selon l'invention comporte, superposés le long d'un axe de symétrie C, de l'amont (l'intérieur du conteneur) vers l'aval (l'extérieur du conteneur), maintenus entre un cadre de support amont 61 et un cadre de support aval 64, une grille 62 ; une membrane amont de protection thermique 70 ; une membrane d'étanchéité amont 71 par exemple en aluminium ; un empilement de lames élastiques 63 ; une membrane d'étanchéité aval 73 par exemple en aluminium ; et, une membrane aval de protection thermique 72.
Chaque lame élastique 63 est de forme libre, mais pour des raisons pratiques, elle est de préférence rectangulaire (cf. Figure 2) et l'empilement de lames élastiques est maintenu par son bord périphérique entre les cadres amont et aval 61 et 64 rectangulaires. Chaque lame élastique 63 se compose de quatre pétales de forme triangulaire 65. Chaque pétale 65 correspond sensiblement à une portion de la lame 63 divisée selon ses deux diagonales. Les bords de deux pétales 65 en regard l'un de l'autre ménagent un espace 66 en forme de croix dont la surface totale est très inférieure à la surface de l'orifice 81 de l'opercule 56, de sorte que lorsque les pétales 65 sont adjacents, on peut considérer que l'opercule 56 obture le fond du conteneur qu'il équipe.
Selon l'invention, comme cela est représenté sur la Figure 4 schématiquement pour plus de clarté, l'opercule aval déformable 56 comporte un empilement de lames élastiques 63 métalliques séparées les unes des autres par des feuilles intercalaires 67 en matériau non métallique résistant à la température, adapté pour faciliter le glissement des lames élastiques l'une sur l'autre. Cette feuille intercalaire 67 est de préférence en un matériau isolant thermique tel que du silicone, ou un mat, par exemple de fibres de verre.
Avant l'ouverture de l'opercule 56, les différentes membranes intermédiaires 70, 71, 72 et 73 sont d'une seule pièce. Elles peuvent être munies de lignes diagonales de moindre résistance correspondant à la subdivision des lames 63 en pétales 65. Ainsi, sous l'effet des gaz de propulsion, ces membranes intermédiaires 70 à 73 se déchirent proprement le long des lignes de moindre résistance.
Le fonctionnement de l'opercule 56 va maintenant être décrit lorsqu'il équipe le fond du conteneur 15 de la Figure 1, l'axe C de l'opercule coïncidant alors avec l'axe A du conteneur 15. Lors du lancement du missile 16, la porte 5 de l'alvéole 2 est ouverte. Le missile 16 est ensuite mis à feu. Les gaz de propulsion font alors augmenter la pression et la température de manière importante à l'intérieur du conteneur 15. Sous l'effet de la pression, l'opercule amont 54 est perforé et l'opercule aval 56 s'ouvre ce qui permet le départ du missile et l'évacuation des gaz. L'ouverture de l'opercule aval se fait par action de la pression appliquée sur la surface supérieure ou amont d'une lame 63 de sorte qu'elle se déforme et s'écarte de sa position de repos, cette déformation des pétales s'accompagnant du déchirement des membranes d'étanchéité et de protection thermique 70 à 73. Un pétale 65 se déforme autour d'un bord intérieur 80 du cadre aval 64. Du fait du déchirement des membranes 70-73 et du déplacement des différents pétales 65 des lames 63 les uns à l'écart des autres, il se crée un passage assurant une communication entre l'intérieur du conteneur 15 et le plénum 11 via un adaptateur 25. Ce dernier sert à recevoir les gaz passant à travers le fond 22 du conteneur 15 pour les guider à travers l'ouverture 10 d'entrée du plénum 11.
En munissant l'opercule 56 de moyens intercalaire de glissement 67 on empêche la formation de soudures entre deux lames successives 63 et on améliore le glissement de ces lames l'une sur l'autre. Ainsi, le mouvement de refermeture de l'opercule 56 est facilité.
De manière subsidiaire, en intercalant une feuille 67 d'un matériau non métallique à l'interface entre deux lames métalliques adjacentes 63, la conduction de la chaleur d'une lame à l'autre est limitée. Ainsi, même si la température des gaz de propulsion entraîne une plastification d'une lame amont, la chaleur de cette lame ne se transmet que partiellement à la lame aval suivante qui, par conséquent, s'échauffe moins et conserve mieux son élasticité. Il en résulte que les lames aval de l'empilement conservent bien leurs propriétés élastiques après ouverture de l'opercule 56 et participent à la refermeture de celui-ci en poussant les lames amont, éventuellement plastifiées, vers la grille 62. L'obturation de l'opercule 56 est ainsi améliorée.
Une fois le missile 16 tiré, la pression à l'intérieur du conteneur 15 diminue. Puisque les pétales 65 conservent leurs propriétés mécaniques d'élasticité du fait des feuilles intercalaires, ils reviennent effectivement d'une position déformée en position de repos, refermant l'opercule 56. La grille 62 forme une butée assurant que les pétales 65 retrouvent facilement leur position de repos dans laquelle ils sont dans un plan transversal à l'axe C de l'opercule et pour laquelle l'espace 66 est le plus faible. La grille 62 permet également que les pétales 65 ne se replient pas vers l'intérieur du tube 51, lorsque l'adaptateur 25 est en surpression en raison des gaz de propulsion d'un missile lancé depuis un tube voisin.
En complément, le bord intérieur 80 du cadre aval 64 peut être prolongé vers l'aval et présenter axialement un profil adapté de manière à constituer une butée pour les pétales.
Le cadre aval 64 est de forme rectangulaire, dans le plan radial transversal à l'axe principal C et s'étend axialement le long de l'axe C sur une hauteur H supérieure à une dimension D transversale d'un pétale 65, correspondant environ à la demi largeur de l'orifice 81 de l'opercule 56.
L'écoulement des gaz de propulsion orientant l'axe C, le profil du bord 80 comporte une portion amont 90 convexe, suivie par une portion aval 91 concave. En variante, la portion aval 91 pourrait être rectiligne. Les portions amont et aval 90, 91 se connectent l'une à l'autre de manière tangente.
La concavité de la portion amont 90 s'entend en ce que le centre de courbure C90 du profil du bord 90 en un point quelconque P90 de ce profil se situe, en projection dans un plan radial, à l'extérieur de l'orifice central 81. De manière similaire, la convexité de la portion aval 91 s'entend en ce que le centre de courbure C91 du profil du bord 91 en un point quelconque P91 de ce profil se situe, en projection dans un plan radial, à l'intérieur de l'orifice central 81. Ainsi, la convexité de la partie amont 90 est orientée vers l'axe C de l'opercule 56 et la concavité de la partie aval 91 est orientée vers l'axe C de l'opercule 56.
La courbure en chaque point P du profil du bord 80 est déterminée de manière à ce que la zone du pétale 65 venant en appui en ce point P du profil ait une déformation maximale limitée et contrôlée. En formant le profil du bord 80 de sorte que la valeur absolue de la courbure reste inférieure à une valeur seuil, on assure que la déformation locale du matériau constitutif des pétales 65 reste inférieure à une déformation seuil au-delà de laquelle le matériau acquiert une déformation permanente. On garantit ainsi que chaque pétale 65 conserve son élasticité et revienne effectivement dans sa position de repos.
Le fait que la partie aval 91 du bord 80 est concave, ou tout au moins rectiligne, présente l'avantage suivant. Il est possible que la pointe 96 du pétale 65 triangulaire, qui est placée à proximité de la flamme de combustion produite par le missile, soit plastifiée. Or, dans la position de déformation maximale, la pointe 96 est appuyée sur la partie aval 91 concave ou rectiligne qui lui confère alors une forme ayant une courbure orientée vers l'axe C. Ainsi, la pointe 96 plastifiée est courbée vers la grille 62, de telle sorte qu'elle est appliquée contre celle-ci lorsque le pétale retourne vers la position de repos. On assure ainsi que l'espace 66 entre les pétales 65 est minimal après utilisation.
Avantageusement le bord 80 du cadre aval 64 est constitué d'un matériau tel que du silicone qui est à la fois un isolant thermique et présente une résistance mécanique pour l'appui des pétales.
Dans une autre variante de réalisation représenté sur la Figure 5, l'opercule 156 comporte en outre un empilement de lames élastiques 163a, 163b, 163c d'épaisseur ea, eb, ec variable. Plus précisément, les lames élastiques placées en amont de l'empilement ont une épaisseur supérieure à celles des lames élastiques placées en aval de l'empilement. Sur la Figure 5, les épaisseurs ea, eb et ec des trois lames 163a, 163b et 163c représentées schématiquement diminuent progressivement depuis l'amont vers l'aval de l'empilement. L'épaisseur de chaque lame 163a,163b ou 163c est choisie pour que, lorsque celle-ci est sous contrainte, en appui contre un bord intérieur 80 du cadre de support aval 64, sa face amont, tournée vers la flamme de combustion, subisse une élongation qui reste compatible avec le domaine d'élasticité du métal constitutif de la lame.
Plus précisément, le bord 80 du cadre aval 64 présente une portion arrondie 90 ayant un centre O de courbure. L'épaisseur e de la lame 63 en un point est choisie pour être inférieure à une épaisseur maximale em qui est d'autant plus élevée que le rayon de courbure RM de la fibre neutre f en ce point de la lame 63 déformée autour de cette portion arrondie est élevé. De préférence, l'épaisseur de la lame est constante et est choisie comme la plus petite des épaisseurs em en chaque point de la lame 63. L'homme du métier sait déterminer les épaisseurs adaptées.
En conférant aux lames élastiques des épaisseurs variant de l'amont vers l'aval le long de l'axe de l'opercule, on évite l'apparition locale d'une élongation sous contrainte qui ferrait perdre au matériau de la lame son élasticité.
Les variantes de réalisation qui viennent d'être décrites, améliorent chacune les conditions de retour élastique des lames élastiques pour assurer la refermeture de l'opercule. L'homme du métier comprendra que ces différents moyens sont complémentaires et peuvent être combinés en tant que de besoin.
On remarquera qu'il suffit que l'opercule se referme jusqu'à une obturation partielle suffisante. En effet, au-delà de cette obturation seuil, la perte de charge de l'onde de choc à la traversée de l'opercule entrouvert est telle qu'elle génère une force sur les lames suffisante pour plaquer celles-ci contre la grille et fermer ainsi complètement l'opercule.

Claims

Opercule (56) du type déformable, destiné à équiper le fond d'un conteneur de missile (15) et apte à s'ouvrir sous la poussée des gaz de propulsion d'un missile (16) contenu dans le conteneur et à se refermer après éjection du missile, l'opercule comprenant une grille (62) et un empilement de lames élastiques (63 ; 163), enserré entre au moins une membrane de protection thermique et une membrane d'étanchéité amont et aval (70, 71, 72, 73), et maintenu entre un cadre de support amont (61) et un cadre de support aval (64), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen intercalaire de glissement (67) disposé entre deux lames successives de l'empilement.
Opercule selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lame élastique (63 ; 163) est séparée de la lame élastique suivante dans ledit empilement par un moyen intercalaire de glissement (67).
Opercule selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen intercalaire (67) est en un matériau différent du matériau des lames (63 ; 163) adjacentes, de préférence en un matériau isolant thermique.
Opercule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen intercalaire de glissement est constitué par une feuille (67).
Opercule selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau de ladite feuille (67) est du silicone ou un mat, de préférence un mat de fibres de verre.
opercule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) des lames élastiques (163) diminue de l'amont vers l'aval de l'empilement de lames.
Opercule selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) d'une lame (163), en un point quelconque de cette lame, est inférieure à une épaisseur maximale (em) en ce point définie, alors que la lame est en position déformée, par une fonction linéaire croissante du rayon de courbure (Rm) en ce point.
Opercule selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) d'une lame (163) est constante en tout point de cette lame et est inférieure ou égale à la plus petite des épaisseurs maximales (em) en chaque point de la lame.
Opercule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre de support aval (64) est prolongé vers l'aval de manière à munir l'opercule de moyens de butée, et comporte .un bord intérieur (80) profilé définissant une position de déformation maximale des lames élastiques (63 ; 163).
Opercule selon la revendication 9, caractérisé en ce que le profil dudit bord intérieur (80) du cadre de support aval (64) comporte une portion amont convexe (90) et une portion aval rectiligne ou concave (91) apte à conformer l'extrémité libre (96) de la lame élastique.