FR2633385A1 - PROJECTILE SAFETY AND ARMING SYSTEM USING COMBUSTION GAS PRESSURE - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif permettant de provoquer laThe present invention relates to a device for provoking the
translation d'un organe de commande d'un système de sécurité et d'armement pour projectiles d'artillerie, et plus particulièrement pour projectiles non girant ou à faible vitesse de rotation tels que ceux tirés à translation of a control member of a security and weaponry system for artillery projectiles, and more particularly for non-gyrating or low-speed projectiles such as those fired at
partir de tubes lisses.from smooth tubes.
Le domaine technique de l'invention est celui des systèmes de sécurité et d'armement utilisant la pression des gaz de combustion d'une charge propulsive pour provoquer un The technical field of the invention is that of safety and arming systems using the pressure of the combustion gases of a propellant charge to provoke a
déverrouillage.unlocking.
Les réglementations en vigueur aujourd'hui dans la plupart des pays, et entre autres dans les pays de l'OTAN, imposent pour toutes les munitions d'artillerie un double déverrouillage au niveau du système de sécurité et d'armement, cela afin de garantir une sécurité maximale au The regulations in force today in most countries, including NATO countries, require for all artillery ammunition a double unlocking at the level of the security and armament system, in order to guarantee maximum security at
cours du stockage et des manutentions. during storage and handling.
Dans le cas des projectiles tirés à partir des tubes rayés qui engendrent donc des vitesses de rotation élevées, le problème est en général résolu par l'utilisation des forces résultant de l'accélération pour obtenir un premier In the case of the projectiles fired from the striped tubes which thus generate high rotational speeds, the problem is generally solved by the use of the forces resulting from the acceleration to obtain a first
déverrouillage et de la force centrifuge pour le second. unlocking and centrifugal force for the second.
Par contre lorsque l'on est en présence d'un projectile tiré par un tube lisse, il n'est plus possible d'utiliser la force centrifuge. Il paraît alors commode de recourir à un On the other hand when one is in the presence of a projectile pulled by a smooth tube, it is no longer possible to use the centrifugal force. It then seems convenient to resort to a
déverrouillage empruntant les gaz de la charge propulsive. unlocking borrowing gases from the propellant charge.
Or ces gaz, très abrasifs, ont une température de l'ordre de 3000'C, sous une pression pouvant atteindre 4.108 Pa On conçoit dans ces conditions qu'il soit difficile de réaliser une étanchéité du système qui permette d'empêcher à coup sûr ces gaz de s'infiltrer à l'intérieur, de venir au contact de ses différents composants pyrotechniques et de provoquer une initiation prématurée de la charge principale, en début de trajectoire, voire à l'intérieur du tube. A cet effet, la présente invention propose un dispositif de déverrouillage par emprunt de gaz garantissant une étanchéité totale et un niveau de sécurité élevé, simple à réaliser donc très bon marché, pouvant en outre s'adapter à des contraintes de tir plus sévères. Ainsi l'invention a pour objet un dispositif permettant de provoquer la translation d'un organe de commande d'un système de sécurité et d'armement d'un projectile sous l'action de la pression des gaz résultant de la combustion d'une charge propulsive, dispositif comprenant: au moins un logement disposé à la partie arrière du projectile et ayant son ouverture orientée de façon à être soumise à la pression des gaz, le fond de ce logement étant constitué par une cloison étanche résistant à cette pression et l'organe de commande étant au voisinage de la cloison et isolé des gaz par cette dernière, un piston disposé dans le logement et pouvant se translater dans celui-ci sous l'action de la pression des gaz, et comportant une partie formant poinçon apte à perforer la cloison puis à provoquer la translation de Now these gases, very abrasive, have a temperature of the order of 3000'C, under a pressure of up to 4.108 Pa It is conceivable in these conditions that it is difficult to achieve a tightness of the system that allows to prevent for sure these gases to infiltrate inside, come into contact with its various pyrotechnic components and cause premature initiation of the main charge, early trajectory, or even inside the tube. For this purpose, the present invention proposes a device for unlocking by gas borrowing, guaranteeing a total watertightness and a high level of security, which is thus easy to produce and therefore very cheap, and which can also be adapted to more severe fire constraints. Thus, the subject of the invention is a device making it possible to cause the translation of a control member of a safety and arming system of a projectile under the action of the pressure of the gases resulting from the combustion of a fuel. propellant charge, device comprising: at least one housing disposed at the rear part of the projectile and having its opening oriented so as to be subjected to the pressure of the gas, the bottom of this housing being constituted by a watertight partition resistant to this pressure and control member being in the vicinity of the partition and isolated from the gas by the latter, a piston disposed in the housing and being able to translate therein under the action of the gas pressure, and having a punch portion adapted to perforate the partition and then cause the translation of
l'organe de commande.the control organ.
Préférentiellement le piston comportera au moins deux parties cylindriques, une première partie dont le diamètre est sensiblement égal à celui d'un premier alésage du logement et une deuxième partie dont le diamètre est inférieur à celui de la première partie et forme le poinçon et un moyen d'étanchéité entre le piston et le système de sécurité et d'armement agissant après perforation de la cloison. Selon un premier mode de réalisation, le moyen d'étanchéité comprend une partie conique du piston venant coopérer avec le trou perforé par ce dernier dans la cloison. Selon un deuxième mode de réalisation, le moyen d'étanchéité comprend une troisième partie cylindrique du piston venant coopérer avec un deuxième alésage du logement, coaxial au premier alésage, de façon à réaliser un Preferably the piston will comprise at least two cylindrical portions, a first portion whose diameter is substantially equal to that of a first bore of the housing and a second portion whose diameter is smaller than that of the first portion and forms the punch and a means sealing between the piston and the security system and arming acting after perforation of the partition. According to a first embodiment, the sealing means comprises a conical portion of the piston cooperating with the hole perforated by the latter in the partition. According to a second embodiment, the sealing means comprises a third cylindrical portion of the piston cooperating with a second bore of the housing, coaxial with the first bore, so as to provide a
ajustement serré.tight fit.
Le piston pourra porter au moins un joint torique disposé au niveau d'une gorge cylindrique aménagée sur sa surface latérale. Préferentiellement le dispositif comprendra au moins trois pistons régulièrement espacés angulairement les uns des autres relativement à l'axe du projectile et venant agir sur l'organe de commande, et ce dernier sera constitué par The piston may carry at least one O-ring disposed at a cylindrical groove arranged on its lateral surface. Preferably the device will comprise at least three pistons regularly spaced angularly from each other relative to the axis of the projectile and coming to act on the control member, and the latter will be constituted by
une bague ayant même axe que le projectile. a ring having the same axis as the projectile.
L'invention sera mieux comprise au vu de la description The invention will be better understood from the description
qui va suivre, faite au regard des dessins annexés, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'un projectile équipé d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail du dispositif selon which will follow, made with reference to the accompanying drawings, and in which: - Figure 1 is a partial view in axial section of a projectile equipped with a device according to the invention - Figure 2 is a detailed view of device according
l'invention.the invention.
Le projectile partiellement représenté à la figure 1 est constitué par un corps 1 contenant le chargement pyrotechnique 2 et solidaire d'un empennage 3 en alliage léger. Le projectile est introduit dans une douille 16, sertie ou collée sur l'empennage 3, en arrière du plan de joint entre le corps 1 et ledit empennage 3 et contenant une The projectile partially shown in Figure 1 is constituted by a body 1 containing the pyrotechnic charge 2 and secured to a stabilizer 3 of light alloy. The projectile is introduced into a sleeve 16, crimped or glued on the empennage 3, behind the plane of joint between the body 1 and said empennage 3 and containing a
charge propulsive non représentée. propellant charge not shown.
Entre chargement et empennage vient s'insérer un système de sécurité et d'armement 4 (appelé par la suite SA), coaxial au projectile et porteur d'un doigt 5, permettant de commander un déverrouillage, et qui est maintenu en saillie par une coupelle 6. Le doigt 5 et la coupelle 6 sont positionnés sur le SA au moyen d'une pièce intermédiaire 7, laquelle comporte en outre deux lamages 8, formant entre eux et avec le doigt 5 un angle de 120' par rapport à l'axe du projectile (un lamage 8 est représenté Between loading and empennage is inserted a security and arming system 4 (hereinafter SA), coaxial with the projectile and carrying a finger 5, for controlling an unlocking, and which is kept projecting by a 6. The finger 5 and the cup 6 are positioned on the SA by means of an intermediate piece 7, which further comprises two counterbores 8, forming between them and with the finger 5 an angle of 120 'relative to the axis of the projectile (a counterbore 8 is shown
ici diamétralement opposé au doigt 5). here diametrically opposed to the finger 5).
Les lamages 8 reçoivent chacun une entretoise 9 dont le rôle, en coopération avec le doigt 5, est de maintenir une bague 10 perpendiculaire à l'axe du projectile, cette bague étant elle-même centrée sur cet axe.par la pièce The counterbores 8 each receive a spacer 9 whose role, in cooperation with the finger 5, is to maintain a ring 10 perpendicular to the axis of the projectile, this ring being itself centered on this axis.
intermédiaire 7 et son propre logement dans l'empennage 3. intermediate 7 and its own housing in empennage 3.
La bague 10 constitue ainsi un organe de commande, dont The ring 10 thus constitutes a control member, whose
la translation va entraîner un déverrouillage du SA. the translation will lead to an unlocking of the SA.
L'empennage 3 porte trois logements 12 identiques, et régulièrement espacés angulairement les uns des autres relativement à l'axe du projectile. Chaque logement est constitué par trois alésages cylindriques coaxiaux (13, 14, et 15) (voir Figure 2) dont l'axe est perpendiculaire à la face arrière 11 de la bague 10. L'épaisseur de métal qui sépare le fond de chaque logement de la bague 10 constitue une cloison 17, The empennage 3 carries three identical housings 12, and regularly spaced angularly from each other relative to the axis of the projectile. Each housing is constituted by three coaxial cylindrical bores (13, 14, and 15) (see Figure 2) whose axis is perpendicular to the rear face 11 of the ring 10. The thickness of metal that separates the bottom of each housing of the ring 10 constitutes a partition 17,
rigoureusement étanche dont l'épaisseur est notée e. rigorously waterproof whose thickness is noted e.
Chaque logement reçoit un piston étagé 18 (voir Figure 2) celui-ci comprend une première partie cylindrique 19, de diamètre D, qui présente sur sa surface latérale deux gorges 22 recevant chacune un joint d'étanchéité 23. Le piston 18 comporte une seconde partie cylindrique 20, de diamètre d, qui vient s'engager avec jeu dans le troisième alésage 15 du logement 12, le fond de cet alésage est constitué par la Each housing receives a stepped piston 18 (see Figure 2) thereof comprises a first cylindrical portion 19, of diameter D, which has on its lateral surface two grooves 22 each receiving a seal 23. The piston 18 comprises a second Cylindrical portion 20, of diameter d, which engages with clearance in the third bore 15 of the housing 12, the bottom of this bore is constituted by the
cloison 17.partition 17.
Entre ces première et deuxième parties du piston, se trouve une troisième partie cylindrique 21, raccordée à la seconde par un chanfrein 24 et située au regard du deuxième alésage 14 du logement 12, de diamètre inférieur, les diamètres de 21 et 14 sont choisis de manière à obtenir un ajustement serré sur une longueur suffisante pour assurer l'étanchéité. L'extraction du piston 18 est rendue impossible par la Between these first and second parts of the piston, there is a third cylindrical portion 21, connected to the second by a chamfer 24 and located opposite the second bore 14 of the housing 12, of smaller diameter, the diameters of 21 and 14 are chosen from to obtain a tight fit over a sufficient length to seal. The extraction of the piston 18 is made impossible by the
présence d'un pion d'arrêt 26.presence of a stopper 26.
Au départ du coup, les gaz de propulsion exercent sur la face 25 du piston 18 une pression P qui va provoquer sa translation. Les joints 23 réalisent une étanchéité au cours de ce mouvement (pour des pressions inférieures à 2.108 Pa. La seconde partie 20 de diamètre d va ensuite exercer sur la cloison 17 une contrainte proportionnelle à la pression des gaz et au rapport des sections des première et deuxième parties. Cette seconde partie du piston 18 agit ainsi comme un poinçon qui va percer la cloison 17, l'épaisseur de cette dernière sera dimensionnée de façon à pouvoir être ainsi poinçonnée. Il suffira de donner à l'épaisseur e une valeur telle que: P.S > oL x.d.e S étant la section de la première partie 19 du piston (i.D2/4) d étant le diamètre de la deuxième partie 20 du piston e étant l'épaisseur de la cloison P étant la pression des gaz propulsifs aL étant la contrainte de rupture au cisaillement du At the start of the stroke, the propellant gases exert on the face 25 of the piston 18 a pressure P which will cause its translation. The seals 23 provide a seal during this movement (for pressures below 2.108 Pa. The second portion 20 of diameter d will then exert on the partition 17 a stress proportional to the pressure of the gases and the ratio of the sections of the first and This second part of the piston 18 thus acts as a punch which will pierce the partition 17, the thickness of the latter will be dimensioned so as to be able to be punched in. It will suffice to give the thickness e a value such that : PS> oL x of S being the section of the first part 19 of the piston (i.D2 / 4) d being the diameter of the second part 20 of the piston e being the thickness of the partition P being the pressure of the propulsive gases aL being the shear breaking stress of the
matériau constituant la cloison.material constituting the partition.
u.d.e représente la surface latérale cylindrique de la u.d.e represents the cylindrical lateral surface of the
cloison qui est cisaillée.partition which is sheared.
La deuxième partie du piston vient ensuite pousser la bague 10, ce qui provoque le cisaillement de la coupelle 6 et des entretoises 9, et entraîne l'enfoncement du doigt 5 The second part of the piston then pushes the ring 10, which causes the shearing of the cup 6 and spacers 9, and causes the depression of the finger 5
et le premier déverrouillage du SA. and the first unlocking of the SA.
Au cours de cette même translation, la troisième partie 21 du piston 18 s'engage en force dans le deuxième alésage 14 et forme une liaison irréversible qui assure une During this same translation, the third portion 21 of the piston 18 engages force in the second bore 14 and forms an irreversible connection which ensures
étanchéité haute pression du SA aux gaz propulsifs. High pressure seal of the SA to propellant gases.
L'étanchéité est obtenue si la longueur de la première partie 20 du piston 18 est inférieure à la profondeur du troisième alésage 15 augmentée de l'épaisseur e de la cloison 17. Dans ce cas, l'ajustement entre la troisième partie 21 du piston 18 et le deuxième alésage 14 est effectué avant que le cisaillement de la cloison soit The seal is obtained if the length of the first portion 20 of the piston 18 is less than the depth of the third bore 15 increased by the thickness e of the partition 17. In this case, the adjustment between the third portion 21 of the piston 18 and the second bore 14 is made before the shear of the partition is
achevé.completed.
Ainsi les gaz n'ont jamais la possibilité de pénétrer à Thus the gases never have the possibility to penetrate
l'intérieur du SA.inside the SA.
On dimensionnera également la cloison de telle sorte que la pression P des Raz exercée directement sur elle ne puisse We will also dimension the partition so that the pressure P of the Raz exerted directly on it can not
pas la rompre.not break it.
Il suffira par exemple de choisir e de telle sorte que: P.s < oL;Sou encore P.d < oaL) i.d.e 4.e s étant la surface de la cloison 17 et également celle de la deuxième partie du piston (n.d2/4) Cette relation est une approximation, la contrainte réelle que la pression des gaz exerce sur la cloison étant une composition de flexion et de cisaillement et la pression It will suffice, for example, to choose e such that: Ps <oL; Sou still Pd <oaL) ide 4.es being the surface of the partition 17 and also that of the second part of the piston (n.d2 / 4) This relationship is an approximation, the actual stress that the gas pressure exerts on the bulkhead being a composition of bending and shear and pressure
P se répartissant sur toute la surface de la cloison. P spreading over the entire surface of the partition.
On voit ainsi un des avantages de l'invention qui est d'assurer l'étanchéité absolue du SA et de l'intérieur du projectile aux gaz de combustion même en cas de défaut d'étanchéité au niveau des joints 23, voire en cas d'absence One can thus see one of the advantages of the invention, which is to ensure the absolute tightness of the SA and the interior of the projectile to the combustion gases even in the event of leakage at the seals 23, or in the case of 'absence
totale de ces joints ou du piston lui-même. total of these seals or the piston itself.
Cependant quand les pistons sont mis en place il permettent, en provoquant la translation du doigt 5, un armement sûr et étanche du SA. On est ainsi très loin des systèmes d'armement traditionnels à emprunt de gaz qui nécessitent la mise en oeuvre de clapets complexes souvent détériorés par les gaz et qui n'assurent plus une étanchéité However, when the pistons are put in place, they allow, by causing the translation of the finger 5, a safe and tight arming of the SA. It is thus very far from the traditional gas-fired weapon systems which require the implementation of complex valves often deteriorated by the gases and which no longer ensure a tightness
absolue après armement.absolute after arming.
A titre d'exemple un projectile du type de celui de la figure 1 avec un empennage en alliage d'aluminium a été muni du dispositif selon l'invention constitué par: Trois pistons à 120', diamètre D = 14 mm, diamètre d = By way of example, a projectile of the type of that of FIG. 1 with an aluminum alloy tail has been provided with the device according to the invention consisting of: Three pistons at 120 ', diameter D = 14 mm, diameter d =
4 mm, épaisseur cloison e = 4 mm.4 mm, partition thickness e = 4 mm.
La pression des gaz est de l'ordre de 3800 bars. The gas pressure is of the order of 3800 bars.
Aucune rupture des cloisons n'intervient en l'absence des pistons. Lorsque ces derniers sont disposés dans leurs logements respectifs, chacun d'eux exerce un effort de l'ordre de 2000 daN sur la cloison, effort qui provoque le cisaillement de cette dernière. La résultante de ces trois forces suivant l'axe du projectile s'exerce ensuite sur la bague 10 et provoque le cisaillement de la coupelle 6 et des entretoises 9 (dimensionnées pour n'exercer qu'une résistance de l'ordre d'une centaine de daN qui est suffisante pour assurer une tenue aux chocs et aux No rupture of the partitions occurs in the absence of the pistons. When these are arranged in their respective housing, each of them exerts a force of about 2000 daN on the partition, an effort that causes the shear of the latter. The resultant of these three forces along the axis of the projectile is then exerted on the ring 10 and causes the shearing of the cup 6 and the spacers 9 (sized to exert only a resistance of the order of a hundred daN which is sufficient to ensure shock and
vibrations en cours de manutention ou de stockage). vibrations during handling or storage).
Il est facile d'adapter le dispositif selon l'invention à des conditions de tir différentes en jouant sur les valeurs de D, d, et e, les surcoûts éventuels seront négligeables en It is easy to adapt the device according to the invention to different shooting conditions by varying the values of D, d and e, the possible additional costs will be negligible in
raison de la grande simplicité du dispositif. because of the great simplicity of the device.
Il est possible également de prévoir un autre moyen d'étanchéité entre le piston et le système de sécurité et d'armement après perforation de la cloison, en remplaçant par exemple la troisième partie cylindrique 21 par une partie conique (conicité de l'ordre de 3) entre les parties cylindriques 19 et 20 du piston, cette partie conique viendra coopérer avec le trou perforé par la partie 20 dans It is also possible to provide another sealing means between the piston and the security and arming system after perforation of the partition, for example by replacing the third cylindrical portion 21 by a conical portion (conicity of the order of 3) between the cylindrical portions 19 and 20 of the piston, this conical portion will cooperate with the hole perforated by the portion 20 in
la cloison 17.the partition 17.
Du point de vue de l'intégration du dispositif selon l'invention dans un projectile, on peut noter que: Grâce à la bague intermédiaire 10, la position du doigt par rapport aux pistons 18 est indifférente, et une indexation du SA relativement aux pistons est inutile. On peut donc recourir à une liaison simplifiée, par exemple par From the point of view of the integration of the device according to the invention into a projectile, it may be noted that: thanks to the intermediate ring 10, the position of the finger relative to the pistons 18 is indifferent, and an indexation of the SA relative to the pistons is useless. It is therefore possible to resort to a simplified connection, for example by
filetage, entre le corps 1 et l'empennage 3. threading, between the body 1 and the empennage 3.
Il est possible de jouer sur l'inclinaison relative des pistons 18 et de la bague 10, ce qui offre de multiples It is possible to play on the relative inclination of the pistons 18 and the ring 10, which offers multiple
possibilités d'implantation des pistons dans l'empennage 3. Piston installation possibilities in the empennage 3.
Enfin, on peut utiliser le dispositif selon l'invention Finally, it is possible to use the device according to the invention
pour un SA implanté dans un projectile girant. for an SA implanted in a gyrating projectile.
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