FR2652643A1 - Projectile a effet cinetique stabilise par ailettes. - Google Patents
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Abstract
Le Projectile comportante un corps de projectile dont le rapport longueur/diamètre est supérieur à dix, qui peut être lancé au moyen d'une cage de propulsion segmentée, largable, à partir d'une arme à tube de gros calibre et qui, pendant l'accélération dans le tube d'arme et pendant le vol du projectile, est soumis à des flexions alternées entraînant un risque de rupture, du fait de son important degré d'élancement. Le corps de projectile (12) comporte au moins trois baguettes de stabilisation (20) étroites, s'étendant dans la direction longitudinale, en vue d'accroître sa résistance à la flexion sur sa surface extérieure.
Description
i 2652643 La présente invention concerne un projectile à eeffet cinétique
stabilisé par des ailettes, comportant un corps de projectile dont le rapport longueur/diamètre est supérieur à dix, qui peut être lancé au moyen d'une cage de propulsion segmentée, largable, à partir d'une arme à tube de gros calibre et qui, pendant l'accélération dans le tube d'arme et pendant le vol du projectile, est soumis à des flexions alternées entraînant un risque de rupture, du fait de
son important degré d'élancement.
Le lancement de projectiles à effet cinétique élancés, en forme de barreaux, pose des problèmes de plus en plus graves au fur et à mesure que la longueur et l'élancement des pénétrateurs augmentent. En particulier, le comportement aux oscillations propres des projectiles allongés en forme de barreaux dont le rapport longueur/diamètre est supérieur à 10, est considéré comme critique. Les fréquences propres en rotation et flexion les plus faibles des pénétrateurs élancés diminuent dans les gammes de fréquence dans lesquelles se produisent des excitations dues à des écarts initiaux, à des défaillances lors du détachement de la cage de propulsion ainsi qu'à des excitations pendant la phase de vol. Ces excitations à basse fréquence conduisent à des oscillations transversales du barreau, pendant la phase de vol, qui ne peuvent plus être suffisamment retardées, amorties ni compensées par le barreau élancé. Ces oscillations peuvent s'accroître par résonance, ce qui peut d'une part réduire fortement la puissance balistique en phase finale du pénétrateur et même conduire à sa défaillance
ou à sa rupture avant que la cible ne soit atteinte.
Dans les projectiles à effet cinétique ou pénétrateurs connus, le problème du comportement aux
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oscillations propres, par suite de la présence d'une rigidité inhérente des pénétrateurs relativement trapus ou de corps de projectiles courts (L/D inférieur â 10)
n'est pas pris en compte.
L'invention se propose donc d'indiquer, pour des projectiles à effet cinétique présentant un grand degré d'élancement, des moyens propres à garantir une grande rigidité inhérente, y compris pendant la phase de vol, qui augmentent d'une part les fréquences propres du pénétrateur et diminuent d'autre part le
risque de déformations.
Ce but est atteint avec le projectile suivant l'invention en ce que le corps de projectile comporte au moins trois baguettes de stabilisation étroites, s'étendant dans la direction longitudinale, en vue d'accroître sa résistance à la flexion sur sa surface extérieure. En plaçant des baguettes de stabilisation allongées sur le corps de projectile, on assure une bonne possibilité de lancement et un comportement stable en vol des pénétrateurs très élancés. Le barreau du pénétrateur est pourvu dans ce cas, sur une partie de sa longueur ou sur toute sa longueur, de baguettes de stabilisation allongées qui sont placées d'une part
sur le pénétrateur lui-même ou sur un manchon emboîté.
L'important moment d'inertie géométrique des baguettes de stabilisation confère au barreau du pénétrateur une grande rigidité d'ensemble sur toute la longueur du p9nétrateur et garantit aussi une tendance moindre aux
excitations d'oscillations.
Le pénétrateur peut avoir une forme quelconque et un degré d'élancement quelconque. Le raidissement du corps de projectile est essentiellement
assuré par les baguettes de stabilisation rapportées.
Un barreau de pénétrateur avec pointe de projectile massive et puissantes et corps de projectile se rétrécissant vers l'arrière, est particuliêre avantageux. Cette variante présente non seulement des
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avantages aérodynamiques, mais 8galement balistiques en phase finale, Le diamètre des ailettes d'empennage peut en outre être élargi jusqu'à celui du plein calibre, de sorte que les ailettes d'empennage servent d'étais et d'léments de guidage et contribuent ainsi à stabiliser de très longs pénétrateurs, pendant la phase d'accSlration dans le tube, La transmission au pén&trateur des forces des gaz qui se forment, s'effectue à l'aide de cages de propulsion classiques. Le nombre des segments des cages de propulsion est fonction du nombre des baguettes de stabilisation rapportéeso On peut imaginer trois, quatre baguettes de stabilisation ou plus qui assurent le raidissement du barreau de pSntrateur et le guidage aCrodynamique du corps de projectile. Pour les baguettes de stabilisation existantes, on prévoit des découpes correspondantes dans la cage de propulsion, de preference dans les plans de division des segments de la cage de propulsion, Pour transmettre les forces d'accélération dans le tube, depuis la cage de propulsion jusqu'au barreau de pénCtrateur, on peut recourir au pSnStrateur lui-même, au moyen de filetages ou de cannelures annulaires usuels, ainsi qu'aux baguettes de stabilisation rapportSes, Si l'on utilise un manchon supplémentaire en acier, sur le noyau en tungstène, fragile à la rupture, du corps de projectile, il faut assurer la liaison par force entre le manchon et le pSntrateur. Un barreau de péntrateur se rétrécissant coniquement est dans ce cas particulièrement avantageux. Dans ce cas, la majeure partie des forces d'accélération peut être transmise, par exemple, par friction, Il faut en outre faire en sorte que la liaison par force s'effectue le plus loin possible vers l'avant, entre le manchon et le p6ntrateur. Avec ce procède, la liaison peut à nouveau être supprimée le plus rapidement possible, pendant la
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pénétration des plaques de la cible et le pénétrateur
peut se séparer du manchon qui l'entoure.
Les avantages particuliers du projectile à effet cinétique suivant l'invention sont très nets en vol libre. Les fréquences propres des barreaux de péngtrateur usuels diminuent en même temps qu'augmente le degré d'élancement ainsi qu'en particulier quand augmente la longueur du barreau. La tendance des barreaux aux excitations à basse fréquence auxquelles le système est soumis, augmente donc très fortement, par exemple lors de l'accélération dans le tube, du fait d'écarts initiaux ou d'excitations pendant la phase de vol. Il s'ensuit des flexions accrues des barres pendant le vol que le pénétrateur ne peut amortir que de manière insatisfaisante, Du fait de l'excitation continue des barreaux dans leurs fréquences propres critiques, les oscillations continuent de s'accroître par résonance, ce qui peut conduire à des déformations plastiques et même à une
rupture du matériau.
Pour augmenter la rigidité du pénétrateur qui accroît les fréquences propres critiques et réduit la déformabilité et augmente les forces de rappel, on place suivant l'invention des baguettes de stabilisation allongées, le long du pénétrateur. On augmente ainsi la rigidité du système en même temps qu'on stabilise le comportement en vol du barreau de pénétrateur. Pour déplacer vers l'arrière le point d'attaque de la pression, le diamètre de la partie arrière des baguettes de stabilisation, se présentant sous la forme d'ailettes d'empennage, peut s'élargir vers l'arrière. La distance séparant le point de pression du centre de gravité du système augmente donc et il s'établit un comportement en vol plus stable. Des baguettes de stabilisation réalisées d'une seule pièce avec des ailettes d'empennage formées à l'arrière,
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peuvent avoir une hauteur d'ailette constante ou une hauteur d'ailette augmentant vers l'arrière4 Une tête de penetrateur massive avec rétrcissement à l'arrière conduit en outre à déplacer le centre de gravité vers l'avant et à augmenter la distance séparant le point d'attaque de lVair, du centre de gravité et donc à stabiliser davantage le système. Un diamètre d'ailette plus grand assure aussi un moment d'inertie géométrique total constant ou supérieur, dans le cas d'une section transversale de pêntrateur se retrcissant4 On peut considérer que la fréquence propre la plus basse est une forme d'état critique. L'oscillation maximum se forme généralement au milieu du barreau de pnetrateuro Il faut donc veiller à ce qu'en cet endroit précisément de la flèche maximale, le système présente une rigidité à la flexion suffisante, par une longueur et une hauteur suffisantes des baguettes de stabilisation4 Le comportement stable en vol du barreau de pntrateur et lanc& suivant l'invention présente aussi des avantages essentiels sur le plan de la balistique en phase finale. Le barreau oscillant à basse fréquence parvient sur la cible, dans une position peu dviêe. Le comportement aux oscillations propres du barreau varie si lentement par rapport au processus de pnetration, que cette variation peut être nglige, On peut donc considérer la position dévie pendant la phase de
pnétration dans la cible, comme pratiquement statique.
Pendant la pénétration des projectiles à effet cinétique en forme de barreaux, il se forme un état hydrodynamique sur le front d'impact dans lequel le matériau du projectile pênetrant, chasse le matériau de
la cible et s'enfouit ainsi en continu dans la cible.
Le processus de p&ntration est maintenu par la pression croissante qui est provoquée par la masse du pênetrateur, suivant à une vitesse non réduite. Plus le
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pélntrateur est long, plus ce processus est maintenu longtemps et plus le p6ngtrateur s'enfonce dans la
cib le.
Dans le cas de déformations ou de flexion du barreau de pênêtrateur et de la déviation latérale qui s'ensuit du matériau de poussêe, il se produit une orientation latérale imparfaite entre le matériau de poussée du pênêtrateur et le blindage de la cible touchée. En outre, par suite du canal de pênétration limite et du matériau refluant du fond du cratère, il peut se produire des frictions et des gênes supplementaires qui peuvent contribuer à réduire lVênergie cinétique du pénêtrateur ou même à le détruire. Pour empêcher ces effets, la stabilisation du
p9ngtrateur est une condition préalable indispensable.
A cet effet, le raidissement du pénêtrateur est assuré, suivant l'invention, par des baguettes de stabilisation rapportées. Les ailettes de plus grand diamètre constituent le seul obstacle pendant la pénétration dans la cible. Au moment de l'impact sur la surface de la cible, celles-ci sont freinées et réduisent ainsi la vitesse de la masse du pénêtrateur enfermé. Les forces qui sont nécessaires au cisaillage des ailettes sont toutefois relativement petites, de sorte qu'elles sont pratiquement négligeables par rapport à l1énergie
cinétique résiduelle du pénétrateur.
Si l'on utilise un manchon sur laquelle sont fixées les baguettes de stabilisations, on peut même supprimer presque totalement les inconvénients cites du cisaillage. En particulier, un barreau de pénétrateur se rétrécissant vers l'arrière, se révèle dans ce cas particulièrement efficace. Au moment de l'impact du système à effet cinétique sur la cible, le manchon est freiné avec les ailettes par la paroi de la cible et le système de stabilisation extérieur du pénêtrateur est simplement enlevéS, de sorte que le pénétrateur peut
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pénétrer seul et sans obstacle dans la cible. La forme se rtrêcissant coniquement confère en outre de petits angles d'oscillation sous lesquels le pntrateur parvient sur la cible. On réduit ainsi les frictions dans le canal d'entrée qui dans le cas d'une forme cylindrique, pourrait conduire à la défaillance du
p n trateur.
La configuration massive de la tête du penétrateur se révèle en outre avantageuse dans le cas d'un impact oblique sur des plaques blindées de la cible ou dans le cas d'une p&netration de cibles réactives qui posent de grandes exigences au pouvoir de cisaillement du pntrateur. Dans ces cas, ce sont surtout les pointes des pnétrateurs qui sont sollicitées 9 la région arrière du pngtrateur sert 3 la poussée du matériau dans le trou de péntration, percé par la pointe; et 3 maintenir le processus hydrodynamique. La encore, la forme du barreau de pntrateur se rétrécissant comporte de grands avantages. La masse v lancer est ainsi utilise de manière optimale. Par rapport à la forme de projectile cylindrique, elle est prolongée coniquement vers l'arrière et assure ainsi au centre de l'opération de pînétration, la poursuite de l'avance du matériau qui
produit certes un trou plus petit, mais plus profond.
En outre, si le diamètre du penétrateur diminue, le matriau qui reflue peut s'évacuer librement et provoque moins d'effets de friction avec le corps de
pntrateur suivant.
Le raidissement suivant l'invention des projectiles à effet cin'tique, au moyen de baguettes de stabilisation extérieures supplémentaires, donne une possibilité avantageuse de réaliser des péntrateurs encore plus longs et plus élancés, d'un rapport longueur/diamètre supérieur à 30, pouvant être lancés de manière à résister au tir et présentant un pouvoir de pénétration dans la cible encore plus grand. Un long ap sdJoo a1 xLp q JnaLJadns G/1 qjoddLe un oaAe ZT aLL4DeCoud ap sdJoo un euassaid Lnb Jnae; J3upd un no sa:aLe sap jed asLLlqeqs anbLguLo qaoa e @LkqoaCoid un au6Lsap 01T ua L 'T 51Jn6LJ et JnS UOL4USAULL AueALnS smnaelSEJuad Sp saLeglaeL sanA saJ4fnehp 4UoS ZT '49 11 'Ol 6 SGJn6LJ SaL
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projectile 12 présente a l'avant une pointe de projectile 14, de diamàtre legrement plus grand, dans la région centrale une zone de concordance de forme 16 usuelle avec filetage ou rainures annulaires pour transmettre les forces d'accélération depuis une cage de propulsion segmentée, largable, au corps de projectile 12 et a lVarriere, un empennage à ailettes 18 usuel. Pour accroître sa résistance a la flexion, le corps de projectile 12 est pourvu suivant l'invention, dans sa région centrale (flèche maximale) dau moins trois baguettes de stabilisation 20 étroites, s'étendant dans la direction longitudinale, à la surface du corps de projectile. Pour obtenir un effet de stabilisation efficace, les baguettes de stabilisation 20 doivent s'étendre au moins sur un
tiers de la longueur totale du corps de projectile.
Dans le cas concret représente, la longueur des baguettes de stabilisation 20 est l&gèrement supérieure à la moitié de la longueur totale du corps
de projectile.
La figure 2 représente dans une vue en coupe transversale un corps de projectile 12 suivant l'invention avec trois baguettes de stabilisation 20 5
on y voit aussi six ailettes 22 de l'empennage 18.
Dans la région centrale du corps de projectile 12 est formée pAriphriquement la zone de concordance de forme 16 dans laquelle on trouve ici trois segments de cage de propulsion 24 avec des
filetages ou rainures annulaires de forme appropriée.
La circonférence correspondant au calibre est représente par la bride avant 26 d'une cage de propulsion usuelle à deux brides. Les segments de cage de propulsion 24 sont des segments de 120 et sont limités chacun latéralement par un plan de séparation 28. Suivant l'invention, on prévoit que chacune des baguettes de stabilisation 20 est exactement placée
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devant une ailette 22 de l'empennage 18, pour des raisons favorables à l'écoulemento Selon la figure 3 on prévoit que les baguettes de stabilisation 20, vues en coupe transversale, ont une base 30 assez large en vue de la fixation sur le corps de projectile 12 et sont pointues vers leurs bords extérieurs 32, c'est-à-dire que l'épaisseur de la tôle des baguettes de stabilisation
diminue de l'intérieur vers l'extérieur.
La figure 4 représente un autre p6ngtrateur suivant l'invention, Dans ce cas, chaque baguette de stabilisation 20 est prolongée vers l'arrière et réalisée d'une seule pièce, de hauteur croissante, sous la forme d'une ailette d'empennage 22. Les baguettes de stabilisation 20 ont un diamètre ou une extension radiale qui augmente lentement mais en continu, depuis la pointe 14 du projectile jusqu'au milieu du corps de projectile 12. A partir du milieu du corps de projectile 12, les baguettes de stabilisation 20 ont un diamètre constant, tandis qu'elles présentent à nouveau une nette augmentation de leur diamètre vers l'arriàre de projectile 34 pour former ainsi des ailettes
d'empennage 22 d'une seule pièce, de grande surface.
La figure 5 représente encore une fois un corps de projectile 12 dans une vue en coupe transversale, mais on prévoit ici quatre baguettes de stabilisation 20, réparties symétriquement sur le pourtour du corps de projectile 12. Les baguettes de stabilisation 20 sont placées et fixées dans ce cas, dans des rainures longitudinales 36, prévues sur la surface extérieure du corps de projectile 12. La fixation des baguettes de stabilisation 20 s'effectue de préférence par soudage ou brasage, Selon un autre exemple de réalisation, représenté sur la figure 6, le corps de projectile 12 comporte un noyau 40 en métal lourd de tungstène, fragile à la rupture et un mince manchon d'acier 38 el gnol ns nuL;uoo ua ugmBne nb ngneM gun no JngBJe aun uo saLLgnb aJlp-e-_sgo S@e@.I2JE"L séJg^ ugss6JeLgS 0 uoL4eSLlqes 2p sg443n6q saL sLem! 5S anbLJpuLlo ugmeLLeL) ugssg emJoó aun Lssn e augsgJd Zl alb)aoeóod ap sdJoo aL 0T gJn6Ló eL ins sagugsgJdgJ 4uoResLleau ap gwJoó ea;ne gun UOLaS À mnLuLmnle ua gldmex@ dad 5 dgBgL Legm ap gSelLLL un SUEp 'S5 aJeJJse eLJed el suep Oú a eueL1 ap no JaLoep gBeLlLe un suep gldmexg Jed saJlneJgdme sgneq xne uesLsgJ neJgem un suep 'OS UeAe a LJed aun suep sagstLLeJ luemIasng6eUeAe gJ ugAnad oz uoLes!L,qes ap sgaenBeq sa-i glLOeaoJd ap Sz sdoo np enbL2puLLXo uo59 el ap ngn6uol el ano ns luapuagaAs gluelsuoo ngBueL ap 50 uoleÉSLlqts ap se)en6eq sal he anbbvJpUbLO)uewgLaLeugssg ewmJoó aun e Zl eLL;3aogvd @p sdJoo el seo aD sued *6 eJn6Ló eL -ns 9ugsgJdevJ sg UOLUeAUL"L UeALnS 0 vJnaeeJgugd 0z unp uoLeSLlevgl ep aLdmaxg aJne ufi eJeJJeB ú sJlngLJgaxe spJoq sJlngl ap g/no;S xneJazeL sJngJgxg spvioq sJnaL ap a939 un Jns tzuepuodsgJJoo zN uLaeJAueqo un _ 8 evJnBó eL Jans 3; ugsgaide eUlmOO ueuasgd Zl glLogóoJd ap sdoo S np oz UO*LeSLLLqes 3p saaen6eq seL uoLesugdmoo ap uoLeoJ aJae69L aun aJLnipoJd Jnod I eLL;Ogóod ap sdJoo np aneLJgxg aeoeCns eL 4!ns enhAgJd G9S eleuLpn;L6uoL enu*Le; aun suep gunoeqo segseJlq uos salla G JLteLn6ueoeJ glesgAasueJ uo Loes 0 aun uo 0z uotXeSlLqes ap seaanBeq saL GZ gJnBLó eL UOLeS aLdmLs uoLesleagJ ap emcee; aun sued osegseJq eoueJgógJd ap e,nsue uos nb uo, esltqes ap saaln6eq sa[ sgeoeld uos sellgnbsgl sluep seuepuodsevJloo SeLeuLpn;LBuol seJnuLeJ ap,Lssne nAJ!nod gJ; ned 8S JeaLoep uoqosuem al 'ueagqoa see a] 'elonp 8g lSLoe^p uoqouEm aL "!ns sapnos luamaeDog,p ueueu*Lm uos 0 UOg, eS,Ll tqEs ap saan6eq se9 *ov!neJaxg úP9Z9Z Tl
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longueur de la région cylindrique du corps de projectile. Dans un autre exemple de réalisation préféré d'un pênêtrateur 10 suivant l'invention, représenté sur la figure 11, le corps de projectile 12 présente, à l'arrière de sa pointe de projectile 14, une forme se rétrécissant coniquement vers l'arrière, commençant éventuellement par une rainure annulaire 44 servant de point de rupture, c'est-.-dire que son diamètre diminue
vers l'arrière.
Un pénétrateur 10 semblable est représenté sur la figure 12. Le corps de projectile 12 en une partie présente, â la suite de la pointe de projectile 14, une forme 48 se retrécissant coniquement vers l'arrière, sur une courte partie de corps de projectile 46 cylindrique, dont la longueur correspond à deux ou quatre fois le diamètre du corps de projectile; dans ce cas les baguettes de stabilisation 20 se présentent en même temps à l'arrière sous la forme d'ailettes
d'empennage 22 de plus grand diamètre.
Les baguettes de stabilisation peuvent être de simples pièces de tôle decoupees, en tale d'acier ou dans un autre matériau indéformable approprié, pour une
fabrication en grande série à un coût avantageux.
Grâce à l'application suivant l'invention de baguettes de stabilisation sur la surface extérieure de projectiles à effet cinétique présentant un degré d'élancement élevé, on garantit une grande rigidité inhérente au corps de projectile, y compris pendant la phase de vol, qui augmente les fréquences propres du
pénétrateur et réduit sa tendance à la déformation.
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út7999
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de hauteur croissante, sous la forme d'une ailette
d'empennage (22).
6. Projectile selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérise en ce qu'on prévoit quatre baguettes de stabilisation (20) réparties symétriquement sur le pourtour du corps de projectile (12).
7. Projectile selon l'une des revendications
i à 6, caractérisé en ce que le corps de projectile (12) présente un noyau (40) en métal lourd fragile à la rupture et un mince manchon (38) extérieur, réalisé dans un matériau plus ductile, par exemple en acier sur
lequel sont fixées les baguettes de stabilisation (20).
8. Projectile selon l'une des revendications
1 à 7, caractérise en ce que les baguettes de stabilisation (20) ont une section transversale rectangulaire et sont fixées chacune dans une rainure longitudinale (36), prévue sur la surface extérieure du
corps de projectile (12).
9. Projectile selon l'une des revendications
1 a 8, caractérisé en ce que les baguettes de stabilisation (20) présentent un chanfrein correspondant (42) sur un coté de leurs bords (32) latéraux ou/et de leurs bords extérieurs arrière, pour
produire une légère rotation de compensation.
10. Projectile selon l'une des revendications
1 à 9, caractérisé en ce que le corps de projectile (12) présente une forme à peu pros cylindrique et en ce que les baguettes de stabilisation (20) sV'étendent, avec une largeur constante, sur toute la longueur de la
région cylindrique du corps de projectile.
11. Projectile selon l'une des revendications
1 a 9, caracterisé en ce que le corps de projectile (12) présente une forme à peu près cylindrique et en ce que les baguettes de stabilisation (20) s'étendent, avec une largeur augmentant vers 1 'arrière, sur toute
2652643
la longueur de la région cylindrique du corps de projectile.
12. Projectile selon l'une des revendications
1 à 9, caractrise en ce que le corps de projectile (12) présente, lvarriere de la pointe de projectile (14), une forme se rêtrcissant coniquement vers l'arrière et commençant éventuellement par une rainure
annulaire (44) servant de point de rupture, cest-a-
dire que le corps de projectile présente un diamètre
diminuant vers lVarrière.
13, Projectile selon lVune des revendications
1 a 12, caractrisê en ce que le corps de projectile 12 en une partie présente une forme (48) se rétrécissant coniquement vers l arrière, la suite de la pointe de projectile (14), sur une courte partie (46) cylindrique dont la longueur est égale a trois ou quatre fois le diamètre de corps de projectile, les baguettes de stabilisation (20) se présentant en même temps à l'arrière sous la forme dvailettes dvempennage,
14. Projectile selon lVune des revendications
1 a 13, caractérisé en ce que les baguettes de stabilisation (20) sont ralisées, dans une partie avant (50), dans un matériau résistant aux hautes temperatures, par exemple dans un alliage dacier ou de titane et dans la partie arrière (52), dans un alliage de métal Ieger, par exemple en aluminniume
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