FR3092660A1 - Fusee pour un projectile destine a etre tire par un canon - Google Patents

Abstract

L’invention a pour objet une fusée (11) pour un projectile destiné à être tiré par un canon par l’allumage d’une charge propulsive par un inflammateur électrique (6). Cette fusée (11) pouvant passer d’une position de sécurité à une position armée consécutivement au tir par la levée d’au moins deux sécurités différentes. Cette fusée (11) est caractérisée en ce qu’elle comporte un condensateur (20) qui est destiné à être raccordé à l’inflammateur électrique (6) et qui se charge lors de l’allumage de la charge propulsive, la charge du condensateur (20) constituant une première sécurité de tir. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2

Description

Fusée pour un projectile destiné à être tiré par un canon.

Le domaine technique de l'invention est celui des fusées pour projectiles destinés à être tiré par un canon.

Les projectiles tirés par un canon sont associés à une charge propulsive qui, une fois allumée, engendre des gaz propulsifs dont la pression permet le tir du projectile.

Ces projectiles peuvent être sous la forme de munitions encartouchées, dans lesquelles le projectile est solidaire d’une douille qui renferme la charge propulsive et qui porte un inflammateur pour cette charge.

Ces projectiles peuvent également être indépendants de la charge propulsive qui ne leur est associée qu’au moment du tir, par exemple pour un tir par mortier.

Dans tous les cas, les projectiles sont équipés d’une fusée qui commande la mise à feu d’une charge explosive ou d’une charge pyrotechnique, à un moment donné sur trajectoire, ou à l’impact sur une cible. La fusée comporte de façon classique un dispositif de sécurité et d’armement qui garantit la sécurité du tir.

Depuis de nombreuses années les normes militaires (et en particulier la norme OTAN Stanag n°4187) imposent que les dispositifs de sécurité et d’armement ne puissent être libérés que consécutivement à la détection de deux évènements différents associés au tir.

Une telle préconisation conduit à un niveau de sécurité élevé puisque la libération d’une seule sécurité ne suffit pas à armer la fusée.

Il est classique lorsqu’on définit des projectiles tirés par un canon à tube rayé de détecter, d’une part l’accélération de tir, et d’autre part l’accélération de rotation communiquée par le canon.

La tenue de ces exigences est plus difficile lorsque les projectiles sont tirés par des canons à tube lisse, par exemple les canons de char ou les tubes de mortiers lisses.

Si la détection de l’accélération de tir peut toujours être effectuée, le niveau peu élevé de la rotation de ces projectiles ne permet pas de s’appuyer de façon fiable sur un tel évènement.

Ainsi le brevet US6951161 propose d’associer à la détection de l’accélération de tir le comptage d’un certain nombre de rotations du projectile dans une fenêtre temporelle donnée. Une telle solution impose la mise en place d’un capteur de rotation, par exemple magnétique, ce qui complique la définition de la fusée.

La demande de brevet US2008/0210115 décrit un dispositif de sécurité dans lequel le deuxième évènement associé au tir est constitué par une mesure de la pression ou de la température au niveau de l’ogive du projectile. Une telle solution est également complexe et coûteuse à mettre en œuvre.

On connaît enfin par le brevet FR2633385 un dispositif dans lequel on détecte la pression des gaz dans la chambre de l’arme par des pistons qui perforent une paroi du projectile pour libérer une sécurité. Ce dispositif est également complexe et peut conduire à des pertes d’étanchéité entre le projectile et la chambre de l’arme.

C’est le but de l’invention que de proposer une fusée permettant de détecter de façon simple et peu coûteuse un évènement associé au tir qui soit distinct de la seule accélération axiale due au tir.

Ainsi la fusée selon l’invention est particulièrement bien adaptée à la définition de fusées pour des projectiles et munitions pouvant être tirés par des tubes lisses.

L’invention a également pour objet une munition équipée d’une telle fusée et un procédé d’armement d’une telle fusée.

Ainsi l’invention a pour objet une fusée pour un projectile destiné à être tiré par un canon par l’allumage d’une charge propulsive par un moyen d’allumage électrique, tel un inflammateur électrique, fusée pouvant passer d’une position de sécurité à une position armée, consécutivement au tir, par la levée d’au moins deux sécurités différentes, fusée caractérisée en ce qu’elle comporte un condensateur qui est destiné à être raccordé au moyen d’allumage électrique de la charge propulsive et qui se charge lors de l’allumage de celle-ci, la charge du condensateur constituant une première sécurité de tir.

La fusée peut comporter un calculateur qui détecte la charge du condensateur pour permettre l’armement de la fusée lorsque cette charge est supérieure ou égale à une valeur de référence.

La fusée peut comporter un générateur électrique qui est amorcé par inertie lors du tir.

La fusée peut comporter un capteur inertiel qui est relié au calculateur et qui constitue une deuxième sécurité de tir.

La fusée peut comporter un pont diviseur entre le moyen d’allumage électrique et le condensateur.

L’invention a également pour objet une munition qui est destinée à être tirée par un canon et comportant un projectile et une charge propulsive équipée d’un inflammateur électrique fixé à un culot, le projectile portant une fusée selon les caractéristiques précédentes et une liaison filaire reliant la fusée à l’inflammateur.

Avantageusement, la munition peut comporter un pont diviseur entre le moyen d’allumage électrique et le condensateur, pont diviseur qui est logé dans le culot.

L’invention a aussi pour objet un procédé d’armement d’une fusée équipant un projectile lors d’un tir par un canon, procédé dans lequel le tir est reconnu par la détection d’au moins deux évènements différents associés habituellement à un tir, la combinaison des deux évènements permettant d’armer la fusée, procédé caractérisé par les étapes suivantes :
- on charge un condensateur de la fusée à partir d’un signal de mise à feu d’une charge propulsive,
- on utilise la charge du condensateur comme un premier évènement associé au tir et permettant l’armement de la fusée.

Avantageusement on pourra utiliser l’accélération de tir comme deuxième évènement associé au tir et permettant l’armement de la fusée

Avantageusement, on met en œuvre dans ce procédé un générateur électrique qui est amorcé par inertie lors du tir, la mise en fonction du générateur assurant l’alimentation électrique de la fusée.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels :

est une vue schématique en coupe longitudinale partielle d’une munition selon l’invention ;

est une représentation simplifiée d’une fusée selon l’invention ;

montre un exemple de réalisation d’une fusée selon l’invention.

En se reportant à la figure 1, une munition 1 selon l’invention est destinée à être tirée par un canon (non représenté), par exemple un canon de calibre supérieur ou égal à 40mm, tel un canon de char de 120mm.

Cette munition 1 comporte un projectile 2 et une charge propulsive 3, sous la forme de grains de poudre, et qui est logée dans une douille 4, par exemple combustible. D’une façon classique, la douille 4 est obturée à sa partie arrière par un culot métallique 5 qui porte une garniture annulaire d’étanchéité 5a. Le culot 5 comporte un alésage axial qui reçoit un moyen d’allumage électrique 6 (tel un inflammateur), solidaire d’un tube allumeur 7.

Des culots équipés de tubes allumeurs sont bien connus de l’Homme du Métier. On pourra par exemple se reporter aux brevets EP2108916 et EP1258695 qui décrivent des culots obturateurs fixés à des douilles combustibles et au brevet EP1106959 qui décrit un tube allumeur.

Le projectile 2 est fixé à la douille 4 au niveau d’une pièce de liaison avant 8 et il est équipé d’une ceinture d’étanchéité 9. Le brevet EP307307 décrit un exemple de pièce de liaison entre un projectile et une douille combustible.

Le projectile 2 porte à sa partie arrière un empennage déployable 10, monté pivotant sur des axes solidaires d’une queue d’empennage 11.

Le projectile 2 est par exemple un projectile explosif dont le corps métallique renferme un matériau explosif (non représenté). Le matériau explosif est susceptible d’être initié par une fusée 11 (représentée en pointillés) qui se loge dans un culot 2a du projectile 2.

Conformément à une caractéristique de l’invention, la fusée 11 est reliée à l’inflammateur 6 (ou plus précisément au contact électrique alimentant l’inflammateur 6) par une liaison filaire 12. La liaison filaire 12 pourra par exemple être colée sur la paroi interne de la douille combustible 4.

La fusée 11 pourra par ailleurs être une fusée programmable. On pourra donc associer la liaison filaire 12 reliée à l’inflammateur 6 avec une autre liaison filaire (non visible figure 1) qui sera raccordée à un plot de contact du culot permettant d’introduire des signaux de programmation de la fusée 11 avant tir.

La figure 2 montre de façon schématique la fusée 11 du projectile 2.

La fusée 11 comprend un dispositif de sécurité et d’armement 13 qui porte ici un détonateur 14 solidaire d’un volet mobile 15.

Le détonateur 14 est destiné à venir initier le chargement explosif 16 qui est logé dans le corps du projectile 2.

Ce dispositif de sécurité et d’armement 13 n’est pas représenté en détails car de tels dispositifs sont bien connus. Le volet mobile 15 (en rotation ou en translation) permet de désaligner le détonateur 14 et le chargement explosif 16 (ou plus précisément de désaligner le détonateur 14 et un orifice 17 permettant le passage de l’onde de détonation et qui lui permet d’attaquer le chargement explosif 16).

Le dispositif de sécurité et d’armement 13 passe d’une position de sécurité (dans laquelle le détonateur 14 ne peut pas initier le chargement explosif 16) à une position armée dans laquelle le détonateur 14 est effectivement aligné avec l’orifice 17, et peut donc provoquer la détonation du chargement explosif 16.

Ce passage de la position de sécurité à la position armée ne peut se faire que par la levée d’au moins deux sécurités différentes, levée qui intervient consécutivement au tir de la munition 1.

La fusée 11 comprend ainsi un calculateur 18 qui est destiné à commander le passage du dispositif de sécurité et d’armement 13 à sa position armée. Le calculateur 18 est réalisé par exemple sous la forme d’un microprocesseur qui est alimenté en énergie par un générateur électrique 19.

On a par ailleurs représenté sur la figure 2 une liaison filaire 21 qui relie le calculateur 18 à un contact de programmation solidaire du culot 5. Cette liaison filaire est destinée à introduire dans une mémoire du calculateur 18 une valeur de programmation, par exemple de chronométrie de mise à feu.

Le générateur électrique 19 est avantageusement un générateur qui est amorcé par inertie lors du tir, par exemple une pile amorçable.

De tels générateurs sont bien connus (voir par exemple les brevets US7504177, DE50115732 et US9647276). Ils comprennent un électrolyte qui est contenu dans une ampoule brisée par les efforts d’inertie lors du tir. L’électrolyte se positionne ainsi entre les électrodes de la batterie qui peut alors délivrer un courant.

On pourra aussi avantageusement utiliser une pile thermique comprenant une composition pyrotechnique qui est amorcée par un percuteur libéré par l’accélération de tir. De telles piles thermiques sont également bien connues, par exemple par les brevets : EP2573850, WO2017069787, US5458995 et US10062910.

Conformément à l’invention la fusée comporte un condensateur 20 qui est relié par la liaison filaire 12 à un moyen d’allumage électrique de la charge propulsive, ici l’inflammateur 6.

Concrètement le condensateur 20 est monté en parallèle avec l’inflammateur 6 et c’est une partie du courant de mise à feu de l’initiateur 6 qui est ainsi déviée vers le condensateur 20 qui ne se charge donc qu’au moment du tir effectif du projectile 2. Pour limiter l’intensité du courant véhiculé par la liaison filaire 12 on pourra prévoir un diviseur de tension qui sera logé au voisinage de l’initiateur 6. Cette solution sera décrite par la suite.

Bien sûr la figure 2 est très schématique et une borne du condensateur 20 est reliée au pôle d’alimentation de l’inflammateur 6 tandis que l’autre borne du condensateur 20 est à la masse électrique de l’arme. Cette mise à la masse est faite par le biais du culot obturateur 5 (comme pour l’inflammateur) et la liaison filaire 12 est alors une liaison bifilaire. La mise à la masse peut aussi être faite par le corps du projectile 2 qui est en contact avec le tube de l’arme (et la liaison filaire 12 peut être alors monofilaire).

Le condensateur 20 est relié au calculateur 18 qui peut ainsi détecter l’état chargé ou non du condensateur 20.

Le calculateur 18 n’est par ailleurs pas alimenté en énergie avant le tir puisque c’est l’activation du générateur électrique 19 par l’accélération du tir qui lui fournit du courant.

Une fois activé, le calculateur 18 va mesurer le niveau de charge du condensateur 20, par exemple par comparaison avec une valeur de référence mise en mémoire, ou plus simplement par basculement d’un relais statique dont le niveau de basculement (valeur de référence) est paramétré par un circuit électronique (incorporé à la fusée 11) à un niveau correspondant au courant de décharge minimum du condensateur 20 qui est attendu.

Le procédé d’armement d’une fusée selon l’invention comporte ainsi les deux étapes suivantes :

- on charge un condensateur de la fusée à partir d’un signal de mise à feu d’une charge propulsive,

- on utilise la charge du condensateur comme un premier évènement associé au tir et permettant l’armement de la fusée.

C’est donc le niveau de charge suffisant du condensateur 20 qui constitue la première sécurité de tir de la fusée 11. Si ce niveau est insuffisant, cela signifie qu’il n’y a pas eu d’allumage d’une charge propulsive.

Le calculateur 18 ne commande pas alors l’armement du dispositif de sécurité et d’armement 13 et la mise en détonation de la charge explosive 16 ne peut pas intervenir.

La deuxième sécurité de tir est constituée par un capteur inertiel (tel un accéléromètre 22) qui détecte l’accélération de tir. L’accéléromètre 22 est relié au calculateur 18 qui comporte un module logique vérifiant la présence des deux évènements ce qui libère le dispositif de sécurité et d’armement 13 de la fusée 11.

Le dispositif de sécurité et d’armement 13 de la fusée 11 ne peut donc passer d’une position de sécurité à une position armée que suite à la levée de deux sécurités différentes : la détection du courant d’inflammation de la charge propulsive et la détection de l’accélération longitudinale de tir.

Même un choc violent qui pourrait être détecté par l’accéléromètre 22, ne peut armer le dispositif de sécurité et d’armement 13 puisque le courant d’allumage de la charge propulsive est absent.

Même un long feu lors de l’allumage de la charge propulsive ne peut armer le dispositif de sécurité et d’armement 13 puisque, l’accélération de tir n’est pas apparue.

Un allumage accidentel de la charge propulsive, par exemple suite à un incendie, ne peut non plus lever la sécurité d’armement puisque le courant électrique destiné à l’inflammateur 6 est alors absent et n’a pas pu charger le condensateur 20.

On définit donc grâce à l’invention une fusée 11 répondant aux exigences de sécurité les plus fortes sans qu’il ne soit nécessaire de doter le dispositif de sécurité et d’armement d’un verrou inertiel supplémentaire.

A titre de variante, il est bien entendu possible d’associer le condensateur 20 à un verrou inertiel mécanique immobilisant le volet 15 du dispositif de sécurité et d’armement 13. Ce verrou inertiel formera la deuxième sécurité.

Bien entendu, si le condensateur 20 est fonctionnellement rattaché à la fusée 11, il peut structurellement être disposé en dehors de la fusée, par exemple dans un logement spécifique du corps de projectile 2.

Avantageusement le calculateur 18 de la fusée 11 constituera lui-même le dispositif de sécurité et d’armement, sans qu’il ne soit nécessaire de prévoir un volet mobile 15.

Il suffit pour cela de mettre en œuvre un détonateur 14 du type à élément projeté (plus connu sous le terme anglo-saxon de « Slapper »). Ces détonateurs sont relativement insensibles et ne peuvent être activés que par une haute tension et par ailleurs ils délivrent suffisamment d’énergie pour initier un explosif secondaire, donc dont la sensibilité est également réduite. Il est donc possible (et autorisé par les organismes de normalisation) d’utiliser un slapper sans volet mécanique assurant un désalignement de chaîne pyrotechnique, mais à la condition de disposer de deux sécurités de tir indépendantes contrôlant le fonctionnement de la fusée.

La sécurité de mise à feu est alors assurée par la fusée 11 elle-même qui ne peut commander le slapper qu’après la levée des deux sécurités de tir.

La figure 3 montre un exemple de réalisation d’une fusée 11 selon l’invention et incorporant un détonateur 14 à couche projetée.

Comme précisé précédemment la liaison filaire 12 est reliée à l’initiateur 6 par un pont diviseur de tension 23 qui comporte deux résistances R₁et R₂. Ainsi d’une façon classique, la tension u véhiculée par la liaison filaire 12 est réduite par rapport à la tension U de mise à feu de l’inflammateur 6. On a u =U R₂/(R₁+R₂).

Le pont diviseur 23, même s’il fait fonctionnellement partie de la fusée 11, est structurellement disposé au niveau du culot 5. Ainsi le courant passant dans la liaison filaire 12 est réduit.

Il serait bien entendu possible de loger le pont diviseur 23 dans le projectile, mais ceci n’a pas d’avantages pratiques car le courant circulant dans la liaison filaire 12 serait le même que celui de la mise à feu, ce qui peut poser des problèmes d’isolation et de sécurité de tir.

Le condensateur 20 est alimenté au travers d’une résistance de charge R₃, une autre résistance R₄est montée en parallèle entre les bornes du condensateur 20. La résistance R₄a pour but de permettre la décharge du condensateur 20, après détection de son état chargé par le calculateur 18, lors du vol du projectile. Elle permet ainsi d’évacuer les charges parasites pouvant perturber le fonctionnement de la fusée. R₃et le condensateur 20 forment en effet un filtre passe-bas permettant d’éliminer les hautes fréquences parasites

La mise à feu de l’inflammateur 6 allumant la charge propulsive, provoque donc la charge du condensateur 20.

On voit que la fusée comporte un transistor à effet de champ (MOS) 24 dont le Drain (D) est alimenté par le générateur électrique 19 (quand celui-ci est amorcé). Le condensateur 20 est disposé entre la grille (G) et la Source (S) du transistor 24.

Lorsque le générateur électrique 19 est amorcé il alimente le calculateur 18 (liaison 25) mais il applique également une tension V_DS, par la liaison 26, à un module logique 27 du calculateur 18.

Lorsque le condensateur 20 est chargé à une tension u qui est supérieure à la tension de seuil V_GSdu transistor MOS, (qui constitue donc la valeur de référence de la première sécurité de tir de la fusée 11), le transistor MOS 24 se ferme et le courant venant du générateur 19 s’évacue à la masse 28 par la liaison 29. Il en résulte une tension proche de 0 volts appliquée au module logique 27 du calculateur par la liaison 26. La résistance de charge R₅permet d’éviter une mise en court-circuit du générateur 19.

Ici ce basculement du MOS 24 est considéré comme un passage de 1 à 0. Mais ceci n’a pas d’importance pratique car des composants logiques inverseurs peuvent être mis en œuvre au niveau du module logique 27 pour détecter la combinaison souhaitée.

Si le condensateur 20 n'est pas chargé, c'est qu'aucune mise de feu de la charge propulsive n'a été détectée. Le transistor MOS 24 reste alors ouvert et la tension V_DSest égale à la tension du générateur électrique 19, soit un niveau logique 1. Cet état logique 1 indique au module logique 27 que la sécurité n'est pas levée, la fusée 11 n’est pas armée et l’initiation du détonateur Slapper 14 est impossible.

Par ailleurs le module logique 27 détecte l’accélération de tir vue par l’accéléromètre 22.

Les composants et les câblages logiques sont choisis de telle sorte que seule la conjonction de la présence d’une accélération de tir et d’une charge du condensateur 20 permet d’activer le fonctionnement de la fusée 18, et en particulier d’un module 30 de gestion de la mise à feu du détonateur slapper 14.

La fusée 11, et plus particulièrement le module de gestion de la mise à feu 30, reçoit par ailleurs comme décrit précédemment, la liaison filaire 21 permettant la programmation du mode de fonctionnement souhaité pour la fusée.

On voit donc que la première sécurité de tir selon l’invention utilise une information de nature électrique qui est stockée dans la fusée 11 avant que cette dernière ne puisse fonctionner, le générateur électrique 19 n’étant pas encore opérationnel. La chronologie d’un tir est cependant suffisamment rapide pour que l’information ainsi stockée soit lisible par la fusée lorsqu’elle peut fonctionner. La décharge du condensateur 20 n’intervient que progressivement, au travers de la résistance R4, après levée de la sécurité.

L’invention est plus particulièrement adaptée aux munitions tirées par un tube d’arme lisse. Il est clair cependant qu’elle peut tout à fait être mise en œuvre avec une munition tirée par un tube rayé. L’évènement de tir associé à l’allumage de la charge propulsive pourra alors indifféremment être combiné avec une accélération axiale du projectile ou une accélération de rotation.

Claims (10)

1. Fusée (11) pour un projectile destiné à être tiré par un canon par l’allumage d’une charge propulsive (3) par un moyen d’allumage électrique, tel un inflammateur électrique (6), fusée (11) pouvant passer d’une position de sécurité à une position armée, consécutivement au tir, par la levée d’au moins deux sécurités différentes, fusée caractérisée en ce qu ’elle comporte un condensateur (20) qui est destiné à être raccordé au moyen d’allumage électrique (6) de la charge propulsive (3) et qui se charge lors de l’allumage de celle-ci, la charge du condensateur (20) constituant une première sécurité de tir.
2. Fusée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comporte un calculateur (18) qui détecte la charge du condensateur (20) pour permettre l’armement de la fusée (11) lorsque cette charge est supérieure ou égale à une valeur de référence.
3. Fusée selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle comporte un générateur électrique (19) qui est amorcé par inertie lors du tir.
4. Fusée selon la revendication 2, caractérisée en ce qu’elle comporte un capteur inertiel (22) qui est relié au calculateur (18) et qui constitue une deuxième sécurité de tir.
5. Fusée selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’elle comporte un pont diviseur (23) entre le moyen d’allumage électrique (6) et le condensateur (20).
6. Munition (1) destinée à être tirée par un canon et comportant un projectile (2) et une charge propulsive (3) équipée d’un moyen d’allumage électrique (6), tel un inflammateur électrique (6), fixé à un culot (5), le projectile (1) portant une fusée (11) selon une des revendications 1 à 5, une liaison filaire (12) reliant la fusée (11) à l’inflammateur (6).
7. Munition selon la revendication 6, caractérisée en ce qu’elle comporte un pont diviseur (23) entre le moyen d’allumage électrique (6) et le condensateur (20), pont diviseur (23) qui est logé dans le culot (5).
8. Procédé d’armement d’une fusée (11) équipant un projectile (1) lors d’un tir par un canon, procédé dans lequel le tir est reconnu par la détection d’au moins deux évènements différents associés habituellement à un tir, la combinaison des deux évènements permettant d’armer la fusée (11), procédé caractérisé par les étapes suivantes :
   - on charge un condensateur (20) de la fusée (11) à partir d’un signal de mise à feu d’une charge propulsive (3),
   - on utilise la charge du condensateur (20) comme un premier évènement associé au tir et permettant l’armement de la fusée (11).
9. Procédé d’armement d’une fusée selon la revendication 8, procédé dans lequel on utilise l’accélération de tir comme deuxième évènement associé au tir et permettant l’armement de la fusée (11).
10. Procédé d’armement d’une fusée selon une des revendications 8 ou 9, procédé dans lequel on met en œuvre un générateur électrique (19) qui est amorcé par inertie lors du tir, la mise en fonction du générateur (19) assurant l’alimentation électrique de la fusée (11).