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Le demandeur a démontré que, dans les canons, pour obtenir le maximum d'efficacité, il fa.llait:
Qu'à partir du début de la combustion, et jusqu'au point de pres- sion maximum, la vitesse de libération de l'énergie fournie par la com- bustion de la charge soit décroissante, puis, que cette vitesse varie à peu près dans le même rapport que la vitesse du projectile se déplaçant dans l'âme du canon.
On peut accroître la vitesse de libération de l'énergie en obte- nant que, pendant la combustion de la poudre, se produise une augmentation du potentiel de celle-ci. Toutefois, cette augmentation ne peut être qu' assez limitée.
Pour bénéficier de l'accroissement de potentiel de la poudre, il est nécessaire que la "surface d'émission" des gaz reste constante, comme cela est obtenu approximativement avec les poudres tubulaires formées de morceaux assez longs.
Pour obtenir une amélioration marquée des résultats balistiques, l'utilisation d'éléments de poudre à potentiel variable pourra être sur- tout un moyen permettant d'accroître fortement la "surface d'émission" pendant la combustion de la charge de poudre.
Les poudres à potentiel croissant, mais à surface d'émission for- tement, décroissante, par exemple les poudres en paillettes, ou en grains sphériqueb, sont à éliminer pour la combustion effectuée après le point de pression maximum.
Pour une poudre à potentiel croissant, en grains sphériques, de rayon initial r, la surface d'émission n'est plus, après combustion d'une épaisseur radiale e, qu'une fraction (r - e) 2 de la surface initiale. r
Si, par l'accroissement du potentiel, et par celui consécutif de la vitesse de combustion, on arrive, par exemple, à quadrupler la vitesse de libération de l'énergie, ce résultat est entièrement annulé après combustion de la moitié de l'épaisseur radiale.
Avec les poudres en grains sphériques, la surface d'émission et la vitesse de libération de l'énergie tendent, de façon continue, vers une valeur nulle, qu'elles atteignent à la fin de la combustion.
Le potentiel maximum pouvant être obtenu avec des poudres colloidales correspond pratiquement aux poudres contenant environ 50% de nitroglycérine. Cette Leneur ne sera admissible que si des dispositions appropriées permettent de limiter l'érosion considérable des canons, résultant de l'emploi de poudres à très hautes températures de combustion.
Le potentiel minimum d'une poudre à potentiel croissant devra être assez inférieur à celui de la poudre usuelle à la nitrocellulose, si l'on veut, en accentuant l'écart entre le maximum et le minimum de potentiel, augmenter la progressivité de la poudre.
Selon la présente invention, on obtient pour une poudre tubulaire, à la nitrocellulose ou à la nitroglycérine, au moins à partir de l'une des deux surfaces principales de combustion, et une certaine épaisseur radiale une diminution du potentiel de la poudre, par l'un des procédés suivants: a - en dénitrant plus ou moins complètement la poudre. b - en lui faisant absorber un liquide, préférablement mais non obligatoirement incombustible, liquide dont la dissociation pendant la combustion de la poudre devra, autant que possible, ne dégager que des produits gazeux.
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L'absorption, par la paroi intéressé, du liquide utilisé ne de- vra être réalisable que sous certaines conditions physiques, par exemple en produisant une élévation de température.
L'absorption sera limitée à la profondeur désirée en annulant l'action physique utilisée. c- en faisant obsorber à la poudre un corps, dissociable en pro- duits gazeux par la chaleur, ce corps dissous dans un liquide, dont la pénétration sera limitée. Le liquide solvant sera ensuite plus ou moins complètement éliminé, par dessication de la poudre.
On pourra utiliser, par exemple, une solution aqueuse d'urée, extrêmement soluble dans l'eau, ou une solution dans l'eau, ou dans l'al- cool pur ou hydraté, d'aminoguanidineo
Pendant la combustion des parties "traitées" selon l'invention, la température des gaz émis sera très diminuée.
Ceci résultera directement, dans le cas de la dénitration, de la diminution du taux d'azote nitrique.
Dans le cas d'absorption d'un liquide, ou d'un corps dissous, la chaleur libérée devra échauffer non seulement les gaz provenant de la combustion de la poudre mais également les gaz provenant de la dissocia- tion de ce liquide ou de ce corps. Ces gaz, même s'ils sont combustibles, ne pourront brûler en raison du manque de l'oxygène nécessaire. La tempé- rature de l'ensemble des produits gazeux obtenus pourra, en moyenne, être inférieure de 600 à 1.200 degrés centigrades à la température normale de combustion de la poudre.
On obtiendra, parallèlement à l'amélioration des caractéristiques balistiques, une diminution de l'érosion des canons. Ses causes principa- les, la pression maximum et la température de combustion de la poudre, viennent également intensifier un ensemble d'actions complexes mecano-chi- iniques. L'effet résultant est maximum au début du mouvement du projectile dans l'âme. Il sera très atténué puisqu'à ce moment, et en raison-de la combustion de la partie "traitée" selon l'invention, la température des gaz de la poudre sera très diminuée.
On sait que la formule de la cellulose, laquelle peut être assi- milée à un colloïde correspond à un multiple de C6 H10 O5.
A partir de C6 H10 05 la cellulose apparaît déjà comme un trialcool C6H7 (OH)3 O2 avec lequel, sous l'action de l'acide nitrique, on pourra théori- quement obtenir.
C6 H7 O2 (OH)3 + 3 NO2. OH = C6 H7 O2. O3 (NO2)3 + H2O (1) Pratiquement, il faut opérer en présence d'acide sulfurique pour éviter la dilution de l'acide nitrique par l'eau formée.
En se basant, comme on le fait généralement pour l'étude des poudres, sur le groupement 4 (C6 H10 O5, il parait théoriquement possible d'obtenir au maximum la fixation de 12 radicaux NO2, ce qui peut s'écrire C24 H40 O20 + 12 NO3H = C24 H28 (NO2)12 O20 + 12 H2O (2)
On obtient la dodécanitrocellulose, pour laquelle le taux d'a- zote est de 14,14 %.
En pratique courante, on peut fixer de 4 à 11 radicaux N0 sur le groupement 4(C6 H10 O5) ce qui correspond, comme termes extrêmes, à la tétranitrocellulose (6,76% d'azote) et à l'endecanitrocellulose, ( 13,47% d'azote) coton poudre militaire dit CP1, insoluble dans le mélange éther-alcool, mais soluble dans l'éther acétique et l'acétone. Le coton
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poudre militaire, dit CP2, soluble Jans le mélange éther-alcool est l'en-
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néanitrocellulose C 24 Hji \N02) OU a ,11,9 j d-lazote).
Les éthers nitriques, comme tous les éthers salins, sont des composés ayant une certaine instabilité et pouvant, en présence d'une base, régénérer l'alcool initial. Avec la soude, par exemple, et la nitrocellulose correspondant au taux maximum d'azote, on peut écrire théoriquement
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C6 H7 0 o U ,N02)3 + 3 Na OH = C6 H7 0 \OH)3 + 1V03 Na
En présence d'acides dilués, on peut obtenir également une hydro- lyse, avec régénération de l'acide nitrique et de la cellulose, selon une réaction inverse de celle réversible (1).
Par une traitement approprié, le coton nitré pourra être plus ou moins dénitré sur une épaisseur déterminée.
Pour les parties du morceau de poudre correspondant aux surfaces de combustion devant brûler moins vite, ce qui nécessite une diminution du taux d'azote, on transforme donc, selon l'invention, par dénitration plus ou moins complète, sur une épaisseur déterminée, le coton poudre en un composé moins nitré.A la limite, on pourra régénérer la cellulose 4 (C6 H10 O5).
Que l'on veuille utiliser le procédé de dénitration du coton poudre, ou faire absorber à celui-ci un liquide approprié, pouvant contenir un corps dissous, il faut tenir compte des considérations suivantes:
En raison de ses chaînes moléculaires très serrées, même dans sa partie amorphe, le coton poudre sec, n'ayant qu'une faible humidité, et ne contenant plus qu'une proportion réduite de dissolvant, forme un matériau peu propice à la pénétration d'un liquide dont les molécules rencontrent, d'autre part, une barrière potentielle élevée, résultant de l'action de forces internes puissantes.
Toutefois, si les molécules présentent avec celles de la cellulose une certaine affinité chimique, et cela est le cas par exemple pour l'eau, l'intervention de forces d'interaction chimiques permet le cheminement des molécules du liquide. Le gonflement consécutif augmentera le con- tact avec les surfaces internes.
On pourra obtenir qu'une action physique, par exemple une élévation de température, soit indispensable pour rendre possible la pénétration, dans les fibres cellulosiques, du liquide utilisé.
La profondeur de pénétration dans le coton poudre pourra donc être réglée très simplement par la durée de l'action thermique associée à cette pénétration, action suivie d'un refroidissement rapide,
Le "traitement"subi par le "tube" de poudre pourra lui être appliqué :
Soit sur toute sa surface, ou sur ses deux surfaces principales de combustion, pour obtenir une poudre à potentiel initial très réduit, et une diminution maximum de la température initiale des gaz émis.
Soit simplement sur sa face principale extérieure.
Que l'on utilise la dénitration partielle, ou l'absorption d'un liquide auxiliaire, les processus de combustion de la poudre tubulaire obtenue selon l'invention seront très comparables.
Dans le cas, par exemple, d'un tube de poudre ayant été seulement "traité" sur sa face principale extérieure, on pose: d = diamètre intérieur du tube de poudre, e = épaisseur radiale,
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@D = (d + 2e) diamètre extérieur du tube, @e = épaisseur radiale "traitée", k1= rapport entre la vitesse moyenne de combustion de la partie "traitée" et la vitesse de combustion du reste de la poudre. f et f1 "force" de la poudre, et force moyenne de la partie "traitée".
Si la durée de la combustion de l'épaisseur#e "traitée" est égale à la durée de la combustion de l'épaisseur (1 -#) e normale, on aura les relations #e/k1 = e (1 - #) (4) k1 = #/ (1 - 6) (5) # = k1/1 + k1 (6)
Dans le cas d'un tube assez long pour que l'on puisse négliger ses surfaces terminales, et sous pression constante, la vitesse de libéra- tion de l'énergie sera proportionnelle:
Au début de la combustion, à df + D f1 k1 (7) A la moitié de la combustion, à [d = (1 - #)e] f + (D - #e) k1 f1 (8)
Et à la fin de la combustion, à (D - 2 # e) (f + k1 f1) (9)
En admettant, par exemple, un rapport k1 = 0,20 entre la vites- se moyenne de combustion de la partie "traitée" et la vitesse de combustion de la partie normale, ce qui donne = 0,16, d'après l'expression (6).
Avec f= 1,8 f1, d= 0,23, e = 2 et D = d + 2e = 4,25, ou trouve, la vitesse initiale de libération de l'énergie étant V., que cette vitesse deviendra 3,44 Vi à la moitié de la combustion, et 6 Vi à la fin de la combustion.
On remarquera que l'utilisation combinée d'une surface extérieu- re de combustion, à potentiel réduit, et d'une surface intérieure à très fort potentiel, ne se propose pas, en ce cas, d'exploiter une variation ae potentiel en cours de combustion, puisque la valeur de ce potentiel res- te constante, mais d'obtenir un accroissement maximum de la surface d'émis- si on
Pour obtenir des poudres tubulaires n'ayant subi que sur leur face principale extérieure un "traitement Il selon les procédés de l'inven- tion, il suffira d'obturer, à chaque extrémité, des tubes longs, lesquels, après traitement, seront coupés en morceaux de la longueur désirée.
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Dans le cas d'une poudre tubulaire usuelle homogène, d'épaisseur
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e = 0,j ,D - d), le temps de combustion, sous pression constante, est t Ce temps est proportionnel à 0,5e.
Dans le cas, selon l'invention, d'une poudre tubulaire "traitée" seulement sur sa face principale extérieure, on aura généralement, pour l'épaisseur correspondant à la face principale intérieure, non traitée, une poudre forte dont la vitesse de combustion sera y fois celle de la poudre tubulaire usuelle à remplacer.
Sous pression constante, le temps de combustion, égal pour la partie interne non traitée et pour la partie externe traitée, sera t1
Il sera proportionnel à (1 - #)e
Compte tenu de la différence des vitesses de combustion entre la poudre homogène usuelle et la poudre selon l'invention, on aura
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tl = 2 l - ) ,10) t
En substituant à sa valeur résultant de l'expression (6) on peut écrire
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tl -2. 1 - k 1 10 bris). t ¯ Y l l
Pour remplacer une poudre tubulaire homogène d'épaisseur radiale e, par une poudre selon l'invention, on pourra à priori, et sous réerve d'une adaptation expérimentale ultérieure, adopter une épaisseur el = e t/t@ (11) t1
Par exemple, avec y = 3 et k1 = 0,20, on obtient, selon l'expres-
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si on ,la bis), t, = 0,5j t.
On aura donc, selon l'expression (11), el = 1,82 e.
L'augmentation du diamètre extérieur du tube de poudre réalisé selon l'invention accroîtra encore la progressivité de cette poudre.
En raison des variations pénibles, en fabrication industrielle
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de l'épaisaeur ts e "traitée", il faudre,adopter pratiquement une valeur #1 un peu inférieure à celle exacte
On aura donc
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Ù r 1 < 1 + kl kl A la fin de la combustion de l'épaisseur # @e "traitée", il apparattra, concentriquement à la surface interne de combustion, dont le rayon sera devenu d + 2 x), une surface -externe'ayant même potentiel et même vitesse de combustion que'la surface interne.
Le potentiel de la surface extérieure de combustion passant de la valeur f, poudre atténuée) à la valeur f poudre forte), ce qui, parallèlement, augmentera la vitesse de combustion, la vitesse de libération de l'énergie se trouvera fortement augmentée. Elle restera sensiblement con- 0tante jusqu'à la fin de la combustion.
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La valeur limite maximum sera proportionnelle à 2 f (D - 2 # e) (9bis) Avec les données de l'exemple numérique précédent, on trouve une vitesse finale de libération de l'énergie égale à treize fois la vitesse initiale.
On pourra pratiquement obtenir une valeur huit à dix.
On a proposé, pour les poudres tubulaires homogènes, de diamètre respectivement D et d, d'obtenir une surface d'émission croissante en empêchant, par l'application d'une substance incombustible, la surface extérieure de brûler.
La combustion se propage donc radialement du centre vers la périphérie. Pour des tubes assez longs, la surface d'émission des gaz, et par uite la vitesse de libération ae l'énergie, tendent également à croître dans le rapport D d Ce procédé présente l'inconvénient sérieux que la présence du revêtement inhibiteur provoque d'abondantes fumées. D'autres part, l'adhérence de ce revêtement est très souvent insuffisante. Le régime de combustion se trouve alors complètement modifié et les surpressions consécutives peuvent mettre les canons hors de service.
On a vu que, selon les procédés de l'invention, en conservant les deux surfaces principales de combustion d'une poudre tubulaire et en "traitant", sur une épaisseur limitée, seulement la surface principale extérieure, on pourra obtenir, progressivement, pendant la combustion, un considérable accroissement de la vitesse de libération de l'énergie sans être exposé aux graves inconvénients qui viennent d'être signalés.
La progressivité très élevée des poudres tubulaires selon l'invention peut être encore accrue. On peut en effet, l'épaisseur radiale étant e, traiter le tube de poudre sur ses deux surfaces principales de combustion avec une épaisseur de traitement $ le, puis ne traiter que la surface principale extérieure de manière qu'à partir de celle-ci l'épaisseur totale de traitement devienne 0 e > # le.
On pourra obtenir même vitesse finale de libération de l'énergie que dans le cas du tube "traité Il seulement sur sa surface extérieure,tout en diminuant la vitesse initiale.
En conservant le symbolisme déjà adopté, en posant # = n #1, et dans le cas d'un tube assez long pour que l'on puisse négliger les surfaces latérales, on aura la relation k1 # = (12) 1 + k1 - 1/n (1 - k1) Sous pression constante, la vitesse de libération de l'énergie sera proportionnelle: Au début de la combustion, à (d + D) k1 f1 Et, à la fin de la combustion, à (D -2 Se) f + k1 f1) (9).
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@ En conservant les donnéesdu précédent exemple numérique et avec n = #/#1 = 4, ce qui, d'après l'expression (12), conduit à # = 0,20, on trouve qu'à la fin de la combustion, la vitesse de libération de l'énergie sera 7,7 fois la vitesse initiale. Avec un tube "traitée" seulement sur sa face principale extérieure, on avait obtenu la valeur 6. Le gain relatif est donc de 28,8 %.
Selon les procédés de l'invention, on peut également "traiter", sensiblement sur une même épaisseur radiale e, les deux faces principa- les de combustion d'une poudre tubulaire de diamètre respectivement D et d.
Dans le cas d'un tube de poudre assez long, on pourra admettre que la surface d'émission des gaz restera sensiblement constante pendant toute la durée de la combustion de la poudre.
Après combustion des épaisseurs traitées, il restera un tube ho- mogène, non traité, de poudre à potentiel beaucoup plus élevé, ce tube: de diamètre intérieur d + 2 # e et le diamètre extérieur D - 2 se.
La force de la poudre passera de f1 à f.
La vitesse de combustion sera multipliée par ¯ k La vitesse de libération de l'énergie se trouvera donc multipliée par f dont la valeur pourra, par exemple, dans des cas moyens, k1 f1 varier de quatre à huit.
Il sera très intéressant d'employer une telle poudre, en asso- ciation avec une poudre tubulaire progressive réalisée, selon l'invention, en ne "traitant" que la surface principale externe de combustion.
Le changement du régime de combustion de la poudre traitée sur ses deux faces principales ne devra intervenir qu'un peu après le point de pression maximum.
Ce changement du régime de combustion aura pour effet de mainte- nir la pression plus élevée. Aproximativement proportionnelle à la pression, la vitesse de combustion sera par suite augmentée pour les deux types de poudre, selon l'invention, utilisés dans la même charge.
La combustion de la charge de poudre sera terminée plus rapide- ment.
La détente adiabatique des gaz de combustion étant plus complète correspondra à une meilleure utilisation de l'énergie interne de ces gaz.
D'autre part, les gaz arrivant plus refroidis à la bouche du ca- non, le risque de flamme à la bouche se trouvera diminué.
L'amélioration générale du diagramme mécanique pression x volume du canon conduira, sans augmentation de la pression maximum, à une importan- te augmentation de la vitesse initale du projectile.
On pourra encore combiner l'utilisation d'une charge de poudre tubulaire, "traitée" sur ses deux surfaces principales, et d'une charge de poudre "traitée" également sur ses deux surfaces principales, mais ayant ensuite reçu un traitement supplémentaire sur sa surface principale exté- rieurea
Pour certaines applications, il pourra être nécessaire d'utiliser une poudre conservant, pendant toute la durée de la combustion, une tempé- rature très diminuée. En ce cas, le tube de poudre sera "traitée" sur ses
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deux faces principales et sur toute son épaisseur radiale, traitement à "coeur").
On combinera généralement aux charges Je poudres selon l'inven- tion une charge à grains sphériques, traités sur toute leur épaisseur, charge de vivacité telle que sa combustion soit terminée au point de pres- sion maximum. On pourra ainsi obtenir avant celui-ci une diminution de la vitesse de libération de l'énergie.
.au dessin annexé, les figures représentent, en coupe longitudi- nale, et à titre de simple exemple schématique, deux formes possibles de poudre tubulaire réalisée selon l'invention.
La figure 1 se rapporte à une poudre tubulaire "traitée" seule- ment sur sa face principale externe.
La figure 2 se rapporte à une poudre tubulaire "traitée" d'abord sur ses deux faces principales, puis seulement sur sa face principale ex- terne.
Figure 1, le tube de poudre 1, de diamètre respectivement D et d et d'épaisseur radiale e= 0,5 (D-d), a été "traité" sur sa face princi- pale externe 2, de diamètre D.
L'épaisseur radiale de pénétration du "traitement" appliqué à la face externe 2 est # e.
Figure 2, le tube de poudre 1, de diamètre respectivement D et d et d'épaisseur radiale e, a été traité d'abord sur ses deux surfaces principales, avec une épaisseur de traitement e. Un "traitement" supplémentaire, appliqué seulement sur la surface principale extérieure 2, a augmenté de #1e à # e l'épaisseur radiale "traitée".
Les figures n'étant que de simples schémas explicatifs, leurs dimensions relatives sont arbitraires.
Selon les cas et applications, on pourra apporter à l'invention les modifications et les adaptations n'en altérant pas les principes fon- damentaux.
REVENDICATIONS.
1. Poudre colloïdale tubulaire, présentant deux surfaces princi- pales de combustion, caractérisée en ce qu'au moins l'une des deux surfa- ces principales de combustion subit, sur une certaine épaisseur radiale, un traitement diminuant, pour l'épaisseur traitée, le potentiel de la pou- dre, la température de combustion, et par suite la vitesse de combustion de la poudre.