EP0412897A1 - Lanceur à deux étages comportant un systÀ¨me de propulsion pyrotechnique et un dispositif d'allumage électrique - Google Patents
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- F42B5/105—Cartridges, i.e. cases with charge and missile with self-propelled bullet propelled by two propulsive charges, the rearwardly situated one being separated from the rest of the projectile during flight or in the barrel; Projectiles with self-ejecting cartridge cases
Definitions
- the invention relates to an electro-thermal two-stage launcher making it possible to achieve very high launching speeds of a projectile.
- An electro-thermal launcher of known type that is to say with a single launch stage, comprises an electrically conductive tube, an electrode extending through the closure cover of the rear of the tube and opening into it. tube, the electrode being separated from the cover by an insulating joint at potential differences of a few tens of kilovolts.
- An electrical circuit connects the electrode to the tube; it consists of a switch and a charged capacitor. When the switch closes, the capacitor discharges and an electric spark appears between the tube and the electrode opening into the latter. This spark detonates an explosive charge which is located near the cover and which sets a projectile in motion.
- the speed that can be imparted to projectiles with such a launcher is limited under penalty of destroying the tube and the closure cover thereof. This speed is between 2 and 4 km / s in practice.
- the invention makes it possible to avoid these drawbacks by combining a projectile of particular constitution and an electro-thermal launcher adapted to this projectile.
- This launcher includes: - a first electrically conductive tube having an internal wall called the first internal wall, a first device for igniting a first explosive charge placed in the first tube, - a projectile, and it is characterized in that it further comprises: a second electrically conductive tube having an internal wall called the second internal wall and extending the first internal wall, - an electrically insulating sheath separating the two tubes, the projectile also being composed of a rear part, a front part and an envelope joining the rear part and the front part and containing a second explosive charge, the projectile being overall electrically conductive and long enough to occupy a firing position in which it is in contact with the first internal wall by its rear part and in contact with the second internal wall by its front part, and - a second device for igniting the second explosive charge, which includes electrical circuits to create a difference in electrical potential between the two tubes, identify that the projectile occupies the ignition position and then produce the explosion of the second explosive charge by passage of electric current between the rear and front parts
- the projectile can be notched with longitudinal grooves on its lateral surface.
- the second firing device may include an electrical circuit composed of a switch and a charged capacitor and connecting the two tubes as well as another circuit also connecting the two tubes and capable of producing a closing signal of the switch when the two tubes are short-circuited by the projectile.
- the launcher comprises a first electrically conductive tube 1 having an internal wall called the first internal wall 3 which is cylindrical.
- One end of the tube 1 is provided with a closure cover 2 which is bolted to it.
- the cover 2 is bored in its center to leave sufficient space for an electrode 4 which passes right through it and which is separated from it by an electrically insulating seal 5; one end 6 of the electrode 4 opens into the first tube 1.
- the other end 7 of the electrode 4 is electrically isolated from the external surface of the first tube 1 and connected by means of an electrical line 8 to a terminal of a first capacitor 9, the other terminal of which is connected to the first tube 1 via a first switch 10.
- the assembly of the line 8, the first switch 10 and the first capacitor 9 constitutes a first firing device 11.
- a first explosive charge 12 is found in the first tube 1 near the first end 6 of the electrode 4.
- the section of the first tube 1 is bevelled, that is to say that, opposite to the cover 2, its outer wall 13 becomes conical and its thickness becomes increasingly thin.
- This conical outer wall 13 is covered with an electrically insulating sheath 14 in the form of a conical sleeve, itself covered by a conical inner surface 15 of a second electrically conductive tube 16 which has a cylindrical internal wall 17 which is called the second wall internal, which is an extension of the first wall internal 3 and which has the same diameter as the latter.
- the first and second tubes 1 and 16 are electrically insulated from each other in normal times by the insulating sleeve 14 and are joined by an electrical firing assembly 20 which comprises a first electrical circuit formed by a second switch 21 and a second capacitor 22 arranged in series on the same line 23 connecting the first and second tubes 1 and 16; the second switch 21 is located between the second capacitor 22 and the second tube 16.
- the electrical assembly 20 further comprises: (a) a second electrical circuit formed by a first electrical resistance 24 whose terminals are respectively connected to the terminals of the second switch 21, (b) on a line 25 connecting the second tube 16 to the first tube 1, a second resistor 26 and a third capacitor 27 mounted in parallel, then a third resistor 28 in series and (c) an output line 29 beginning between the second and third resistors 26 and 28 and supplying an amplifier stage 30 whose output controls the switch 21.
- the projectile 40 comprises a rear part 41 on the side of the cover 2 and a front part 42.
- the rear and front parts 41 and 42 are electrically conductive and connected to each other by a cylindrical envelope 43 of electrically insulating material which contains a second explosive charge 44
- the length of the cylindrical envelope 43 is sufficient so that, in a position shown in FIG. 1, the rear part 41 is in contact with the first tube 1 and the front part 42 with the second tube 16.
- the projectile 40 can be provided laterally with longitudinal grooves 45, the section of which preferably is decreases from back to front.
- This arrangement makes it possible to avoid crushing the cylindrical envelope 43 during the explosion of the first charge 12: the overpressure then enters the longitudinal grooves 45 and produces centripetal radial forces on the cylindrical envelope 43 and consolidates it. -with respect to the longitudinal forces produced by this overpressure via the rear part 41.
- the section of the splines 45 makes it possible to adjust the pressure drops.
- the optimal radial pressure on the cylindrical casing 43 is equal to half of the longitudinal pressure exerted on the rear part 41.
- the section of the splines 45 shrinks forward - in order to avoid too much of the explosion energy of the first charge 12 being lost - and that the splines 45 are replaced , at the level of the envelope 43, by a continuous annular clearance between this envelope 43 and the internal walls 3 and 17, which makes it possible to obtain a good circumferential distribution of the radial pressures.
- FIG. 2 represents a slightly different design of the launcher according to the invention.
- the first tube referenced here 101 and the second tube referenced here 116 are not bevelled but joined end to end and connected by means of an electrically insulating sleeve or sleeve 114 of general biconical shape, that is to say the thickness of which increases when one goes towards the respective internal walls 103 and 117 of the tubes 101 and 116.
- the insulating sleeve 14 or 114 defines between the internal walls 3 and 17 (or 103 and 117) a separation interval longer than the front part 42 of the projectile 40 and substantially the length of the cylindrical envelope 43.
- the tubes 1 and 16 are assembled by force fitting; in that of FIG. 2, the tubes 101 and 116 are provided with a clamping system produced for example by means of two flanges 120 and 121 on either side of the insulating sheath 114 and joined by insulating bolts 122.
- the launching of the projectile 40 (FIG. 1), first of all in contact with the first charge 12, takes place as follows.
- the firing is triggered in a manner known per se when the first switch 10 is closed: the first capacitor 9, charged beforehand, discharges and a spark is created between the electrode 4 and the first tube 1, which detonates the first charge 12.
- the projectile 40 is then propelled forward and quickly arrives at the position shown in FIG. 1, where its rear part 41 faces the first tube 3 and the front part 42 faces the second tube 17.
- the projectile 40 achieves then a short circuit between the first and second tubes 1 and 16, which are at slightly different potentials, of a few tens of volts.
- the electrical assembly 20 makes it possible to take part of the potential difference of the second capacitor 22, previously charged, to apply it between the first and second tubes 16.
- a signal characterized by an increase in step and an exponential decrease traverses the output line 29 and, after amplification by the amplifier stage 30, makes it possible to close the second switch 21 in an extremely short time.
- the second capacitor 22 then discharges, which causes a spark between the rear 41 and front 42 parts of the projectile 40: the second charge 44 is fired.
- the cylindrical envelope 43 is then torn and the front part 42 projected at an increased speed.
- the final speed may be several times higher than that obtained on the first launch stage.
- a favorable case is moreover that for which the rear parts 41 and front 42 have the same mass, which makes it possible, with a second load 44 of appropriate size, to finally cancel the kinetic energy of the rear part 41.
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Abstract
Description
- L'invention a trait à un lanceur électro-thermique à deux étages permettant d'atteindre des vitesses de lancement très élevées d'un projectile.
- Un lanceur électro-thermique de type connu, c'est-à-dire à un seul étage de lancement, comprend un tube conducteur électrique, une électrode s'étendant à travers le couvercle de fermeture de l'arrière du tube et débouchant dans ce tube, l'électrode étant séparée du couvercle par un joint isolant à des différences de potentiel de quelques dizaines de kilovolts. Un circuit électrique relie l'électrode au tube ; il se compose d'un interrupteur et d'un condensateur chargé. Quand l'interrupteur se ferme, le condensateur se décharge et une étincelle électrique apparaît entre le tube et l'électrode débouchant dans ce dernier. Cette étincelle provoque la détonation d'une charge explosive qui est située près du couvercle et qui met en mouvement un projectile.
- La vitesse que l'on peut imprimer aux projectiles avec un tel lanceur est limitée sous peine de détruire le tube et le couvercle de fermeture de celui-ci. Cette vitesse est comprise entre 2 et 4 km/s en pratique.
- D'autres lanceurs électro-thermiques sont connus par les documents suivants :
- (1) - article de R.L. BURTON et al. intitulé "EMET Technololy for rail launchers", comptes rendus de "3rd symposium on electromagnetic Launch technology", 21-24 avril 1986, Austin Texas E.U.A.
- (2) - article intitulé "Plasma -pulse-accelerator", de Jürgen G.H. SALGE et al., Institut Für Hochspannungstechnik, Technische Universität Braunschweig R.F.A. et de Wolfram WITT, Rheinmetal GmbH, Düsseldorf R.F.A.
- (3) - communication de M. GUILLEMOT, A. NICOLAS et M. ROCHE, intitulée "Projectile launching by an electrothermal gun" et présentée au "4th Symposium on electromagnetic launch technology, Austin, U.S.A., 19-21 avril 1988.
- On connaît également des lanceurs de types divers à plusieurs étages de propulsion, mais l'efficacité des étages supplémentaires est limitée à cause de l'incertitude de la position du projectile dans le tube de tels lanceurs à un instant donné. Les capteurs ordinaires présentent un temps de réponse relativement long et leur fonctionnement est perturbé à cause de l'onde de choc dans les gaz qui précèdent le projectile. Il n'est donc pas possible de faire exploser les charges supplémentaires au moment voulu, si bien qu'une grande partie de leur énergie est perdue et qu'on ne peut accroître nettement la vitesse du projectile.
- L'invention permet d'éviter ces inconvénients par combinaison d'un projectile de constitution particulière et d'un lanceur électro-thermique adapté à ce projectile.
- Ce lanceur comprend :
- un premier tube électriquement conducteur ayant une paroi interne appelée première paroi interne,
- un premier dispositif de mise à feu d'une première charge explosive disposée dans le premier tube,
- un projectile,
et il est caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- un second tube électriquement conducteur ayant une paroi interne appelée seconde paroi interne et prolongeant la première paroi interne,
- une gaine électriquement isolante séparant les deux tubes, le projectile étant par ailleurs composé d'une partie arrière, d'une partie avant et d'une enveloppe joignant la partie arrière et la partie avant et renfermant une seconde charge explosive, le projectile étant globalement conducteur électrique et suffisamment long pour occuper une position de mise à feu dans laquelle il est en contact avec la première paroi interne par sa partie arrière et en contact avec la seconde paroi interne par sa partie avant, et
- un second dispositif de mise à feu de la seconde charge explosive, qui comprend des circuits électriques pour créer une différence de potentiel électrique entre les deux tubes, repérer que le projectile occupe la position de mise à feu et produire alors l'explosion de la seconde charge explosive par passage de courant électrique entre les parties arrière et avant du projectile. - Le projectile peut être entaillé de cannelures longitudinales sur sa surface latérale.
- Le second dispositif de mise à feu peut comprendre un circuit électrique composé d'un interrupteur et d'un condensateur chargé et reliant les deux tubes ainsi qu'un autre circuit reliant également les deux tubes et capable de produire un signal de fermeture de l'interrupteur quand les deux tubes sont mis en court-circuit par le projectile.
- La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- - la figure 1 représente un mode de réalisation particulier de l'invention,
- - la figure 2 représente partiellement un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention, et
- - la figure 3 représente une réalisation possible du projectile.
- On se reporte tout d'abord à la figure 1. Le lanceur comprend un premier tube électriquement conducteur 1 ayant une paroi interne appelée première paroi interne 3 qui est cylindrique. Une extrémité du tube 1 est munie d'un couvercle de fermeture 2 qui lui est boulonné. Le couvercle 2 est alésé en son centre pour laisser un espace suffisant pour une électrode 4 qui le traverse de part en part et qui en est séparée par un joint électriquement isolant 5 ; une extrémité 6 de l'électrode 4 débouche dans le premier tube 1.
- L'autre extrémité 7 de l'électrode 4 est électriquement isolée de la surface extérieure du premier tube 1 et reliée au moyen d'une ligne électrique 8 à une borne d'un premier condensateur 9 dont l'autre borne est raccordée au premier tube 1 par l'intermédiaire d'un premier interrupteur 10.
- L'ensemble de la ligne 8, du premier interrupteur 10 et du premier condensateur 9 constitue un premier dispositif de mise à feu 11. Une première charge explosive 12 se trouve dans le premier tube 1 à proximité de la première extrémité 6 de l'électrode 4.
- La section du premier tube 1 est biseautée, c'est-à-dire que, à l'opposé du couvercle 2, sa paroi extérieure 13 devient conique et son épaisseur devient de plus en plus faible. Cette paroi extérieure conique 13 est recouverte d'une gaine électriquement isolante 14 en forme de manchon conique, elle-même recouverte par une surface intérieure conique 15 d'un second tube électriquement conducteur 16 qui a une paroi interne cylindrique 17 qui est appelée seconde paroi interne, qui est dans le prolongement de la première paroi interne 3 et qui a même diamètre que cette dernière.
- Les premier et second tubes 1 et 16 sont électriquement isolés l'un de l'autre en temps normal par le manchon isolant 14 et sont joints par un ensemble électrique 20 de mise à feu qui comprend un premier circuit électrique formé d'un second interrupteur 21 et d'un second condensateur 22 disposés en série sur une même ligne 23 reliant les premier et second tubes 1 et 16 ; le second interrupteur 21 est situé entre le second condensateur 22 et le second tube 16. L'ensemble électrique 20 comprend encore : (a) un second circuit électrique formé d'une première résistance électrique 24 dont les bornes sont respectivement reliées aux bornes du second interrupteur 21, (b) sur une ligne 25 reliant le second tube 16 au premier tube 1, une deuxième résistance 26 et un troisième condensateur 27 montés en parallèle, puis une troisième résistance 28 en série et(c) une ligne de sortie 29 commençant entre les deuxième et troisième résistances 26 et 28 et alimentant un étage amplificateur 30 dont la sortie commande l'interrupteur 21.
- Le projectile 40 comprend une partie arrière 41 du côté du couvercle 2 et une partie avant 42. Les parties arrière et avant 41 et 42 sont électriquement conductrices et reliées entre elles par une enveloppe cylindrique 43 en matière électriquement isolante qui renferme une seconde charge explosive 44. La longueur de l'enveloppe cylindrique 43 est suffisante pour que, dans une position représentée sur la figure 1, la partie arrière 41 soit en contact avec le premier tube 1 et la partie avant 42 avec le second tube 16.
- Comme le montre la figure 3, le projectile 40 peut être pourvu latéralement de cannelures longitudinales 45 dont, de préférence, la section décroît d'arrière en avant. Cette disposition permet d'éviter d'écraser l'enveloppe cylindrique 43 lors de l'explosion de la première charge 12 : la surpression pénètre alors dans les cannelures longitudinales 45 et produit des efforts radiaux centripètes sur l'enveloppe cylindrique 43 et la consolide vis-à-vis des efforts longitudinaux produits par cette surpression par l'intermédiaire de la partie arrière 41. La section des cannelures 45 permet de régler les pertes de charge.
- On considère que la pression radiale optimale sur l'enveloppe cylindrique 43 est égale à la moitié de la pression longitudinale qui s'exerce sur la partie arrière 41.
- Il est préférable que la section des cannelures 45 s'amenuise vers l'avant - afin d'éviter qu'une partie trop considérable de l'énergie d'explosion de la première charge 12 ne soit perdue - et que les cannelures 45 soient remplacées, au niveau de l'enveloppe 43, par un jeu annulaire continu entre cette enveloppe 43 et les parois internes 3 et 17, ce qui permet d'obtenir une bonne répartition circonférentielle des pressions radiales.
- La figure 2 représente une conception un peu différente du lanceur selon l'invention. La différence provient de ce que, dans ce cas, le premier tube référencé ici 101 et le second tube référencé ici 116 ne sont pas biseautés mais joints bout à bout et reliés par l'intermédiaire d'une gai ne ou manchon électriquement isolant 114 de forme générale biconique, c'est-à-dire dont l'épaisseur augmente quand on se dirige vers les parois internes 103 et 117 respectives des tubes 101 et 116. A cet endroit, comme d'ailleurs pour la figure 1, le manchon isolant 14 ou 114 délimite entre les parois internes 3 et 17 (ou 103 et 117) un intervalle de séparation plus long que la partie avant 42 du projectile 40 et sensiblement de la longueur de l'enveloppe cylindrique 43.
- Dans la configuration de la figure 1, les tubes 1 et 16 sont assemblés par un emmanchement à force ; dans celle de la figure 2, les tubes 101 et 116 sont pourvus d'un système de bridage réalisé par exemple au moyen de deux collerettes 120 et 121 de part et d'autre de la gaine isolante 114 et réunis par des boulons isolants 122.
- Le lancement du projectile 40 (figure 1), tout d'abord en contact avec la première charge 12, se déroule comme suit. La mise à feu est déclenchée de façon connue en soi quand le premier interrupteur 10 est fermé : le premier condensateur 9, chargé au préalable, se décharge et une étincelle se crée entre l'électrode 4 et le premier tube 1, qui fait détoner la première charge 12. Le projectile 40 est alors propulsé en avant et arrive rapidement à la position représentée figure 1, où sa partie arrière 41 est en face du premier tube 3 et la partie avant 42 en face du second tube 17. Le projectile 40 réalise alors un court-circuit entre les premier et second tubes 1 et 16, qui sont à des potentiels légèrement différents, de quelques dizaines de volts. En effet, l'ensemble électrique 20 permet de prélever une partie de la différence de potentiel du second condensateur 22, préalablement chargé, pour l'appliquer entre les premier et second tubes 16. Quand le court-circuit se produit, un signal caractérisé par une montée en échelon et une décroissance exponentielle parcourt la ligne de sortie 29 et, après amplification par l'étage amplificateur 30, permet de fermer le second interrupteur 21 en un temps extrêmement bref. Le second condensateur 22 se décharge alors, ce qui provoque une étincelle entre les parties arrière 41 et avant 42 du projectile 40 : la seconde charge 44 est mise à feu. L'enveloppe cylindrique 43 est alors déchirée et la partie avant 42 projetée à une vitesse accrue. La vitesse finale peut être plusieurs fois supérieure à celle obtenue au premier étage de lancement. Un cas favorable est par ailleurs celui pour lequel les parties arrière 41 et avant 42 ont la même masse, ce qui permet avec une seconde charge 44 de taille appropriée, d'annuler finalement l'énergie cinétique de la partie arrière 41.
Claims (7)
- un premier tube (1, 101) électriquement conducteur ayant une paroi interne appelée première paroi interne (3, 103),
- un premier dispositif de mise à feu (11) d'une première charge explosive (12) disposée dans le premier tube,
- un projectile (40),
caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- un second tube électriquement conducteur (16, 116) ayant une paroi interne appelée seconde paroi interne (17, 117) et prolongeant la première paroi interne (3, 103),
- une gaine électriquement isolante (14, 114) séparant les deux tubes, le projectile (40) étant par ailleurs composé d'une partie arrière (41), d'une partie avant (42) et d'une enveloppe (43) joignant la partie arrière et la partie avant et renfermant une seconde charge explosive (44), le projectile étant globalement conducteur électrique et suffisamment long pour occuper une position de mise à feu dans laquelle il est en contact avec la première paroi interne (3, 103) par sa partie arrière (41) et en contact avec la seconde paroi interne (17, 117) par sa partie avant (42), et
- un second dispositif de mise à feu (20) de la seconde charge explosive (44), qui comprend des circuits électriques pour créer une différence de potentiel électrique entre les deux tubes, repérer que le projectile (40) occupe la position de mise à feu et produire alors l'explosion de la seconde charge explosive (44) par passage de courant électrique entre les parties arrière (41) et avant (42) du projectile.
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