Empennage pour projectile à énergie cinétique de type flèche

Description

[0001] La présente invention concerne un empennage pour projectile à énergie cinétique de type flèche comprenant un barreau allongé.

[0002] Les projectiles, selon l'état de la technique, sont le plus souvent constitués par des barreaux en matériau lourd tel que par exemple du tungstène, munis d'empennages réalisés en alliage léger ou même en acier.

[0003] La recherche des performances (efficacité terminale, précision, a conduit à optimiser les paramètres de construction tout en adoptant des solutions facilement réalisables en grande série et de prix de revient acceptable voire économique.

[0004] Il est connu, pour ce type de projectile que la stabilité dépend notamment d'un paramètre appelé marge statique qui doit être la plus grande possible ; la marge statique étant la distance entre le centre de gravité et le foyer aérodynamique du projectile.

[0005] Afin d'améliorer la stabilité de ces projectiles dans le but d'accroître leur précision, des efforts particuliers ont été réalisés au niveau des études des empennages. On a cherché, plus particulièrement à utiliser des matériaux de densité inférieure à celle de l'acier et des alliages légers de façon à reporter au maximum vers l'avant du projectile la position du centre de gravité, tout en tenant compte des contraintes liées à l'environnement très sévère d'une chambre d'arme lors du départ du coup. En effet, pour tirer ces projectiles à vitesse initiale très élevée, les pressions développées dans la chambre sont de l'ordre de 4000 bars, les températures avoisinent les 3000°K et les accélérations longitudinales sont de l'ordre de 50 000 g.

[0006] Un premier inconvénient présenté par les empennages en alliage léger d'aluminium est leur mauvaise tenue au cours de la phase de balis­tique extérieure lorsque la vitesse initiale dépasse 1650 m/s et que la distance parcourue excède 2500 mètres.

[0007] Les efforts aérodynamiques s'exerçant sur l'empennage provo­quent en effet une importante érosion de celui-ci nuisible à la stabilité du projectile à grande distance. Ainsi, il n'est pas possible de tirer à des distances supérieures à 2500 m avec un empennage en alliage léger. Seuls les empennages aciers résistent à cette érosion, mais au détriment de la marge statique et de la tenue mécanique pendant la phase de lancement.

[0008] Un deuxième inconvénient, attaché aux empennages réalisés aussi bien en alliage léger qu'en acier, est la perturbation que celui-ci occasionne au barreau comme suite à l'impact du projectile sur une plaque de blindage multicouches. Il a été constaté que lors d'un tel impact les sollicitations transversales auxquelles est soumis l'empennage se trans­mettent au barreau et provoquent sa rupture diminuant ainsi l'efficacité de celui-ci et la profondeur de pénétration dans la cible.

[0009] Le but de l'invention est de proposer un empennage stabilisa­teur ayant une masse la plus faible possible et permettant ainsi d'assurer une portée importante au projectile, tout en étant capable de résister à l'érosion sur trajectoire.

[0010] C'est un autre but de l'invention que de proposer un empennage qui ne s'oppose pas à la pénétration d'une cible par le projectile et qui permet ainsi un accroissement notable des performances de perforation.

[0011] Enfin, l'empennage proposé par l'invention est d'une grande facilité de construction et d'un coût de fabrication peu élevé.

[0012] L'invention concerne donc un empennage pour projectile à énergie cinétique de type flèche, comprenant un barreau allongé en matériau lourd, caractérisé en ce qu'il est réalisé en un matériau constitué par une ma­tière plastique comprenant 0% à 60% en masse de renfort et/ou de charge, et en ce que le matériau ainsi réalisé a une température de fusion supé­rieure à 520° K et un coefficient de conductivité thermique inférieur à 0,25 Watt/(mètre x °K).

[0013] Selon une autre caractéristique, la matière plastique est du type plastimère choisi dans le groupe : polyamide 6, polycarbonate, polyéthylène haute densité, polyarylamide, polyimide, polyéthèrimide, polyphénylsulfone, polyamide-imide.

[0014] Selon une autre caractéristique, la charge est choisie dans le groupe : poudre de bronze, oxyde de beryllium, billes de verre.

[0015] Selon une autre caractéristique, le renfort est choisi dans le groupe : fibres de verre, de carbone, de kevlar ou de bore.

[0016] Les matériaux énumérés ci-dessus sont connus de l'homme de l'art pour être des matériaux résistant mal à la chaleur. En effet, un échantillon de plastomère du type polyamide 6 ou polycarbonate placé dans une enceinte maintenue à 3000° K avec une pression de 4000 bars commence effectivement à se ramolir au bout de quelques dizièmes de secondes. De fait, si ces matériaux ont déjà été utilisés sur des pro­jectiles, ils l'ont été pour des projectiles dont la vitesse à la sortie de l'arme ne dépassait pas quelques centaines de mètres par seconde (grenades à fusils, projectile de mortier).

[0017] Toutefois compte tenu de leur facilité de mise en oeuvre et de leur densité relativement faible par rapport aux matériaux utilisés selon l'état de la technique, il était tentant de les utiliser pour réaliser des empennages de projectiles flèches. Des essais ont donc été effectués, avec des craintes quant à la tenue mécanique et thermique au coup de canon, mais en étant conscient du fait qu'en cas de succès, cette invention apporterait de nombreux avantages tant sur le plan technolo­gique qu'économique. Après tir, on a constaté l'excellent comportement des projectiles que ce soit au niveau de la balistique intérieure, de la balistique extérieure ou terminale, remettant en cause les préjugés précédemment établis.

[0018] En particulier, on a constaté une amélioration notable des performances de perforation sur cibles multiples, ainsi qu'une quasi absence d'érosion sur trajectoire pour un projectile équipé d'un tel empennage.

[0019] Un autre avantage de cette invention tient au fait que la diminution de la masse de l'empennage permet de diminuer les efforts de traction dans le barreau et améliore sa tenue mécanique. D'autre part, à masse de sous-projectile égale, un empennage en matière plas­tique plus léger permet de reporter l'écart de masse sur la partie utile (barreau) ce qui contribue à améliorer les performances de per­foration.

[0020] A titre d'illustration, les matières plastiques suivantes ont été utilisées avec succès :

[0021] Dans cette série d'exemples les pourcentages ont été exprimés en masse :

EXEMPLE 1 :

[0022] 80% de polycarbonate
20% de fibres de verre
densité : 1,35

EXEMPLE 2 :

[0023] 50% de polyarylamide
50% de fibres de verre
densité : 1,65

EXEMPLE 3 :

[0024] Polyamide 6
30% de fibres de verre

[0025] De manière plus précise, on peut comparer les performances d'un projectile flèche équipé d'un empennage acier avec un projectile flèche de même masse équipé d'un empennage en polyamide 6 renforcé de 30% en masse en fibres de verre (fibres de quelques mm de longueur).

[0026] Ces deux projectiles ont été tirés avec la même vitesse initiale sur des cibles multiples, constituées par plusieurs plaques de blindages parallèles. Il a été constaté que le barreau équipé d'un empennage plas­tique permettait d'obtenir, par rapport au barreau à empennage acier, un gain de performances de près de 25% sur la masse surfacique apparente perforée.

[0027] Cette amélioration s'explique par le fait que l'empennage plastique se trouve détruit à l'impact sur la cible; la destruction demandant peu d'énergie, le choc qu'elle occasionne au barreau est faible et ne provoque pas de dislocation de ce dernier. La cohésion du barreau étant conservée, l'énergie surfacique disponible au niveau de sa tête reste importante même avec plusieurs plaques de blindages en parallèle.

[0028] De plus, la diminution de la masse de l'empennage permet d'ac­croître la marge statique de l'ordre de 25%, par déport vers l'avant du centre de gravité du projectile. Il s'ensuit une augmentation de sta­bilité et donc de portée.

[0029] Un barreau équipé d'un empennage plastique du type polyamide 6 renforcé de 30% en masse en fibres de verre a pu être tiré à une dis­tance de 3500 m; alors qu'un barreau de même masse toujours, mais avec un empennage en aluminium, n'a pu dépasser 2500 m.

[0030] La mauvaise performance liée à l'empennage aluminium est due à l'érosion sur trajectoire de ce dernier. On a pu constater, pour un empen­nage plastique chargé de fibres de verre, que le liant plastique s'erode superficiellement pour laisser apparaître la fibre de verre et qu'ensuite l'érosion est stoppée car le verre joue le rôle d'écran thermique. Des résultats analogues seront obtenus avec des empennages réalisés dans des matériaux présentant une température de fusion supérieure à 520° K ainsi qu'un coefficient de conductivité thermique faible (inféririeur à 0,25 Watt/(mètre x °K). Avec de tels matériaux l'échauffement super­ficiel de l'empennage ne peut provoquer sa fusion. Ainsi, d'autres charges ou renforts (tels de fibre de carbone ou de "Kevlar") permet­tant d'abaisser le coefficient de conductivité thermique pourront être adoptés. On peut également choisir une matière plastique du type thermodurcissable chargée ou non.

[0031] Enfin la facilité de mise en oeuvre de ces matériaux, par exemple par surmoulage de l'empennage sur la partie arrière du barreau contribue à la diminution du prix de revient du projec­tile en éliminant l'usinage et le montage de l'empennage.

Revendications

1 - Empennage pour projectile à énergie cinétique du type flèche com­prenant un barreau allongé en matériau lourd, caractérisé en ce qu'il est réalisé en un matériau constitué par une matière plas­tiquu comprenant 0% à 60% en masse de renfort et/ou de charge, et en ce que le matériau ainsi réalisé a une température de fusion supérieure à 520° K et un coefficient de conductivité thermique inférieur à 0,25 W/(m x °K).

2 - Empennage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière plastique est du type plastomère choisie dans le groupe : polyamide 6, polycarbonate, polyéthylène haute densité, poly­arylamide, polyimide, polyéthèrimide, polyphénylsulfone, polyamide-imide.

3 - Empennage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la charge est choisie dans le groupe : poudre de bronze, oxyde de beryllium, billes de verre.

4 - Empennage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le renfort est choisi dans le groupe : fibres de verre, de carbone, de kevlar ou de bore.

5 - Empennage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est constitué par du polyamide 6 chargé de 30% en masse de fibres de verre.

6 - Empennage selon l'une des revendications 1à 4, caractérisé en ce qu'il est constitué par du polyarylamide chargé de 50% en masse de fibres de verre.