LANCEURS ÉLECTROMAGNÉTIQUES À RAILS ET PROCÉDÉ ASSOCIÉ DE LANCEMENT D'UN PROJECTILE

Description

[0001] La présente invention concerne le domaine des lanceurs électromagnétiques à rails, dont les lanceurs électromagnétiques à rails et plus particulièrement les canons électromagnétiques à rails, pour le lancement de projectiles et, plus particulièrement, un lanceur intégrant un bobinage apte à générer une force de poussée sur un projectile. Pour atteindre les objectifs actuels de vitesse et de masse utile en n'utilisant qu'une paire de rails parallèles, il faut mettre en oeuvre, pour lancer un projectile à vitesse élevée (plus de 3km/s), des courants d'intensité extrêmement élevée : l'impulsion idéale est créée par des courants de 100 kA à 10 MA pendant des durées variant généralement de quelques dixième de ms à quelques dizaines de ms.

[0002] A l'heure actuelle, et en l'absence de sources de courant adéquates, les lanceurs sont alimentés par des condensateurs, donc des sources impulsionnelles de tension. Ces sources sont adaptées à la charge par l'intermédiaire d'un circuit de mise en forme constitué d'une inductance et d'une résistance. Ce circuit de mise en forme est nécessaire pour limiter le pic de courant lors du déclenchement, tout en assurant une montée rapide de celui-ci jusqu'à la valeur assignée.

[0003] La résistance totale du circuit est rendue importante par l'utilisation d'une bobine de forte inductance, donc d'une longueur importante de fil. Le rapport entre l'inductance et la résistance d'une bobine ne dépendant en première approximation que du volume de celle-ci et il est difficile de diminuer la résistance totale du circuit significativement tout en gardant une inductance suffisante et un volume raisonnable.

[0004] La résistance du circuit induit des pertes par effet Joule considérables, le rendement énergétique du système est donc assez faible.

[0005] 3% seulement de l'énergie stockée dans les condensateurs est effectivement transférée au mobile. 90 % de cette énergie est dissipée par effet joule, mais seuls quelques pourcents sont effectivement utilisés utilement par le lanceur. Toutefois, pour les gros lanceurs, un rendement de 30% peut, dans certains cas être obtenu.

[0006] A première vue, la faiblesse du rendement n'est pas un point critique, puisque les énergies mises enjeux ne sont pas très importantes : de quelques dizaines de kJ pour un petit lanceur à quelques MJ pour des lanceurs de grande taille.

[0007] En fait, il s'agit d'un point crucial. En effet, Il n'existe pas de dispositif de stockage capable d'offrir à la fois une grande densité de puissance et une grande densité d'énergie.

[0008] Pour disposer d'une grande puissance, la technologie actuelle offre un stockage à faible énergie volumique. C'est le cas des condensateurs pour l'alimentation du lanceur.

[0009] Le faible rendement introduit donc des pertes énergétiques limitées, mais le coût en volume et en masse est très important. De plus, ces pertes provoquent l'échauffement du lanceur lors des tirs, ce qui complique sa conception et rend difficile l'opération de lancement de projectiles à cadence élevée.

[0010] On connaît par ailleurs des générateurs homopolaires ou synchrones permettant pour leur part d'atteindre des densités de 100MJ/m³ mais qui nécessitent d'utiliser des interrupteurs coupant des courants supérieurs à 1MA donc nécessitant une technologie extrêmement complexe.

[0011] On connaît aussi des alimentations supraconductrices qui possèdent une densité d'énergie élevée, à savoir de l'ordre de 10 MJ/m³, comme celles de type SMES décrite par exemple dans la thèse de Boris Bellin du 29 Septembre 2006 intitulée «CONTRIBUTIONS A L'ETUDE DES BOBINAGES SUPRACONDUCTEURS : LE PROJET DGA DU SMES HTS IMPULSIONNEL ».

[0012] Par ailleurs, pour diminuer la valeur de l'intensité du courant d'alimentation des rails, on connaît le brevet US4796511 qui décrit un canon électromagnétique à rails comportant principalement, comme montré sur la figure 1 :

• deux rails longitudinaux 13 et 14 alimentés en courant en sens inverse par une source homopolaire 34,
• deux électro-aimants dipolaires supraconducteur longitudinaux 26 connectés entre eux à chacune de leurs extrémités par des moyens de liaison supraconducteurs 27 dont l'un d'entre eux est connecté à une interface apte elle-même à être reliée à des moyens électriques de génération d'un courant électrique,

les rails et les électro-aimants étant disposés concentriquement, ces derniers étant isolés thermiquement du reste et refroidis par exemple par de l'hélium liquide.

[0013] Il est en outre indiqué que ces électroaimants présentent les mêmes avantages qu'une bobine supraconductrice.

[0014] Lors du lancement d'un projectile, ce dernier est, par exemple, placé dans un sabot comportant des armatures en contact avec lesdits rails qui lui-même est positionné à l'une des extrémités du canon. Le courant généré par la source 35 est ensuite injecté dans les rails par fermeture de l'interrupteur 35 générant alors une première force de Laplace sur le sabot qui est alors accéléré à l'intérieur du canon. Parallèlement, la circulation d'un courant dans les électroaimants supraconducteur génère une seconde force de Laplace sur le sabot, complémentaire de la première et qui permet d'accroitre l'accélération du projectile à l'intérieur du canon. Ainsi, en plaçant de façon adjacente aux rails des conducteurs ou des bobines qui conduisent le courant dans le même sens que les rails, on peut maintenir l'énergie transférée au projectile tout en réduisant le courant nécessaire fourni aux rails.

[0015] Un tel canon permet, par rapport à un canon n'utilisant que deux rails parallèles, de diminuer l'intensité du courant devant être injecté dans les rails et donc de pouvoir utiliser des sources de courant autres que des condensateurs et d'obtenir des rendements en énergie plus élevés.

[0016] Le but de l'invention est d'accroître encore le rendement énergétique des lanceurs à rails et d'accroître leur compacité et de permettre l'utilisation de composants éprouvés et de technologie simple.

[0017] La solution apportée est un lanceur à rails comportant au moins deux rails longitudinaux connectés à un circuit d'alimentation en courant de ces deux rails, ces rails étant au moins en partie entourés par des moyens supraconducteurs aptes à générer une induction magnétique de direction perpendiculaire au plan formé par les rails et située entre ces derniers lors de la circulation d'un courant en leur sein, ce lanceur étant caractérisé en ce que ledit circuit d'alimentation comporte les moyens supraconducteurs. Selon une caractéristique particulière, le circuit d'alimentation comporte des moyens de liaisons électriques entre les moyens supraconducteurs et les rails, et les moyens supraconducteurs les rails et au moins une partie des moyens de liaisons électriques sont aptes à former un circuit électrique fermé.

[0018] Selon une caractéristique particulière, les moyens supraconducteurs sont reliés électriquement au circuit d'alimentation des rails ou à ces deux rails et aptes, simultanément, à générer ladite induction magnétique lors le la circulation d'un courant en leur sein et d'alimenter les rails avec ce courant.

[0019] Selon une caractéristique additionnelle permettant d'effectuer des tirs successifs, un lanceur selon l'invention comporte au moins un générateur de courant apte à charger lesdits moyens supraconducteurs.

[0020] Selon une caractéristique particulière, les moyens supraconducteurs comportent au moins une bobine supraconductrice ou aux moins un électroaimant dipolaire.

[0021] Selon une autre caractéristique, ladite au moins une bobine supraconductrice à, au moins en partie, la forme d'une boucle par exemple en forme de 0 planaire ou courbe, ou la forme d'un 8 enroulé sur lui-même.

[0022] Selon une autre caractéristique, ladite au moins une bobine supraconductrice est de type SMES.

[0023] Selon une autre caractéristique permettant d'accroitre le rendement du lanceur, chacun des rails est segmenté en au moins deux segments, les segments respectifs d'un des rails faisant face à ceux de l'autre rail formant ainsi des couples de segments et, préférablement au moins une bobine supraconductrice est associée à chacun des couples de segments, chaque couple de rails avec sa bobine correspondante formant ainsi un module, le lanceur comportant au moins deux modules disposés soit en parallèle soit disposés en série coaxialement.

[0024] Selon une autre caractéristique utile notamment lorsque des courants extrêmement intenses, par exemple 1 MA ou plus, doivent être générés dans les rails, un lanceur selon l'invention peut comporter un générateur de courant apte à alimenter les rails, par exemple connecté au circuit d'alimentation et/ou aux rails.

[0025] L'invention concerne aussi un procédé de lancement d'un projectile avec un lanceur électromagnétique comportant au moins deux rails longitudinaux connectés à un circuit d'alimentation en courant comportant des moyens supraconducteurs de ces deux rails, ces rails étant au moins en partie entourés par des moyens supraconducteurs aptes à générer une induction magnétique de direction perpendiculaire au plan formé par les rails et située entre ces derniers lors de la circulation d'un courant I1 en leur sein, ce procédé étant caractérisé en ce que lors du lancement du projectile il comporte les étapes suivantes simultanées :

• génération dudit courant I1 au sein des moyens supraconducteurs,
• injection de ce courant dans lesdits au moins deux rails.

[0026] Selon une caractéristique particulière, un procédé selon l'invention comporte une étape préalable de stockage d'énergie dans les moyens supraconducteurs à partir d'un générateur de courant.

[0027] D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description d'un mode de réalisation de l'invention au regard des figures 2 à 9 parmi lesquelles :

• La figure 2 montre un schéma d'un lanceur électromagnétique à rails selon une première variante de réalisation de l'invention,
• La figure 3a montre un exemple d'un schéma de principe d'un circuit d'alimentation en courant des dits rails ainsi qu'un exemple de forme pouvant être donnée à la bobine supraconductrice , tandis que la figure 3b présente plus particulièrement un exemple de forme de la bobine et la figure 3c montre sa forme si elle était ramenée dans un plan.
• La figure 4 présente une seconde variante de réalisation d'un schéma de principe du circuit d'alimentation des rails.
• La figure 5 montre une autre variante de réalisation de l'invention
• La figure 6 montre un schéma de principe d'un circuit d'alimentation du lanceur selon la figure 5.
• La figure 7 présente un exemple de modules décalés radialement.
• La figure 8 montre un schéma d'une variante de réalisation d'un lanceur dans lequel, pour une question de clarté, seuls deux modules avec chacun seulement deux rails et deux bobines supraconductrices y sont représentés.
• La figure 9 montre une autre variante de réalisation de l'invention dans laquelle des modules lanceurs sont placés en parallèle, permettant ainsi de lancer simultanément ou pas plusieurs projectiles.

[0028] La figure 2 montre un schéma d'un lanceur électromagnétique à rails selon une première variante de réalisation de l'invention. Ce lanceur électromagnétique 101 comporte :

• une structure tubulaire 102 d'axe OX,
• un premier et un second rails électriquement conducteurs 103 et 104 disposés longitudinalement et symétriquement par rapport à l'axe OX et à l'intérieur et à proximité de la structure tubulaire,
• un circuit d'alimentation en courant des dits rails 103 et 104, ce circuit comportant notamment des moyens supraconducteurs 99 aptes à générer une induction magnétique de direction perpendiculaire au plan formé par les rails et située entre ces derniers lors de la circulation d'un courant en leur sein et disposés de manière concentrique autour de la structure tubulaire donc aussi autour desdits rails 103 et 104.
  Les moyens supraconducteurs 99 comportent un ensemble 110 de couches successives disposées concentriquement, à savoir, depuis la structure tubulaire 102, une première couche isolante thermiquement 105, une première structure cryogénique 106, une bobine supraconductrice 107, une seconde structure cryogénique 108, et une seconde couche thermiquement isolante 109.

[0029] La figure 3a montre un exemple d'un circuit 130 d'alimentation en courant des dits rails 103 et 104 ainsi qu'un exemple de forme pouvant être donnée à la bobine supraconductrice 107, tandis que la figure 3b présente seulement la forme de la bobine et la figure 3c sa forme si elle était ramenée dans un plan. Pour une question de clarté, seuls les rails, la structure tubulaire et les bobines supraconductrices sont représentés sur la figure 3a.

[0030] Ce circuit 130 d'alimentation des rails 103, 104 comporte, outre la bobine supraconductrice 107 des moyens supraconducteurs 99, un générateur de courant 131, des premiers moyens 132 de type interrupteur, aptes à ouvrir et fermer, simultanément la sortie 134 et l'entrée 133 du générateur 131, donc à permettre son isolation électrique lorsqu'ils sont ouverts. De plus, l'alimentation 131 est connectée d'une part, par des premiers moyens de liaisons électriques 136 à une première extrémité 123 du premier rail 103, à une seconde extrémité 126 du second rail 104 ainsi qu'à une première extrémité 139 de la bobine 107 et, d'autre part, par des seconds moyens de liaisons électriques 137 à la seconde extrémité 124 du premier rail 103, à la première extrémité 125 du second rail 104 ainsi qu'à une seconde extrémité 138 de la bobine 107. En outre, des seconds moyens 135 de type interrupteur, sont disposés sur des troisièmes moyens de liaisons électriques 140 reliant les premiers aux seconds moyens de liaisons électriques connexions 136 aux connexions 137.

[0031] Au niveau de la bouche 143 du canon est placé un détecteur 142 de sortie de projectile et une logique de commande associée apte à commander la fermeture des seconds moyens 135 de type interrupteur lors de la détection d'une sortie de projectile, et ce, afin de conserver l'énergie restant dans la bobine supraconductrice et d'éviter la formation d'un arc électrique et éventuellement alimenter d'autres rails.

[0032] Comme montré sur la figure 3c, ramenée dans un plan la bobine supraconductrice 107 forme deux boucles 141 solidarisée entre elles de sorte à former un 8 tandis que la forme réelle est cette même forme mais enroulée sur elle-même comme montré sur la figure 3b.

[0033] Le fonctionnement de ce lanceur est le suivant :

Dans un premier temps, les premiers moyens 132 sont fermés tandis que les seconds moyens 35 sont ouverts ; la bobine 107 est alors alimentée par le générateur 131 jusqu'à obtention du courant nominal. Alors les seconds moyens 135 sont fermés : le courant délivré par le générateur diminue puis les premiers moyens 132 sont ouverts ; l'énergie stockée dans la bobine supraconductrice 107 est alors conservée dans cette dernière avec des pertes quasi-nulles. Ainsi, cette charge de la bobine peut éventuellement être réalisée quelque temps (minutes à heures) avant le lancement. Par conséquent, lors du lancement, le générateur de courant 131 n'est pas indispensable et peut donc avoir été placé sur un autre lanceur afin de charger la bobine correspondante.

[0034] La bobine 107 étant alors chargée, lorsqu'on souhaite utiliser cette énergie pour lancer le projectile 141, il suffit d'ouvrir les seconds moyens 135 et les rails sont alors alimentés. Dans cette conformation, la bobine, les rails, et les premiers, seconds et troisièmes moyens de liaisons électriques 136, 137 et 140 forment un circuit électriquement fermé.

[0035] La figure 4 présente une seconde variante de réalisation d'un schéma de principe du circuit d'alimentation des rails 103 et 104 comportant, en plus des moyens présentés sur la figure 3a, un second circuit 120 d'alimentation des rails 103 et 104 comportant un générateur de courant 121, des moyens 122 de type interrupteur, aptes à ouvrir et fermer ce circuit. Le générateur de courant 121 est connecté d'une part à la première 123 des extrémités 123, 124 du premier rail 103 ainsi qu'à l'extrémité opposée 126 du second rail 104, appelée seconde extrémité 126 du second rail 104 et d'autre part, à la seconde extrémité 124 du premier rail 103 et ainsi qu'à l'extrémité opposée 125 du second rail 104, appelée première extrémité 125 du second rail 104.

[0036] La présence de ce second circuit d'alimentation permet, par rapport au circuit de la figure 3a dans lequel seule la bobine alimentait les rails en courant, d'accroitre l'intensité totale du courant apte à être injecté dans les rails, cette intensité étant constituée par la somme du courant I1 généré par la bobine supraconductrice 107 et du courant I2 généré par le générateur de courant 121. Ce second circuit peut être utilisé lorsque l'intensité I1 du courant généré par la bobine supraconductrice n'est pas suffisante pour l'application envisagée.

[0037] Le fonctionnement de ce lanceur est le suivant :

Dans un premier temps, les premiers moyens 132 sont fermés tandis que les seconds moyens 135 sont ouverts ; la bobine 107 est alors alimentée par le générateur de courant 131 jusqu'à obtention du courant nominal. Alors les seconds moyens 135 sont fermés : le courant délivré par le générateur de courant diminue puis les premiers moyens 132 sont ouverts ; l'énergie stockée dans la bobine supraconductrice 107 est alors conservée dans cette dernière avec des pertes quasi-nulles. Par ailleurs, le générateur de courant 121 du second circuit est réglé pour fournir aux rails une intensité complémentaire I2 de sorte que l'intensité totale injectée dans les rails soit égale à I1 +I2. Suivant l'intensité totale souhaitée, la bobine supraconductrice 107 peut fournir jusqu'à 100% de cette intensité.

Dans un second temps lorsque l'on souhaite lancer le projectile 141 disposé sur un sabot 142 placé au niveau de l'extrémité du canon opposée à sa bouche 143 et en contact avec chacun des premier et second rails 103 et 104, il suffit de fermer simultanément les moyens 122 de type interrupteur du premier circuit électrique 120 et d'ouvrir les seconds moyens 135 du second circuit 130.

[0038] Ainsi, les rails sont alimentés d'une part par le courant d'intensité I2 fourni par le générateur de courant 121 et par le courant I1 fourni par la bobine supraconductrice 107.

[0039] Le sabot 42 et le projectile sont alors accélérés d'une part par la force de Laplace s'exerçant sur eux de part l'induction magnétique B₁₂ générée par la traversée du courant (I1+I2) entre les premiers et seconds rails 3 et 4 via le sabot 42 et celle produite par l'induction magnétique B₃ exercée sur l'ensemble sabot projectile générée par la circulation du courant I2 dans la bobine supraconductrice 7.

[0040] La figure 5 montre une autre variante de réalisation de l'invention permettant d'accroître le rendement par rapport à un lanceur selon la figure 3a et de simplifier la réalisation en mettant en oeuvre, pour la plupart des circuits, une intensité moindre.

[0041] Pour une question de clarté, seuls les rails, la structure tubulaire et les bobines supraconductrices y sont représentés.

[0042] Ce lanceur électromagnétique 51 comporte une structure tubulaire d'axe OY composée de modules successifs 52₁ à 52_n similaires à celui de la figure 3a et disposés les uns à la suite des autres en série et coaxialement et d'axe OX coaxial à l'axe OY de sorte que l'ors d'un lancement le sabot est accéléré successivement par les modules successifs 52₁ à 52_n.

[0043] Comme montré sur la figure 6 qui montre un schéma d'un circuit d'alimentation du lanceur, chaque module 52_i comporte deux rails 103_i et 104_i disposés à l'intérieur d'une structure tubulaire autour de laquelle sont disposés des moyens supraconducteurs 102_i comportant notamment un cryostat et une bobine supraconductrice 107_i qui sont chargées en série par un circuit électrique d'alimentation.

[0044] La figure 6 montre un circuit comportant :

• un premier circuit de charge des bobines supraconductrices 107_i comportant un générateur 81 de courant, des premiers moyens 82 de type interrupteur et des moyens de liaisons électriques 83 et 84 respectivement à la bobine 107₁ du premier module 52₁, et à la bobine 107_n du dernier module 52_n Par ailleurs les bobines successives sont reliées entre elles par une liaison électrique 91 qui comporte des seconds moyens 92 de type interrupteur, ces éléments étant aptes à former, avec les bobines supraconductrices, un circuit électrique fermé apte à charger les bobines supraconductrices du lanceur 51 en série,
• un second circuit par module 52_i, de décharge de la bobine correspondante 107_i dans les rails correspondants 103_i et 104_i. Chacun de ces seconds circuits comporte des premiers moyens de liaisons électriques 86 d'une première extrémité de la bobine supraconductrice 107_i à une première extrémité du premier rail 103_i et à l'extrémité opposée dU second rail 104_i et des seconds moyens de liaisons électriques 87 de la seconde extrémité de la bobine supraconductrice 107_i à la seconde extrémité du premier rail 103_i et à l'extrémité opposée du second rail 104_i. En outre, des troisièmes moyens 85_i de type interrupteur, sont disposés sur des troisièmes moyens de liaisons électriques 90 reliant les premiers moyens de liaisons électriques 86 aux seconds moyens de liaisons électriques 87.

[0045] Par ailleurs, en option , sont présentés en pointillés des quatrième et cinquième moyens de liaisons électriques 93, 94 comportant chacun des quatrième et cinquième moyens de type interrupteur 95, 96 et reliant respectivement les premiers moyens de liaisons électriques 86 du module 52_i aux premiers moyens de liaisons électriques 86 du module 52_i+1 et les seconds moyens de liaisons électrique 87 du module 52_i aux seconds moyens de liaisons électriques 87 du module 52_i+1.

[0046] Le fonctionnement de ce lanceur est le suivant :

Dans un premier temps, les premiers et seconds moyens 82, 92 de type interrupteur sont fermés tandis que les troisième, quatrième et cinquième moyens 85_i, 95, 96 de type interrupteur sont ouverts. Les bobines 107_i sont alors alimentées en courant par le générateur de courant 82, et ce jusqu'à obtention du courant nominal. Alors les troisième moyens 85_i sont fermés : le courant délivré par le générateur diminue puis les premiers moyens 82 de type interrupteur sont ouverts ; l'énergie stockée dans chacune des bobines supraconductrices 107_i est alors conservée dans chacune d'elles avec des pertes quasi-nulles.

Dans un second temps lorsque l'on souhaite lancer un projectile disposé sur un sabot placé en contact avec les deux rails 103₁ et 104₁ au niveau de l'extrémité du lanceur opposée à sa bouche, il suffit de commander la fermeture de tous les troisièmes moyens 85_i de type interrupteur.

[0047] Pour améliorer le rendement, il est d'une part possible de fermer séquentiellement les troisièmes moyens 85i de type interrupteur en fonction de la position du sabot et du module devant être alimenté en courant pour accélérer le projectile.

[0048] Dans ce dernier cas, le projectile à lancer étant disposé sur un sabot placé au niveau de l'extrémité du lanceur opposée à sa bouche, en l'occurrence à l'une des extrémités du premier module 52₁, la fermeture des troisièmes moyens 85₁ de ce premier module entraîne l'alimentation en courant des rails 103₁ et 104₁ issu du déchargement de la bobine 107₁ ce qui produit une force de Laplace qui accélère le sabot en direction du second module. En outre, l'induction produite par le déchargement de la bobine 107₁ participe à l'accélération du sabot.

[0049] Lorsque le sabot atteint la fin du premier module, il est détecté par les moyens de détection 142 qui commandent la fermeture des troisièmes moyens 85₁, la bobine 107₂ étant alors apte à alimenter les rails 103₁ et 104₁ ce qui produit une force de Laplace qui accélère encore le sabot en direction du troisième module. En outre, l'induction produite par le déchargement de la bobine 107₂ participe aussi à l'accélération du sabot. Le même processus est réalisé pour l'ensemble des modules suivants, et ce, jusqu'au dernier 52_n.

[0050] Le projectile sort du lanceur et se désolidarisant du sabot à la sortie du denier module 52_n. Ainsi, toutes les bobines sont déchargées les unes après les autres en fonction de la position du projectile, permettant ainsi une accélération quasiment constante du sabot donc du projectile.

[0051] La fermeture des troisièmes moyens 85_i commandés par les moyens de détection 142 lorsque le projectile sort du module 52_i permet de conserver l'énergie restant dans la bobine supraconductrice, d'éviter la formation d'un arc électrique et éventuellement d'alimenter les rails du module suivant en commandant la fermeture des quatrième et cinquième moyens 95, 96 de type interrupteur fermant d'autres rails du module suivant comme montré sur la figure 6 ou, de façon différée, d'un autre module disposé en aval. Par ailleurs au moins deux modules successifs 52_i, 52_i+1, donc notamment les rails correspondants, peuvent être décalés radialement, par exemple d'un angle de π/2, π/3, π/4, π/6 ou π/n Radians, comme montré sur le schéma de la figure 7 où le second module 52_i est décalé radialement par rapport au modules 52 _i+1 d'un angle d'environ 5 degrés dans le sens de la flèche.

[0052] Ainsi, si le sabot comporte plusieurs ensembles de balais disposés avec le même décalage angulaire, ces ensembles peuvent être mis en oeuvre les uns après les autres permettant ainsi d'avoir toujours des contacts électriques de bonne qualité entre les rails et les ensembles de balais. Ce mode de réalisation peut être rapproché de celle des lanceurs à rails segmentés.

[0053] La figure 8 montre un schéma d'une variante de réalisation d'un lanceur dans lequel, pour une question de clarté, seuls deux modules avec chacun seulement deux rails et deux bobines supraconductrices y sont représentés.

[0054] Ce lanceur 201 comporte une structure tubulaire d'axe OY composée de modules successifs 202₁ à 202_n disposés les uns à la suite des autres et d'axe OX coaxial à l'axe OY de sorte que lors d'un lancement le sabot est accéléré successivement par les modules successifs 202₁ à 202_n.

[0055] Chaque module 202_i comporte deux rails 203_i et 204_i disposés à l'intérieur d'une structure tubulaire de section carrée non représentée et autour de laquelle sont disposés des moyens supraconducteurs comportant notamment un cryostat et une bobine supraconductrice 207_i. Dans cet exemple de réalisation deux bobines plates en forme de boucle ou de zéro sont disposées parallèlement de part et d'autre de la structure tubulaire et les modules 202_i à 202_i+1 représentés sont décalés radialement d'un angle de π/2 rd. Le circuit d'alimentation des rails et des bobines peut être conforme à celui montré sur la figure 6.

[0056] Alors que les figures 6 et 8 présentent des lanceurs comportant plusieurs modules placés en série, la figure 9 montre une autre variante de réalisation de l'invention dans laquelle des modules sont placés en parallèle, permettant ainsi de lancer simultanément plusieurs projectiles.

[0057] Ce lanceur 300 comporte huit modules 301₁ à 301_8i en forme de trapèze et disposés conjointement de sorte à former un tore octogonal. Chaque module comporte une structure tubulaire trapézoïdale 302 à l'intérieure de laquelle sont disposés deux rails 303, 304 et sur les côtés extérieurs de la plus petite longueur de laquelle sont disposés des moyens supraconducteurs comprenant notamment un cryostat et une bobine supraconductrice 307 en forme de boucle allongée. Dans cet exemple de réalisation, chacun des moyens supraconducteurs est commun aux modules situés de part et d'autre de ces moyens.

[0058] Le circuit d'alimentation en courant des bobines et celui de décharge de ces dernières peut être du type de celui de la figure 6 avec une alimentation des bobines en série pour permettre leur charge et un circuit de décharge propre à chaque module, avec déchargement de manière préférentielle en parallèle.

[0059] De nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples de réalisation présentés précédemment sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, dans l'exemple de la figure 6, à chaque bobine peut être associé un cryostat ou un seul cryostat peut être associé à toutes les bobines ou une solution intermédiaire peut être envisagée. De plus, les rails 103 et les rails 104 des différents rails peuvent ne former que deux rails parallèles dans le lanceur et les bobines peuvent être déchargées en série ou en parallèle. Ainsi, avec 10 modules aptes chacun à générer un courant I1 de 100kA, un courant total de 1 MA peut être obtenu en déchargeant les bobines en parallèle En utilisant le principe de l'invention, aussi bien des lancements de projectiles de petit calibre que de satellites peuvent être effectués.

[0060] Par ailleurs, il est possible d'utiliser des bobines ne comportant pas de boucle. Cependant plus le couplage magnétique entre les moyens supraconducteurs et le lanceur sera élevé et plus le rendement du lanceur sera élevé.

[0061] Concrètement cela impose de trouver la géométrie assurant que la plus grande quantité possible des lignes de champs produites par la bobine passent entre les rails du lanceur, orthogonalement à ceux-ci. On définit k, le couplage, par :


avec

L_lanceur l'inductance maximum atteinte en fin de tir

Lsc l'inductance de l'ensemble supraconducteur.

[0062] La bobine supraconductrice n'est donc pas optimisée pour stocker de l'énergie, comme utilisée habituellement, mais pour maximiser le couplage magnétique entre les rails et la bobine, les géométries obtenues ainsi étant de type dipôle comme montré sur les figures 3a, 6, 8 et 9, et donc sensiblement différentes de celles des bobines de type SMES conventionnelles, qui sont soit de type solénoïde court soit de type tore discontinu.

[0063] Un couplage de k=11% est obtenu facilement par l'utilisation d'un dipôle classique mais un couplage de l'ordre de 15% est possible.

[0064] L'utilisation de ce concept sur un lanceur à rails segmentés est tout à fait envisageable, il suffit pour cela de stocker l'énergie dans plusieurs dipôles répartis le long du lanceur et décalés angulairement afin que le champ produit soit toujours dans la direction adéquate.

[0065] Le tableau ci-après compare les résultats obtenus par un lanceur classique avec ceux d'un lanceur selon les figures 2 et 3, en fonction du couplage :

	Lanceur classique		Lanceur/SMES Sans couplage			Lanceur/SMES couplage 11%			Lanceur/SMES couplage 15%
Energie Initiale		110 kJ
Courant début		180 kA			65 kA			25 kA			20 kA
Inductance					0.052 mH			0.35 mH			0.61 mH
Energie dissipée		107 kJ		97 %	31.5 kJ		28 %	7 kJ		6.4%	4.6 kJ		4.2%
Energie cinétique		1.38 kJ			1.4 kJ			1.39 kJ			1.42 kJ
Energie restante		2.8 kJ		2.5%	75 kJ		68%	100 kJ		91%	102.5 kJ		93.2%
Courant final					54 kA		83 %	23.9 kA		95.6%	19.3 kA		96.5%

[0066] Comparé à une alimentation par condensateurs, les faibles pertes de l'alimentation par les moyens supraconducteurs permettent d'obtenir un courant quasiment constant (15 % de variation au maximum) lors du tir. Ceci permet d'alimenter le lanceur avec un courant 3 fois plus faible pour une même vitesse de sortie, même sans couplage bobine - Lanceur.

[0067] Un bon couplage (11 ou 15%) permet d'améliorer l'accélération du mobile et de gagner encore un facteur 3 sur le courant, ce qui en tout permet de diminuer le courant d'un facteur 9 par rapport à une alimentation traditionnelle par condensateurs

[0068] Une telle diminution du courant permet ainsi l'alimentation directe du lanceur par moyens supraconducteurs avec les technologies de supraconducteur hTc actuelles.

[0069] Le rendement étant bien supérieur (proche de 90 %), une diminution considérable du volume de stockage peut être envisagée.

[0070] Le courant dans les rails et le mobile étant plus faible l'échauffement de ceux-ci sera réduit, permettant d'augmenter les fréquences de tirs et la durée de vie des rails.

[0071] Enfin le temps de recharge sera lui aussi extrêmement réduit puisque 93% de l'énergie est encore disponible après un tir.

[0072] Dans l'hypothèse ou des capacités de tir « en rafale » sont souhaitables, il est nécessaire de prévoir une bobine capable de stocker une énergie importante. Cela ne pose aucun problème de réalisation et présente même un avantage : plus la bobine d'alimentation est grosse plus sont couplage avec le lanceur peut être rendu important, ce qui in fine améliore le rendement des tirs.

[0073] Enfin, les gains potentiels engendrés par une configuration multi canon sont importants, en terme d'amélioration du couplage et donc du rendement des tirs, ainsi qu'en terme de signature magnétique du système.

Revendications

1. Lanceur à rails comportant au moins deux rails longitudinaux (103, 104, 203, 204, 303, 304) connectés à un circuit d'alimentation en courant de ces deux rails, ces rails étant au moins en partie entourés par des moyens supraconducteurs (99, 107, 207, 307) aptes à générer une induction magnétique de direction perpendiculaire au plan formé par les rails (103, 104, 203, 204, 303, 304)et située entre ces derniers lors de la circulation d'un courant en leur sein, ce lanceur étant caractérisé en ce que ledit circuit d'alimentation comporte les moyens supraconducteurs (99, 107, 207, 307).

2. Lanceur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens supraconducteurs (99, 107, 207, 307), les moyens d'alimentation et/ou les rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) sont aptes à former un circuit électrique fermé.

3. Lanceur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens supraconducteurs (99, 107, 207, 307) sont reliés électriquement au circuit d'alimentation des rails ou à ces deux rails et aptes, simultanément, à générer ladite induction magnétique lors le la circulation d'un courant en leur sein et d'alimenter les rails avec ce courant.

4. Lanceur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un générateur de courant apte à charger lesdits moyens supraconducteurs (99, 107, 207, 307).

5. Lanceur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens supraconducteurs comportent au moins une bobine supraconductrice (107, 207, 307) ou au moins un électroaimant dipolaire.

6. Lanceur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bobine supraconductrice (107, 207, 307) ayant, au moins en partie, la forme d'une boucle par exemple en forme de zéro planaire ou courbe ou la forme d'un huit enroulé sur lui-même.

7. Lanceur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bobine supraconductrice de type SMES.

8. Lanceur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chacun des rails est segmenté en au moins deux segments, les segments respectifs d'un des rails faisant face à ceux de l'autre rail formant ainsi des couples de segments et, préférablement au moins une bobine supraconductrice est associée à chacun des couples de segments, chaque couple de rails avec sa bobine (107, 207, 307) correspondante formant un module (52, 202, 301).

9. Lanceur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux modules comportant chacun un couple de rails avec sa bobine correspondante, ces modules étant soit disposés en parallèle soit disposés en série coaxialement.

10. Lanceur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de courant apte à alimenter les rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) en courant.

11. Procédé de lancement d'un projectile avec un lanceur électromagnétique comportant au moins deux rails longitudinaux (103, 104, 203, 204, 303, 304) connectés à un circuit d'alimentation en courant comportant des moyens supraconducteurs (99, 107, 207, 307) de ces deux rails, ces rails étant au moins en partie entourés par ces moyens supraconducteurs (99, 107, 207, 307) aptes à générer une induction magnétique de direction perpendiculaire au plan formé par les rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) et située entre ces derniers lors de la circulation d'un courant I1 en leur sein, ce procédé étant caractérisé en ce que lors du lancement du projectile il comporte les étapes suivantes simultanées:

- génération dudit courant I1 au sein des moyens supraconducteurs (99, 107, 207, 307),

- injection de ce courant dans lesdits au moins deux rails (103, 104, 203, 204, 303, 304).

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable de stockage d'énergie dans les moyens supraconducteurs à partir d'un générateur de courant (81, 131).

Ansprüche

1. Abschussvorrichtung mit Schienen, die mindestens zwei Längsschienen (103, 104, 203, 204, 303, 304) aufweist, die mit einer Stromversorgungsschaltung für diese beiden Schienen verbunden sind, wobei diese Schienen zumindest teilweise von supraleitenden Mitteln (99, 107, 207, 307) umgeben sind, die in der Lage sind, eine elektromagnetische Induktion zu bewirken, die eine Richtung senkrecht zu der Ebene, die von den Schienen (103, 104, 203, 204, 303, 304) gebildet wird, aufweist und sich beim Fließen eines Stroms in ihnen zwischen diesen letzteren befindet, wobei diese Abschussvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Versorgungsschaltung supraleitende Mittel (99, 107, 207, 307) aufweist.

2. Abschussvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitenden Mittel (99, 107, 207, 307), die Versorgungsmittel und/oder die Schienen (103, 104, 203, 204, 303, 304) dazu in der Lage sind, einen geschlossenen Stromkreis zu bilden.

3. Abschussvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitenden Mittel (99, 107, 207, 307) elektrisch an die Versorgungsschaltung für die Schienen oder an diese beiden Schienen angeschlossen sind und gleichzeitig in der Lage sind, beim Fließen eines Stroms in ihnen die elektromagnetische Induktion zu bewirken und die Schienen mit diesem Strom zu versorgen.

4. Abschussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Stromerzeuger aufweist, der in der Lage ist, die supraleitenden Mittel (99, 107, 207, 307) zu laden.

5. Abschussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitenden Mittel mindestens eine supraleitende Spule (107, 207, 307) oder mindestens einen bipolaren Elektromagneten aufweisen.

6. Abschussvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine supraleitende Spule (107, 207, 307) aufweist, die zumindest teilweise die Form einer Schleife beispielsweise in Form einer flachen oder gekrümmten Null oder die Form einer zusammengerollten Acht aufweist.

7. Abschussvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine supraleitende SMES-Spule aufweist.

8. Abschussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schienen in mindestens zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei die jeweiligen Abschnitte von einer der Schienen denen der anderen Schiene gegenüberliegen und so Abschnittspaare bilden, und vorzugsweise mindestens eine supraleitende Spule jedem der Abschnittspaare zugehörig ist, wobei jedes Schienenpaar mit seiner entsprechenden Spule (107, 207, 307) ein Modul (52, 202, 301) bildet.

9. Abschussvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Module aufweist, die jeweils ein Schienenpaar mit seiner entsprechenden Spule aufweisen, wobei diese Module entweder parallel angeordnet oder koaxial in Reihe angeordnet sind.

10. Abschussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Stromerzeuger aufweist, der in der Lage ist, die Schienen (103, 104, 203, 204, 303, 304) mit Strom zu versorgen.

11. Verfahren zum Abschießen eines Geschosses mit einer elektromagnetischen Abschussvorrichtung, die mindestens zwei Längsschienen (103, 104, 203, 204, 303, 304) aufweist, die mit einer Stromversorgungsschaltung, die supraleitende Mittel (99, 107, 207, 307) aufweist, für diese beiden Schienen verbunden sind, wobei diese Schienen zumindest teilweise von diesen supraleitenden Mitteln (99, 107, 207, 307) umgeben sind, die in der Lage sind, eine elektromagnetische Induktion zu bewirken, die eine Richtung senkrecht zur Ebene, die von den Schienen (103, 104, 203, 204, 303, 304) gebildet wird, aufweist und sich beim Fließen eines Stroms I1 in ihnen zwischen diesen letzteren befindet, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es beim Abschießen eines Geschosses folgende gleichzeitige Schritte aufweist:

- Erzeugen des Stroms I1 in den supraleitenden Mitteln (99, 107, 207, 307),

- Zuführen dieses Stroms in die mindestens zwei Schienen (103, 104, 203, 204, 303, 304).

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es einen vorangehenden Schritt zum Speichern von Energie in den supraleitenden Mitteln aus einem Stromerzeuger (81, 131) umfasst.

Claims

1. A rail launcher comprising at least two longitudinal rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) connected to a power supply circuit of these two rails, these rails being at least partially surrounded by superconductor means (99, 107, 207, 307) able to generate a magnetic induction of a direction perpendicular to the plane formed by the rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) and located therebetween during the flow of a current therein, launcher wherein said supply circuit comprises the superconductor means (99, 107, 207, 307).

2. Launcher according to claim 1, wherein the superconductor means (99, 107, 207, 307), the supply means and/or the rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) are able to form a closed electrical circuit.

3. Launcher according to claim 1 or 2, wherein the superconductor means (99, 107, 207, 307) are electrically connected to the supply circuit of the rails or to these two rails and able to simultaneously generate said magnetic induction during the flow of a current therein and to supply the rails with this current.

4. Launcher according to anyone of claims 1 to 3, comprising at least one current generator able to charge said superconductor means (99, 107, 207, 307).

5. Launcher according to anyone of claims 1 to 4, wherein the superconductor means comprise at least one superconductor coil or at least one dipolar electromagnet.

6. Launcher according to claim 5, comprising at least one superconductor coil (107, 207, 307) being, at least in part, in the shape of a loop for example in the shape of a planar or curved zero, or in the shape of an eight wound on itself.

7. Launcher according to claim 5, comprising at least one SMES-type superconductor coil.

8. Launcher according to anyone of claims 1 to 7, wherein each of the rails is segmented into at least two segments, the respective segments of one of the rails facing those of the other rail, thereby forming pairs of segments and, preferably at least one superconductor coil is associated to each of the pairs of segments, each pair of rails with its corresponding coil (107, 207, 307) forming a module (52, 202, 301).

9. Launcher according to claim 8, comprising at least two modules, each comprising a pair of rails with its corresponding coil, these modules being arranged either in parallel or arranged coaxially in series.

10. Launcher according to anyone of claims 1 to 9, comprising a current generator able to supply the rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) with current.

11. A projectile-launching process with an electromagnetic launcher comprising at least two longitudinal rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) connected to a power supply circuit comprising superconductor means (99, 107, 207, 307) of these two rails, these rails being at least partially surrounded by said superconductor means (99, 107, 207, 307) able to generate a magnetic induction of a direction perpendicular to the plane formed by the rails (103, 104, 203, 204, 303, 304) and located therebetween during the flow of a current I1 therein, said process comprising, during the launching of the projectile, the simultaneous following steps:

- generating said current I1 within the superconductor means (99, 107, 207, 307),

- injecting this current in said at least two rails (103, 104, 203, 204, 303, 304).

12. Process according to claim 11, comprising a preliminary step to store energy in the superconductor means from a current generator (81, 131).

Dessins