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WO2014095989A1 - Charge militaire a eclats et procede de fabrication - Google Patents

Charge militaire a eclats et procede de fabrication Download PDF

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Publication number
WO2014095989A1
WO2014095989A1 PCT/EP2013/077075 EP2013077075W WO2014095989A1 WO 2014095989 A1 WO2014095989 A1 WO 2014095989A1 EP 2013077075 W EP2013077075 W EP 2013077075W WO 2014095989 A1 WO2014095989 A1 WO 2014095989A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
generator
closed
cavities
load according
explosive
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/077075
Other languages
English (en)
Inventor
Christophe Bar
Eroan BENADE
Alain Dousset
Original Assignee
Tda Armements S.A.S
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tda Armements S.A.S filed Critical Tda Armements S.A.S
Publication of WO2014095989A1 publication Critical patent/WO2014095989A1/fr

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/20—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type
    • F42B12/22—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type with fragmentation-hull construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/20—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type
    • F42B12/22—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type with fragmentation-hull construction
    • F42B12/24—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of high-explosive type with fragmentation-hull construction with grooves, recesses or other wall weakenings

Definitions

  • This invention is in the field of military fragmentation loads.
  • a fragmentation military charge consists mainly of a tubular metal splinter generator that is designed to break under the detonation of the explosive to form metal chips.
  • the chip generator surrounds the explosive whose energy is used to break the chip generator to produce and propel the shards.
  • the energy reservoir constituted by the explosive is initiated by a priming system.
  • splinter generators are usually not pre-fragmented. These are solid metal bodies that break naturally under the effect of detonation.
  • a disadvantage is that the templates of the fragments from these generators are not controlled. Their fragmentation is random.
  • pre-fragmented fragment generators are used.
  • pre-fragmented generator is meant a generator having local weakenings (or local weakenings) intended to promote its rupture and to calibrate the chips in optimal size and mass guaranteeing the functional or structural destruction of the target.
  • the chips do not exist as such within the chip generator before the explosion of the explosive, they are generated during the rupture of the generator under the effect of detonation of the explosive.
  • the generator can also be made in the form of a stack of notched rings, that is to say grooved, surrounding the explosive or by the winding of a toothed bar around the explosive.
  • the grooves are conventionally made by machining or by laser cutting.
  • the grooves as well as the thickness of the ferrule, rings or toothed bar, define the size and number of future chips.
  • the coming chips are generally defined by grooves, the inner face and the outer face of the generator. This means that the thickness of the chips necessarily corresponds to the thickness of the tube.
  • the subject of the invention is a military load comprising an explosive, firing means and a metal fragment generator in the form of a tube delimited by two longitudinal faces, said tube surrounding the explosive, said generator being intended to break under the effect of the explosion of the explosive to form said chips.
  • the fragment generator according to the invention comprises at least one closed cellular structure which delimits within it an array of closed internal cavities arranged in a reproducible manner, said at least one closed cellular structure forming said chips by breaking under the effect of the explosion.
  • the closed internal cavities comprise at least one network of rows of closed internal cavities, said rows of a network being distributed over the circumference of the tube.
  • the rows of a network extend along different generatrices of the same cylinder.
  • the military load comprises a plurality of networks of rows of closed internal cavities distributed over the thickness of the chip generator.
  • the internal cavities are arranged within the structure so as to generate chips of the same caliber.
  • the structure is configured so that its rupture under the effect of the explosion of the explosive is initiated preferentially at predetermined locations of said envelopes.
  • the structure comprises envelopes comprising at least one salient angle constituting a rupture primer.
  • the structure comprises envelopes comprising at least one edge and / or at least one vertex and / or comprises polyhedral envelopes.
  • the structure comprises at least one solid longitudinal metal face provided with grooves and / or cavities.
  • the chip generator is monobloc.
  • the structure is rigid.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a military load according to the invention, comprising a step of producing the honeycomb structure by additive manufacturing.
  • the method comprises a step of modeling the cellular structure of three-dimensionally modeling the shape and dimensions of the structure (s) as well as the shapes, the dimensions and the arrangement of the cavities within the structure. splinter generator.
  • the method also comprises a step of producing the structure (or structures) in which the structure is produced by metal deposition in successive layers on a substrate from a metal powder that is heated by means of a laser for fusing or sintering the metal powder outside the areas intended to form the cavities of the structure so as to obtain a structure having said geometry.
  • FIG. 1 schematically represents a military load according to the invention shown in a longitudinal section
  • FIG. 2 represents a section of the military load of FIG. 1 along a plane perpendicular to the longitudinal axis;
  • FIG. 3 diagrammatically represents a cavity of the structure represented in FIG. 1,
  • FIG. 4 represents a flowchart of the method according to the invention
  • FIG. 5 represents a flow chart of a step of producing a closed cellular structure according to the invention by additive manufacturing
  • FIG. 6 schematically represents an enlargement of FIG. 2 in the zone delimited in dotted lines
  • FIG. 7 represents an enlargement of a variant of the generator of FIG. 2.
  • FIG. 1 represents a military load 10 according to the invention shown in a longitudinal section, comprising a splinter generator intended to form the metal chips under the effect of the explosion of the explosive, that is to say under the combined effect of the shock wave created by the explosion and the pressure of the decomposition gases exerted.
  • the chip generator 1 is metallic and pre-fragmentation. It has a tubular shape extending longitudinally along a longitudinal axis x.
  • the tubular form, and the explosive E are symmetrical of revolution about the longitudinal axis x.
  • the chip generator 1 has a thickness e which can be fixed or variable along the longitudinal axis and around the longitudinal axis x.
  • the generator 1 may have a cylindrical shape as shown in Figure 1 or concave or convex
  • the chip generator 1 is made of a metal material which is a metal or a metal alloy.
  • a metal material which is a metal or a metal alloy.
  • steel, cast iron, aluminum or tungsten can be used.
  • the chip generator 1 is delimited by two longitudinal faces 2, 3 extending longitudinally along the longitudinal axis x. These longitudinal faces 2, 3 comprise an inner face 2 facing the explosive and an outer face 3 facing outwardly 4 of the load 10.
  • the inner face 2 is the longitudinal face which has the lowest average radius among the two longitudinal faces 2, 3.
  • a flange 5 is attached to each end of the generator 1.
  • the explosive charge E is surrounded by the chip generator 1.
  • the inner face 2 and the flanges 5 delimit an interior volume 8 within which the explosive E is confined.
  • the explosive E has a break that is adapted to cause, under the combined effect of the shock wave created by the explosion and the pressure of the decomposition gases exerted on the inner face of the cylinder, the rupture of the chip generator 1 and the propulsion of the chips.
  • the internal volume 8 also comprises means for firing the explosive or priming means 9. These firing means can also be deported outside the volume defined by the tube.
  • the chip generator according to the invention consists of a closed cellular structure forming said chips breaking under the effect of the explosion.
  • Closed cellular structure is understood to mean a honeycomb structure which delimits inside it closed internal cavities 13.
  • closed internal cavity is meant a cavity which communicates neither with the other internal cavities nor with the outside of the structure.
  • These internal closed cavities 13 are delimited by all-metal envelopes 14 which are entirely located at a distance from the longitudinal faces 2, 3.
  • Envelope means the surface delimiting a cavity. In other words, these internal cavities 13 do not open on the longitudinal faces 2, 3 nor on the unnumbered transverse faces and facing the flanges 5. The cavities and their envelopes are at a distance from these faces.
  • the cavities are arranged in a reproducible manner, that is to say in a controlled manner.
  • the generator has an internal porosity whose value and arrangement are controlled.
  • the internal cavities 13 weaken the chip generator 1. They facilitate its rupture when it is subjected to the combined effects of the shock wave and the pressure of the decomposition gases on its internal face since the chip generator 1 is thinned near the envelopes of these internal cavities.
  • the internal cavities also have a function of breaking initiation during the fragmentation phase.
  • Breakthrough initiation means a place where a crack will occasionally be initiated when the chip generator is subjected to a tensile stress or expansion caused by the explosion of the explosive. Cracks initiated at adjacent cavities will spread, meet. Their meeting draws the contours of the fragments and leads to the rupture of the generator of splinters and the generation of splinters.
  • This characteristic makes it possible to choose the thickness of the fragments by an appropriate arrangement of the internal cavities. It allows to obtain several chips calibrated on the thickness of the generator.
  • these chips have a thickness less than that of the generator, these chips have a smaller size than the chips generated by a structure having identical dimensions and grooves on one of its longitudinal faces. This has the effect of increasing the number of splinters generated and thus improve the flow of chips.
  • the chips from a chip generator of a load according to the invention have mastered calibres.
  • the size of the future chips and their number depend on the arrangement, the size and the shape of the cavities within the chip generator that are controlled. It is therefore possible to obtain chips having different sizes and in different numbers depending on the choice of these parameters. It should be known that the control of the distribution of the calibres of the fragments obtained according to the target which is assigned to the load is an essential parameter of the efficiency of the load.
  • the invention also makes it possible to considerably increase the number and size of chips that can be obtained with respect to those that can be obtained from a chip generator of the prior art realized in the form of a tube having identical dimensions, in particular an identical thickness. This advantage is obtained in a simple manner without complicating the structure of the chip generator.
  • the proposed solution does not require the provision of means to assemble rigidly several tubes on the thickness of the chip generator. It also makes it possible to obtain chips having different thicknesses on the circumference but also on the height of the tube.
  • the internal cavities 13 are arranged in a regular manner within the honeycomb structure so as to generate chips of the same caliber.
  • the inner cavities 13 advantageously but not necessarily the same shape and the same dimensions which allows to promote the homogeneity of templates and shapes of splinters to come.
  • the regularity of the arrangement of the cavities and the homogeneity of the configuration of the cavities also make it possible to facilitate the production of the chip generator.
  • the chip generator 1 comprises a plurality of arrays of rows of internal cavities 13 distributed over its thickness e.
  • the cavities of the same row are spaced in the longitudinal direction with a curvature identical to the curvature of the inner faces 2 and outer 3.
  • the rows of the same network are distributed over the circumference of the tube. They are spaced along the circumference of the tube, the networks being spaced according to the thickness of the tube.
  • the chip generator 1 comprises two arrays 13b, 13c of rows 13a of internal cavities 13.
  • the arrays 13a of the same array 13b or 13c extend according to different generators of the same cylinder d or respectively c2 whose axis is the longitudinal axis x.
  • the internal cavities 13 forming a row 13a are spaced in the longitudinal direction of the cylinder.
  • the internal cavities 13 are advantageously regularly spaced along the longitudinal axis of the cylinder over the entire length thereof.
  • the rows 13a of the same network 13b or 13c are regularly spaced on the circumference of the cylinder.
  • the rows of arrays are spaced apart over the thickness of the tube so as to generate chips having substantially the same thickness. This regular arrangement makes it possible to obtain a regular rupture of the chip generator during the explosion with pieces of the same caliber.
  • the generator comprises a single array of rows of internal cavities 13 over its thickness e.
  • Additive manufacturing is defined as an assembly process for making three-dimensional objects from three-dimensional models by depositing one or more layer-by-layer materials in opposition to subtractive fabrication such as machining or cutting.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an explosive charge according to the invention.
  • FIG. 4 A flow chart of the process steps is shown in FIG. 4. This process comprises a step 50 for manufacturing the honeycomb structure (or honeycomb structures) of chips.
  • step 51 consisting in inserting the explosive E and possibly the priming means 9 in the interior volume 8 delimited by the cylinder so that the chip generator 1 has a longitudinal inner face 2 facing towards the explosive E and a longitudinal outer face 3 facing outwardly 4 of the load 10.
  • the step 50 of manufacturing the honeycomb structure can be performed by additive manufacturing.
  • step 60 for modeling the geometry of the desired structure consisting in three-dimensionally modeling the shape and the dimensions of the chip generator 1 as well as the shapes, the dimensions and the arrangement of the cavities within the structure.
  • This step is conventionally performed by computer-aided design or CAD.
  • the manufacturing method comprises a step 61 of making each metal structure 1 as such in which the piece is made by metal deposition in successive layers on a substrate to from a metal powder that is heated by means of a laser to fuse or sinter the metal powder outside the areas intended to form the cavities of the structure so as to obtain a structure having the desired geometry that was previously defined.
  • the melting or sintering can be carried out before or after the deposition of each layer.
  • the metal powder is a powder of the material forming the chip generator 1.
  • the step of producing the chip generator can be implemented in different ways. It can be carried out by direct additive laser (CLAD) or DLMS, an acronym for the term “Direct Laser Metal Sintering", consisting of fusing metal powders injected coaxially with a laser beam to produce metal deposits in successive layers. . It can be performed by selective sintering by laser or SLS (acronym for the English expression “selective laser sintering”). It can also be performed by selective laser melting SLM (acronym for the English expression “selective laser melting”).
  • Additive manufacturing makes it possible to produce a chip generator integrating cavities of various sizes and / or shapes, controlled and reproducible according to very diverse, controlled and reproducible arrangements defined by modeling.
  • the shapes and arrangement of the internal cavities may be chosen to generate chips of different sizes depending on the targets that are assigned to the load.
  • the closed cavities may contain metal powder, especially when the melting or sintering of the powder of a metal layer is carried out after the deposition of the metal powder layer.
  • the method comprises a step of removing the powder disposed in the cavities or at the places intended to form the cavities after the melting or the sintering of the successive layers.
  • the internal cavities are filled with gas.
  • the process shown in Figure 5 does not exhibit this removal step.
  • the cavities obtained by this process house metal powder.
  • the apparent density of the metal powder is lower than that of the fused metal powder.
  • the honeycomb structure is configured so that its fragmentation, under the effect of the explosion of the explosive is initiated at predetermined locations envelopes delimiting said internal cavities. This makes it possible to better control the fragmentation and therefore the number and size of the chips to come.
  • the structure 1 comprises envelopes comprising at least one salient angle. It is at the level of the salient angles that the cracks are in fact firstly initiated.
  • the projecting angles constitute breakaway primers. They also determine the direction in which the crack propagates. This propagates in fact globally perpendicular to the salient angle.
  • the structure comprises envelopes having a stop and / or a vertex.
  • the ridges and summits have indeed a function of initiation of rupture.
  • the structure of FIG. 2 comprises closed internal cavities 13 having a cubic shape.
  • the structure advantageously has cavities (open and / or closed) polyhedral.
  • their envelopes have salient angles.
  • the cracks initiated by the cubic cavities are on diagonal cubes. It can therefore be expected that the cracks initiated in the structure of FIG. 2 extend in the directions shown in FIG.
  • the cavities may have all kinds of polyhedral shapes such as, for example, a hexagonal diamond or parallelepipedic shape.
  • the chip generator 1 is monoblock. It consists of a closed honeycomb structure that forms the metal chips breaking under the effect of the explosion.
  • This embodiment presents the advantage of being simple to implement, inexpensive and allow to perform connection functions with other elements of the projectile in which is included the load subject to a particular arrangement.
  • the generator comprises several closed cellular structures that form the chips by breaking under the effect of the explosion. It is advantageously constituted by a plurality of individual closed cellular honeycomb structures. These structures are assembled to form a tubular structure.
  • the generator is, for example, consisting of a stack of rings in the longitudinal direction.
  • the chip generator is arranged to be rigid.
  • each cellular structure constituting the generator is rigid.
  • the rigidity of the generator allows it to resume the forces applied to the load along the longitudinal axis without breaking. It avoids having to install stiffening means that would be causing additional chips that would not have the same size as the chips from the chip generator as claimed such as ferrules.
  • the generator according to the invention is advantageously constituted by at least one closed cellular structure and without ferrules.
  • the inner faces 2 and outer 3 of the chip generator 1 are metal walls. These surfaces are smooth.
  • the inner face 2 and / or the outer face 3 of the chip generator 1 is a solid metal wall provided with grooves and / or cavities 17 or hollow opening towards the explosive and / or or respectively to the outside of the tube.
  • These grooves and / or cavities have functions of breaking initiation. They are arranged and configured to promote initiation and propagation of cracks in predetermined directions. These cavities advantageously have notches shapes with projecting angles or parallelepiped cavities.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)

Abstract

Charge militaire (10) comprenant un explosif (E), des moyens de mise à feu (9) et un générateur d'éclats métallique (1) présentant la forme d'un tube délimité par deux faces longitudinales (2, 3), ledit tube entourant l'explosif (E), ledit générateur d'éclats (1) étant destiné à se rompre sous l'effet de l'explosion de l'explosif pour former lesdits éclats. Le générateur d'éclats (1) comprend au moins une structure alvéolaire fermée qui délimite en son sein un réseau de cavités internes fermées agencées de manière reproductible, la structure alvéolaire fermée formant lesdits éclats en se rompant sous l'effet de l'explosion.

Description

CHARGE MILITAIRE A ECLATS ET PROCEDE DE FABRICATION
Cette invention se situe dans le domaine des charges militaires à fragmentation.
Une charge militaire à fragmentation comporte principalement un générateur d'éclats métallique de forme tubulaire destiné à se rompre sous l'effet de la détonation de l'explosif pour former des éclats métalliques. Le générateur d'éclats entoure l'explosif dont l'énergie est utilisée pour rompre le générateur d'éclats de façon à produire et à propulser les éclats. Le réservoir d'énergie constitué par l'explosif est amorcé par un système d'amorçage.
Dans les obus de type mortier, ou artillerie, les générateurs d'éclats ne sont généralement pas pré-fragmentés. Il s'agit de corps métalliques pleins qui se fragmentent naturellement sous l'effet de la détonation. Un inconvénient est que les calibres des fragments issus de ces générateurs ne sont pas maîtrisés. Leur fragmentation se fait de manière aléatoire.
Pour régler ce problème, on utilise des générateurs d'éclats préfragmentés. Par générateur pré-fragmenté on entend un générateur présentant des affaiblissements locaux (ou fragilisations locales) destinés à favoriser sa rupture et à calibrer les éclats en taille et en masse optimales garantissant la destruction fonctionnelle ou structurelle de la cible. Les éclats n'existent pas en tant que tels au sein du générateur d'éclats avant l'explosion de l'explosif, ils sont générés lors de la rupture du générateur sous l'effet de la détonation de l'explosif.
De nombreuses solutions sont connues pour pré-fragmenter un générateur d'éclats. On citera ici le rainurage du générateur d'éclats sur sa surface intérieure tournée vers l'explosif et/ou sur sa surface extérieure tournée vers l'extérieur de la charge. Ainsi le générateur est réalisé sous la forme d'une virole rainurée entourant l'explosif.
Le générateur peut aussi être réalisé sous forme d'un empilement d'anneaux crantés, c'est-à-dire rainurés, entourant l'explosif ou encore par le bobinage d'une barre crantée autour de l'explosif.
Les rainures sont classiquement réalisées par usinage ou par découpage laser. Les rainures ainsi que l'épaisseur de la virole, des anneaux ou de la barre crantée, définissent la taille et le nombre des éclats futurs. Autrement dit, les éclats à venir sont globalement délimités par des rainures, la face interne et la face externe du générateur. Cela signifie que l'épaisseur des éclats correspond forcément à l'épaisseur du tube.
La conséquence de cette caractéristique est de limiter en taille et, en particulier en épaisseur, la variété des éclats générés.
Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet une charge militaire comprenant un explosif, des moyens de mise à feu et un générateur d'éclats métallique présentant la forme d'un tube délimité par deux faces longitudinales, ledit tube entourant l'explosif, ledit générateur étant destiné à se rompre sous l'effet de l'explosion de l'explosif pour former lesdits éclats. Le générateur d'éclats selon l'invention comprend au moins une structure alvéolaire fermée qui délimite en son sein un réseau de cavités internes fermées agencées de manière reproductible, ladite au moins une structure alvéolaire fermée formant lesdits éclats en se rompant sous l'effet de l'explosion.
Avantageusement, les cavités internes fermées comprennent au moins un réseau de rangées de cavités internes fermées, lesdites rangées d'un réseau étant réparties sur la circonférence du tube.
Avantageusement, les rangées d'un réseau s'étendent selon différentes génératrices d'un même cylindre.
Avantageusement, la charge militaire comprend une pluralité de réseaux de rangées de cavités internes fermées répartis sur l'épaisseur du générateur d'éclats.
Avantageusement, les cavités internes sont agencées au sein du de la structure de sorte à générer des éclats de même calibre.
Avantageusement, la structure est configurée de façon que sa rupture sous l'effet de l'explosion de l'explosif soit initiée préférentiellement en des lieux prédéterminés desdites enveloppes.
Avantageusement, la structure comprend des enveloppes comprenant au moins un angle saillant constituant une amorce de rupture. Avantageusement, la structure comprend des enveloppes comprenant au moins un arrête et/ou au moins un sommet et/ou comprend des enveloppes polyédriques.
Avantageusement, la structure comprend au moins une face longitudinale métallique pleine munie de rainures et /ou de cavités.
Avantageusement, le générateur d'éclats est monobloc.
Avantageusement, la structure est rigide.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une charge militaire selon l'invention, comprenant une étape de réalisation de la structure alvéolaire par fabrication additive.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de modélisation de la structure alvéolaire consistant à modéliser de façon tridimensionnelle la forme et les dimensions de la (ou des) structure (s) ainsi que les formes, les dimensions et l'agencement des cavités au sein du générateur d'éclats. Le procédé comprend également une étape de réalisation de la structure (ou des structures) lors de laquelle on réalise la structure par dépôt métallique par couches successives sur un substrat à partir d'une poudre métallique que l'on chauffe au moyen d'un laser pour fusionner ou fritter la poudre métallique en dehors des zones destinées à former les cavités de la structure de façon à obtenir une structure présentant ladite géométrie.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une charge militaire selon l'invention représentée selon une coupe longitudinale,
- la figure 2 représente une coupe de la charge militaire de la figure 1 selon un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal,
- la figure 3 représente schématiquement une cavité de la structure représentée sur la figure 1 ,
- la figure 4 représente un ordinogramme du procédé selon l'invention, - la figure 5 représente un ordinogramme d'une étape de réalisation d'une structure alvéolaire fermée selon l'invention par fabrication additive,
- la figure 6 représente schématiquement un agrandissement de la figure 2 dans la zone délimitée en traits pointillés,
- la figure 7 représente un agrandissement d'une variante du générateur de la figure 2.
D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références.
La figure 1 représente une charge militaire 10 selon l'invention représentée selon une coupe longitudinale, comprenant un générateur d'éclats destiné à former les éclats métalliques sous l'effet de l'explosion de l'explosif, c'est-à-dire sous l'effet conjugué de l'onde de choc créée par l'explosion et de la pression des gaz de décomposition exercée. Le générateur d'éclats 1 est métallique et à pré-fragmentation. Il présente une forme tubulaire s'étendant longitudinalement selon un axe longitudinal x.
La forme tubulaire, et l'explosif E sont à symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal x. Le générateur d'éclats 1 présente une épaisseur e qui peut être fixe ou variable selon l'axe longitudinal et autour de l'axe longitudinal x.
Selon la forme que l'on veut donner à la gerbe d'éclats, le générateur 1 peut avoir une forme cylindrique comme représenté sur la figure 1 ou concave ou encore convexe
Le générateur d'éclats 1 est réalisé dans un matériau métallique qui est un métal ou un alliage de métaux. On peut, par exemple, utiliser l'acier, la fonte, l'aluminium ou le tungstène.
Le générateur d'éclats 1 est délimité par deux faces longitudinales 2, 3 s'étendant longitudinalement selon l'axe longitudinal x. Ces faces longitudinales 2, 3 comprennent une face intérieure 2 tournée vers l'explosif et une face extérieure 3 tournée vers l'extérieur 4 de la charge 10. La face intérieure 2 est la face longitudinale qui présente le rayon moyen le plus faible parmi les deux faces longitudinales 2, 3.
Un flasque 5 est fixé à chaque extrémité du générateur 1 . Le chargement explosif E est entouré par le générateur d'éclats 1 . Autrement dit, la face intérieure 2 et les flasques 5 délimitent un volume intérieur 8 au sein duquel est confiné l'explosif E. L'explosif E présente une brisance adaptée pour provoquer, sous l'effet conjugué de l'onde de choc créée par l'explosion et de la pression des gaz de décomposition exercée sur la face intérieure du cylindre, la rupture du générateur d'éclats 1 et la propulsion des éclats.
Le volume intérieur 8 comprend également des moyens de mise à feux de l'explosif ou moyens d'amorçage 9. Ces moyens de mise à feu peuvent aussi être déportés à l'extérieur du volume délimité par le tube.
Comme visible sur les figures 1 et 2, le générateur d'éclats selon l'invention est constitué d'une structure alvéolaire fermée formant lesdits éclats en se rompant sous l'effet de l'explosion. Par structure alvéolaire fermée, on entend une structure alvéolaire qui délimite en son sein des cavités internes fermées 13. Par cavité interne fermée on entend une cavité qui ne communique ni avec les autres cavités internes ni avec l'extérieur de la structure. Ces cavités internes fermées 13 sont délimitées par des enveloppes entièrement métalliques 14 qui sont intégralement situées à distance des faces longitudinales 2, 3. Par enveloppe, on entend la surface délimitant une cavité. Autrement dit, ces cavités internes 13 ne débouchent ni sur les faces longitudinales 2, 3 ni sur les faces transversales non numérotées et faisant face aux flasques 5. Les cavités et leurs enveloppes se trouvent à distance de ces faces.
Par ailleurs, les cavités sont agencées de manière reproductible, c'est-à-dire de façon maîtrisée. Autrement dit, le générateur présente une porosité interne dont la valeur et l'agencement sont contrôlés.
Les cavités internes 13 affaiblissent le générateur d'éclats 1 . Elles facilitent sa rupture lorsqu'il est soumis aux effets combinés de l'onde de choc et de la pression des gaz de décomposition sur sa face interne puisque le générateur d'éclats 1 est aminci à proximité des enveloppes de ces cavités internes.
Par ailleurs, les cavités internes présentent également une fonction d'amorce de rupture pendant la phase de fragmentation. Par amorce de rupture, on entend un lieu où va ponctuellement s'initier une fissure lorsque le générateur d'éclats est soumis à un effort de traction ou d'expansion généré par l'explosion de l'explosif. Les fissures initiées au niveau des cavités adjacentes vont se propager, se rejoindre. Leur rencontre dessine les contours des éclats et conduit à la rupture du générateur d'éclats et la génération d'éclats. En agençant les amorces de rupture au sein même du tube à distance des parois longitudinales du tube, c'est-à-dire en noyant les cavités internes 13 dans le générateur d'éclats, on peut obtenir des éclats qui présentent une épaisseur inférieure à celle du tube.
Cette caractéristique permet de choisir l'épaisseur des fragments par un agencement approprié des cavités internes. Elle permet d'obtenir plusieurs éclats calibrés sur l'épaisseur du générateur.
Elle permet également d'obtenir une fragmentation moins aléatoire que celle d'un générateur de l'art antérieur de même épaisseur. En effet, la fragmentation d'un générateur sur une épaisseur moins importante (c'est-à- dire sur une portion de l'épaisseur du générateur) est plus facile et se fait selon des lignes mieux maîtrisées.
Comme les éclats présentent une épaisseur inférieure à celle du générateur, ces éclats présentent un calibre inférieur à celui des éclats générés par une structure présentant des dimensions identiques et des rainures sur une de ses faces longitudinales. Cela a pour effet d'augmenter le nombre d'éclats générés et ainsi d'améliorer le flux d'éclats.
Par ailleurs, les éclats issus d'un générateur d'éclats d'une charge selon l'invention présentent des calibres maîtrisés. La taille des éclats à venir et leur nombre dépendent de l'agencement, de la taille et de la forme des cavités au sein du générateur d'éclats qui sont maîtrisés. Il est donc possible d'obtenir des éclats présentant différents calibres et en nombre différents selon le choix de ces paramètres. Il faut savoir que la maîtrise de la distribution des calibres des éclats obtenus en fonction de la cible qui est assignée à la charge est un paramètre essentiel de l'efficacité de la charge.
L'invention permet en outre de multiplier considérablement les formes nombre et dimensions d'éclats que l'on peut obtenir par rapport à ceux que l'on peut obtenir à partir d'un générateur d'éclats de l'art antérieur réalisé sous forme d'un tube présentant des dimensions identiques, notamment une épaisseur identique. Cet avantage est obtenu de manière simple sans compliquer la structure du générateur d'éclats. La solution proposée ne nécessite en effet pas de prévoir de moyens pour assembler de manière rigide plusieurs tubes sur l'épaisseur du générateur d'éclats. Elle permet également d'obtenir des éclats présentant des épaisseurs différentes sur la circonférence mais aussi sur la hauteur du tube.
Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, les cavités internes 13 sont agencées de manière régulière au sein de la structure alvéolaire de sorte à générer des éclats de même calibre.
Il y a plusieurs types d'agencements réguliers. Un exemple est donné sur les figures 1 et 2. Comme visible sur les figures 1 et 2, les cavités internes 13 présentent avantageusement mais non nécessairement la même forme et les mêmes dimensions ce qui permet de favoriser l'homogénéité des calibres et des formes des éclats à venir. La régularité de l'agencement des cavités et l'homogénéité de la configuration des cavités permettent également de faciliter la réalisation du générateur d'éclats.
Toutefois, avec un procédé de fabrication additive il est possible de réaliser des cavités irrégulières de manière complexe si la mission le nécessite.
Avantageusement, le générateur d'éclats 1 comprend une pluralité de réseaux de rangées de cavités internes 13 répartis sur son épaisseur e. Les cavités d'une même rangée sont espacées selon la direction longitudinale selon une courbure identique à la courbure des faces intérieure 2 et extérieure 3. Les rangées d'un même réseau sont réparties sur la circonférence du tube. Elles sont espacées selon la circonférence du tube, les réseaux étant espacés selon l'épaisseur du tube.
Sur la réalisation des figures 1 et 2, le générateur d'éclats 1 comprend deux réseaux 13b, 13c de rangées 13a de cavités internes 13. Les rangées 13a d'un même réseau 13b ou 13c s'étendent selon différentes génératrices d'un même cylindre d ou respectivement c2 dont l'axe est l'axe longitudinal x. Les cavités internes 13 formant une rangée 13a sont espacées selon la direction longitudinale du cylindre. Les cavités internes 13 sont avantageusement régulièrement espacées selon l'axe longitudinal du cylindre sur toute la longueur de celui-ci. Et les rangées 13a d'un même réseau 13b ou 13c sont régulièrement espacées sur la circonférence du cylindre. Par ailleurs, les réseaux de rangées sont espacés sur l'épaisseur du tube de façon à générer des éclats présentant sensiblement la même épaisseur. Cet agencement régulier permet d'obtenir une rupture régulière du générateur d'éclats lors de l'explosion avec des éclats de même calibre.
En variante, le générateur comprend un seul réseau de rangées de cavités internes 13 sur son épaisseur e. Plus le nombre de réseaux est important et plus l'épaisseur des éclats relativement à l'épaisseur du tube est réduite.
Ce type de structure peut être obtenu par fabrication additive. La fabrication additive est définie comme étant un processus d'assemblage pour fabriquer des objets tridimensionnels, à partir de modèles tridimensionnels, en déposant un ou plusieurs matériaux couche par couche en opposition avec une fabrication soustractive telle que l'usinage ou le découpage.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un chargement explosif selon l'invention.
Un ordinogramme des étapes du procédé est représenté sur la figure 4. Ce procédé comprend une étape 50 de fabrication de la structure alvéolaire (ou des structures alvéolaires) d'éclats.
Il comprend également une étape 51 consistant à insérer l'explosif E et éventuellement les moyens d'amorçage 9 au sein du volume intérieur 8 délimité par le cylindre de façon que le générateur d'éclats 1 présente une face intérieure 2 longitudinale tournée vers l'explosif E et une face extérieure longitudinale 3 tournée vers l'extérieur 4 de la charge 10.
L'étape 50 de fabrication de la structure alvéolaire peut être réalisée par fabrication additive.
Elle comprend alors, comme visible sur la figure 5, une étape 60 de modélisation de la géométrie de la structure souhaitée consistant à modéliser de façon tridimensionnelle la forme et les dimensions du générateur d'éclats 1 ainsi que les formes, les dimensions et l'agencement des cavités au sein de la structure.
Cette étape est classiquement réalisée par conception assistée par ordinateur ou CAO.
Le procédé de fabrication comprend une étape 61 de réalisation de chaque structure métallique 1 en tant que telle lors de laquelle on réalise la pièce par dépôt métallique par couches successives sur un substrat à partir d'une poudre métallique que l'on chauffe au moyen d'un laser pour fusionner ou fritter la poudre métallique en dehors des zones destinées à former les cavités de la structure de façon à obtenir une structure présentant la géométrie souhaitée qui a été préalablement définie.
La fusion ou le frittage peut être réalisé avant ou après le dépôt de chaque couche.
La poudre métallique est une poudre du matériau formant le générateur d'éclats 1 .
L'étape de réalisation du générateur d'éclats peut être mise en œuvre de différentes manières. Elle peut être réalisée par construction laser additive directe (CLAD) ou DLMS, acronyme de l'expression anglo-saxonne « Direct Laser Métal Sintering » consistant à faire fusionner des poudres métalliques injectées coaxialement à un faisceau laser pour réaliser des dépôts métalliques par couches successives. Elle peut être réalisée par frittage sélectif par laser ou SLS (acronyme de l'expression anglo-saxonne « sélective laser sintering »). Elle peut aussi être réalisée par fusion sélective par laser SLM (acronyme de l'expression anglo-saxonne « sélective laser melting »).
La fabrication additive permet de réaliser un générateur d'éclats intégrant des cavités présentant des tailles et/ou de formes diverses, maîtrisées et reproductibles selon des agencements très divers, maîtrisés et reproductibles définis par la modélisation. Les formes et l'agencement des cavités internes peuvent être choisis de façon à générer des éclats de différents calibres selon les cibles qui sont assignées à la charge.
Les cavités fermées peuvent renfermer de la poudre métallique notamment lorsque la fusion ou le frittage de la poudre d'une couche métallique est réalisé(e) après le dépôt de la couche de poudre métallique.
Avantageusement, le procédé comprend une étape d'élimination de la poudre disposées dans les cavités ou aux endroits destinés à former les cavités après la fusion ou le frittage des couches successives. Dans ce cas, les cavités internes sont remplies de gaz.
Le procédé représenté sur la figure 5 ne présente pas cette étape d'élimination. Les cavités obtenues par ce procédé logent de la poudre métallique. Toutefois la densité apparente de la poudre métallique est inférieure à celle de la poudre métallique fusionnée. Lors de l'explosion, on y retrouve donc de multiples réflexions de l'onde de choc produite par l'explosion ce qui favorise la fragmentation du générateur d'éclats.
Avantageusement, la structure alvéolaire est configurée de façon que sa fragmentation, sous l'effet de l'explosion de l'explosif soit initiée en des lieux prédéterminés des enveloppes délimitant lesdites cavités internes. Cela permet de mieux maîtriser la fragmentation et donc le nombre et le calibre des éclats à venir.
Avantageusement, la structure 1 comprend des enveloppes comprenant au moins un angle saillant. C'est au niveau des angles saillants que les fissures sont en effet prioritairement initiées. Les angles saillants constituent des amorces de rupture. Ils déterminent également la direction selon laquelle se propage la fissure. Celle-ci se propage en effet globalement perpendiculairement à l'angle saillant.
Avantageusement, la structure comprend des enveloppes présentant une arrête et/ou un sommet. Les arrêtes et sommets ont en effet une fonction d'amorce de rupture.
Avantageusement, comme représenté sur la figure 3, la structure de la figure 2 comprend des cavités internes fermées 13 présentant une forme cubique. De manière générale, la structure présente avantageusement des cavités (ouvertes et/ ou fermées) polyédriques. Ainsi leurs enveloppes présentent des angles saillants.
Les fissures 15 initiées par les cavités cubiques se font selon des diagonales des cubes. On peut donc prévoir que les fissures initiées dans la structure de la figure 2 s'étendent selon les directions représentées sur la figure 6.
Les cavités peuvent présenter toutes sortes de formes polyédriques comme, par exemple, une forme de diamant ou parallélépipédique à base hexagonale. Plus le nombre de faces du polyèdre est important plus la rupture de la structure est favorisée et le nombre d'initiation de fissures initiées est important ce qui multiplie le nombre d'éclats à venir et diminue leur masse.
Avantageusement, le générateur d'éclats 1 est monobloc. Il est constitué d'une structure alvéolaire fermée qui forme les éclats métalliques en se rompant sous l'effet de l'explosion. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'être simple à mettre en œuvre, bon marché et de permettre de réaliser des fonctions de connexion avec d'autres éléments du projectile dans lequel est comprise la charge sous réserve d'un agencement particulier.
En variante, il comprend plusieurs structures alvéolaires fermées qui forment les éclats en se rompant sous l'effet de l'explosion. Il est avantageusement constitué d'une pluralité de structures métalliques alvéolaires fermées individuelles. Ces structures sont assemblées pour former une structure tubulaire. Le générateur est, par exemple, constitué d'un empilement d'anneaux selon la direction longitudinal.
Avantageusement, le générateur d'éclats est agencé de manière à être rigide.
Avantageusement, chaque structure alvéolaire constitutive du générateur est rigide. La rigidité du générateur lui permet de reprendre les efforts appliqués à la charge selon l'axe longitudinal sans se rompre. Elle permet d'éviter d'avoir à installer des moyens de rigidification qui seraient à l'origine d'éclats supplémentaires qui ne présenteraient pas le même calibre que les éclats issus du générateur d'éclats tels que revendiqués comme par exemple des viroles. Le générateur selon l'invention est avantageusement constitué d'au moins une structure alvéolaire fermée et dépourvu de viroles.
Sur la réalisation de la figure 1 , les faces intérieure 2 et extérieure 3 du générateur d'éclats 1 sont des parois métalliques. Ces surfaces sont lisses.
En variante, comme visible sur la figure 7, la face intérieure 2 et/ou la face extérieure 3 du générateur d'éclats 1 est une paroi métallique pleine munie de rainures et/ou de cavités 17 ou creux débouchant vers l'explosif et/ou respectivement vers l'extérieur du tube. Ces rainures et/ou cavités ont des fonctions d'amorce de rupture. Elles sont agencées et configurées de façon à favoriser l'initiation et la propagation des fissures selon des directions prédéterminée. Ces cavités présentent avantageusement des formes d'encoches à angles saillants ou de cavités parallélépipédiques.

Claims

REVENDICATIONS
Charge militaire (10) comprenant un explosif (E), des moyens de mise à feu (9) et un générateur d'éclats métallique (1 ) présentant la forme d'un tube délimité par deux faces longitudinales (2, 3), ledit tube entourant l'explosif (E), ledit générateur d'éclats (1 ) étant destiné à se rompre sous l'effet de l'explosion de l'explosif pour former lesdits éclats, caractérisé en ce que le générateur d'éclats (1 ) comprend au moins une structure alvéolaire fermée qui délimite en son sein un réseau de cavités internes fermées (13) agencées de manière reproductible, la structure alvéolaire fermée formant lesdits éclats en se rompant sous l'effet de l'explosion, et en ce que les cavités internes fermées comprennent une pluralité de réseaux (13b, 13c) de rangées (13a) de cavités internes fermées répartis sur l'épaisseur du générateur d'éclats.
Charge militaire selon la revendication précédente, dans laquelle pour chaque réseau (13b, 13c) de rangées (13a) de cavités internes fermées, lesdites rangées (13a) sont réparties sur la circonférence du tube.
Charge militaire selon la revendication précédente, dans laquelle, lesdites rangées (13a) d'un réseau (13b, 13c) s'étendent selon différentes génératrices d'un même cylindre.
Charge militaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les cavités internes sont agencées au sein du générateur d'éclats de sorte à générer des éclats de même calibre.
Charge militaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la structure alvéolaire est configurée de façon que sa rupture sous l'effet de l'explosion de l'explosif soit initiée préférentiellement en des lieux prédéterminés desdites enveloppes (14).
6. Charge militaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la structure alvéolaire comprend des enveloppes comprenant au moins un angle saillant constituant une amorce de rupture.
7. Charge militaire selon la revendication précédente, dans laquelle la structure alvéolaire comprend des enveloppes comprenant au moins un arrête et/ou au moins un sommet et/ou des enveloppes polyédriques.
8. Charge militaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le générateur comprend au moins une face longitudinale métallique pleine munie de rainures et /ou de cavités.
9. Charge militaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le générateur d'éclats et monobloc.
10. Charge militaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la structure alvéolaire fermée est rigide.
1 1 . Procédé de fabrication d'une charge militaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de réalisation de la structure alvéolaire fermée par fabrication additive.
12. Procédé de fabrication d'une charge militaire selon la revendication précédente, comprenant :
- une étape (60) de modélisation de la géométrie de la structure alvéolaire fermée consistant à modéliser de façon tridimensionnelle la forme et les dimensions de la structure ainsi que les formes, les dimensions et l'agencement des cavités au sein du générateur d'éclats,
- une étape (61 ) de réalisation de la structure alvéolaire fermée par dépôt métallique par couches successives sur un substrat à partir d'une poudre métallique que l'on chauffe au moyen d'un laser pour fusionner ou fritter la poudre métallique en dehors des zones destinées à former les cavités de la structure de façon à obtenir une structure présentant ladite géométrie.
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