Dispositif anti-arcure pour tube d'arme |
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| 申请号 | EP88402251.8 | 申请日 | 1988-09-08 | 公开(公告)号 | EP0307308B1 | 公开(公告)日 | 1991-03-27 |
| 申请人 | ETAT-FRANCAIS représenté par le DELEGUE GENERAL POUR L'ARMEMENT (DPAG); | 发明人 | Robert, Jean-François; Tissier, Olivier; | ||||
| 摘要 | |||||||
| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | Le secteur technique de la présente invention est celui des dispositifs anti-arcure destinés aux tubes de canons d'armes de gros calibre et plus particulièrement des canons équipant les véhicules blindés. On sait qu'un tube de canon est soumis à des contraintes thermiques de deux origines:
A titre d'exemple, pour un canon de 120 mm, un gradient de température de 1°C entraîne une déviation de l'axe du tube de l'ordre de 0,35 millièmes (le millième étant l'unité propre à l'artillerie telle que 6400 millièmes = 2π radians). On peut imaginer ce même canon entre deux tirs et soumis à un vent latéral: la génératrice au vent sera plus froide que son opposée. On aura alors une arcure et une déviation latérale du tube. On conçoit donc aisément dans ces conditions qu'au cours du tir on ait des dispersions importantes, et ce d'autant plus que les arcures ne seront constantes ni en valeur absolue ni en direction; ces déviations pouvant par ailleurs prendre des valeurs rédhibitoires dans le cas de conditions climatiques rigoureuses combinées à un échauffement important du canon tel qu'il peut s'en produire après un tir à cadence soutenue. On a donc cherché à remédier à ces inconvénients en proposant divers systèmes visant à isoler tout ou partie du tube de l'air ambiant de façon à homogénéiser la température de celui-ci, et cela quelles que soient les conditions du tir. Ainsi, le brevet US 4424734 propose un fourreau composite dont au moins un élément et un isolant thermique recouvrant le tube du canon. Ce type de protection présente l'inconvénient grave d'emmagasiner la chaleur dans le tube, notamment au niveau de la chambre de combustion. Il en résulte un risque d'auto allumage (phénomène connu sous le nom de "cook-off") d'une munition restée à poste, risque incompatible avec la sécurité des servants de l'arme. Une autre solution proposée (voir le brevet FR 1445546) consiste à utiliser plusieurs manchons tubulaires juxtaposés axialement, liés en rotation et en translation au tube du canon et fermés à leurs extrémités, formant ainsi autant de cavités concentriques au tube. Chaque manchon est constitué par une enveloppe en matériau à conductivité thermique élevée (supérieure à 100 W/(m×°K)), par exemple un alliage de magnésium, lui permettant une mise en isothermie rapide. Dans ces conditions, la couche d'air emprisonnée entre le tube et le manchon constitue un isolant thermique entre le tube de l'arme et l'air ambiant. Le principal inconvénient de cette disposition est que lors du tir, l'élévation de température du tube (la température périphérique du tube atteint près de 100° pour 10 coups environ tirés en 30 minutes), va provoquer un échauffement de cette couche d'air entraînant ainsi des mouvements de convection des molécules d'air. Ces mouvements vont provoquer une accumulation de calories au voisinage de la génératrice supérieure du tube, créant ainsi un gradient de température entre celle-ci et la génératrice inférieure, une telle dissymétrie provoquant une arcure. Il est possible également, pour mémoire de citer les brevets GB 197527 et GB 148120, ou encore les brevets US 1543262 et US 2806409, ces brevets sont relatifs à des armes automatiques de moyen calibre à grandes cadences de tir, et ils proposent divers dispositifs de refroidissement du tube. Les armes de moyen calibre ne sont pas soumises au phénomène de l'arcure en raison des dimensions réduites de leur tube, par contre la grande cadence de tir risque de provoquer un échauffement excessif du tube pouvant entraîner sa détérioration ou encore des phénomènes de "Cook-off". Il est possible pour éviter de tels inconvénients de prévoir un dispositif de refroidissement qui crée un courant d'air axial dans un manchon entourant le tube. Un tel courant d'air axial appliqué à un manchon entourant un tube de gros calibre n'éviterait cependant pas le phénomène d'arcure thermique. En effet les contraintes climatiques extérieures provoqueront toujours des gradients de température dans une section transversale du manchon, ce qui entraînera une arcure. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif simple, léger et peu onéreux, permettant d'une part d'isoler tout ou partie du tube de l'arme de l'air ambiant au moyen d'une couche d'air isolante, et d'autre part d'éviter les gradients thermiques entre les génératrices supérieures et inférieures du tube. Le dispositif anti-arcure pour un tube d'une arme de gros calibre selon l'invention est constitué par au moins un manchon, rendu solidaire du tube en translation et en rotation par un moyen de liaison, délimitant, autour du tube et sur une partie de sa longueur, au moins une cavité annulaire, fermée à ses extrémités, il est caractérisé en ce qu'il comporte un système de ventilation destiné à évacuer les calories pouvant s'accumuler dans la cavité annulaire au voisinage de la génératrice supérieure du tube, et en ce que le système de ventilation comporte d'une part au moins un évent, aménagé sur le manchon au voisinage de la génératrice inférieure du tube et faisant communiquer la cavité annulaire avec l'air ambiant, et d'autre part un compresseur relié à la cavité annulaire par une canalisation solidaire du manchon, disposée au voisinage de la génératrice supérieure du tube et s'étendant sensiblement sur toute la longueur du manchon, la canalisation comportant au moins un trou d'injection. La canalisation pourra être disposée à l'intérieur ou à l'extérieur de la cavité annulaire. Le trou d'injection pourra être constitué par une fente disposée en regard de la génératrice supérieure du tube et s'étendant sensiblement sur toute la longueur du manchon. Selon une variante de réalisation, un déflecteur solidaire du manchon est disposé à l'intérieur de la cavité annulaire entre le trou d'injection et la génératrice supérieure du tube. De façon préférentielle le compresseur sera solidaire de la partie fixe de l'arme et il sera relié à la canalisation par une liaison souple susceptible d'accepter le mouvement de recul du tube. Suivant un mode particulier de réalisation, la canalisation pénètre lors du recul du tube dans un canal d'alimentation qui est solidaire de la partie fixe de l'arme et qui présente une forme complémentaire de celle de la canalisation, l'étanchéité entre canalisation et canal d'alimentation sera assurée par un ou plusieurs joints d'étanchéité. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et dans lesquels:
Le dispositif représenté à la figure 1 comporte un manchon 1, cylindrique et coaxial à un tube 2 d'un canon de gros calibre, une cavité annulaire 3 se trouve ainsi aménagée entre le tube et le manchon, cavité qui est fermée à ses deux extrémités par des cloisons solidaires du manchon (non représentées ici). Une canalisation 6 cylindrique, solidaire du manchon et s'étendant sensiblement sur toute la longueur de celui-ci, est fermée à une de ses extrémités et reliée par son autre extrémité à un compresseur 7 (voir figure 2), solidaire de l'arme. La canalisation 6 est disposée dans la cavité annulaire 3 et au voisinage de la génératrice supérieure du tube 2, elle porte le long de certaines de ses génératrices propres (par exemple celle en regard du tube), des trous d'injection 5 (ici des groupes de trois trous de diamètre 3 mm, régulièrement répartis le long d'une génératrice de la canalisation avec une densité de 5 groupes de trous par mètre). Le manchon porte également des évents 4 (ici 10 évents de diamètre 2 mm), disposés au voisinage de la génératrice irférieure du tube qui font communiquer la cavité annulaire avec l'air ambiant. Le compresseur 7, la canalisation 6 et les évents 4 constituent un système de ventilation conforme à l'invention. Le compresseur va envoyer un fluide sous pression, par exemple de l'air, dans la canalisation. Ce fluide va diffuser à travers les trous d'injection 5 dans la cavité annulaire 3. En régime permanent la température de sortie du fluide est homogène le long de la canalisation et se trouve inférieure à la température de l'air présent dans la cavité annulaire au voisinage de la génératrice supérieure du tube, (un dispositif permettant de stabiliser la température du fluide peut également être prévu entrele compresseur et la canalisation). L'effet de ce système de ventilation est double: il agit d'une part thermiquement, en refroidissant l'air contenu dans la cavité annulaire à l'endroit même où la température risquait d'être la plus élevée, d'autre part mécaniquement, le courant de fluide ainsi créé chasse l'air chaud vers la zone inférieure de la cavité annulaire, l'air chaud s'échappe alors par les évents 4, car les manchons sont étanches par ailleurs. Le dispositif selon l'invention, en créant un courant d'air radial (et non plus axial comme dans les dispositifs connus sur les armes de moyen calibre), évacue d'une part les calories de la zone de la cavité annulaire dans laquelle elles se concentreraient naturellement en raison des phénomènes de convection, et d'autre part provoque un écoulement à direction radiale ce qui a pour effet d'homogénéiser la température de l'air au niveau de toutes les sections transversales de la cavité annulaire, et donc de limiter l'arcure. Il sera possible également de rendre cet écoulement turbulent en jouant sur la valeur de la section des évents 4, ce qui favorisera l'homogénéisation de la température de la cavité annulaire 3. La figure 2 est une représentation simplifiée d'un dispositif anti-arcure couvrant sensiblement toute la longueur du tube 2 de l'arme, et dans ce but le manchon est constitué par quatre tronçons 8 dont les diamètres décroissants tiennent compte de la conicité du tube. Chaque tronçon est séparé de ses voisins par une cloison 9 étanche ou non, le manchon 1 délimite ainsi autour du tube quatre cavités annulaires 3. La canalisation 6 traverse ces cloisons et s'étend ainsi sur sensiblement toute la longueur du manchon 1. Il serait possible d'équiper le tube au moyen de plusieurs manchons identiques ou non, traversés par la canalisation 6. Cela afin d'en faciliter la fabrication, le stockage et le transport. Le ou les manchons seront rendus solidaires du tube en rotation et en translation de manière connue par un moyen de liaison non représenté ici. On pourra en particulier réaliser des manchons constitués par deux coquilles symétriques articulées et se refermant autour du tube par une attache rapide, on consultera les brevets EP 183432 et DE 1918422 qui décrivent de tels moyens de liaison appliqués à des dispositifs anti-arcure. Il est possible enfin de faire varier le nombre, la surface et la répartition des trous d'injection 5 ainsi que des évents 4, le diamètre de la canalisation 6, le débit du compresseur 7 et la température du fluide fourni par ce dernier, et enfin le volume de la cavité 3, cela de façon à adapter le dispositif en fonction des caractéristiques (calibre, épaisseur du tube, température après tir...) propres à chaque type d'arme. L'invention, en proposant un système de ventilation qui permet d'évacuer les calories pouvant s'accumuler au voisinage de la génératrice supérieure du tube, autorise l'emploi d'un matériau de conductivité thermique quelconque pour le manchon. Eventuellement un matériau isolant pourrait même être utilisé, permettant ainsi de limiter l'effet des gradients thermiques d'origine extérieure sur le tube de l'arme. On voit ainsi un avantage de l'invention, qui est de permettre d'utiliser d'autres matériaux (moins coûteux) que le magnésium pour réaliser les manchons. En effet, les manchons non percés suivant l'état de la technique, devaient présenter une conductivité thermique importante, à la fois radiale et circonférentielle, cela afin de pouvoir, d'une part homogénéiser la température de l'air contenu dans la cavité annulaire, et d'autre part évacuer, par échange avec l'air ambiant, les calories transférées par le tube à la cavité annulaire et qui risquaient d'entraîner un échauffement excessif de celui-ci. Il subsistait néanmoins un gradient thermique dû aux contraintes thermiques endogènes, gradient qui est évité avec l'invention. D'autres systèmes de ventilation sont envisageables. La figure 3 représente en coupe transversale un deuxième mode particulier de réalisation d'un tel système dans lequel la canalisation 6 n'est plus disposée à l'intérieur de la cavité 3 mais est fixée sur la surface externe du manchon. La canalisation comprend ainsi un couvercle 11 de forme sensiblement cylindrique et délimité par deux joues 10. Le trou d'injection 5 est ici constitué par une fente qui s'étend sensiblement sur toute la longueur du manchon. Une telle disposition présente l'avantage d'assurer l'homogénéité de la température dans toutes les sections droites de la cavité annulaire le long du tube de l'arme. Le manchon porte comme précédemment des évents 4, disposés au voisinage de la génératrice inférieure du tube et qui font communiquer la cavité annulaire avec l'air ambiant. Afin d'assurer un écoulement radial de l'air amené par la canalisation, on dimensionnera cette dernière de telle sorte que sa section (S) soit supérieure ou égale à la surface totale (s) de la fente d'injection pour le manchon considéré. La section totale (o) (relative à un manchon) de l'ensemble des évents 4 sera choisie inférieure à deux fois la surface totale (s) de la fente d'injection 5 (pour le manchon). En limitant ainsi la masse d'air pouvant s'échapper par les évents on augmente le brassage à l'intérieur de la cavité annulaire et on améliore donc l'homogénéisation de la température dans cette dernière. Un déflecteur 12 en tôle est rendu solidaire du manchon au niveau de la fente d'injection par l'intermédiaire d'inserts 15 et s'étend donc également sur toute la longueur du manchon (voir figure 5). Ce déflecteur est disposé entre la fente d'injection 5 et la génératrice supérieure du tube, et il est dimensionné de telle sorte que le courant d'air amené par la canalisation 6 se trouve dévié latéralement en direction de la surface cylindrique intérieure du manchon 1. On protège ainsi la génératrice supérieure du tube d'un refroidissement eccessif, et on obtient un écoulement turbulent qui favorise également l'obtention d'une température homogène dans tout l'espace annulaire 3. La Figure 4 est une représentation simplifiée d'un dispositif anti-arcure constitué par quatre manchons 1 qui couvrent sensiblement toute la longueur du tube. La figure 5 montre précisément un manchon ainsi que sa liaison avec les deux autres manchons voisins. Les manchons ont des diamètres décroissants tenant compte de la conicité du tube de l'arme. Les canalisations de chacun des manchons se recouvrent légèrement (voir figure 5) et sont en contact mutuel. Une fuite d'air est tolérable au passage entre chaque canalisation si la section de cette fuite reste très inférieure à la section de passage de l'air d'une canalisation à l'autre, (de l'ordre du %). Le compresseur 7 alimente ainsi l'ensemble des manchons 1. Comme dans le cas du premier mode de réalisation de l'invention déja décrit, les manchons seront rendus solidaires du tube à la fois en rotation et en translation au moyen d'un dispositif de fixation du type de ceux décrits dans les brevets EP 183432 et DE 1918422. Aussi bien dans le premier mode de réalisation de l'invention que dans le deuxième, le compresseur 7 sera de préférence solidaire de la partie fixe de l'arme afin de lui éviter les chocs du recul. Il sera relié alors à la canalisation par une liaison souple susceptible d'accepter le mouvement de recul du tube. Une autre solution schématisée sur la Figure 4 consiste à faire pénétrer lors du recul la canalisation 6 dans un canal d'alimentation 13 présentant une forme complémentaire et qui est solidaire de la partie fixe de l'arme, par exemple au niveau du masque non représenté. On crée ainsi entre la canalisation et le canal d'alimentation une liaison coulissante qui n'est pas gênée par le recul du tube. L'étanchéité entre canalisation et canal d'alimentation sera assurée par un ou plusieurs joints d'étanchéité 14. Afin d'assurer une homogénéisation de la température dans toutes les sections du tube, il est nécessaire d'éviter de trop fortes pertes de charges entre le premier manchon (situé côté compresseur) et le quatrième (proche de l'embouchure du tube). Si on note S1, S2, S3, S4 les sections de la canalisation 6 relatives à chaque manchon, et si les surfaces s du trou d'injection 5 et σ de l'ensemble de évents 4 sont les mêmes pour chaque manchon, on devra vérifier les relations: S4 ≧ s; S3 ≧ S4 + s; S2 ≧ S3 + s; S1 ≧ S2 + s Avec σ ≦ 2s La section de la canalisation 6 est donc décroissante le long du tube jusqu'à son extrémité, on assure ainsi une homogénéité le long du tube de la ventilation des différentes cavités annulaires 3. A titre d'exemple, des essais comparatifs ont été menés entre un tube d'une arme de gros calibre, équipé de quatre manchons identiques, couvrant ainsi sensiblement toute sa longueur, et ne comportant ni évents ni compresseur, et un tube équipé de quatre manchons ayant même géométrie que les précédents mais dotés d'un système de ventilation selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Après une série de 6 coups tirés dans un intervalle de temps de 15 minutes, et les mesures d'arcure étant effectuées pendant l'intervalle de 30 minutes suivant la série de tirs, on a constaté que l'arcure totale du tube équipé de manchons traditionnels a varié entre 0,43 et 1,18 millièmes, alors que l'arcure totale du tube équipé des manchons selon l'invention a varié elle, entre 0,25 et 0,38 millièmes. |
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