PROJECTILE À VOL SUPERSONIQUE POUR CANON À TUBE LISSE

Le domaine technique de l'invention est celui des projectiles à vol supersonique tirables par un canon à tube lisse, et en particulier celui des projectiles tirés par les canons de char d'un calibre compris entre 90 mm et 130 mm.

Les projectiles à vol supersonique pour canon à tube lisse sont généralement stabilisés par un empennage.

On connaît deux types principaux de projectiles pour les armes à tube lisse : les projectiles sous-calibrés (ou projectiles flèches) et les projectiles au calibre.

Les projectiles sous-calibrés comportent un barreau dont le diamètre est bien inférieur au calibre du tube, barreau qui est tiré à l'aide d'un sabot au calibre. Ces projectiles comportent un empennage formé de plusieurs ailettes radiales.

Les projectiles au calibre sont le plus souvent des projectiles explosifs. Ils ont un corps qui est prolongé à sa partie arrière par une queue d'empennage portant un empennage stabilisateur.

On connaît aussi des projectiles d'exercice qui sont associables à chaque type de projectile de guerre.

On connaît ainsi, en particulier par le brevet EP1750081, un projectile flèche d'exercice dont le corps sous-calibré porte à sa partie arrière un cône stabilisateur. Le cône assure tout à la fois une stabilisation aérodynamique du projectile et un freinage de celui-ci sur trajectoire, permettant de réduire la portée. Le cône a un diamètre supérieur à celui du corps sous-calibré.

On connaît aussi par le brevet DE4132659 un projectile d'exercice au calibre. Ce projectile a pratiquement les mêmes proportions qu'un projectile explosif mais il est réalisé en matériau inerte. Il porte un empennage arrière sensiblement au diamètre du corps de projectile et situé à une distance importante du corps. La longueur du projectile, de la ceinture jusqu'à l'arrière de l'empennage, est ainsi sensiblement la moitié de la longueur totale du projectile. La portée de ce projectile est la même que celle du projectile explosif.

On connaît enfin par le brevet WO2013150095 un projectile d'exercice qui comporte une jupe arrière cylindrique sensiblement au calibre. Ce projectile présente l'avantage d'avoir un coût réduit. Ses performances de stabilité sont cependant insuffisantes et nécessitent un positionnement du centre de gravité très en avant du projectile. La jupe présente un coefficient aérodynamique (Cx) important qui freine le projectile sur trajectoire.

Les brevets US2006/065149 et US5328130, formant un point de départ pour la présente invention, décrivent eux aussi des projectiles tirés par tube lisse et dont la stabilisation est assurée par un stabilisateur cylindrique arrière qui porte une collerette fendue permettant de donner une rotation modérée permettant de compenser les dissymétries.

Ces projectiles nécessitent également pour être stables un positionnement de leur centre de gravité très en avant du projectile.

Les projectiles empennés au calibre tels que décrit par le brevet DE4132659 comportent une queue d'empennage de grande longueur qui pénètre profondément dans l'étui renfermant la charge propulsive. Ces projectiles réduisent la masse de poudre propulsive qu'il est possible de loger dans l'étui. La longueur de l'empennage gêne par ailleurs la mise en place du projectile dans une douille chargée et imposent, soit un chargement de l'étui par l'arrière et après montage du projectile, soit un chargement en deux fardeaux, un premier fardeau attaché au projectile et un second fardeau situé dans l'étui.

Les projectiles décrits par les brevets WO2013150095, US2006/065149 et US5328130 ont une longueur réduite mais leur stabilité sur trajectoire est faible et ce concept de projectiles est limité à la réalisation de projectiles d'exercice.

On connaît enfin par le brevet US463922 un projectile gyrostabilisé qui est mis en rotation dans le tube par un passage des gaz propulsifs vers l'avant du projectile, dans des sillons périphériques. Ce projectile n'est pas stabilisé aérodynamiquement mais gyrostabilisé et l'orientation des fentes aura pour effet de freiner sa rotation sur trajectoire, réduisant encore plus sa stabilité.

C'est le but de l'invention que de proposer un projectile pour canon lisse comportant des moyens de stabilisation faiblement intrusifs dans le chargement propulsif mais ayant pourtant une excellente stabilité sur trajectoire.

C'est un autre but de l'invention que de proposer une architecture de projectile simple et peu coûteuse. L'invention peut ainsi plus particulièrement être mise en oeuvre pour réaliser un projectile d'exercice.

Ainsi l'invention a pour objet un projectile à vol supersonique tirable par un canon à tube lisse, projectile comportant un corps au calibre du tube du canon et un moyen de stabilisation aérodynamique disposé en arrière du corps, projectile caractérisé en ce que le moyen de stabilisation aérodynamique est formé par un cône dont le plus grand diamètre est sensiblement égal au diamètre du corps, le cône étant relié au corps par une portée cylindrique, le corps comportant une face arrière annulaire perpendiculaire à l'axe du projectile et sur laquelle se raccorde la portée cylindrique, la hauteur de la face annulaire et la longueur de la portée cylindrique étant définies de façon à assurer un décollement de l'écoulement aérodynamique en arrière de la face annulaire, puis le recollement de cet écoulement directement sur l'élément stabilisateur conique.

Avantageusement, le rapport entre la longueur de la portée cylindrique et la hauteur de la face arrière annulaire sera compris entre 1,5 et 3,5.

La longueur de la queue d'empennage formée par le cône et la portée cylindrique pourra être inférieure à 40% de la longueur totale du projectile.

Le cône pourra avoir un angle au sommet compris entre 10° et 40°.

Selon un mode de réalisation, le cône pourra comporter une partie arrière cylindrique suivie d'un rétreint conique.

La portée cylindrique pourra comporter des perçages radiaux reliant la surface externe de la portée cylindrique avec un volume interne à la queue d'empennage.

Selon un mode particulier de réalisation, la queue d'empennage pourra être solidaire d'une bague, au diamètre du corps et comportant la face arrière annulaire, bague qui constituera une partie arrière du corps et qui se fixera à une partie avant du corps.

La partie avant du corps pourra être réalisée en acier et la queue d'empennage et la partie arrière du corps pourront être réalisées en alliage d'aluminium.

Le projectile selon l'invention pourra constituer un projectile d'exercice inerte, ou bien un projectile explosif.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels :

• La figure 1 montre en coupe longitudinale un projectile selon un mode de réalisation de l'invention,
• La figure 2 montre en coupe longitudinale un projectile selon un autre mode de réalisation de l'invention,
• La figure 3 montre en coupe longitudinale partielle un projectile selon un autre mode de réalisation de l'invention.

En se reportant à la figure 1, un projectile 1 tirable par un canon à tube lisse selon l'invention comporte un corps 2 au calibre du tube et un moyen de stabilisation aérodynamique 3 disposé en arrière du corps 2. Suivant le mode de réalisation représenté le projectile 1 est un projectile d'exercice inerte.

Bien entendu ce projectile est solidaire d'une douille renfermant une charge propulsive pour constituer une munition. La douille selon le calibre pourra être métallique ou combustible. Cette douille de type classique ne fait pas partie de l'invention et n'est donc pas représentée.

Le moyen de stabilisation aérodynamique 3 est formé par un cône de révolution dont le plus grand diamètre D3 est sensiblement égal au diamètre D2 du corps 2.

Le diamètre D3 peut être légèrement inférieur au diamètre D2 mais le diamètre D3 sera choisi suffisant pour que le recollement de l'écoulement aérodynamique se fasse sur le cône.

Le cône 3 est relié au corps 2 par une portée cylindrique 4 de diamètre D1.

Le corps 2 comporte une face arrière annulaire 5 qui est perpendiculaire à l'axe 6 du projectile et sur laquelle se raccorde la portée cylindrique 4.

Le cône 3 a un angle au sommet compris entre 10° et 40° (et de préférence compris entre 15° et 30°). Ce choix de l'angle du cône permet d'assurer un accroissement suffisant de la pression aérodynamique sur le cône. Le cône 3 pourra porter sur sa périphérie des rainures ou encoches 16 qui seront inclinées par rapport à l'axe 6 du projectile. Une telle disposition permettra (de façon connue) une mise en rotation du projectile 1 sur trajectoire ce qui améliore la stabilité et permet d'éviter un phénomène de résonance roulis-tangage.

L'ensemble constitué par le cône 3 et la portée cylindrique 4 constitue une queue d'empennage 7 qui a une longueur L1. La longueur totale du projectile est L et la longueur du corps est L2 (L= L1 + L2).

Selon le mode de réalisation qui est représenté ici, la queue d'empennage 7 est solidaire d'une bague 8 au calibre du corps 2 et qui porte la face arrière annulaire 5. La queue d'empennage 7 et la bague 8 sont formées ici de façon monobloc. La bague 8 constitue une partie arrière du corps 2 et elle se fixe à une partie avant 2a du corps 2 par un filetage 9.

Le corps 2 porte par ailleurs une ceinture d'étanchéité 10.

La partie avant 2a du corps 2 est réalisée en acier tandis que la queue d'empennage 7 et la partie arrière 8 du corps sont réalisées en alliage d'aluminium. Il en résulte un positionnement du centre de gravité C du projectile sensiblement à mi-distance de l'avant et de l'arrière du projectile 1.

La queue d'empennage 7 comporte un volume interne 11 cylindrique qui pourra recevoir par exemple un traceur (non représenté).

On définira le projectile de telle sorte que le rapport entre la longueur L3 de la portée cylindrique 4 et la hauteur H de la face arrière 5 (H=(D2-D1)/2) soit compris entre 1,5 et 3,5 (bornes incluses) suivant le régime de vol du projectile. Soit en d'autres termes : 1,5 x H ≤ L3 ≤ 3,5 x H

La combinaison de la présence d'une face arrière annulaire 5, de hauteur H suffisante, suivie d'une portée cylindrique 4 de longueur L3 adaptée conduit, en régime de vol supersonique, au décollement de l'écoulement aérodynamique au niveau de la « marche descendante » constituée par le passage du diamètre D2 au diamètre D1, en arrière de la face annulaire 5, puis au recollement de l'écoulement directement sur l'élément stabilisateur conique 3.

Cette combinaison permet d'éviter le recollement de l'écoulement sur la portée cylindrique 4.

Le recollement de l'écoulement intervient alors directement sur le cône 3 (d'angle compris entre 10° et 40°) et permet d'exercer sur celui-ci la plus grande pression possible, par recompression de l'écoulement, assurant ainsi une efficacité stabilisatrice maximale du cône 3.

A titre d'exemple : la pression au niveau de l'impact sur le cône 3 est multipliée environ par 2 par rapport à la pression initiale au niveau de la face annulaire 5.

Cette forte pression exercée sur le cône stabilisateur 3 entraîne un effet stabilisateur du cône bien supérieur à celui qui serait obtenu avec un projectile de même géométrie mais dans lequel il y aurait une variation plus progressive de l'écoulement aérodynamique sans décollement de la couche limite (par exemple avec un projectile comportant une surface à profil conique entre le corps au calibre et la portée cylindrique 4).

Il en résulte la possibilité, à calibre égal, de réaliser un projectile bien plus court que les projectiles selon l'art antérieur.

Ainsi le projectile peut avoir une longueur L1 de la queue d'empennage 7 qui est inférieure à 40% de la longueur totale L du projectile.

D'une façon classique la stabilité d'un projectile empenné supersonique est conditionnée par la marge statique de ce projectile, c'est à dire la distance entre le centre de gravité C du projectile et le foyer des efforts aérodynamique qui s'exercent sur lui en vol.

Un projectile sera stable (de façon empirique) si sa marge statique est d'environ un calibre.

L'Homme du Métier définira la géométrie du projectile assurant la stabilité en jouant sur la position du centre de gravité C qui peut être positionné en avant du projectile en adoptant un matériau pour la partie avant 2a du corps qui sera plus dense que le matériau de la queue d'empennage 7 et de la partie arrière 8 du corps. Un lest pourra éventuellement être fixé à la partie avant du corps pour avancer le centre de gravité.

Le foyer des efforts aérodynamiques sera positionné en jouant à la fois sur la hauteur H de la marche formée par la face arrière annulaire 5 (demi écart entre D1 et D2), sur la longueur L3 de la portée cylindrique (en conservant les proportions relatives entre H et L3 mentionnées précédemment) et sur l'angle du cône 3.

L'Homme du Métier pourra utiliser des outils de modélisation des écoulements supersoniques pour définir les géométries de la face arrière 5 et de la queue d'empennage 7.

L'essentiel est que le rapport entre la longueur L3 de la portée cylindrique 4 et la hauteur H de la face arrière 5 soit compris entre 1,5 et 3,5 et que l'angle du cône 3 soit compris entre 10° et 40°.

La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un projectile d'exercice selon l'invention, projectile qui diffère du précédent en ce que le cône 3 comporte une partie arrière 17 qui est cylindrique et qui est suivie d'un rétreint de culot conique 13. Ce dispositif permet dans le cas d'un projectile d'exercice d'ajuster la traînée aérodynamique du projectile afin d'assurer une meilleure similitude balistique. Comme dans le mode précédent, le cône 3 pourra porter des encoches périphériques (non représentées).

Suivant ce mode de réalisation, le volume interne 11 au cône 3 communique avec la surface externe de la portée cylindrique 4 par des perçages radiaux 12. Lors du tir du projectile 1, les gaz propulsifs qui entrent dans le volume interne 11 peuvent sortir radialement de ce volume au travers des perçages 12. La pression s'équilibre donc entre la surface externe de la portée cylindrique 4 et le volume interne 11.

Par ailleurs le volume interne 11 de la queue d'empennage communique ici avec une cavité 14 interne au corps 2 du projectile. Cette cavité permet de recevoir un traceur ou une charge de marquage d'impact (non représentée).

Les proportions relatives de la queue d'empennage 7 et du corps sont les mêmes que celles décrites précédemment.

La figure 3 montre un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le projectile 1 est un projectile explosif. On remarque que la longueur L2 du corps 2 du projectile est plus longue que celle des projectiles d'exercice décrits précédemment. Le corps 2 porte la ceinture 10 et également un anneau de guidage avant 15.

La structure interne du corps 2 n'est pas représentée car elle ne fait pas partie de l'objet de la présente invention. Elle est analogue à celle des projectiles connus et pourra par exemple comporter une charge explosive associée à un revêtement de charge creuse.

Comme dans les modes de réalisation précédents, le corps 2 comporte une face arrière annulaire 5 sur laquelle se raccorde la queue d'empennage 7 comportant la portée cylindrique 4.

Il en résulte, comme dans le mode de réalisation décrit précédemment, un fonctionnement aérodynamique basé sur le décollement de l'écoulement aérodynamique au niveau de la face annulaire 5, décollement qui est suivi d'un recollement avec recompression de l'écoulement directement sur le cône 3.

La queue d'empennage 7 peut ainsi avoir une longueur L1 réduite qui ne dépasse pas 40% de la longueur totale du projectile et qui n'est pratiquement pas intrusive dans le chargement propulsif de la douille.