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WO2024062199A1 - Chargements combustibles adherant a la paroi interne d'une structure combustible contenant un chargement propulsif - Google Patents

Chargements combustibles adherant a la paroi interne d'une structure combustible contenant un chargement propulsif Download PDF

Info

Publication number
WO2024062199A1
WO2024062199A1 PCT/FR2023/051446 FR2023051446W WO2024062199A1 WO 2024062199 A1 WO2024062199 A1 WO 2024062199A1 FR 2023051446 W FR2023051446 W FR 2023051446W WO 2024062199 A1 WO2024062199 A1 WO 2024062199A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustible
charge
ammunition
mass
cellulose ester
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2023/051446
Other languages
English (en)
Inventor
Sébastien CUVELIER
Alain Tronche
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eurenco France Sas
Original Assignee
Eurenco France Sas
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 Eurenco France Sas filed Critical Eurenco France Sas
Priority to CA3267912A priority Critical patent/CA3267912A1/fr
Priority to EP23790052.7A priority patent/EP4591026A1/fr
Priority to KR1020257010949A priority patent/KR20250151352A/ko
Priority to IL319690A priority patent/IL319690A/en
Publication of WO2024062199A1 publication Critical patent/WO2024062199A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B5/00—Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
    • F42B5/02—Cartridges, i.e. cases with charge and missile
    • F42B5/16—Cartridges, i.e. cases with charge and missile characterised by composition or physical dimensions or form of propellant charge, with or without projectile, or powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B23/00—Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/12—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product having contiguous layers or zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B33/00—Manufacture of ammunition; Dismantling of ammunition; Apparatus therefor
    • F42B33/007—Making cavities in an explosive or propulsive charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B5/00—Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
    • F42B5/02—Cartridges, i.e. cases with charge and missile
    • F42B5/18—Caseless ammunition; Cartridges having combustible cases

Definitions

  • the technical field is that of additional combustible loads to a propulsive powder load of a shell or mortar type ammunition.
  • These additional combustible loads provide the function of ignition relay, delivery of functional additives (for example an anti-glow, anti-copper or anti-erosion additive), or propulsive energy supply.
  • these combustible charges are arranged in adhesion on the internal wall of the combustible structure, in particular the combustible case, containing the propellant charge of a munition.
  • These combustible charges are particularly suitable for munitions with large internal dimensions, for example those in which the tail of the projectile is integrated into the heart of the propulsive charge, of the arrow shell type.
  • the propellant charge of an ammunition is initiated into combustion by an ignition device.
  • This ignition device which initiates the combustion of the ammunition, is composed of a primer and possibly a pyrotechnic charge.
  • This ignition device can be coupled with one or more ignition relays ensuring uniform ignition of the propellant charge.
  • the prior art describes ignition relays inserted in the case containing the propellant charge of an arrow shell. These ignition relays make it possible to optimize ignition for modern munitions which have a significant length and/or a volume of powder that is difficult to access by the flame of a conventional ignition device, composed of a primer, an igniter and an igniter tube forming the primer tube (TPA). Increasing the performance of the ignition means is also sought due to the use of composite propellant powders with low vulnerability that are difficult to ignite, for example of the LOVA or HE LOVA type.
  • These ignition relays are connected to the TPA and they ensure better distributed ignition of the propellant charge.
  • these ignition relays are packaged in a support, for example a plastic tube, in the form of cords.
  • a support for example a plastic tube
  • cords include for example a pyrotechnic composition, such as black powder or a composition combining boron/potassium nitrate or aluminum/potassium perchlorate or even Magnesium I Teflon® or Viton®.
  • the ignition cords are arranged in the mass of the load and/or are fixed on the internal surface of the case and/or on a rear part of the projectile inserted in the load.
  • Patent application WO 93/12400 describes for example this type of device.
  • the ignition cords [figures 10 and 11, ref. 32], connected to the igniter, are distributed in the mass of the propellant charge.
  • Patent US5129324 also describes this type of architecture using ignition cords in a simple ammunition and also in a stepped ammunition.
  • Patent application FR2799832 describes a device of the same type as that of patent application W093/12400 but also including ignition cords (ref 8a) glued or plated with adhesive tape on the internal wall of the case and on the tail of the projectile.
  • a first part of the propellant charge is first placed in the case equipped with its base supporting the TPA.
  • a space is left free in the upper part of the case.
  • This space has the function of receiving the tail of the arrow supporting around it a cylindrical cage enclosing a second part of the load.
  • the fletched arrow (projectile) fitted with the cage on its fletching is secured to the upper part of the case by means of a connecting part.
  • the upper part of the case then contains, above the first loading part, the empennage and its cage containing the second part of the propulsive loading.
  • the connecting part made of plastic or fibrous combustible material, is riveted and/or glued to the upper part of the case.
  • the ammunition is therefore made in two assembled parts, each including a part of the propellant charge. It is also possible, according to another method, to load the powder grains via orifices on the rear bottom of the pre-constituted ammunition with its case and projectile. The base of the ammunition is then put in place and ensures the closure of the loading ports.
  • the ignition relays made up of cords proposed by the prior art, make the operations of mounting the ammunition complex.
  • the cords distribute the ignition of the propellant charge locally on their operating line and/or in only part of the height of the charge. There distribution of the ignition of the propellant charge is therefore not homogeneous and is likely to generate pressure waves upon ignition between the rear and the front of the munition.
  • the modularity of the cords in positioning and number is also limited. Their implementation requires complex adaptations to each new ammunition architecture.
  • Patent application WO 2009/043876 describes an ignition relay consisting of at least one ring secured (ref. 4) to the internal face of the case.
  • This ring has a flexible surface supporting a striker (ref. 4e) on the propulsive loading side.
  • This ring contains a charge in priming composition (ref.8) likely to ignite by impact of the striker (following the deformation of the flexible surface during pressurization of the ammunition).
  • the ignition of the propellant charge takes place in two stages:
  • This embodiment therefore requires annular relays comprising a charge in priming composition with striker inducing safety and handling constraints, particularly when placing the charge.
  • the two-stage ignition of the propellant charge lengthens the pressurization time of the ammunition.
  • the reproducibility of firing pin operation may depend on the arrangement of the bulk propellant charge in the case.
  • the complementary ignition effects are localized in the areas where the rings are placed in the load.
  • the functional additives for example anti-glow or anti-copper or anti-erosion, are incorporated into the propellant powder or into the fibrous matrix of the combustible case of the ammunition. They can also be provided through sachets/sleeves placed in the structure of the ammunition.
  • Patent application FR2374278 thus describes a weapon powder composed of grains containing the anti-glow additive K 2 SO 4 .
  • Patent US1963116 describes powder grains coated with a tin-based compound as an anti-copper additive.
  • Patent application FR2802918 presents a propulsive charge of ammunition or a combustible case incorporating a charge comprising a metal oxide with a wax, polyurethane or cellulose binder as an anti-erosion additive.
  • Patent US4098193 incorporates between the case and the propellant charge a textile fuel sleeve incorporating an anti-erosion agent. In all cases, these modes of incorporating additives degrade the overall propulsive performance of the ammunition. Their incorporation in the matrix of the combustible case or in bags/sleeves placed in the case does not allow optimal delivery during operation of the ammunition. In addition, the positioning of bags or sleeves in bulky ammunition is impossible or adds a complex operation to the constitution of the ammunition.
  • the present invention relates to combustible loads ensuring an ignition relay, and/or the delivery of functional additives and/or a doping energy supply, said combustible loads being capable of being implanted with a large latitude of positioning in a high-energy munition. internal bulk thus freeing itself from the limitations and constraints of the prior art. Summary of the invention
  • the invention relates to combustible charges adhering to the internal wall of a combustible structure of a shell-type munition containing a propellant charge (composed of bulk powder grains) and an ignition device to initiate combustion.
  • Said combustible loads can provide an ignition relay function and/or a delivery function of one or more functional additives and/or an additional energy supply function (doping) to that of the propulsive load.
  • the combustible structure in particular a combustible case, can therefore receive one or more combustible loads with the same function or different functions.
  • the invention also finds its application to any additional combustible element of the structure containing the propellant charge of the ammunition.
  • the object of the invention is more particularly devoted to ammunition of the 120 mm tank shell type, explosive or bulky shell for example an arrow shell, but can also be used in any type of ammunition with a combustible structure, for example ammunition of other calibers such as large caliber ammunition of 155 mm with monolithic loading or modular loading, or mortar ammunition in particular those of caliber 60 mm, 81 mm or 120 mm.
  • Figure 1 shows different types of patterns of a combustible charge on a combustible case.
  • Figure 2a shows the rear part of an arrow shell type ammunition comprising a combustible charge on its combustible structure formed by the case.
  • Figure 2b shows the front part of an arrow shell type ammunition comprising a combustible charge on its combustible structure formed by the connecting part.
  • Figure 3a shows the assembly of the rear part and the front part of an arrow shell type ammunition comprising a combustible load on their combustible structure.
  • Figure 3b shows an assembled arrow shell type ammunition comprising a combustible charge on its combustible structure.
  • the invention relates to a munition containing, in a combustible structure based on cellulose ester, a propellant charge of powder grains and an ignition device for initiating combustion, at least one combustible charge at cellulose ester base being deposited in the form of a solid geometric volume pattern adhering to the internal wall of the combustible structure.
  • the aforementioned combustible cargo can perform the following functions:
  • the combustible charge based on cellulose ester has the advantage of being able to be installed directly on a combustible structure containing the propellant charge, independently of the propellant charge.
  • Said combustible structure enclosing the propellant charge comprises in particular a combustible case but also any other additional combustible structures, such as connecting or closing elements of the ammunition. It is also entirely possible to install said combustible load on any other combustible structure subsequently added constituting the architecture of the ammunition.
  • the combustible loading based on cellulose ester is obtained from a collodion based on cellulose ester loaded with either ignition powder for relay loading, or at least one functional additive for additive loading, or with at least one energy charge for the energy charge.
  • the collodion in the form of a paste, is deposited on the surface of the combustible structure then dried.
  • the geometric volume pattern formed by deposition of the collodion is a linear, helical, curvilinear pattern, or shapes combined so as to obtain a mesh.
  • the collodion used in the context of the invention is of the cellulose ester base + solvent(s) type.
  • the base of the collodion consists of a cellulose ester (for approximately 70% to approximately 90% by weight) and generally additionally contains, conventionally, at least one plasticizer (approximately 1% to approximately 20% by weight). mass, preferably approximately 10% by mass) and at least one cellulose ester stabilizer (approximately 0.5% to approximately 5% by mass). It is likely to contain a residual quantity of solvent(s), in particular phlegmatization solvent(s) or (and) solvent(s) for dissolving the cellulose ester used during its manufacture.
  • the cellulose ester used as the majority component is chosen from cellulose nitrate, cellulose acetate or nitrocellulose, the latter being preferred.
  • the nitrogen mass content of nitrocellulose is conveniently 10.5% to 13.5%, an example being grade E nitrocellulose with a nitrogen mass content of 11.8% to 12.3%, advantageously equal to 12 %.
  • the plasticizer used to prepare the collodion may in particular be a ketone (such as camphor), a vinyl ether (such as poly(ethyl vinyl ether) sold under the name LUTA 50-50%® by the company East Harbor Group), a polyurethane (such as NEP-PLAST 2001 marketed by the company Hagedorn-NC), an adipate (such as dioctyl adipate) or a citrate (such as triethyl 2-acetyl citrate).
  • a ketone such as camphor
  • a vinyl ether such as poly(ethyl vinyl ether) sold under the name LUTA 50-50%® by the company East Harbor Group
  • a polyurethane such as NEP-PLAST 2001 marketed by the company Hagedorn-NC
  • an adipate such as dioctyl adipate
  • a citrate such as triethyl 2-acetyl citrate
  • the stabilizer used to prepare the collodion may in particular be a compound whose chemical formula includes aromatic nuclei (opportunity two aromatic nuclei), capable of fixing the nitrogen oxides from the decomposition of nitric esters (currently nitrocellulose).
  • aromatic nuclei aromatic nuclei
  • a stabilizer mention may be made of 2-nitrodiphenylamine (2-NDPA), 1,3-diethyl-1,3-diphenyl urea (centrality I), 1,3-dimethyl-1,3-diphenyl urea (centrality II), and l-methyl-3-ethyl-1,3-diphenyl urea (centrality III).
  • the solvent(s) is(are) chosen from acetic esters (for example ethyl acetate, butyl acetate), carbonic esters (for example methyl carbonate, ethyl carbonate), propylene glycol ethers (for example Dowanol® PM), acetates (for example 1,3-dioxolane), ethyl esters (for example ethyl lactate).
  • acetic esters for example ethyl acetate, butyl acetate
  • carbonic esters for example methyl carbonate, ethyl carbonate
  • propylene glycol ethers for example Dowanol® PM
  • acetates for example 1,3-dioxolane
  • ethyl esters for example ethyl lactate
  • the solvent is for example a double solvent of the acetone/butyl acetate (AB) type at 50%/50% by weight or a double solvent of the ethyl lactate type for 35% to 60% by weight and butyl acetate for 40% by weight. % to 65% by mass for a total of 100%.
  • AB acetone/butyl acetate
  • the collodion is advantageously formulated to produce a dry extract (after evaporation of the solvent) of 10% to 40% by mass.
  • composition of the cellulose ester base to form the collodion is for example that of table 1:
  • Table 1 Table 2 below presents a formulation of the collodion at 14% dry extract by mass using the cellulose base from Table 1.
  • the combustible loading is obtained after deposition and then drying of a paste (adherent to the surface of the combustible structure of the ammunition) consisting of a collodion based on cellulose ester loaded with the ignition powder (classified in risk division 1.1 within the meaning of the UN GHS classification (UN General Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals)) or with the ingredients forming the ignition powder.
  • the composition of the ignition powder is most frequently black powder (PN) consisting of an agglomerated mixture of potassium nitrate (saltpeter), charcoal and sulfur.
  • PN black powder
  • agglomerated ignition powder in particular of the type: Boron/KNO 3 , in a ratio generally of 70/30 (% by mass), a metal (for example iron, aluminum, zinc, magnesium), an oxidant of the perchlorate type (for example potassium perchlorate) or of the fluoropolymer type (for example PTFE such as Teflon®).
  • the collodion loaded with ignition powder(s) comprises approximately 50% to approximately 70% by mass of ignition powder(s), and the remainder at 100% (i.e. approximately 30% to approximately 50% by mass) of collodion.
  • the ignition powder(s), previously constituted, is(are) added to the collodion.
  • Table 3 gives an example of the collodion composition from Table 2, loaded with ignition powder to form the relay loading.
  • Collodion loaded with ignition powder is classified in risk division 1.3 within the meaning of the UN GHS classification (UN General Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals).
  • the danger zones to be taken into account for handling the charged collodion are therefore reduced, which facilitates the operations of depositing the collodion on the tube.
  • a combustible load useful as an ignition relay is formed, which adheres to the internal surface of the combustible structure and comprises approximately 88% to approximately 92% by mass of ignition powder(s), approximately 7% to approximately 10 % by mass of cellulose ester, the 100% complement being provided by the plasticizer, the stabilizer and the residual solvent from the collodion.
  • the residual solvent from the collodion generally represents less than 1% by mass of the total mass of the fuel load.
  • the dry fuel loading obtained after drying (evaporation of the solvent) of the collodion in Table 3 contains the mass ratios indicated in Table 4 below.
  • the combustible loading is obtained after deposition then drying of a paste (adherent to the surface of the combustible structure of the ammunition) consisting of a collodion based on cellulose ester loaded with least one functional additive.
  • a paste adhereent to the surface of the combustible structure of the ammunition
  • the paste can also, in addition, contain a low mass proportion ( ⁇ 10%) of a combustible filler in order to regulate the combustion properties of the additive filler after drying of the paste.
  • This combustible charge can be an ignition powder or a propellant powder.
  • additives capable of being used in the context of the invention, mention may be made, for example, of anti-glow additives, anti-erosion additives, anti-copper additives, and mixtures of one or more of these additives.
  • the antiglow additive is, for example, chosen from potassium nitrate, potassium or sodium sulfate, potassium nitrate, potassium or sodium cryolite, sodium oxalate, sodium bicarbonate, carbonate potassium or sodium, potassium or sodium cobaltnitrite, sodium nitrite, preferably potassium sulfate.
  • the anti-erosion additive is, for example, chosen from camphor, 2-4 dinitrotoluene, butyl phthalate, calcium carbonate, titanium dioxide, molybdenum trioxide, tungsten trioxide, silicon oxide , magnesium silicate (talc), preferably titanium dioxide.
  • the additive can also be the centrality possibly already contained in very small quantities in the collodion as a stabilizer.
  • the anti-copper additive is, for example, chosen from tin, tin oxide, lead oxide, preferably tin oxide.
  • the collodion loaded with functional additive(s) comprises approximately 30% to approximately 50% by mass of collodion and the complement to 100% by mass of at least one functional additive and optionally a combustible filler , for example approximately 40% to approximately 70% by mass of functional additive(s), and 0% to approximately 10% by mass of a combustible filler.
  • a combustible filler useful as an additive filler is formed, which adheres to the internal surface of the combustible structure and comprises approximately 70.3% to approximately 92% by mass of additive(s), 0% to approximately 17.6%. of a combustible charge, approximately 7% to approximately 10% by mass of cellulose ester, the remainder to 100% being provided by the plasticizer, the stabilizer and the residual solvent coming from the collodion.
  • the residual solvent from the collodion generally represents less than 1% by mass of the total mass of the fuel load.
  • composition of the dry material forming the additive loading after deposition is given in Table 5. This example is obtained with the use of the same collodion as that given in Table 2 and the same ratio between the loading(s). ) added to the collodion than that given in Table 3.
  • the total of the mass percentage of the filler of at least one functional additive and of the possible combustible filler therefore represents 90.08% of the total of the dry composition.
  • the combustible loading (energy loading) is obtained after deposition and then drying of a paste (adherent to the surface of the combustible structure) consisting of a collodion based on cellulose ester loaded with at least one filler energy.
  • Said energetic charge is for example chosen from hexogen (RDX), octogen (HMX), FOX-7 (l,l-diamino-2,2-dinitroethene (DADNE)), FOX-12 (dinitramide of guanylurea, GUDN), or even a composite powder composition (also called LOVA powder) comprising an energetic filler and a crosslinked binder, for example of the polyurethane, polyglycidyl azide (PAG) and/or thermoplastic type, for example PMMA or an ethylene/vinyl acetate copolymer (EAV).
  • RDX hexogen
  • HMX octogen
  • FOX-7 l,l-diamino-2,2-dinitroethene
  • FOX-12 dinitramide of guanylurea, GUDN
  • a composite powder composition also called LOVA powder
  • LOVA powder comprising an energetic filler and a crosslinked binder, for example
  • the collodion charged with energetic charge comprises about 50% to about 70% by mass of energetic charge, and the balance 100% (i.e., about 30% to about 50% by mass) of collodion.
  • the paste intended to form said energy loading is classified in risk division 1.3 within the meaning of the UN GHS classification (UN General Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals).
  • UN GHS classification UN General Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals.
  • a combustible filler useful as an energetic filler is formed, which adheres to the internal surface of the combustible structure and comprises approximately 88% to approximately 92% by mass of the at least one energetic filler, approximately 7% to approximately 10% by mass. of cellulose ester, the 100% complement being provided by the plasticizer, the stabilizer and the residual solvent from the collodion.
  • the residual solvent from the collodion generally represents less than 1% by mass of the total mass of the fuel load.
  • Table 6 An example of the composition of the dry material forming the energetic fuel charge after deposition is given in Table 6. This example is obtained with the use of the same collodion as that given in Table 2 and the same ratio between the charge(s). s) added to the collodion than that given in table 3. In this example, the total mass percentage of the energy charge therefore represents 90.08% of the total dry composition.
  • Said paste containing either an ignition powder, or at least one functional additive, or an energy charge, or a mixture of several of these constituents, is obtained by introducing the constituents into a standard blade mixer or a twin-screw continuous mixer or in a mixer by acoustic resonance. Said paste is then extruded via a press piston or a single screw extended by an extrusion channel and a nozzle to form patterns on a support (the internal surface of the combustible structure of the ammunition for the present invention), for example by means of a device of the type described in patent application WO 2021/144539.
  • the nozzle described in patent application WO 2021/144539 is optionally articulated so as to deposit patterns perpendicular to the surface of a curved support not collinear with the axis d extrusion of the press piston or the single screw. It is thus possible to make deposits on a curved support such as the rear bottom of an ammunition case.
  • the combustible structure of the ammunition is made of combustible material based on cellulose ester (having the appearance of a felt).
  • the combustible materials constituting the combustible structure and said combustible load must be chemically compatible and have the adhesion property on each other.
  • they have a common base of cellulose ester, such as cellulose nitrate, cellulose acetate or nitrocellulose.
  • Nitrocellulose advantageously containing an average nitrogen level of 12.4% to 13.5%, is the preferred common base and is retained, in a non-limiting manner, in the remainder of the description.
  • the combustible structure is a fibrous structure, such as that marketed by the company Eurenco, consisting of 45% to 81% by mass of cellulose ester (fibers), 3.5% to 33.5% by mass of cellulose (fibers), 4% to 14% by mass of resin (binder), 0% to 1.6% by mass of a stabilizer, and 0% to 15.5% of additional acrylic or polyester fibers (the sum of these different constituents being equal to 100%).
  • An example of the composition of the fuel structure is given in Table 7.
  • the deposition of the paste of said combustible filler in solvent(s) produces a localized dissolution of the surface of the combustible structure ensuring good adhesion of the deposited combustible filler after drying of the paste.
  • the paste is deposited on the internal wall of the combustible structure of the ammunition in one or more patterns which, after drying, constitute said combustible charge.
  • the patterns deposited can be of linear, helical or curvilinear shapes, or of shapes combined so as to obtain a mesh according to the optimal configuration sought for the ignition of the ammunition or the delivery of at least one additive or an energy supply. (doping). Different patterns can also be placed on the height of the combustible structure.
  • the at least one combustible load acts as an ignition relay (relay load)
  • it does not require a specific connection with the ignition device.
  • Said at least one relay loading is for example a linear or curvilinear pattern of which at least one end is coupled (in contact or sufficiently close) with the ignition device to ensure its ignition and thus initiate its combustion.
  • the spatial and mass distributions of the relay loading patterns can be adapted with a wide latitude depending on the characteristics of the propellant charge and the ammunition, thus allowing rapid and homogeneous ignition of the propellant charge.
  • Said at least one relay loading is suitable for munitions with separate stages (for example of the type of those described in patent US5129324), with assembled stages (for example according to the usual assembly mode of the combustible structure of arrow shells, see figure 3b), with large internal dimensions.
  • the objective sought with the combustible loading is not to provide immediately ignition an almost instantaneous contribution to the propulsive loading, as in the case of relay loading, but to distribute the contribution of additive(s) or energy during the combustion of the loading.
  • the at least one additive or energetic charge is not generally coupled with the ignition device and is ignited by the propulsive charge or a relay charge. Its combustion is therefore generally initiated by that of the propellant charge or by at least one relay charge.
  • said additive loading or said energetic loading is coupled with the ignition device to ensure its ignition.
  • the additive or energetic fuel loads can be deposited in continuous patterns (as previously described for the ignition relays) or semi-continuous or punctual on the wall of the combustible structure according to a geometric and mass distribution ensuring the continuous supply proportional to the gas flow generated by the combustion of the propellant charge. For firing with a tube weapon, this flow rate is intended to increase as the projectile advances in the tube in order to best maintain the constant gas pressure in the tube.
  • the patterns of the additive loadings or the energetic fuel loadings are arranged on the combustible structure in a configuration adapted to the operation of the propulsive loading so as to deliver the at least one additive or the energy supply according to an optimal and continuous mass flow over the duration combustion of the propellant charge. For example, these patterns can be circular or linear or point or combined shapes distributed regularly or not on the combustible structure.
  • the combustible loading as described above is suitable for different types of ammunition, in particular ammunition of the arrow shell or explosive shell type.
  • Figure 1 shows examples of patterns (linear, helical, mesh, combined shapes) that can be retained for fuel loading on a planar view of the internal surface of the fuel structure.
  • the combustible load [1] adhered to the combustible structure [2] is coupled by at least one of the ends of a pattern to the ignition device formed of an igniter [3] and an igniter tube [4] arranged in the rear bottom of the ammunition.
  • This example concerns the installation of combustible charges according to the invention in an ammunition of the type of that of a large arrow shell. It is an arrow shell [5] assembled according to the conventional process in two parts (figures 2a and 2b).
  • the first rear part (figure 2a) is made up of a case [6] made of fibrous combustible material enclosing a first propellant charge [7a] and its ignition device.
  • This ignition device forming a primer tube comprises an igniter and its primer inserted [8] in the base of the case [6] in connection with an igniter tube [9] in the center of the first propellant charge [7a].
  • a space [10] is left free in the upper part of the fuel case [6].
  • the second front part (figure 2b) consists of a feathered arrow [11] (projectile) provided with a sabot [12] secured to a connecting piece [13] and supporting around its rear feathered part a cylindrical cage [14].
  • This cylindrical cage [14] contains a second part of the propellant charge [7b].
  • the upper free part [10] of the fuel case is intended to receive the fletching of the arrow [11] supporting the cylindrical cage [14] around it.
  • the fletched arrow [11] fitted with the cage on its fletching is secured to the upper part of the case by means of the combustible connecting part [13].
  • the connecting piece also made of fibrous combustible material, is glued to the upper part of the case.
  • the ammunition is therefore made in two assembled parts, each including a part of the propellant charge (figures 3a and 3b).
  • Relay loading patterns [15a and 15b] have been deposited on the internal face of the connecting part [13] and the case [6] whose ends become contiguous after assembly (figures 3a and 3b). This ensures uniform ignition over the entire propellant charge (part contained in the case and front part in the area of the connecting part) of the ammunition.
  • at least one additive loading and/or at least one energetic fuel loading can also be deposited on the internal face of the connecting part and/or the case, in connection or not after assembly. The reasons for these loadings fuels are adapted to ensure a supply of additive(s) or energy during the combustion of the propellant charge.

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Abstract

L'invention concerne une munition renfermant, dans une structure combustible à base d'ester cellulosique, un chargement propulsif de grains de poudre et un dispositif d'allumage, munition dans laquelle au moins un chargement combustible à base d'ester cellulosique est déposé sous la forme d'un motif volumique géométrique solide en adhérence sur la paroi interne de la structure combustible à base d'ester cellulosique.

Description

Chargements combustibles adhérant à la paroi interne d'une structure combustible contenant un chargement propulsif
Domaine de l'invention
Le domaine technique est celui des chargements combustibles additionnels à un chargement propulsif de poudre d'une munition du type obus ou mortier. Ces chargements combustibles additionnels assurent la fonction de relais d'allumage, de délivrance d'additifs fonctionnels (par exemple un additif antilueur, anticuivrant ou anti-érosif), ou d'apport énergétique propulsif. Selon la présente invention, ces chargements combustibles sont disposés en adhérence sur la paroi interne de la structure combustible, notamment l'étui combustible, renfermant le chargement propulsif d'une munition. Ces chargement combustibles sont particulièrement adaptés pour les munitions à fort encombrement interne, par exemple ceux dans lesquelles l'empennage du projectile est intégré au cœur du chargement propulsif, du type obus flèche.
Etat de la technique
Le chargement propulsif d'une munition est amorcé en combustion par un dispositif d'allumage. Ce dispositif d'allumage, qui amorce la combustion de la munition, est composé d'une amorce et éventuellement d'une charge pyrotechnique. Ce dispositif d'allumage peut être couplé avec un ou des relais d'allumage assurant un allumage homogène du chargement propulsif.
Sur un premier plan, l'art antérieur décrit des relais d'allumage insérés dans l'étui contenant le chargement propulsif d'un obus flèche. Ces relais d'allumage permettent d'optimiser l'allumage pour les munitions modernes qui ont une longueur importante et/ou un volume de poudre difficilement accessible par la flamme d'un dispositif d'allumage conventionnel, composé d'une amorce, d'un allumeur et d'un tube allumeur formant le tube porte amorce (TPA). L'augmentation des performances des moyens d'allumage est aussi recherchée en raison de l'utilisation de poudres propulsives composites à faible vulnérabilité difficiles à allumer, par exemple du type LOVA ou HE LOVA.
Ces relais d'allumage sont reliés au TPA et ils permettent d'assurer un allumage mieux distribué du chargement propulsif.
Selon une première technologie, ces relais d'allumage sont conditionnés dans un support, par exemple un tube en matière plastique, sous la forme de cordeaux. Ils comprennent par exemple une composition pyrotechnique, telle que de la poudre noire ou une composition associant Bore/nitrate de potassium ou bien aluminium/perchlorate de potassium ou encore Magnésium I Téflon® ou Viton®. Suivant les munitions, les cordeaux d'allumage sont disposés dans la masse du chargement et/ou sont fixés sur la surface interne de l'étui et/ou sur une partie arrière du projectile insérée dans le chargement.
La demande de brevet WO 93/12400 décrit par exemple ce type de dispositif. Les cordeaux d'allumage [figures 10 et 11, réf. 32], connectés à l'allumeur, sont distribués dans la masse du chargement propulsif. Le brevet US5129324 décrit aussi ce type d'architecture utilisant des cordeaux d'allumage dans une munition simple et aussi dans une munition étagée.
La demande de brevet FR2799832 décrit un dispositif du même type que celui de la demande de brevet W093/12400 mais incluant aussi des cordeaux d'allumage (réf 8a) collés ou plaqués avec un ruban adhésif sur la paroi interne de l'étui et sur l'empennage du projectile.
Dans les munitions usuelles du type obus flèche (voir la représentation de principe des figures 3a et 3b ci-après), une première partie du chargement propulsif est tout d'abord disposée dans l'étui équipé de son culot supportant le TPA. Un espace est laissé libre dans la partie haute de l'étui. Cet espace a pour fonction de recevoir l'empennage de la flèche supportant autour d'elle une cage cylindrique renfermant une seconde partie du chargement. La flèche empennée (projectile) munie de la cage sur son empennage est solidarisée avec la partie haute de l'étui au moyen d'une pièce de liaison. La partie haute de l'étui contient alors, au-dessus de la première partie de chargement, l'empennage et sa cage renfermant la deuxième partie du chargement propulsif. La pièce de liaison, en matière plastique ou combustible fibreuse, est rivetée et/ou collée sur la partie haute de l'étui. La munition est donc réalisée en deux parties assemblées incluant chacune une partie du chargement propulsif. Il est aussi possible, selon un autre procédé, d'effectuer le chargement des grains de poudre via des orifices sur le fond arrière de la munition préconstituée avec son étui et projectile. Le culot de la munition est ensuite mis en place et assure la fermeture des orifices de chargement. Pour ce type de munition par exemple, on comprend que les relais d'allumage constitués de cordeaux, proposés par l'art antérieur, rendent complexe les opérations de montage de la munition. Il est nécessaire de prendre des précautions de façon à éviter de déplacer/détériorer les cordeaux disposés au cœur de l'étui et/ou sur la paroi de l'étui et/ou de l'empennage ainsi que leur connexion au dispositif d'allumage. Lorsque la munition est composée de deux parties assemblées, la partie de la munition supportant les cordeaux se limite à l'étui et ne couvre pas la zone de la pièce de liaison. De façon générale, les cordeaux distribuent l'allumage du chargement propulsif localement sur leur ligne de fonctionnement et/ou dans seulement une partie de la hauteur du chargement. La distribution de l'allumage du chargement propulsif n'est donc pas homogène et est susceptible de générer des ondes de pression à l'allumage entre l'arrière et l'avant de la munition. La modularité des cordeaux en positionnement et en nombre est aussi limitée. Leur implantation demande des adaptations complexes à chaque nouvelle architecture de munition.
La demande de brevet WO 2009/043876 décrit un relais d'allumage consistant en au moins un anneau solidaire (réf. 4) de la face interne de l'étui. Cet anneau comporte une surface souple supportant un percuteur (réf. 4e) du côté du chargement propulsif. Cet anneau contient une charge en composition d'amorçage (réf.8) susceptible de s'allumer par impact du percuteur (suite à la déformation de la surface souple lors de la pressurisation de la munition). L'allumage du chargement propulsif se déroule en deux temps :
- l'allumage partiel du chargement propulsif et la pressurisation rapide de la munition suite au fonctionnement du dispositif d'allumage principal (réf.6),
- la déformation rapide de la surface souple (réf. 4d) des anneaux provocant la percussion et l'allumage de la charge en composition d'amorçage de l'anneau. Le fonctionnement des relais d'allumage annulaires contribue ainsi à accélérer et compléter l'allumage du chargement propulsif.
Ce mode de réalisation nécessite donc des relais annulaires comprenant une charge en composition d'amorçage avec percuteur induisant des contraintes de sécurité et de manipulation, notamment lors de la mise en place du chargement. L'allumage en deux temps du chargement propulsif allonge le délai de mise en pressurisation de la munition. La reproductibilité du fonctionnement des percuteurs peut dépendre de l'arrangement du chargement propulsif en vrac dans l'étui. Enfin, les effets complémentaires d'allumage sont localisés dans les zones où sont disposés les anneaux dans le chargement.
L'homme du métier est donc toujours à la recherche d'un dispositif faisant office de relais d'allumage dans un étui de munition, facilement positionnable dans l'étui (même avec un empennage de munition affleurant le dispositif d'allumage), ne nécessitant pas d'organe supplémentaire de fixation ou de liaison, n'interférant pas avec la mise en place du chargement propulsif constitué de grains de poudre en vrac, à positionnement et quantité modulables en fonction du type de munition et conduisant à un allumage réparti et homogène sur l'ensemble du chargement propulsif.
Sur un deuxième plan, les additifs fonctionnels, par exemple antilueur ou anticuivrant ou anti-érosif, sont incorporés dans la poudre propulsive ou dans la matrice fibreuse de l'étui combustible de la munition. Ils peuvent être aussi apportés par l'intermédiaire de sachets/manchons disposés dans la structure de la munition. La demande de brevet FR2374278 décrit ainsi une poudre pour arme composée de grains renfermant l'additif antilueur K2SO4. Le brevet US1963116 décrit des grains de poudres enrobés de composé à base d'étain à titre d'additif anticuivrant. La demande de brevet FR2802918 présente un chargement propulsif d'une munition ou un étui combustible incorporant une charge comprenant un oxyde métallique avec liant en cire, polyuréthane ou cellulosique à titre d'additif anti-érosif. Le brevet US4098193 incorpore entre l'étui et le chargement propulsif un manchon combustible textile incorporant un agent anti-érosif. Dans tous les cas, ces modes d'incorporation des additifs dégradent les performances propulsives globales de la munition. Leur incorporation dans la matrice de l'étui combustible ou dans des sachets/manchons disposés dans l'étui ne permet pas une délivrance optimale au cours du fonctionnement de la munition. De plus, le positionnement de sachets ou manchons dans des munitions à fort encombrement est impossible ou ajoute une opération complexe à la constitution de la munition.
L'homme du métier cherche donc à incorporer des additifs fonctionnels dans la munition :
- sans dégrader les performances énergétiques de la munition,
- en assurant leur délivrance de façon progressive suivant le débit de gaz de combustion du chargement propulsif, et
- selon une implantation compatible avec des munitions à fort encombrement interne.
Sur un troisième plan, l'homme du métier sait que le taux de charges énergétiques (du type octogène ou hexogène par exemple) dans un grain de poudre est limité (typiquement < 75% en masse) afin de conserver des propriétés de résistance mécanique suffisantes notamment à faible température. Un trop fort taux de charge conduit aussi à des vitesses de combustion faibles à basse pression qui dégradent aussi les propriétés d'allumage du chargement.
L'homme du métier cherche donc à augmenter au-dessus des valeurs conventionnelles le taux massique de charges énergétiques dans la munition sans dégrader les propriétés mécaniques ou d'allumage du chargement propulsif, tout en conservant une délivrance progressive de cette charge ajoutée au cours du fonctionnement de la munition.
La présente invention concerne des chargements combustibles assurant un relais d'allumage, et/ou la délivrance d'additifs fonctionnels et/ou un apport énergétique dopant, lesdits chargement combustibles étant aptes à être implantés avec une grande latitude de positionnement dans une munition à fort encombrement interne s'affranchissant ainsi des limitations et contraintes de l'art antérieur. Résumé de l'invention
L'invention concerne des chargements combustibles adhérant à la paroi interne d'une structure combustible d'une munition du type obus renfermant un chargement propulsif (composé de grains de poudre vrac) et un dispositif d'allumage pour amorcer la combustion. Lesdits chargements combustibles peuvent assurer une fonction de relais d'allumage et/ou une fonction de délivrance d'un ou plusieurs additifs fonctionnels et/ou une fonction d'apport énergétique additionnel (dopant) à celui du chargement propulsif. La structure combustible, en particulier un étui combustible, peut donc recevoir un ou plusieurs chargements combustibles de même fonction ou de fonctions différentes. Bien que concernant principalement l'étui combustible de la munition, l'invention trouve aussi son application à tout élément combustible additionnel de la structure renfermant le chargement propulsif de la munition. L'objet de l'invention est plus particulièrement dévolu aux munitions du type obus de char de 120 mm, obus explosif ou à fort encombrement par exemple un obus flèche, mais peut aussi être mis en œuvre dans tout type de munition à structure combustible, par exemple les munitions d'autres calibres telle une munition de gros calibre de 155 mm à chargement monolithique ou à chargements modulaires, ou bien les munitions pour mortier notamment celles de calibre 60 mm, 81 mm ou 120 mm.
Brève description des figures
La figure 1 montre différents types de motifs d'un chargement combustible sur un étui combustible.
La figure 2a montre la partie arrière d'une munition du type obus flèche comportant un chargement combustible sur sa structure combustible formée par l'étui.
La figure 2b montre la partie avant d'une munition du type obus flèche comportant un chargement combustible sur sa structure combustible formée par la pièce de liaison.
La figure 3a montre l'assemblage de la partie arrière et de la partie avant d'une munition du type obus flèche comportant un chargement combustible sur leur structure combustible.
La figure 3b montre une munition du type obus flèche assemblé comportant un chargement combustible sur sa structure combustible.
Description de l'invention
Il sera noté que dans le cadre de la présente divulgation, les différents modes de réalisation décrits peuvent être combinés entre eux.
Selon un aspect l'invention porte sur une munition renfermant, dans une structure combustible à base d'ester cellulosique, un chargement propulsif de grains de poudre et un dispositif d'allumage pour amorcer la combustion, au moins un chargement combustible à base d'ester cellulosique étant déposé sous la forme d'un motif volumique géométrique solide en adhérence sur la paroi interne de la structure combustible.
Le chargement combustible susmentionné peut assurer les fonctions suivantes :
- il peut servir de relais d'allumage du chargement propulsif (ledit chargement combustible est alors également appelé dans la suite du document chargement relais),
- il peut permettre la délivrance d'additifs fonctionnels (ledit chargement combustible est alors également appelé dans la suite du document chargement additivé),
- il peut contribuer à un apport énergétique dopant (ledit chargement combustible est alors également appelé dans la suite du document chargement énergétique).
Le chargement combustible à base d'ester cellulosique a l'avantage de pouvoir être implanté directement sur une structure combustible renfermant le chargement propulsif, et ce indépendamment du chargement propulsif. Ladite structure combustible renfermant le chargement propulsif comprend notamment un étui combustible mais aussi les éventuels autres structures combustibles additionnelles, telles que des éléments de liaison ou de fermeture de la munition. Il est aussi tout à fait envisageable d'implanter ledit chargement combustible sur toute autre structure combustible ensuite rapportée constituant l'architecture de la munition.
Le chargement combustible à base d'ester cellulosique est obtenu à partir d'un collodion à base d'ester cellulosique chargé avec soit de la poudre d'allumage pour le chargement relais, soit au moins un additif fonctionnel pour le chargement additivé, soit avec au moins une charge énergétique pour le chargement énergétique. Le collodion, sous la forme d'une pâte, est déposé à la surface de la structure combustible puis séché.
Dans certains modes de réalisation, le motif volumique géométrique formé par dépôt du collodion est un motif linéaire, hélicoïdal, curviligne, ou de formes combinées de façon à obtenir un maillage.
Le collodion utilisé dans le cadre de l'invention est du type base ester cellulosique + solvant(s). Dans un mode de réalisation, la base du collodion est constituée d'un ester cellulosique (pour environ 70% à environ 90% en masse) et contient généralement en sus, conventionnellement, au moins un plastifiant (environ 1% à environ 20% en masse, préférentiellement environ 10% en masse) et au moins un stabilisant de l'ester cellulosique (environ 0,5% à environ 5% en masse). Il est susceptible de renfermer une quantité résiduelle de solvant(s), notamment de solvant(s) de flegmatisation ou (et) de solvant(s) de dissolution de l'ester cellulosique utilisé(s) lors de sa fabrication. De façon avantageuse, l'ester cellulosique utilisé comme composant majoritaire est choisi parmi le nitrate de cellulose, l'acétate de cellulose ou la nitrocellulose, cette dernière étant préférée. La teneur massique en azote de la nitrocellulose est opportunément de 10,5% à 13,5%, un exemple étant la nitrocellulose de grade E avec une teneur massique en azote de 11,8 % à 12,3 %, avantageusement égale à 12%.
Le plastifiant utilisé pour préparer le collodion peut être notamment une cétone (comme le camphre), un éther vinylique (comme le poly(éthyle vinyle éther) commercialisé sous le nom LUTA 50-50%® par la société East Harbour Group), un polyuréthane (comme le NEP- PLAST 2001 commercialisé par la société Hagedorn-NC), un adipate (comme l'adipate de dioctyle) ou un citrate (comme le 2-acétyl citrate de triéthyle).
Le stabilisant utilisé pour préparer le collodion peut être notamment un composé dont la formule chimique comporte des noyaux aromatiques (opportunément deux noyaux aromatiques), apte à fixer les oxydes d'azote de décomposition des esters nitriques (présentement la nitrocellulose). A titre d'exemple de stabilisant on peut citer la 2- nitrodiphénylamine (2-NDPA), la l,3-diéthyl-l,3-diphényl urée (centralité I), la 1,3-diméthyl- 1,3-diphényl urée (centralité II), et la l-méthyl-3-éthyl-l,3-diphényl urée (centralité III).
Le(s) solvant(s) est(sont) choisi(s) parmi les esters acétiques (par exemple acétate d'éthyle, acétate de butyle), les esters carboniques (par exemple carbonate de méthyle, carbonate d'éthyle), les éthers de propylène glycol (par exemple le Dowanol® PM), les acétates (par exemple le 1,3-dioxolanne), les esters éthyliques (par exemple le lactate d'éthyle).
Le solvant est par exemple un double solvant du type acétone/acétate de butyle (AB) à 50% / 50% en masse ou un double solvant du type lactate d'éthyle pour 35% à 60% en masse et acétate de butyle pour 40% à 65% en masse pour un total à 100%.
Le collodion est avantageusement formulé pour conduire à un extrait sec (après évaporation du solvant) de 10% à 40% en masse.
La composition de la base d'ester cellulosique pour former le collodion est par exemple celle du tableau 1:
Tableau 1
Figure imgf000008_0001
Le tableau 2 ci-dessous présente une formulation du collodion à 14% d'extrait sec en masse utilisant la base cellulosique du tableau 1.
Tableau 2
Figure imgf000009_0001
Dans certains modes de réalisation, le chargement combustible (chargement relais) est obtenu après dépôt puis séchage d'une pâte (adhérente à la surface de la structure combustible de la munition) constituée d'un collodion à base d'ester cellulosique chargé avec de la poudre d'allumage (classée en division de risque 1.1 au sens de la classification SGH ONU (Système Général Harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques de l'ONU)) ou avec les ingrédients formant la poudre d'allumage.
La composition de la poudre d'allumage est le plus fréquemment de la poudre noire (PN) constituée d'un mélange aggloméré de nitrate de potassium (salpêtre), de charbon de bois et de soufre. Il existe aussi d'autres compositions de poudre d'allumage agglomérée, notamment de type : Bore/KNO3, dans un rapport généralement de 70/30 (% en masse), un métal (par exemple du fer, de l'aluminium, du zinc, du magnésium), un oxydant de type perchlorate (par exemple du perchlorate de potassium) ou de type polymère fluoré (par exemple du PTFE tel le Téflon®).
Dans un mode de réalisation, le collodion chargé en poudre(s) d'allumage comprend environ 50% à environ 70% en masse de poudre(s) d'allumage, et le complément à 100% (c'est-à- dire environ 30% à environ 50% en masse) de collodion. De manière conventionnelle, la ou les poudre(s) d'allumage, préalablement constituée(s), est (sont) ajoutée(s) au collodion.
Le tableau 3 ci-après donne un exemple de composition de collodion du tableau 2, chargé en poudre d'allumage pour former le chargement relais. Tableau 3
Figure imgf000010_0001
Le collodion chargé en poudre d'allumage est classé en division de risque 1.3 au sens de la classification SGH ONU (Système Général Harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques de l'ONU). Les zones de danger à prendre en compte pour la manipulation du collodion chargé sont donc réduites, ce qui facilite les opérations de dépôt du collodion sur le tube.
Après séchage se forme un chargement combustible utile comme relai d'allumage, qui adhère à la surface interne de la structure combustible et comprend environ 88% à environ 92% en masse de poudre(s) d'allumage, environ 7% à environ 10% en masse d'ester cellulosique, le complément à 100% étant apporté par le plastifiant, le stabilisant et le solvant résiduel provenant du collodion. Le solvant résiduel provenant du collodion représente généralement moins de 1% en masse du total massique du chargement combustible. A titre indicatif, le chargement combustible sec obtenu après séchage (évaporation du solvant) du collodion du tableau 3 contient les ratios massiques indiqués dans le tableau 4 ci-après.
Tableau 4
Figure imgf000010_0002
Dans certains modes de réalisation, le chargement combustible (chargement additivé) est obtenu après dépôt puis séchage d'une pâte (adhérente à la surface de la structure combustible de la munition) constituée d'un collodion à base d'ester cellulosique chargé avec au moins un additif fonctionnel. Ces additifs sont soit inertes (par exemple le carbonate de calcium) soit peu énergétiques (par exemple le nitrate de potassium) et pour garantir l'absence de résidus après combustion, la pâte peut aussi, en sus, renfermer en faible proportion massique (< 10%) une charge combustible afin de régler les propriétés de combustion du chargement additivé après séchage de la pâte. Cette charge combustible peut être une poudre d'allumage ou une poudre propulsive.
A titre d'additif fonctionnel susceptible d'être utilisé dans le cadre de l'invention, on peut citer par exemple les additifs antilueur, les additifs antiérosif, les additifs anticuivrant, et les mélanges d'un ou plusieurs de ces additifs.
L'additif antilueur est, par exemple, choisi parmi le nitrate de potassium, le sulfate de potassium ou de sodium, le nitrate de potassium, la cryolithe de potassium ou de sodium, l'oxalate de sodium, le bicarbonate de sodium, le carbonate de potassium ou de sodium, le cobaltnitrite de potassium ou de sodium, le nitrite de sodium, préférentiellement le sulfate de potassium.
L'additif antiérosif est, par exemple, choisi parmi le camphre, le dinitrotoluène 2-4, le phtalate de butyle, le carbonate de calcium, le dioxyde de titane, le trioxyde de molybdène, le trioxyde de tungstène, l'oxyde de silicium, le silicate de magnésium (talc), préférentiellement le dioxyde de titane. L'additif peut aussi être la centralité déjà éventuellement contenue en très faible quantité dans le collodion en tant que stabilisant.
L'additif anticuivrant est, par exemple, choisi parmi l'étain, l'oxyde d'étain, l'oxyde de plomb, préférentiellement l'oxyde d'étain.
Dans certains modes de réalisation, le collodion chargé en additifs) fonctionnel(s) comprend environ 30% à environ 50% en masse de collodion et le complément à 100% en masse d'au moins un additif fonctionnel et éventuellement d'une charge combustible, par exemple environ 40% à environ 70% en masse d'additif(s) fonctionnel(s), et 0% à environ 10% en masse d'une charge combustible.
Après séchage se forme un chargement combustible utile comme chargement additivé, qui adhère à la surface interne de la structure combustible et comprend environ 70,3% à environ 92% en masse d'additif(s), 0% à environ 17,6% d'une charge combustible, environ 7% à environ 10% en masse d'ester cellulosique, le complément à 100% étant apporté par le plastifiant, le stabilisant et le solvant résiduel provenant du collodion. Le solvant résiduel provenant du collodion représente généralement moins de 1% en masse du total massique du chargement combustible.
Un exemple de composition du matériau sec formant le chargement additivé après dépôt est donné dans le tableau 5. Cet exemple est obtenu avec l'utilisation du même collodion que celui donné dans le tableau 2 et le même ratio entre la(les) charge(s) ajoutée(s) au collodion que celui donné dans le tableau 3. Dans cet exemple, le total du pourcentage massique de la charge du au moins un additif fonctionnel et de l'éventuelle charge combustible représente donc 90,08 % du total de la composition sèche.
Tableau 5
Figure imgf000012_0001
Dans certains modes de réalisation, le chargement combustible (chargement énergétique) est obtenu après dépôt puis séchage d'une pâte (adhérente à la surface de la structure combustible) constituée d'un collodion à base d'ester cellulosique chargé avec au moins une charge énergétique. Ladite charge énergétique est par exemple choisie parmi l'hexogène (RDX), l'octogène (HMX), le FOX-7 (l,l-diamino-2,2-dinitroéthène (DADNE)), le FOX-12 (dinitramide de guanylurée, GUDN), ou bien encore une composition de poudre composite (dite aussi poudre LOVA) comprenant une charge énergétique et un liant réticulé, par exemple du type polyuréthane, polyazoture de glycidyle (PAG) et/ou thermoplastique, par exemple du PMMA ou un copolymère éthylène/acétate de vinyle (EAV).
Dans certains modes de réalisation, le collodion chargé en charge énergétique comprend environ 50% à environ 70% en masse de charge énergétique, et le complément à 100% (c'est-à-dire environ 30% à environ 50% en masse) de collodion.
La pâte destinée à former ledit chargement énergétique est classé en division de risque 1.3 au sens de la classification SGH ONU (Système Général Harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques de l'ONU). Les zones de danger à prendre en compte pour la manipulation du collodion chargé sont donc réduites, ce qui facilite les opérations de dépôt du collodion sur le tube.
Après séchage se forme un chargement combustible utile comme chargement énergétique, qui adhère à la surface interne de la structure combustible et comprend environ 88% à environ 92% en masse de la au moins une charge énergétique, environ 7% à environ 10% en masse d'ester cellulosique, le complément à 100% étant apporté par le plastifiant, le stabilisant et le solvant résiduel provenant du collodion. Le solvant résiduel provenant du collodion représente généralement moins de 1% en masse du total massique du chargement combustible.
Un exemple de composition du matériau sec formant le chargement combustible énergétique après dépôt est donné dans le tableau 6. Cet exemple est obtenu avec l'utilisation du même collodion que celui donné dans le tableau 2 et le même ratio entre la(les) charge(s) ajoutée(s) au collodion que celui donné dans le tableau 3. Dans cet exemple, le total du pourcentage massique de la charge énergétique représente donc 90,08 % du total de la composition sèche.
Tableau 6
Figure imgf000013_0001
Ladite pâte, contenant soit une poudre d'allumage, soit au moins un additif fonctionnel, soit une charge énergétique, soit un mélange de plusieurs de ces constituants, est obtenue par introduction des constituants dans un malaxeur à pâles standard ou un mélangeur continu bivis ou dans un mélangeur par résonance acoustique. Ladite pâte est ensuite extrudée via un piston presse ou une monovis prolongée par un canal d'extrusion et une buse pour former des motifs sur un support (la surface interne de la structure combustible de la munition pour la présente invention), par exemple au moyen d'un dispositif du type de celui décrit dans la demande de brevet WO 2021/144539.
Dans le cadre de la mise en œuvre de la présente invention, la buse décrite dans la demande de brevet WO 2021/144539 est éventuellement articulée de façon à déposer des motifs perpendiculairement à la surface d'un support courbe non colinéaire à l'axe d'extrusion du piston presse ou de la monovis. Il est ainsi possible d'effectuer des dépôts sur un support courbé comme par exemple le fond arrière d'un étui de munition.
La structure combustible de la munition est en matière combustible à base d'ester cellulosique (ayant l'aspect d'un feutre). Les matières combustibles constituant la structure combustible et ledit chargement combustible doivent être compatibles chimiquement et avoir la propriété d'adhésion l'une sur l'autre. Elles ont pour cela une base commune d'ester cellulosique, tel le nitrate de cellulose, l'acétate de cellulose ou la nitrocellulose. La nitrocellulose, contenant avantageusement un taux moyen d'azote de 12,4% à 13,5%, est la base commune préférée et est retenue, de façon non limitative, dans la suite de la description.
Dans certains modes de réalisation, la structure combustible est une structure fibreuse, telle celle commercialisée par la société Eurenco, constituée pour 45% à 81% en masse d'ester cellulosique (fibres), 3,5% à 33,5% en masse de cellulose (fibres), 4% à 14% en masse de résine (liant), 0% à 1,6% en masse d'un stabilisant, et 0% à 15,5% de fibres additionnelles acryliques ou polyesters (la somme de ces différents constituants étant égale à 100%). Un exemple de composition de la structure combustible est donné dans le tableau 7.
Tableau 7
Figure imgf000014_0001
Le dépôt de la pâte dudit chargement combustible en solvant(s) produit une dissolution localisée de la surface de la structure combustible assurant la bonne adhérence du chargement combustible déposé après séchage de la pâte.
La pâte est déposée sur la paroi interne de la structure combustible de la munition selon un ou des motifs qui après séchage constitu(en)t ledit chargement combustible. Les motifs déposés peuvent être de formes linéaires, hélicoïdales ou curvilignes, ou de formes combinées de façon à obtenir un maillage selon la configuration optimale recherchée pour l'allumage de la munition ou la délivrance d'au moins un additif ou d'un apport énergétique (dopant). Différents motifs peuvent être aussi déposés sur la hauteur de la structure combustible.
Lorsque le au moins un chargement combustible fait office de relais d'allumage (chargement relais), il ne nécessite pas de connexion spécifique avec le dispositif d'allumage. Ledit au moins un chargement relais est par exemple un motif linéaire ou curviligne dont au moins une extrémité est accouplée (en contact ou suffisamment proche) avec le dispositif d'allumage pour assurer son inflammation et ainsi amorcer sa combustion. Les répartitions spatiale et massique des motifs du chargement relais peuvent être adaptées avec une grande latitude selon les caractéristiques du chargement propulsif et de la munition permettant ainsi une inflammation rapide et homogène du chargement propulsif. Ledit au moins un chargement relais est adapté pour les munitions à étages séparés (par exemple du type de celles décrites dans le brevet US5129324), à étages assemblés (par exemple selon le mode d'assemblage usuel de la structure combustible des obus flèches, voir figure 3b), à fort encombrement interne.
Lorsque le au moins un chargement combustible assure la délivrance d'au moins un additif fonctionnel (chargement additivé) ou d'un apport énergétique dopant (chargement énergétique), l'objectif recherché avec le chargement combustible n'est pas d'apporter dès l'allumage une contribution quasi-instantanée au chargement propulsif, comme dans le cas du chargement relais, mais de répartir l'apport d'additif(s) ou énergétique au cours de la combustion du chargement. Pour cela, le au moins un chargement additivé ou énergétique n'est pas en général accouplé avec le dispositif d'allumage et est enflammé par le chargement propulsif ou un chargement relais. Sa combustion est donc en général amorcée par celle du chargement propulsif ou par au moins un chargement relais. Il n'est cependant pas exclu que ledit chargement additivé ou ledit chargement énergétique soit accouplé avec le dispositif d'allumage pour assurer son inflammation. Les chargements combustibles additivés ou énergétiques peuvent être déposés selon des motifs continus (comme précédemment décrit pour les relais d'allumage) ou semi-continus ou ponctuels sur la paroi de la structure combustible selon une répartition géométrique et massique assurant l'apport continu proportionnel au débit de gaz généré par la combustion du chargement propulsif. Pour un tir en arme à tube, ce débit est voulu croissant au fur et à mesure de l'avancée du projectile dans le tube afin de maintenir au mieux la pression constante de gaz dans le tube. Les motifs des chargements additivés ou des chargements combustibles énergétiques sont eux disposés sur la structure combustible selon une configuration adaptée au fonctionnement du chargement propulsif de façon à délivrer le au moins un additif ou l'apport énergétique selon un débit massique optimal et continu pendant la durée de combustion du chargement propulsif. Par exemple, ces motifs peuvent être de formes circulaires ou linéaires ou ponctuelles ou combinées réparties de façon régulière ou non sur la structure combustible.
Le chargement combustible tel que décrit ci-dessus est adapté à différents types de munition, en particulier aux munitions du type obus flèche ou obus explosif.
L'invention est illustrée par les exemples suivants donnés à titre non-limitatif. Exemples
Exemple 1
La figure 1 montre des exemples de motifs (linaires, hélicoïdaux, maillées, de formes combinées) pouvant être retenus pour un chargement combustible sur une vue planaire de la surface interne de la structure combustible. Le chargement combustible [1] en adhérence sur la structure combustible [2] est accouplé par au moins une des extrémités d'un motif au dispositif d'allumage formé d'un allumeur [3] et d'un tube allumeur [4] disposé dans le fond arrière de la munition.
Exemple 2
Cet example concerne l'implantation de chargements combustibles selon l'invention dans une munition de type de celle d'un obus flèche à fort encombrement. Il s'agit d'un obus flèche [5] assemblé selon le procédé conventionnel en deux parties (figures 2a et 2b). La première partie arrière (figure 2a) est constituée d'un étui [6] en matière combustible fibreuse renfermant un premier chargement propulsif [7a] et son dispositif d'allumage. Ce dispositif d'allumage formant un tube porte amorce comprend un allumeur et son amorce inséré [8] dans le culot de l'étui [6] en liaison avec un tube allumeur [9] au centre du premier chargement propulsif [7a]. Un espace [10] est laissé libre dans la partie haute de l'étui combustible [6]. La deuxième partie avant (figure 2b) est constituée d'une flèche empennée [11] (projectile) munie d'un sabot [12] solidaire d'une pièce de liaison [13] et supportant autour de sa partie arrière empennée une cage cylindrique [14]. Cette cage cylindrique [14] renferme une seconde partie du chargement propulsif [7b]. La partie libre haute [10] de l'étui combustible est destinée à recevoir l'empennage de la flèche [11] supportant autour d'elle la cage cylindrique [14]. La flèche empennée [11] munie de la cage sur son empennage est solidarisée avec la partie haute de l'étui au moyen de la pièce de liaison combustible [13]. La pièce de liaison, également en matière combustible fibreuse, est collée sur la partie haute de l'étui. La munition est donc réalisée en deux parties assemblées incluant chacune une partie du chargement propulsif (figures 3a et 3b).
On a déposé sur la face interne de la pièce de liaison [13] et de l'étui [6] des motifs de chargements relais [15a et 15b] dont les extrémités deviennent jointives après assemblage (figures 3a et 3b). On assure ainsi un allumage homogène sur l'ensemble du chargement propulsif (partie contenue dans l'étui et partie avant dans la zone de la pièce de liaison) de la munition. A l'identique, au moins un chargement additivé et/ou au moins un chargement combustible énergétique peuvent être aussi déposés sur la face interne de la pièce de liaison et/ou de l'étui, en connexion ou non après assemblage. Les motifs de ces chargements combustibles sont adaptés pour assurer un apport en additif(s) ou en énergie pendant la combustion du chargement propulsif.

Claims

Revendications
1. Munition (5) renfermant, dans une structure combustible (6) à base d'ester cellulosique, un chargement propulsif de grains de poudre (7a, 7b) et un dispositif d'allumage (8,9), munition dans laquelle au moins un chargement combustible à base d'ester cellulosique (15a, 15b) est déposé sous la forme d'un motif volumique géométrique solide en adhérence sur la paroi interne de la structure combustible à base d'ester cellulosique.
2. Munition selon la revendication 1, dans laquelle le chargement combustible comprend de 88% à 92% en masse de poudre(s) d'allumage et de 7% à 10% en masse d'ester cellulosique.
3. Munition selon la revendication 1, dans laquelle le chargement combustible comprend au moins un additif fonctionnel choisi parmi un additif antilueur, un additif antiérosif et un additif anticuivrant.
4. Munition selon la revendication 3 dans laquelle le chargement combustible comprend 70,3% à 92% en masse d'additif(s) fonctionnel(s), 0% à 17,6% d'une charge combustible et 7% à 10% en masse d'ester cellulosique.
5. Munition selon la revendication 1, dans laquelle le chargement combustible comprend au moins une charge énergétique.
6. Munition selon la revendication 5, dans laquelle le chargement combustible comprend de 88% à 92% en masse d'au moins une charge énergétique et de 7% à 10% en masse d'ester cellulosique.
7. Munition selon l'une des revendications 2 à 6, dans laquelle le au moins un chargement combustible déposé sous la forme d'un motif volumique géométrique solide est accouplé avec le dispositif d'allumage.
8. Munition selon l'une des revendications 3 à 6, dans laquelle le au moins un chargement combustible déposé sous la forme d'un motif volumique géométrique solide n'est pas accouplé avec le dispositif d'allumage.
9. Munition selon l'une des revendications 1 à 8, qui est du type obus flèche ou obus explosif.
10. Munition selon la revendication 9, dans laquelle la structure combustible (6) est un étui et comprend une pièce de liaison (13) supportant séparément des motifs du au moins un chargement combustible, les motifs de l'étui et de la pièce de liaison étant jointifs après assemblage de la munition.
11. Munition selon l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle ledit motif volumique géométrique est un motif linéaire, hélicoïdal, curviligne, ou de formes combinées de façon à obtenir un maillage.
12. Procédé de préparation d'une structure combustible de munition, ladite structure combustible étant à base d'ester cellulosique et comprenant au moins un chargement combustible à base d'ester cellulosique déposé sous la forme d'un motif volumique géométrique solide en adhérence sur sa paroi interne, procédé qui comprend le dépôt par extrusion d'une pâte constituée d'un collodion chargé avec une poudre d'allumage, ou avec au moins additif fonctionnel ou avec au moins une charge énergétique, sur la face interne de la structure combustible, et le séchage de la pâte déposée, ledit collodion chargé comprenant de 30% à 50% en masse de collodion et le complément à 100% de poudre d'allumage ou d'au moins un additif fonctionnel ou d'au moins une charge énergétique.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le collodion comprend une base d'ester cellulosique, ladite base d'ester cellulosique comprenant 70% à 90% en masse d'ester cellulosique, de préférence la nitrocellulose, 1% à 20% en masse d'au moins un plastifiant, et 0,5% à 5% en masse d'au moins un stabilisant de l'ester cellulosique.
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