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WO 00/66968 PCT/FR00/01154
PROJECTILE A BALISTIQUE CONTROLEE
La présente invention concerne le domaine des projectiles.
Elle s'applique à tous types de projectiles ou roquettes
autopropulsés ou non, notamment balistiques.
La présente invention concerne notamment, mais non
limitativement, les projectiles ayant des applications dans le domaine des
feux artifices.
La présente invention a pour but de proposer, avec des moyens
techniques simples, un projectile stable par rapport à son axe balistique et
sans rotation ou roulis.
La présente invention peut notamment trouver application dans le
domaine des feux d'artifices, pour la génération, dans les airs, de figures,
symboles, voire lettres ou équivalents ayant une géométrie et une
orientation contrôlées.
De nombreux travaux ont déjà été conduits dans ce domaine.
La méthode généralement proposée pour réaliser des motifs tels
que cercle, triangle, chiffre ou autres formes, consiste à ranger des étoiles
dans un corps de bombe dans la même disposition que le motif lui-même.
Ces étoiles sont des agglomérats réalisés à partir d'une composition
pyrotechnique qui brûle avec une couleur de flamme caractéristique de la
formulation employée.
Au moment de l'explosion de la bombe, les étoiles sont allumées et
dispersées dans l'atmosphère et vont représenter le motif souhaité par
plusieurs points lumineux, chaque point étant réalisé par une étoile.
La finesse du motif dépend dans ce cas du nombre d'étoiles
embarquées dans la bombe.
On a décrit dans les documents FR-A-2764687 et FR-A-2764688,
une autre solution sous forme d'un projectile pyrotechnique comprenant un
corps contenant une charge d'éclatement et une charge combustible dont
(allumage et la dispersion sont assurés par l'explosion de la charge
d'éclatement, dans lequel la charge combustible est formée par une poudre
métallique combustible avec l'oxygène de l'air, disposée au sein de la
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charge d'éclatement selon un motif correspondant à la forme du motif
d'artifice à obtenir dans le ciel.
Quant au contrôle de l'orientation des projectiles, il est
généralement proposé de le rechercher à l'aide d'ailettes disposées sur la
périphérie extérieure du projectile.
Cependant à la connaissance de la Demanderesse aucun des
dispositifs jusqu'ici proposés ne donnent pleinement satisfaction,
notamment en termes de stabilité, sauf à embarquer des moyens
complexes de pilotage, que la présente invention cherche à éviter.
L'étude des paramètres régissant la stabilité d'un projectile est en
effet fort complexe.
On peut trouver par exemple une approche théorique de
l'aérodynamique des cylindres dans l'ouvrage "Théories de la dynamique
des fluides" A. Bonnet, J. Luneau (Cépadues éditions).
Etant rappelé que fon dénomme "élancé", un corps dont la
dimension longitudinale mesurée parallèlement au vecteur vitesse est
beaucoup plus grande que ses dimensions transversales (Les roquettes et
les missiles sont des exemples caractéristiques de corps élancés) et que la
méthode des singularités est une méthode permettant de résoudre
l'équation de Laplace (0~ = 0) afin de déterminer l'écoulement autour d'un
obstacle, la base de la théorie est la suivante.
La théorie des corps élancés est une version linéarisée de la
méthode des singularités. Elle n'est donc applicable que pour des obstacles
dont la pente locale des parois, par rapport au vecteur vitesse à l'infini
reste
suffisamment faible. Elle permet par exemple d'aborder le calcul des efforts
aérodynamiques sur le corps d'un missile ou fuselage de révolution aux
faibles incidences.
Dans le cadre de la théorie des corps élancés, l'expression du
moment de tangage par rapport à un point A quelconque est
MZ ,, _ '/s p~ V ~ SrefL~etCm ,,
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wo ooi66~s rrr~ooromsa
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où Cm " = 2a L x" Sq _ v
Lnr Snr LnfSnr
avec
v le volume du corps considéré,
L la longueur totale de (engin,
xA la distance entre le nez est le point A,
Sq la surface du culot de l'engin,
V~ la vitesse à l'infini amont,
p,~ la densité de fluide à l'infini amont,
Sret la surface de référence,
Lier la longueur de référence,
a l'incidence.
Dans le cas où A est le centre instantané de rotation, par exemple
de gravité G d'un corps en vol libre, la formule précédente, donnant le
coefficient de moment de tangage par rapport à G, permet, en fonction des
données géométriques du corps, de définir ses conditions de stabilité.
Le corps est stable si, à une variation d'incidence 0a, négative ou
positive, le moment des forces qui agissent sur le corps tend à éliminer
cette variation d'incidence.
La condition de stabilité est donc
°~"'° > 0
âa
d'où (L - xg)Sq - v > 0
soit, puisque L > 0
0< x° <1 -
L LSQ
On en déduit que le paramètre principal à contrôler pour obtenir un
projectile stable serait la position de son centre de gravité.
Cependant, la Demanderesse a constaté que ce paramètre était
loin d'être suffisant et s'écartant des préjugés admis de l'homme de l'art, a.
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développé une nouvelle structure qui se distingue des projectiles antérieurs
connus, notamment par la géométrie de sa face d'attaque.
Ainsi, le but précité est atteint dans le cadre de la présente
invention grâce à un projectile comprenant une face avant d'attaque et une
enveloppe périphérique séparées par une arête de transition située dans un
plan perpendiculaire à Taxe du projectile, et dans lequel la face avant
d'attaque ne s'étend pas en amont de ce plan.
En d'autres termes, la présente invention préconise d'utiliser un
projectile sans ogive.
Pourtant dans le cas d'un tel cylindre sans ogive, le volume v du
cylindre est égal à la quantité LSq. I! faudrait donc théoriquement que le
centre de gravité soit sur la face avant pour que le cylindre soit stable à
incidence nulle pour respecter les critères établis rappelés ci-dessus. Ainsi,
la théorie laissait penser qu'un tel cylindre est instable aux faibles
incidences.
Cependant, la Demanderesse a démontré que de manière à priori
très surprenante un projectile répondant aux caractéristiques indiquées
précédemment, permet de répondre à (objectif recherché.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente
invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre
et
en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et
sur lesquels
- la figure 1 représente une vue schématique latérale d'un projectile
conforme à la présente invention,
- les figures 2 et 3 représentent des vues en coupe axiale de deux variantes
de réalisation de la face d'attaque avant d'un projectile conforme à la
présente invention, et
- la figure 4 représente une vue en coupe axiale de la partie arrière d'un
projectile conforme à une variante de réalisation de la présente invention.
Après de longues études et recherches et de nombreux essais, la
Demanderesse a déterminé que pour obtenir un projectile stable par rapport
à son axe balistique et ce sans rotation ni roulis, il est souhaitable de
contrôler notamment les paramètres suivants : a) la géométrie de la face
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d'attaque avant 10, b) le rapport longueur (L1 )/Dimension transversale (D1 ),
c) la nature de ta transition 20 entre la face avant 10 et la surface
périphérique 30 et d) la position du centre de gravité du projectile.
Concernant la géométrie de la face d'attaque avant 10, la
5 Demanderesse a déterminé, comme indiqué précédemment qu'il est
souhaitable que l'arête de transition 20 entre la face d'attaque avant 10 et
la
surface périphérique 30, soit située dans un plan P perpendiculaire à l'axe
O-O du projectile.
Par ailleurs, la Demanderesse a déterminé que contrairement aux
projectiles connus qui possèdent une face d'attaque effilée vers l'avant,
cette face d'attaque 10 ne doit pas de préférence s'étendre en amont de ce
plan P, pour obtenir un projectile de grande stabilité.
Ainsi de préférence, la face avant 10 est plane et située dans ce
plan P.
Cependant, le cas échéant, la face avant 10 peut être de type
concave en retrait par rapport à ce plan P, à partir de (arête 20, comme
illustré par exemple sur les figures 2 et 3.
On a ainsi illustré sur la figure 2 une variante de face d'attaque 10
concave à courbure continue, par exemple globalement sphérique, tandis
que la face d'attaque 10 illustrée sur la figure 3 est étagée (elle possède
ici
une cavité centrale 12, bordée par une couronne 11 située dans le plan P,
et délimitée par une jupe cylindrique de révolution 13 et un fond 14 plat
parallèle au plan P.
Les caractéristiques qui précèdent ont été mises en évidence par la
Demanderesse essentiellement à la suite de nombreux essais.
En effet, elles vont à l'encontre des théories généralement admises
qui demandent, comme rappelé précédemment, une face d'attaque efFilée
vers l'avant.
Concernant le rapport entre La longueur L1 et la dimension D1
transversale à l'axe O-O du projectile, la Demanderesse à déterminer que
de préférence ce rapport L1/D1 est compris entre 0,25 et 20, très
préférentiellement entre 0,5 et 12, et même entre 1 et 3 et
avantageusement de (ordre de 2,5.
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Concernant la transition 20 entre la face avant et la surface
périphérique 30, la Demanderesse a déterminé que celle-ci est de
préférence formée d'une arête nette, sans chanfrein ni arrondi prononcé.
Concernant la position du centre de gravité du projectile, la
Demanderesse a déterminé que de préférence, pour que la munition soit
stable à incidence nulle, il faut que le centre de gravité soit situé
approximativement dans les deux tiers avant de la munition,
préférentiellement dans la moitié avant de la munition, et même très
avantageusement pour avoir une bonne stabilité dans le premier tiers.
Par ailleurs, la Demanderesse a constaté que de préférence le
projectile, par conséquent sa surface périphérique 30, est inclus dans un
cylindre droit s'appuyant sur (arête de transition 20.
La surface périphérique 30 précitée peut être cylindrique, c'est-à
dire définie par une génératrice rectiligne parallèle à Taxe longitudinal O-0.
Cependant, cette dernière caractéristique n'est pas absolument obligatoire.
La surface périphérique 30 peut en effet présenter, au moins sur une partie
de la longueur du projectile, des zones en retrait par rapport au cylindre
droit s'appuyant sur l'arête de transition 20.
On peut ainsi par exemple envisager que la surface périphérique 30
soit délimitée par une génératrice incurvée concave vers l'extérieur de la
munition.
Selon une autre variante de réalisation, la surface périphérique 30
est délimitée par une section qui converge en direction de l'arrière du
projectile.
De préférence, le projectile présente une symétrie par rapport à son
axe longitudinale O-O.
II peut posséder une section droite circulaire, la surface
périphérique 30 étant alors par exemple cylindrique de révolution. En
variante, la section droite du projectile peut être de type polygone ou encore
posséder des méplats.
Sur ce point la Demanderesse a en effet constaté qu'un projectile
cylindrique muni de méplats se comporte sensiblement de la même manière
en vol qu'un cylindre de révolution.
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A titre d'exemple non limitatif, la surface périphérique 30 du
projectile peut comporter trois méplats équi-répartis autour de l'axe
longitudinal O-O, chaque méplat possédant par exemple une corde d'une
longueur de l'ordre de 10mm pour un projectile présentant un diamètre de
45mm.
Par ailleurs, la Demanderesse a déterminé que de préférence, les
moyens de propulsion associés au projectile sont calculés de sorte que la
vitesse du projectile en phase balistique externe au lanceur soit comprise
entre 25 et 250m/s, avantageusement de l'ordre de 60 à 120m1s et très
préférentiellement de l'ordre de 100m/s.
La Demanderesse a en effet déterminé que ces plages de valeur
étaient nécessaires pour permettre au projectile conforme à l'invention de
voler correctement, malgré sa géométrie qui s'écarte de celle généralement
admise par l'homme de l'art.
Les éléments qui précèdent concernent essentiellement la
balistique externe du projectile.
La Demanderesse a également déterminé que de préférence, il est
souhaitable de soigner les éléments de balistique interne pour obtenir un
projectile stable par rapport à son axe balistique et sans rotation ou roulie.
Dans ce domaine, la Demanderesse a déterminé que le cas
échéant, comme on fa illustré sur la figure 4, le projectile peut être équipé
à
sa partie arrière d'une jupe 40, par exemple cylindrique, voire même
cylindrique de révolution centrée sur l'axe 0-O.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de
réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes
variantes conformes à son esprit.
