Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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ENSEMBLE DE PROPULSION POUR PROJECTILE
La présente invention concerne le domaine des ensembles de
propulsion pour projectiles, notamment le domaine des systèmes de tubes
lanceurs de projectiles.
La présente invention trouve en particulier, mais non
exclusivement, application dans le domaine des armes. Elle n'est pas
limitée en effet à cette application préférentielle, mais peut être exploitée
dans tout lanceur de projectile, tel que par exemple les tubes lanceurs de
fusées d'artifices, de signaux d'alarmes, de fusées anti-grêle, voire dans
des tubes lanceurs sur bancs d'essai dans lesquels les projectiles peuvent
être formés par exemple de chariots ou équivalents, notamment pour des
tests de chocs, etc
La plupart des systèmes de tubes lanceurs de projectiles connus
comprennent, comme représenté sur la figure 1 annexée, un tube-canon
10, une culasse ou un fond 12 fermant le tube 10 à une extrémité et une
source de pression 14, formée généralement d'une cartouche
pyrotechnique.
Le projectile 20, en attente du tir, délimite à l'intérieur du tube
10, une chambre 16 dans laquelle est placée la cartouche pyrotechnique
14
Lors du tir, l'explosion de la cartouche pyrotechnique 14 génère
dans cette chambre 16, une pression motrice pour le projectile 20. Celui-ci
est mis en mouvement, et l'augmentation en volume de la chambre 16
induit la détente des gaz jusqu'à la mise à l'air libre de la chambre 16 lors
de la sortie du projectile 20 hors du tube-canon 10 comme celà est
schématisé sur la figure 2. L'intégrale, pendant cette durée, de la pression,
multipliée par la section du tube-canon 10, donne l'impulsion du tir.
Ces tubes lanceurs connus présentent l'inconvénient d'une
part de générer un effort de recul important ressenti par le tireur ou le
support du tube lanceur, d'autre part de nécessiter une paroi de tube
d'épaisseur importante, en raison du pic de pression généré
immédiatement aprés l'explosion de la cartouche 20. Ce pic est
particulièrement préjudiciable pour des armes de tir à l'épaule.
On a déjà tenté d'écrêter l'effort de recul résultant de ce pic de
pression en placant des moyens amortisseurs entre le tube lanceur et une
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-
référence, par exemple une épaulière, ou un affût support du tube
lanceur.
On a également proposé de nombreux ensembles de propulsion
comprenant une chambre intégrée à l'arrière du projectile, laquelle
5 chambre est conçue pour recevoir une source de pression et débouche à
l'extérieur par l'intermédiaire d'au moins une tuyère.
La présente invention a maintenant pour but de perfectionner
les systèmes de propulsion de projectiles, afin d'améliorer les
performances de ceux-ci.
Ce but est atteint selon la présente invention, grâce à un
ensemble de propulsion pour projectile du type comportant une chambre
qui loge une source de pression, caractérisé par le fait que ladite chambre
communique avec un espace de détente par l'intermédiaire d'un passage
contrôlé par un clapet d'asservissement permettant de contrôler la
pression motrice du projectile.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'ensemble comprend
un tube lanceur définissant une chambre de détente apte à recevoir un
projectile et une source de pression communiquant avec la chambre de
détente du tube qui recoit le projectile,
caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une chambre
intermédiaire qui loge la source de pression et qui communique avec la
chambre de détente par l'intermédiaire du passage contrôlé par le clapet
d'asservissement.
Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente
invention, le passage contrôlé par le clapet d'asservissement est adapté
pour définir une pression constante dans la chambre de détente.
La chambre intermédiaire peut être intégrée à un tube lanceur.
La présente invention concerne également des proj ectiles
équipés d'une chambre intermédiaire, ainsi que des composants
indépendants du tube et des projectiles, équipés d'une chambre
intermédiaire et adaptés pour être placés entre le fond du tube lanceur et
un projectile.
Le document WO-A-9107636 décrit un projectile comprenant des
moyens d'éjection temporisés d'une charge. Plus précisément, ce
document décrit un lanceur comprenant une source de pression non
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représentée, adapté pour lancer un projectile. Le projectile comprend une
charge utile, une première chambre de pression et une seconde chambre
de pression. Un clapet assure l'alimentation de la première chambre de
pression à partir de la source. La première chambre de pression
5 communique par ailleurs avec la seconde chambre de pression par
l'intermédiaire d'un orifice calibré. Plus précisément la seconde chambre
est définie entre un piston susceptible de pousser la charge utile et un
carter définissant la première chambre, le piston et le carter étant reliés
par une goupille cisaillable. En outre, la première chambre est remplie,
10 selon la caractéristique essentielle de ce document, par un matériau
fibreux. Le fonctionnement de ce projectile est essentiellement le suivant.
Lors du lancement la première chambre est chargée à pression constante
par l'intermédiaire du clapet. La pression dans la seconde chambre s'élève
progressivement jusqu'à rupture de la goupille. Le piston dépote alors la
15 charge utile avec élévation soudaine de la pression dans la seconde
chambre grâce au passage ainsi dégagé de la liaison entre les deux
chambres de pression.
Le document NAVY TECHN. DISCLOS. BULL., vol. III, n 3, Mars
1978, DAHLGREN VIRGINIA décrit un propulseur prévu sur un système
20 lanceur ou sur un projectile. Ce document se rapporte essentiellement à
des moyens de réglage d'un rapport de surface entre un orifice conduisant
à la chambre de détente et des évents.
Le document US-A-3628415 enseigne un mortier. Il décrit
essentiellement des moyens de réglage de la section libre d'un passage
25 d'évent. Un clapet formé par une palette coopérant avec le passage sert à
l'évacuation de l'humidité résiduelle à l'intérieur du mortier.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente
invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va
suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non
30 limitatifs et sur lesquels:
- la figure 1 précédemment décrite représente une vue schématique en
coupe axiale d'un tube lanceur classique,
- la figure 2 précédemment mentionnée représente l'impulsion motrice
dans un tel tube lanceur classique,
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- la figure 3 représente le profil préférentiel de l'impulsion motrice
obtenue à l'aide d'un tube lanceur conforme à la présente invention,
- les figures 4 à 6 représentent des vues schématiques en coupe axiale de
tubes lanceurs conformes à trois variantes de réalisation de la présente
S invention,
- la figure 7 représente une vue en coupe axiale d'un projectile conforme
à un premier mode de réalisation de la présente invention, en position de
repos,
- la figure 8 représente une vue similaire du même projectile conforme au
premier mode de réalisation de l'invention, en position de fermeture du
passage contrôlé,
- la figure 9 représente une vue en coupe transversale d'un distributeur
de ce projectile conforme au premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 10 représente une vue en coupe axiale d'un projectile conforme
à un second mode de réalisation de la présente invention, et
- la figure 11 représente une vue en coupe axiale d'un projectile conforme
à un troisième mode de réalisation de la présente invention.
Comme indiqué précédemment, le système conforme à la
présente invention comprend de préférence un tube lanceur 100
définissant une chambre de détente 116 apte à recevoir un projectile 200
et une source de pression 140 communiquant avec la chambre de détente
1 16. Plus précisément selon l'invention il est prévu une chambre
intermédiaire 150 qui loge la source de pression 140 et qui communique
avec la chambre de détente 116 par l'intermédiaire d'un passage 170,
contrôlé par un clapet d'asservissement.
Cette chambre intermédiaire 150 peut être solidaire du tube 100,
en étant placée de préférence au niveau du fond du tube 100, comme
représenté sur la figure 4, ou encore solidaire du projectile 200, en étant
de préférence placée à l'arrière de celui-ci, comme représenté sur la
figure S, voire réalisée sur un élément indépendant du tube 100 et du
projectile 200 et placé de préférence entre le fond 112 du tube 100 et le
projectile 200 comme représenté sur la figure 6.
Le passage 170 est de préférence adapté pour définir une
pression constante dans la chambre de détente 116.
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Le fonctionnement général du dispositif conforme à la présente
invention est le suivant.
La chambre intermédiaire 150 est mise en forte pression, par
exemple à plusieurs centaines de bars, lors de l'initiation de la source 140,
5 par exemple, après percussion, et explosion, dans le cas d'une source 140
composée d'une cartouche pyrotechnique.
Selon l'invention les effets de cette forte pression ne sont
ressentis ni par le tube 100 ni par le projectile 200 puisque cette forte
pression est confinée dans la chambre intermédiaire 150.
Les gaz de cette chambre intermédiaire 150 s'échappent par le
passage contrôlé 170 prévu à cet effet, pour alimenter la chambre de
détente 116, de préférence à pression constante tarée par le passage
contrôlé 170 formé avantageusement d'un clapet détendeur.
Il est nécessaire que la masse du gaz issue de la source 140 soit
suffisante pour l'alimentation de pression jusqu'à l'éjection du projectile
200.
I1 est également nécessaire que le passage contrôlé 170, formé
avantageusement d'un clapet détendeur, soit dimensionné pour permettre
un débit suffisant de gaz jusqu'à l'expulsion du projectile 200.
Dans le cadre de l'invention le passage 170 est adapté de
préférence pour imposer une pression constante dans la chambre de
détente 116. Cependant, comme on le précisera par la suite, en variante le
passage 170 peut être adapté pour définir une évolution de la pression
dans la chambre de détente 116 en fonction des différents paramètres.
La présente invention permet par conséquent, pour une même
impulsion de tir générée par la source 140, de limiter considérablement la
pression maximale dans le tube 100. Cette caractéristique peut en
particulier être comprise lors d'un examen comparé de la répartition de
pression traditionnelle dans un tube 10 et de la répartition de pression
constante proposée dans le cadre de l'invention dans un tube 100, en
regard de la figure 3.
Plus précisement encore, l'ordre de grandeur de l'évolution de
la pression maximale peut être analysé sur l'exemple suivant:
Une arme d'épaule permettant de délivrer une impulsion de 90
N/s à une masse de 1,1 Kg présente une courbe de pression avec un
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maximum d'environ 50 à 150 bars. En supposant la longueur du tube de
800mm et pour un calibre de 80mm, 9 bars suffisent à obtenir la même
impulsion, si cette pression ne chute pas lors du tir mais reste constante.
En d'autres termes, l'invention permet de réduire le pic de
pression dans le tube lanceur, de 50 à 150 bars sur les systèmes antérieurs
à une pression de 9 bars dans le cadre de l'invention.
Les avantages d'une telle répartition de pression sont
notamment:
- d'une part une diminution de l'épaisseur résistante de la paroi
du tube 100,
- d'autre part, une diminution de l'effort maximal provoqué par
le tube sur un tireur ou sur tout support du tube.
Ces deux effets cumulés permettent d'envisager un allègement
considérable du tube lui-même et par conséquent d'une arme incorporant
celui-ci, des supports éventuels permettant sa fixation sur un affût ou sur
un véhicule, ainsi que des moyens mis en oeuvre pour diminuer les effets
de recul du tube.
Il convient de noter que la chambre intermédiaire 150 doit être
dimensionnée pour supporter les fortes pressions développées par la
source 140 (comparables au~; pics de pressions représentés sur la figure 2).
Bien entendu la chambre intermédiaire 150 doit être adaptée
pour recevoir la source de pression 140, en particulier pour permettre la
fixation et la percussion d'une cartouche pyrotechnique lorsque la source
140 est composée d'une telle cartouche.
Le passage contrôlé 170 est formé de préférence d'un clapet
détendeur permettant la circulation des gaz hors de la chambre
intermédiaire 150, à pression contrôlée constante de refoulement.
On va maintenant décrire le mode de réalisation particulier et
non limitatif représenté sur les figures 7 à 9 annexées.
Cet exemple de réalisation concerne un mode de mise en oeuvre
dans lequel la chambre intermédiaire 150 est contenue dans le projectile
200.
Plus précisément selon ce mode de réalisation la chambre
intermédiaire 150 est formée à la partie arrière du projectile 200. Ce mode
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de réalisation n'est en rien limitatif. Il permet l'utilisation de projectiles
adaptés dans des systèmes de tubes existants.
On aperSoit sur les figures 7 à 9 annexées un corps 210 solidaire
de la partie arrière du projectile 200. Le corps 210 est de préférence ajusté
5 au calibre interne du tube 100. Il peut posséder sur sa périphérie
extérieure un joint d'étanchéité 212, logé dans une gorge 214, pour
garantir l'absence de fuite entre la périphérie extérieure du projectile 200
et le tube 100.
Le corps 210 possède une cavité 220, de préférence centrée sur
10 l'axe O-O du projectile et débouchant sur la face arrière 216 de celui-ci.
La cavité 220 définit d'une part la chambre intermédiaire 150,
d'autre part un logement recevant un distributeur 230.
La cavité 220 est avantageusement symétrique de révolution
autour de l'axe O-O.
Plus précisément le logement recevant le distributeur 230 est de
préférence cylindrique de révolution autour de l'axe 0-0. La chambre
intermédiaire 150 est quant à elle de préférence de forme annulaire et
placée sur l'extérieur du logement précité en débouchant dans celui-ci.
De même le distributeur 230 est avantageusement cylindrique
de révolution autour de l'axe O-O. Le distributeur 230 possède lui-même un
alésage borgne 232 débouchant sur sa face arrière 231. L'alésage 232 est
également centré sur l'axe O-O. Il est adapté pour servir de réceptacle à la
source de pression 140, formée avantageusement d'une cartouche
pyrotechnique. L'alésage 232 peut être obturé à son extrémité arrière par
un bouchon d'étanchéité 233 possédant un percage central 234 autorisant
le passage d'un percuteur pour la percussion de la cartouche logée dans
l'alésage 232. Le bouchon 233 assure l'étanchéité de l'alésage 232 pour
éviter les fuites de gaz à ce niveau.
Le cas échéant un tel bouchon 233 peut être omis, l'essentiel
étant d'autoriser l'accès du percuteur sur la source 140 et l'étanchéité sur
l'arrière de celle-ci. L'enveloppe de la cartouche 140 peut réaliser cette
fonction.
Le distributeur 230 est ajusté dans le logement de la cavité 220
du corps 210 pour pouvoir se translater dans celui-ci parallèlement à l'axe
O-O. Le distributeur 230 possède ainsi avantageusement une portée
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cylindrique 236, à son extrémité avant, montée à coulissement dans une
portée complémentaire 222 formée dans la cavité 220. De préférence un
joint torique d'étanchéité 238 placé dans une gorge du distributeur 230 ou
du corps 210 assure l'étanchéité entre ces portées 236, 222. Le joint 238
permet d'assurer l'étanchéité entre la chambre intermédiaire 150 formée
dans la cavité 220 et la partie avant 224 de cette cavité mise à la pression
atmosphérique par l'intermédiaire d'au moins un conduit 226 qui relie
cette partie avant 224 de la cavité 220 et la périphérie extérieure du
projectile 200. Le distributeur 230 est également guidé à son extrémité
arrière par une portée 239 du distributeur coopérant avec une portée
complémentaire 229 formée dans la cavité 220. Toutefois, à ce niveau, on
notera que tout en étant guidé à translation selon l'axe O-O, le distributeur
230 est adapté pour autoriser un passage de gaz de la chambre
intermédiaire 150 vers la zone située en arrière du projectile 200.
Par ailleurs 1 'extrémité arrière du distributeur 230 et
l'extrémité arrière du corps 210 définissent en combinaison le passage
contrôlé 170 formé d'un clapet dont l'ouverture dépend de la position
relative distributeur 230/corps 210.
Selon le mode de réalisation particulier représenté sur les
figures le distributeur 230 comprend ainsi 4 chambrages 240 equirépartis
autour de l'axe O-O et qui débouchent sur sa périphérie extérieure, entre
des nervures 242, à distance de ses extrémités axiales.
Les nervures 242 servent de portées 239 assurant le guidage du
distributeur 230 selon l'axe O-O. Les chambrages 240 communiquent avec
la chambre intermédiaire annulaire 150 formée dans le corps 210 autour
du distributeur 230. Par ailleurs les chambrages 240 permettent, en
position d'ouverture du clapet 170, le passage de gaz de la chambre
intermédiaire 150 vers la zone arrière du projectile 200, comme on le voit à
l'examen de la figure 7.
De plus, le distributeur 230 comprend à son extrémité arrière un
épaulement conique 244 qui définit, en coopération avec une portée
tronconique complémentaire 218 du corps 210, le clapet contrôlé 170.
Un ressort 250 est intercalé entre la face avant 152 de la
chambre intermédiaire 150 et une bague élastique ou circlips 246 solidaire
du distributeur 230. Ainsi on comprend à l'examen des figures 7 et 8 que le
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ressort 250 sollicite le distributeur 230 vers 1 'arrière, soit vers une
position d'ouverture du passage 170. Toutefois, la bague élastique 246 fait
saillie sur la périphérie extérieure du distributeur 230 et limite ainsi le
déplacement vers l'arrière du distributeur lorsqu'elle vient en appui
contre la face arrière 154 de la chambre intermédiaire 150. Différents
perçages 248 permettent de relier l'alésage interne 232 du distributeur 230
recevant la source de pression 140 aux chambrages 240 et par conséquent
à la chambre intermédiaire 150.
La figure 8 représente le système en position fermé du clapet
170.
Le ressort 250 peut faire l'objet de nombreuses variantes de
réalisation. Il peut être formé d'un ressort spiral comme représenté sur
les figures 7 et 8 annexées ou encore d'un empilage de rondelles
élastiques, voire d'un volume de gaz comprimé. Le ressort 250 peut
également être placé à l'extérieur de la chambre intermédiaire 150.
Le fonctionnement du dispositif représenté sur les figures 7 à 9
annexées est essentiellement le suivant.
La percussion de la cartouche 140 provoque l'explosion de cette
dernière, puis la mise en circulation des gaz vers la chambre
intermédiaire 150 par l'intermédiaire des percages 248 et des chambrages
240, et de là vers la chambre de détente 116 par l'intermédiaire du passage
contrôlé 170.
Lorsque la poussée exercée sur le distributeur 230 par la
pression de la chambre de détente 116, dépasse la force de sollicitation
exercée par le ressort 250 sur le même distributeur 230, le distributeur 230
se déplace par rapport au corps 210 et le passage 170 se ferme.
Le déplacement du projectile 200 dans le tube sous l'effet de la
pression des gaz dans la chambre 116, provoque la détente de cette
chambre. La chute de pression en résultant autorise par conséquent à
nouveau l'ouverture du clapet 170.
Ce mécanisme permet donc l'asservissement de pression dans la
chambre de détente 116.
La pression interne dans la chambre intermédiaire
d'alimentation 150 reste nettement supérieure à la pression dans la
chambre intermédiaire 116.
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Le profil des chambrages 240 est de préférence tel que la
pression interne régnant dans ceux-ci n'exerce pas d'effort axial sur le
distributeur 230. Dans ce cas l'équilibre de position du distributeur 230 est
défini par l'équilibre entre l'effort de poussée sur la face arrière 231 du
distributeur, du à la pression régnant dans la chambre de détente 116, et
l'effort du ressort 250.
En variante les chambrages 240 peuvent être modifiés de sorte
que la pression régnant dans ceux-ci exerce un effort axial sur le
distributeur 230. Dans ce cas la position du distributteur est définie par la
pression différentielle entre la chambre intermédiaire 250 et la chambre
de détente 116, ainsi que par la différence de section entre les surfaces sur
lesquelles s'exercent ces pressions, et non pas par la seule pression dans la
chambre 116.
On retrouve sur la figure 10 annexée un distributeur 230
comparable à celui illustré sur les figures 7 à 9. Là encore le distributeur
définit en coopération avec le corps 210 solidaire du projectile 200, d'une
part une chambre intermédiaire 150, d'autre part un passage contrôlé 170.
Le mode de réalisation représenté sur la figure 10 se distingue
essentiellement de celui représenté sur les figures 7 à 9 précédemment
décrites par le fait que le ressort 250 est formé d'un vérin pneumatique.
Plus précisément selon la figure 10 la partie 224 de la cavité 220 située en
avant du distributeur 230 n'est plus reliée à l'atmosphère par
l'intermédiaire de conduits 226, mais au contraire cette partie avant 224 de
la cavité 220 est formée d'un volume étanche. Par ailleurs de préférence la
partie avant 224 de la cavité 220 formant ressort pneumatique est de
préférence équipée d'une valve 225 permettant de contrôler la pression
interne de tarage dans cette chambre 224.
On a représenté sur la figure 11 une variante de réalisation
selon laquelle le passage 170 n'est plus contrôlé par un distributeur 230
formant clapet, mobile par rapport au corps 210 délimitant la chambre
intermédiaire 150, mais par une paroi élastique 260 venue de matière sur
le corps 210 ou rapportée sur ce corps 210 et délimitant ainsi une partie de
la chambre intermédiaire 150.
On retrouve par ailleurs sur la figure 11 un corps 210 qui
possède un alésage 232 apte à recevoir une cartouche pyrotechnique 140
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et qui communique avec la chambre intermédiaire 150 par des perçages
248. Cette chambre intermédiaire 150 est séparée de la chambre de détente
116 par la paroi élastique 260.
Plus précisément selon le mode de réalisation particulier
5 représenté sur la figure 11, la paroi intermédiaire 260 a la forme d'une
couronne transversale à l'axe 0-0 et raccordée par sa périphérie
radialement interne à la partie arrière de l'élément formant l'alésage 232.
Le passage contrôlé 170 est ainsi formé entre la périphérie extérieure de
la paroi élastique 260 et un épaulement annulaire 219 formé sur
l'extrémité arrière du corps 210. Le passage contrôlé 170 a ainsi la forme
d'une lumière annulaire.
Plus précisément on a représenté sur la demie-vue supérieure
de la figure 11, le système en position d'ouverture du passage 170, tandis
que l'on a représenté sur la demie-vue inférieure de la même figure 11, le
système en position de fermeture du même passage 170.
Le fonctionnnement du dispositif représenté sur la figure 11
reste pour l'essentiel identique à celui précédemment décrit. La
déformation de la paroi élastique 260 permet de fermer et d'ouvrir
progressivement la section du passage 170, pour maintenir une pression
sensiblement constante dans la chambre de détente 116.
Plus précisément selon le mode de réalisation particulier et non
limitatif représenté sur la figure 11 annexée, une forte pression dans la
chambre intermédiaire 150 ferme la section du passage 170, tandis qu'une
plus faible pression dans la chambre intermédiaire 150 tend à ouvrir ce
passage 170.
La pression régnant dans la chambre intermédiaire 150 étant
bien supérieure à celle régnant dans l'espace de détente 116, on peut
considérer que le passage 170 est contrôlé essentiellement par la pression
de la chambre 150.
Il faut noter également que le projectile représenté sur la
figure 11 peut être utilisé seul, c'est à dire sans tube lanceur.
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.
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En particulier, la source génératrice de la pression motrice
pour le projectile n'est pas limitée à une cartouche pyrotechnique, mais
peut être remplacée par tout moyen équivalent, tel que par exemple une
source d'air comprimé.
Le système conforme à la présente invention peut aussi être
adapté pour délivrer une loi de répartition de pression au cours du temps
non constante, adaptée à toutes spécifications particulières de tir.
Ainsi par exemple, le passage contrôlé 170 peut être:
- asservi en accélération, par exemple pour définir une
accélération constante du projectile,
- asservi en déplacement, par exemple à l'aide d'un capteur
sensible au déplacement du projectile dans le tube et/ou d'une came
pilotant la modulation d'ouverture du passage contrôlé 170,
- asservi en température, par exemple pour tenir compte de la
réponse en température de la source motrice 140.
Par ailleurs le passage contrôlé 170 pourra être défini par tout
moyen équivalent à ceux précédemment décrits.
Enfin il faut noter que l'ensemble de propulsion conforme à la
présente invention est compatible avec tous les moyens amortisseurs
d'effort de recul connus.
