FR2475211A1 - Projectile a generateur thermique - Google Patents

Abstract

PROJECTILE COMPORTANT UN GENERATEUR THERMO-ELECTRIQUE DESTINE A FAIRE FONCTIONNER UN CIRCUIT SITUE DANS LE PROJECTILE; LE GENERATEUR 9 EST REALISE DANS DES ZONES SUR LESQUELLES SE PRODUISENT DES GRADIENTS THERMIQUES DUS ESSENTIELLEMENT AU FREINAGE PROVOQUE PAR LE FROTTEMENT EN VOL LIBRE. DES PAIRES D'ELEMENTS DE GENERATEUR 16, CONNECTEES ELECTRIQUEMENT ENSEMBLE, SONT DISPOSEES EN ETOILE AU MOINS DANS UN PLAN QUI S'ETEND SENSIBLEMENT TRANSVERSALEMENT A L'AXE LONGITUDINAL 22 DU PROJECTILE.

Description

L'invention concerne un projectile comportant un généra-

teur thermoélectrique destiné à faire fonctionner un circuit situé dans le projectile. Un tel projectile est connu d'après la demande de brevet allemand DE-OS 24 34 700 et est utilisé comme projectile anti-aérien; après qu'il a été tiré par un tube d'arme, une charge pyrotechnique située dans la

partie arrière du projectile est mise à feu pour servir de source de rayonne-

ment dégageant un rayonnement de poursuite. Entre cette charge pyrotechnique

servant de source de chaleur et la charge utile explosive du projectile consi-

dérée comme puits thermique est disposé un générateur thermoélectrique cons-

titué par des thermocouples montés en série, qui, en raison du gradient thermi-

que entre la charge pyrotechnique allumée et la charge explosive non encore

allumée, fournit une tension thermoélectrique pour faire fonctionner un cir-

cuit servant à évaluer l'information du faisceau de repérage afin de déclen-

cher la mise à feu. L'inconvénient de cet équipement du projectile pour four-

nir l'énergie électrique servant à faire fonctionner le circuit est notamment qu'il faut prévoir dans le projectile une source thermique propre devant être

allumée en particulier après le tir, laquelle, étant donné les dimensions pré-

déterminées du projectile, réduit considérablement le volume disponible pour la charge utile; il faut ici une dépense supplémentaire pour assurer la mise à feu de cette source thermique seulement lorsque le projectile a quitté

le tube, afin de conférer au projectile une sécurité intrinsèque. Cette solu-

tion ne se justifie que dans des cas particuliers, o, de toutes façons, il faut une source de chaleur pour faire fonctionner le projectile, qui doit être

mise en service après le tir, mais avant la détonation, et qui peut être utili-

sée alors pour fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement du circuit pour

autant que ce circuit n'ait pas à être déjà prêt à fonctionner auparavant.

Dans les cas o ces conditions particulières n'existent pas, il est connu de prévoir dans le projectile une batterie comme source d'énergie pour le circuit. L'inconvénient en est que les batteries ont un poids très élevé par rapport à leur puissance électrique, ce qui réduit la charge utile pour des conditions limites données; de plus, le courant de pointe disponible pour déclencher la détonation est relativement faible dans

une batterie en raison de sa résistance interne élevée. En outre, les batte-

ries supportant un long temps de stockage (correspondant à la période pendant laquelle les projectiles stockés doivent être en état de fonctionner) sans

auto-décharge inacceptable, sont très coûteuses; enfin, l'appareillage né-

cessaire pour assurer la sécurité intrinsèque du projectile, donc pour ne libérer l'énergie de la batterie destinée au circuit qu'après la sortie du

projectile hors du tube de l'arme, est coûteux.

Il est en outre connu d'équiper des projectiles avec des

piézo-générateurs qui sont activés par la pression dynamique devant le projec-

tile sur sa trajectoire libre, c'est-à-dire lorsqu'il a quitté le tube de l'arme. Mais l'énergie rendue ainsi disponible ne suffit pas, généralement,

même avec un stockage intermédiaire dans des condensateurs de l'énergie four-

nie par les éléments piézoélectriques, pour alimenter en continu un circuit

électronique, seulement pour déclencher une amorce électrique à haute résis-

tance servant à déclencher la détonation.

Le but de l'invention est de réaliser un projectile du type précité de façon qu'il procure l'énergie nécessaire à faire fonctionner un circuit électronique complexe pendant son déplacement sur sa trajectoire libre, entre le moment o le projectile quitte le tube et le déclenchement de la détonation, et éventuellement déjà dans le tube de l'arme, et cela avec

un coût de fabrication relativement faible, mais avec une sécurité de fonction-

nement élevée.

Ce but est atteint conformément à l'invention par le fait qu'un projectile du type précité est équipé d'un générateur réalisé sur des

zones dans lesquelles existent des gradients thermiques résultant de l'accé-

lération en fonctionnement.

Le projectile n'a donc plus à être équipé d'une source de chaleur particulière à allumer à des instants définis; au contraire, on utilise les gradients thermiques entre l'environnement du projectile et celui-ci qui sont produits par le freinage du vol libre dans l'atmosphère et éventuellement aussi lors du tir du projectile, c'est-à-dire les données

d'accélérations, positives et négatives, qui sont en relation avec le mouve-

ment du projectile.

Selon un développement de l'invention, le générateur

est réalisé dans des zones sur lesquelles se produisent des gradients thermi-

ques dus essentiellement au freinage résultant du frottement en vol libre.

On a trouvé que, pour les projectiles volant relativement longtemps, le plus approprié pour l'alimentation en énergie du circuit serait un générateur thermoélectrique, monté dans le projectile de façon à pouvoir utiliser les gradients thermiques qui se produisent sur le générateur en vol 1 bre, donc entre le départ du tube de l'arme et le déclenchement de la détonation, et qui sont dus au frottement donc au freinage, sans qu'il soit deboin de source thermique supplémentaire. Parmi les dispositions supplémentaires pour assurer la sécurité intrinsèque, on peut faire abstraction du fait que la chaleur

247521 1

produite par le frottement de l'air ne devient effective pour le projectile,

et de ce fait, pour exciter le générateur, qu'à l'extérieur du tube de l'arme.

Selon d'autres développements de l'invention, on peut, en variante ou de façon cumulative, considérer différentes zones typiques d'échauffement par Frottement sur le projectile pour réaliser le générateur. Des dispositions supplémentaires relativement simples et non critiques pour le fonctionnement prises sur le projectile sous la forme de réalisation de puits thermiques ou d'accumulateurs thermiques pendant la durée du vol libre, peuvent convenir dans ce cas. De telles zones préférentielles pour réaliser le

générateur thermoélectrique pour l'alimentation électrique (avec sécurité in-

trinsèqueJ de circuits électroniques, sont notamment la transition entre la pointe du projectile et la partie adjacente cylindrique du projectile, ou pour

les projectiles à pointe en "poinçon", la zone de la pointe située immédiate-

ment avant l'épaulement du projectile; et d'autre part, la zone située derriè-

re la bague de guidage d'un obus, donc au voisinage de la rainure de sertissa-

ge servant à la fixation de la douille.

Dans le premier cas cité, il se produit dès le départ du

tube de l'arme, en raison du frottement de l'air ayant un effet de freinage.

pendant la totalité du vol libre, un élèvement de la température allant, se-

15n la géométrie du projectile, jusqu'à 6000C ou plus. Pour assurer le gradient thermique, on peut prévoir comme puits thermique à l'intérieur du projectile, une matière dont la capacité thermique est réglée sur la durée de vol, tandis qu'un échauffement inacceptable des côtés chauds des paires de thermocouples ou d'éléments Peltier du générateur peut être empêché en les entourant d'un écran thermique protecteur. Dans le cas o l'on utilise l'échauffement de l'épaulement lorsque le projectile a une pointe en poinçon, on peut utiliser le gradient thermique sur la longueur du poinçon pour exciter le générateur sans qu'il soit besoin de réaliser un puits thermique supplémentaire. Dans le cas de la seconde variante, on utilise l'inversion du gradient thermique au générateur du projectile lorsqu'il quitte le tube de l'arme, étant donné que la partie du projectile située derrière la bague de guidage est encore soumise

dans le tube aux gaz chauds de la poudre de la charge propulsive de la car-

touche, mais qu'après avoir quitté le tube, elle est refroidie par les tour-

billons derrière la ba e de guidage. Dans cette variante de l'invention, il suffit donc de stocker l'énergie des gaz de poudre dans la zone postérieure

de l'intérieur du projectile, avant qu'il quitte le tube de l'arme, en quanti-

té telle que, dans la zone située derrière la bague de guidage, un gradient

thermique se produise en vol libre de l'intérieur vers l'extérieur.

Il résulte de cesva zancee en raison des données d'ex-

citation du générateur, avant et après le départ du tube et sans moyens au-

xiliaires supplémentaires. un projectile ayant une sécurité intrinsèque, dont le générateur n'est pas soumis au vieillissement et qui est armé après avoir parcouru une certaine zone morte devant l'embouchure du tube, par le fait

que le générateur alimente alors le circuit de mise à feu.

Pour des projectiles particuliers qui doivent déjà être armés après la zone de combat intérieure comprise entre 50 et 100 m et qui doivent pouvoir disposer de l'énergie de mise à feu, la zone morte de vol libre située devant l'embouchure du tube de l'arme est, le cas échéant, trop

grande, même en cas de vitesses de sortie très élevées. Selon d'autres dévelop-

pements de l'invention, pour des projectiles appartenant à ces domaines d'uti-

lisation, il faut utiliser l'échauffement de l'arrière du projectile se pro-

duisant dans le tube au cours de l'accélération pendant le tir, du fait des gaz de poudre, lors de la séparation du projectile de sa douille, et après, pour l'alimentation du circuit. Dans ce cas le générateur commence déjà à fonctionner dans le tube de l'arme pour pouvoir déclencher la mise à feu du projectile même à une courte distance en avant de l'embouchure du tube. La production thermoélectrique d'énergie ne peut plus alors être utilisée pour

que le projectile fonctionne avec sa sécurité intrinsèque. Il faut alors reve-

nir aux dispositions de sécurité me"caniques usuelles reposant par exemple sur la fonction de guidage du tube de l'arme. Ces dispositions de sécurité peuvent

être complétées par la fonction du circuit alimenté par le générateur thermi-

orLand -

que, en utilisant un discriminateur qui devient actif du fait du/gradient de tension qui apparait lorsque le projectile sort de l'embouchure du tube, donc dans une phase de fonctionnement du projectile dans laquelle l'arrière du projectile n'est plus chaufféé par les gaz de poudre, mais est au contraire refroidie par exemple par des tourbillons d'air. La saute de tension, ou de polarité, qui se produit de ce fait aux bornes du générateur thermique peut être utilisée comme signal d'indication du tir effectué, à l'intérieur du circuit monté dans le projectile afin de préparer déjà pendant le temps du parcours du projectile dans le tube par l'intermédiaire du circuit alimenté

par le générateur thermique, une mise à feu immédiatement en avant de l'embou-

chure du tube et de ce fait déjà dans la zone proche.

Le générateur peut, de façon appropriée, avoir une forme

d'anneau, de disque, ou de cylindre, creux ou non, afin de pouvoir le fabri-

quer séparément et l'insérer dans le projectile ou entre des parties du

projectile au cours de la fabrication de celui-ci ou de son équipement.

L'invention sera bien comprise à la lecture de la descrip-

tion détaillée donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de formes de réa-

lisation représentées schématiquement sur le dessin sur lequel:

La figure 1 représente, en vue latérale et en coupe par-

tielle un projectile prévu pour des trajectoires relativement longues avec la douille mise en place, avant le tir, le générateur thermoélectrique étant placé dans la pointe du projectile, La figure 2 est un schéma du principe de l'alimentation

d'une partie du circuit du projectile constitué par un générateur thermoélec-

trique constitué de thermocouples, selon la figure 1;

La figure 3 montre, en variante de la figure 1, la réali-

sation du générateur dans la zone de la transition entre la pointe du projecti-

le et la partie cylindrique du projectile; La figure 4 montre en coupe selon les flèches IV-IV de la figure 3 l'agencement du générateur selon la figure 3; La figure 5 montre la réalisation d'un générateur dans la partie postérieure du projectile derrière son anneau stabilisateur;

La figure 6 montre une variante de la réalisation du gé-

nérateur dans un projectile avec une pointe en poinçon;

La figure 7 montre, se basant sur les données de struc-

ture de la figure 5 un générateur dans un projectile qui doit être prêt pour la mise à feu déjà à l'intérieur de la zone de combat intérieure;

La figure 8 représente l'agencement des paires de thermo-

couples en coupe selon les flèches VIIl-VIII de la figure 7; et

La figure 9 montre, en variante de la figure 2, un cir-

cuit pour un générateur thermique selon les figures 7 et 8 assurant également

les fonctions de sécurité, qui alimente le circuit déjà pendant le tir du pro-

jectile dans le tube de l'arme.

La figure 1 représente en vue latérale partiellement arra-

chée, un projectile 1 avec une douille 2 pour recevoir une charge propulsive

de cartouche 3. Dans la zone arrière de son enveloppe cylindrique 4, le pro-

jectile 1 est entouré par une bague de guidage 5, qui, en coopération avec les rayures dans l'enveloppe intérieure d'un tube d'arme (non représenté sur le dessin) confère au projectile 1 la giration nécessaire à la stabilité

directionnelle.

Derrière la bague de guidage 5 est formée dans l'enveloppe cylindrique 4 du projectile 1 au moins une rainure de sertissage périphérique 6 qui sert à la fixation mécanique et par coopération de formes de la zone

antérieure de la douille 2 sur le projectile 1, s'il s'agit, comme dans l'exem-

ple représenté, d'un projectile à introduire d'une seule pièce dans le tube dans l'autre cas, le projectile est réalisé en deux parties, le projectile 1

et la douille 2, Sans la fixation mutuelle représentée.

L'intérieur du projectile 1 abrite un volume de charge

utile 7 servant notamment à recevoir des substances de mise à feu et des explo-

sifs. Dans la zone antérieure conique du projectile 1 est logé un circuit 8 qui sert à préparer ou à transformer de l'énergie électrique pour traiter des signaux provenant de détecteurs pour déterminer l'instant de la mise à feu et le déclenchement de celle-ci. Pour fournir cette énergie, un générateur thermique 9 est disposé dans la zone de la pointe du projectile 10. Avant le générateur 9, on peut placer une matière de renforcement 11, thermiquement stable et bonne conductrice de la chaleur, dans laquelle peuvent également être placés des détecteurs pour le déclenchement de la mise à feu. Derrière le générateur 9, par rapport à l'axe longitudinal 22 et au sens du vol du

projectile 1, est disposé un puits thermique 12 de capacité thermique élevée.

Il peut s'agir, par exemple, d'un réservoir en matière mauvaise conductrice

de la chaleur, rempli d'un liquide, par exemple de l'eau distillée.

Après le tir du projectile 1, donc lorsque celui-ci s'est

séparé de la douille 2 et a quitté le tube, il se produit du fait de la résis-

tance de l'air au cours du vol libre du projectile 1, une accumulation de

chaleur devant la pointe du projectile 10, laquelle accumulation est transmi-

se par la matière de renforcement 11 au côté chaud 13 (voir figure 2) du gé-

nérateur 9, dont le côté froid 14 est appliqué contre le puits thermique 12.

Le générateur 9 lui-même est constitué pour l'essentiel par une masse compri-

mée d'une matière réfractaire 15, par exemple de la céramique coulée durcis-

sable, maintenant le mieux possible, grâce à sa mauvaise conductivité thermi-

que, le gradient sur le générateur 9; dans cette masse sont enrobées des paires d'éléments 16 pour transformer le gradient thermique (entre le côté chaud et le côté froid 13/14) selon l'effet Peltier ou l'effet Seebeck en une tension électrique. Les paires d'éléments 16 du générateur sont montées en série - au moins partiellement, comme représenté sur la figure 2 - afin de pouvoir prélever la tension thermoélectrique à deux bornes de sortie 17. Cette tension thermoélectrique peut faire fonctionner les composants du circuit

électrique 8 en intercalant un multiplicateur de tension 47 commençant à osci-

ler déjà à de faibles tensions d'excitation, ou bien elle peut être amenée directement à des parties de circuit 18. Afin de pouvoir, avec ces parties de circuit, par exemple des amplificateurs opérationnels, s'en tirer avec de

2 47521 1

petites tensions de fonctionnement, il convient d'équiper le montage en série des paires d'éléments 16, d'une prise médiane 19 reliée à la borne 20 de

potentiel de référence des parties de circuit 18, qui conditionnent une ali-

mentation en tension bipolaire.

La chaleur sortant de la pointe 10, ou de la matière de de renforcement 11 par le générateur 9 est absorbée par le puits thermique

12, de sorte que, pendant la durée de fonctionnement de ce générateur thermi-

que 9, son côté froid 14 ne chauffe pas de façon notable, donc que le gradient

thermique reste sensiblement maintenu pour produire la tension thermoélec-

trique. Il est particulièrement approprié de réaliser les paires d'éléments

16, dans la matière comprimée 15 du générateur 9, sous forme d'éléments Pel-

tier, étant donné que ceux-ci ont une résistance à la transmission de chaleur particulièrement élevée et retardent ainsi l'échauffement du puits thermique 12 servant de contre-poids thermique, ce qui permet le montage d'un petit puits thermique 12 peu encombrant. En outre, les éléments Peltier constituent

eux-mêmes de petites paires d'éléments peu encombrants qui permettent d'obte-

nir, même avec une différence de température modérée de l'ordre de 1500C, environ, une tension de fonctionnement à vide de l'ordre de 0,5 V. On peut éviter facilement une surchauffe critique des éléments Peltier en tant que

paires d'éléments 16, d'une part en choisissant de façon appropriée la ma-

tière de renforcement 11 dans la pointe du projectile 10, d'autre part en ne

faisant pas aller les paires d'éléments 16 dans le générateur 9 jusqu'au voi-

sinage de la zone de la paroi du projectile 1 ou en entourant à cet endroit le générateur 9 d'un anneau de protection thermique 21. Les paires d'éléments

16 peuvent être disposéesen spirale ou en cercle. Si, pour augmenter la puis-

sance de sortie du générateur disponible, on doit monter en parallèle par groupes des circuits individuels, il convient de grouper également de façon

correspondante les paires d'éléments 16, pour assurer la fiabilité de fonction-

nement des liaisons électriques entre elles. Si les parties de circuit 18 selon la figure 2 ne sont pas alimentées directement à partir du générateur 9 mais par l'intermédiaire d'un multiplicateur de tension 47, il suffit de relativement peu de paires d'éléments 16 si le multiplicateur de tension 47 est réalisé avec des composants semi- conducteurs à base de silicium, car celui-ci commence à osciller brusquement lorsqu'est dépassée une tension de sortie du

générateur faible définie (typiquement 0,6V), donc fournit la tension d'alimen-

tation pour les parties de circuit 18.

Contrairement à l'exemple de la figure 1, dans l'exemple de la figure 3, le générateur thermique 9' n'est plus orienté parallèlement, 247521i

mais transversalement au sens du vol, donc de l'axe longitudinal 22 du pro-

jectile 1, en ce qui concerne son gradient de température. Les paires d'élé-

ments 16 sont alors montées radialement c'est-à-dire en étoile dans lamatiè-

re comprimée 15 qui entoure concentriquement en tant qu'anneau de générateur23 le puits thermique 12 qui peut à nouveau être constitué par un réservoir, de

préférence en matière électriquement isolante, rempli d'une substance de capa-

cité thermique élevée, par exemple d'un liquide. Les points de liaison froids 14 des paires d'éléments 16 sont reliées thermiquement. au puits thermique 12; leurs points de liaison chauds 13, isolés électriquement l'un par rapport à l'autre, se trouvent directement sous la paroi du projectile 24, ou bien,

pour assurer une meilleure liaison thermique avec la couche d'air qui les en-

veloppe, ils saillent dans des évidements 25 dans la paroi du projectile 24,

comme il est représenté à titre d'exemple sur la figure 4.

Le générateur annulaire 9' selon les figures 3 et 4 peut comporter des dispositions en étoile de paires d'éléments 16 en plusieurs

plans parallèles entre eux, transversalement à l'axe longitudinal 22 du pro-

jectile. Ce générateur annulaire 9' est monté dans le projectile 1 dans la

zone de transition 26 entre la pointe 10 du projectile et l'enveloppe cylin-

drique 4 de celui-ci, donc dans une zone dans laquelle l'écoulement de l'air

pendant le vol libre produit une accumulation de chaleur, après que le projec-

tile a été tiré du tube de l'arme, et o se produit donc le plus grand échauf-

fement par rapport à la température à peu près constante du puits thermique

12. Dans la zone de transition 26, cette température atteint environ 6000C.

Les propriétés thermiques de la matière comprimée 15 du générateur 9', ainsi que du puits thermique 12, doivent être réglées sur le fait que le temps de vol d'un tel projectile 1 est de 6 à 8 secondes, pendant lesquelles le gradient

thermique du côté chaud 13 au côté froid 14 du générateur 9 ne doit pas nota-

blement chuter afin de pouvoir disposer, également à la fin du temps de vol et autant que possible sans être obligé de faire un stockage intermédiaire d'énergie, de la tension de service nécessaire pour le circuit-8, directement

en tant que tension aux bornes du générateur thermique 9', ou bien par l'in-

termédiaire du multiplicateur de tension intercalé 47.

Dans le cas représenté sur les figures 3 et 4, le généra-

teur 9' est traversé par un détonateur 27 qui, d'un côté est raccordé aux sections de mise-à feu du circuit 8, et d'autre part pénètre dans le volume

utile 7, afin de mettre à feu à un moment déterminé la charge qui s'y trouve.

Dans l'exemple de la figure 3, on prévoit dans la pointe 10, avant le circuit 8, un dispositif de déclenchement par impact 28-qui est en liaison fonctionnelle

2 47 521 1

avec le détonateur par l'intermédiaire de parties du circuit 8; en rempla-

cement ou en supplément, on peut également placer dans cette zone antérieure des détecteurs pour le fonctionnement du projectile, qui ne sont pas logés

dans la zone du circuit 8.

La structure du générateur selon la figure 4 avec l'a- gencement de la figure 3 (ou selon la figure 5 qui sera expliquée plus loin)

convient particulièrement pour des couples de matières d'éléments thermoélec-

triques, qui certes ont une sensibilité thermoélectrique plus faible que des éléments Peltier, mais par contre peuvent fonctionner à-une température

plus élevée; des mesures de protection contre la dedruction thermique du gé-

nérateur 9 sont donc inutiles; bien plus, la chaleur de frottement atteignant son maximum dans l'entourage du projectile 1 peut être utilisée directement

pour produire de l'énergie thermoélectrique, au moyen de matières bon marché.

L'exemple de la figure 5 se rapporte à une réalisation du générateur 9' en tant qu'anneau analogue à celle décrite en se référant à la

figure 4. Ici, le générateur 9' est disposé dans la zone de l'extrémité pos-

térieure du projectile 1, par exemple dans la zone de la rainure de sertissa-

ge 6, de toutes façons derrière la bague de guidage 5 de l'obus. Le généra-

teur annulaire 23' n'entoure toutefois pas de puits thermique 12, mais un accumulateur de chaleur 29, par exemple un bloc en matière analogue à de la chamotte. Dans cette variante, on n'utilise pas pour produire le gradient thermique la chaleur de frottement de l'air environnant sur la paroi du projectile 24, mais l'énergie thermique des gaz de propulsion transmise par la charge propulsive 3 de la cartouche (voir figure 1) à l'accumulateur de

chaleur 29 lors du tir du projectile 1 par le tube de l'arme; ces gaz libè-

rent leur énergie thermique dans le tube de l'arme derrière la bague de guida-

ge 5 du projectile 1 se dégageant de la douille 2 (voir figure 1).

Contrairement aux conditions de la figure 4, pour le géné-

rateur 23' de la figure 5, les côtés froids 14 des paires d'éléments 16 sont à l'extérieur, donc sur la périphérie de l'enveloppe cylindrique 4 derrière la bague de guidage 5; tandis que leurs côtés chauds (non représentés sur

la figure 5) sont en liaison thermique avec l'accumulateur de chaleur 29.

Tant que le projectile 1 progresse encore dans le tube d'arme, les gaz de pro-

chauds pulsion mttEatûent directement la périphérie extérieure du générateur annulaire

23' mais par contre ils agissent sur les points de liaison intérieurs des pai-

res d'éléments uniquement par l'intermédiaire de l'accumulateur de chaleur 29 intercalé. Pendant cette période du tir, les points de liaison extérieurs 14 des paires d'éléments sont donc exposés à un échauffement analogue, voiiemême supérieur à celui des points situés à l'intérieur; ceci veut dire qu'il n'y a pas encore de tension thermoélectrique aux bornes de sortie 17 du générateur thermique 9" pendant le tir, ou bien qu'il y a une tension thermoélectrique de polarité inverse par rapport aux données de fonctionnement ultérieur. En tous cas, lorsqu'il s'agit, pour les parties de circuit 18, ou éventuellement pour le multiplicateur de tension intercalé 47, d'éléments ayant un comporte-

ment polarisé en service, (sur la figure 2, des diodes à quartz 30 pour ten-

sion de service montées en série, représentées en tirets), l'activation ne se produit pas encore pendant la période critique pendant laquelle le projectile 1 progresse dans le tube d'arme. Par contre, lorsqu'il a quitté le tube d'arme donc pendant le vol libre du projectile 1, il se produit derrière la bague de guidage 5 des tourbillons d'air qui provoquent un refroidissement de la zone de l'enveloppe cylindrique 4 qui s'y trouve, et de ce fait également du côté froid 14 du générateur 9". Par contre, l'accumulateur de chaleur 29 chauffé

dans le tube, cède sa chaleur aux points de liaison chauds des paires d'élé-

ments situés à l'intérieur, et (contrairement aux conditions de la figure 3) il s'établit alors un gradient thermique de l'intérieur vers l'extérieur;

c'est-à-dire qu'aux bornes de sortie du générateur 9", il y a une tension ther-

moélectrique avec une polarité correspondant à la polarisation de passagedes diodes à quartz 30 (voir figure 2). Etant donné qu'en vol libre, il règne

pratiquement le vide à l'arrière 31 du projectile 1, il ne se produit prati-

quement pas de déperdition de chaleur en provenance de l'accumulateur de chaleur 29 pendant la courte période de fonctionnement du générateur 9" (à

savoir pendant le temps de vol libre du projectile 1 jusqu'à la détonation).

Pour introduire rapidement la chaleur des gaz de propul-

sion dans l'accumulateur de chaleur 29 tout en assurant dans celui-ci un pro-

fil thermique souhaitable par rapport à la géométrie des paires d'éléments, il peut être approprié d'introduire, comme représenté sur la figure 5, des corps conducteurs de la chaleur 32 sous forme de barres et/ou de plaques métalliques, éventuellement s'étageant dans le sens de la profondeur dans l'accumulateur de chaleur 29, dont les extrémités libres ou même sortant du côté arrière 31 du projectile sont directement soumises à la chaleur des

gaz de propulsion, et qui permettent une conduction de la chaleur plus adé-

quate et plus rapide dans la zone du générateur annulaire 23' qu'à travers la

matière de l'accumulateur de chaleur 29 lui-même.

Dans les cas o le générateur 9, 9', 9" est réalisé sous forme d'anneau 23, 23', il convient de fabriquer celui-ci comme pièce autonome qui est introduite dans le volume intérieur du projectile 1 au cours de l'équipement de celui-ci, ou, dans le cas d'un projectile 1 en plusieurs

247521 1

parties, qui est inséré entre les parties du projectile par vissage ou toute

autre liaison mécanique et/ou par coopération de formes.

La figure 6 représente, simplifiée schématiquement, une variante de la structure du générateur, dans le cas d'un projectile, avec un épaulement marqué 33 derrière une pointe en poinçon 34. Il n'est besoin ici,

ni de dispositions particulières pour réaliser un puits thermique ni de pré-

parer un accumulateur de chaleur; car, en raison de l'échauffement très

important et très localisé de l'épaulement 33 lui-même et de l'extrémité im-

médiatement adjacente de la pointe en poinçon 34, il se produit en vol libre

du projectile 1, dans le sens longitudinal de la pointe 34 un gradient thermi-

que suffisant pour exciter le générateur 9"'. On prévoit ici pour produire la tension, un bobinage de générateur 35, à savoir une bande constituée par des éléments thermoélectriques du commerce sous forme de feuille, dont les côtés

chauds 13 sont orientés en direction de l'épaulement 33. Comme il est repré-

senté sur le dessin, cette feuille élément 36 est placée de façon appropriée dans une rainure 37 dans la paroi extérieure de la pointe 34, afin, dans la

mesure du possible, de ne pas influencer l'aérodynamique du projectile 1.

Cette réalisation en bobinage au moyen d'élémentsthermoélectriques sous forme de feuille, permet de loger les paires d'éléments en très grand nombre dans

un très petit olume, donc d'obtenir une tension de marche à vide du généra-

teur très élevée.

Les exemples de réalisation des figures 1 à 4 et de la figure 6, ainsi que l'exemple de la figure 5 conviennent pour des projectiles

ayant une portée tactique relativement grande, allant jusqu'à quelques cen-

taines de mètres et ayant en conséquence un temps de vol libre après avoir quitté le tube d'arme de l'ordre de 1,5 secondes et plus. La structure et le montage du générateur qui ont été décrits, particulièrement selon les

figures 1 à 4 et la figure 6, conviennent de façon optimale pour une alimen-

tation de longue durée donc, s'il n'importe pas que la zone morte entre le moment o le ectile quitte le tube et celui o il est prêt pour la mise à feu soit li'mitée que possible. Par ailleurs, il existe des projectiles à vol

* rapide, prévus pour ce qu'on appelle la zone de combat intérieure, qui doi-

vent pouvoir disposer de l'énergie de mise à feu pour une détonation après seulement 0,1 seconde de vol libre, c'est-à-dire à l'intérieur d'une portée

de 50 à 100 m.

Pour de telles variantes de cas d'utilisation, il convient de modifier l'utilisation d'un générateur analogue à celui de la figure 5, de façon que - tout en conservant les mesures de sécurité mécaniques usuelles,

24752 11

par exemple, pendant la progression du projectile dans le tube d'arme - on utilise déjà l'effet de la chaleur des gaz de propulsion de la cartouche sur le générateur thermoélectrique dans le tube d'arme pour alimenter en énergie le circuit contenu dans le projectile, donc qu'on n'attende pas d'abord un gradient thermique se produisant pendant le vol libre sur le projectile après son départ du tube d'arme, pour activer l'alimentation du circuit à partir

du générateur.

Un exemple de réalisation est représenté sur la figure 7 en s'appuyant sur la représentation de la figure 5 et en tenant compte de la

figure 1. Le générateur thermique 9"", orienté parallèlement à l'axe longitu-

dinal du projectile 22, est disposé dans la zone postérieure du projectile 1, à peu près entre sa bague de guidage 5 et son côté postérieur 31 tourné vers la charge propulsive 3 de la cartouche (voir figure 1). Pour empêcher l'action directe destructrice des gaz de poudre chauds de la charge propulsive pendant le tir du projectile 1 dans le tube d'arme (non représenté sur le dessin), on prévoit derrière le côté chaud des paires d'éléments thermoélectriques 16 une

couche de protection thermique 38 en matière réfractaire en même temps qu'élec-

triquement isolante. Les côtés froids 14 des paires d'éléments thermoélectri-

ques 16 sont orientés en direction du volume de charge utile 7 du projectile

1 et sont placés contre un puits thermique 12; on peut utiliser pour ce der-

nier la masse métallique d'un dispositif de sécurité mécanique prévu de toutes

façons dans un tel projectile (par exemple une platine de mouvement d'horloge-

rie, ou une plaque de séparation entre le détonateur et la charge de transmis-

sion pouvant pivoter hors de la chaîne pyrotechnique (non représentée sur le

dessin).

Pour réaliser une bonne utilisation de l'espace afin d'ob-

tenir un rendement thermoélectrique élevé du générateur 9"", les paires d'élé-

ments thermoélectriques 16 sont groupés en spirale pour former un cylindre, comme il est représenté sur la figure 8 dans la vue de l'arrière; dans les volumes intermédiaires on coule une céramique à couler réfractaire du commerce

en tant que matière comprimée pour maintenir la forme (par exemple de la céra-

mique à l'alumine KAGER), qui durcit ensuite en fixant les paires d'éléments thermoélectriques 16. A la place de la structure de ce générateur 9"" en forme

de spirale constitué par des paires individuelles d'éléments 16, on peut éga-

lement utiliserici une feuille d'éléments 36 qui est introduite en intercalant de la matière comprimée 15 (comme esquissé sur la figure 8) ou sous forme

d'enroulement compact dans-l'extrémité postérieure du projectile 1.

Comme il a déjà été expliqué en se référant à la figure 2,

247521 1

il se produit sur le côté postérieur 31 du projectile une brusque diminution de l'action de la chaleur lorsque les gaz de combustion chauds de la charge propulsive 3 ont expulsé du tube d'arme le projectile 1 en même temps que la douille 2 de la charge propulsive se sépare. La figure 9 montre la façon dont l'allure correspondante de la tension de sortie du générateur peut être utili- sée comme information pour indiquer que le tir a effectivement eu lieu, et de ce fait comme dispositif de sécurité supplémentaire - en plus du dispositif mécanique relié au tube. Pour le fonctionnement, ou tout au moins pour la préparation au fonctionnement, avant que le projectile 1 sorte du tube d'arme,

le circuit 8' est alimenté avec la tension thermoélectrique, en tant que ten-

sion de service, directement selon la figure 9, ou par l'intermédiaire d'un multiplicateur de tension 47 monté en série, selon la figure 2; cette tension est fournie par le générateur 9"" en raison de son activation par les gaz chauds de la poudre de propulsion. Immédiatement après la sortie du projectile 1 hors du tube d'arme, l'action de la chaleur sur le côté postérieur 31 du projectile diminue (voir figure 7) et de ce fait la tension de sortie fournie

par le générateur 9?h', ce qui est transmis, par l'intermédiaire d'un discrimi-

nateur de polarité 39 - par exemple sous la forme d'un montage en série cons-

citué par un comparateur 40 et une diode 41 montée pour laisser passer l'im-

pulsion de tension de différenciation correspondante - pour former un signal

de commande à une entrée d'amorçage 42 d'un circuit 8' déjà prêt au fonction-

nement. A la suite de l'entrée d'amorçage 42 est montée l'entrée de position-

nemrient 43 d'un circuit de bascule 44, qui a été préparé du fait de la prépa-

ration au fonctionnement du circuit 8' et qui transmet à partir de l'entrée d'amorçage 42, lors du positionnement, une information de déverrouillage à un

dispositif de mise à feu (non représenté, par exemple un dispositif électro-

nique ou électro-mécanique).

Au cas o, en raison des données thermiques dans la zone de l'extrémité postérieure du projectile 1, il se produit après la sortie du tube une inversion de l'alimentation froid-chaud des paires d'éléments thermoélectriques 16, et de ce fait une inversion de polarité de la tension

de sortie du générateur 9"", il convient d'effectuer l'alimentation du cir-

cuit 8' à partir du générateur 9"" par l'intermédiaire d'un redresseur en pont 45, afin que la polarité d'alimentation soit conservée. Un condensateur

mémoire 46 peut être avantageux, pour maintenir disponible de façon ininter-

rompue pendant l'inversion de polarité de la tension de sortie du générateur,

donc pendant le franchissement de la zone morte du générateur directement de-

vant l'embouchure du tube d'arme, la tension de service pour le circuit 8'.

Si plusieurs générateurs 9 sont réalisés sur différen-

tes zones du projectile 1, le circuit 8' peut être alimenté en parallèle par ceux-ci, de sorte qu'il est déjà en fonctionnement pendant le tir du projectile 1 et après une très courte zone morte en avant de l'embouchure, même pendant des temps de vol relativement longs.

Claims (17)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. - Projectile comportant un générateur thermoélectrique destiné à faire fonctionner un circuit situé dans le projectile, caractérisé

en ce que le générateur (9) est réalisé dans des zones sur lesquelles se pro-

duisent des gradients thermiques dus à l'accélération.

2. - Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (9, 9', 9"') est réalisé dans des zones sur lesquelles

se produisent des gradients thermiques dus essentiellement au freinage pro-

voqué par le frottement en vol libre.

3. - Projectile selon la revendication 2, caractérisé en

ce que le générateur (9) est monté dans la pointe (10) du projectile.

4. - Projectile selon la revendication 2, caractérisé en ce que des paires d'éléments de générateur (16), connectées électriquement

ensemble, sont disposées en étoile au moins dans un plan qui s'étend sensible-

ment transversalement à l'axe longitudinal (22) du projectile.

5. - Projectile selon la revendication 4, caractérisé en ce que les paires d'éléments (16), dans la zone de la transition entre la

pointe du projectile (10) et l'enveloppe cylindrique (4) du projectile, tra-

versent une paroi de cylindre creux en matière (15) thermiquement isolante,

qui entoure un puits thermique (12).

6. - Projectile selon la revendication 4, caractérisé en

ce que les paires d'éléments (16) sont disposées dans la zone située derriè-

re la bague de guidage (5) du projectile et entourent un accumulateur de

chaleur (29), qui est tourné, avec ses surface libres, vers la zone de rac-

cordement à une douille de propulsion (2).

7. - Projectile selon la revendication 1, caractérisé en

ce que le générateur (9") est enrobé entre une partie de raccordement du pro-

jectile thermiquement isolante et un accumulateur de chaleur (29), dont la zone opposée au générateur (9") est tournée vers une douille de propulsion (2).

8. - Projectile selon l'une quelconque des revendications

6 et 7, caractérisé en ce que l'accumulateur de chaleur (29) est équipé de

corps conducteurs de la chaleur (32).

9. - Projectile selon la revendication 1 ou la revendica-

tion 2, caractérisé en ce que des paires d'éléments de générateur (16) connec-

tées électriquement, sont disposées en étoiles dans au moins une surface d'enveloppe cylindrique placée concentriquement à l'axe longitudinal (22) du

projectile sur une pointe en poinçon (34) devant un épaulement (33) du pro-

jectile.

10. - Projectile selon la revendication 9, caractérisé en ce que le générateur est réalisé sous forme de bobinage (35) constitué

de paires d'éléments thermoélectriques en forme de feuille (feuille d'élé-

ments 36).

11. - Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (9"") avec ses paires d'éléments thermoélectriques chaudsfroids (13-14; 16) est orienté parallèlement à l'axe longitudinal (22) du projectile et est disposé dans le projectile (1) avec le côté chaud

(13) orienté vers le côté postérieur (31) du projectile.

12. - Projectile selon la revendication 11, caractérisé

en ce que le générateur (9'"') est un bobinage (35) constitué de paires d'élé-

ments (16) disposées en spirale pour former un cylindre.

13. - Projectile selon l'une quelconque des revendications

11 et 12, caractérisé en ce qu'un puits thermique (12) est associé aux côtés

froids (14) des paires d'éléments (16) dans le projectile (1).

14. - Projectile selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'un dispositif de sécurité métallique de mise à feu du projectile (1)

est réalisé sous forme de puits thermique (12).

15. - Projectile selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que le générateur (9) est disposé en tant qu'élément préfabriqué à l'intérieur du projectile ou entre des parties du projectile.

16. - Projectile selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'on monte à la suite du générateur (9'"') un discriminateur de polarité (39) qui est relié à une entrée d'amorçage (42)

du circuit (8').

17. - Projectile selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'on monte à la suite du générateur (9) un

multiplicateur de tension (47).