WO2010040946A1 - Compositions explosives denses, chargements explosifs denses et munitions les renfermant - Google Patents
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- C06B33/08—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide with a nitrated organic compound
Definitions
- explosive charges and ammunition comprising such explosive compositions.
- the dense explosives contain an explosive charge and a high density particulate filler composed of tungsten (in a binder).
- tungsten in a binder
- Other heavy metals uranium, tantalum, vanadium, niobium, osmium, rhenium, lead
- the high density of explosive formulations containing tungsten is also a means of increasing the mass of an indenter at constant volume and thus increasing its penetration performance.
- a composite structure (for the envelope, lighter and cheaper than metal) can also be associated with a very dense explosive charge. This allows to have the same mass, the same size and center of gravity and therefore the same characteristics of drag as the original bomb, but without metal chips during the detonation.
- tungsten carbide WC density 15.6 g / cm 3
- tungsten density 19.2 g / cm 3
- the accessible density range is nevertheless limited. Explosive compositions containing WC are described in particular in patent application BG 64384. The applicant has therefore sought to further reduce the density of the particulate metal filler incorporated into the explosive composition, while maintaining the performance provided by the heavy metal particles. at high melting temperature, W or WC particles.
- the metal particulate filler of the explosive compositions of the invention is made of 100% sintered tungsten and / or sintered tungsten carbide.
- the metal particulate filler of the explosive compositions of the invention advantageously consists of at least 70% by weight of sintered tungsten with a metal binder (such as in particular cobalt and / or nickel and / or copper) and / or tungsten carbide sintered with a metal binder (such as in particular cobalt and / or nickel and / or copper) and, optionally, tungsten (unsintered) and / or tungsten carbide (not sintered). It then consists of less than 30% by weight of at least one other metal, chosen, for example, from aluminum and / or magnesium and / or titanium, and / or from at least one metal oxide ( another metal, especially one of those mentioned above).
- the explosive compositions of the invention generally contain, in a conventional manner, their explosive and particulate metal energy charges in an inert polymeric binder, such as a polyurethane binder, or an energetic binder, such as a polymeric nitrogen binder.
- an inert polymeric binder such as a polyurethane binder
- an energetic binder such as a polymeric nitrogen binder.
- the explosive compositions of the invention are generally in the form of solid compounds of grain, pellet or block type. Within said solid compounds, the explosive and particulate metal energy charges are intimately mixed.
- the manufacturing processes used to obtain such compounds are known to those skilled in the art and are advantageously optimized according to the exact composition of said compounds. It can especially be a simple compression process, a casting-melted process in a mold, or a casting / polymerization process in a mold.
- the invention relates to an explosive charge at least partly (in part or in full) consisting of an explosive composition of the invention, as described above.
- Said loading is advantageously, at least in part, consisting of grains, pellet (s) or block (s) of at least one composition of the invention.
- the invention relates to an explosive ordnance containing at least one explosive charge of the invention.
- Such an ammunition can in fact contain one or more loads of this type or at least one such load and at least one load of another type.
- composition A a composition of the prior art (composition A), commonly referred to as PBXN-109, comprising, by mass, 64% of hexogen, 20% of aluminum, 16% of polyurethane binder (HTPB).
- HTPB polyurethane binder
- compositions Ia and Ib were formulated while maintaining the volume ratios of the ingredients (more particularly, metal fillers) of the reference composition PBXN-109 (58.7% hexogen, 12.3% Al, 29% PU binder).
- Table 1 shows the densities of the same volume compositions of hexogen and binder (and also metal fillers) obtained by replacing the aluminum metal filler (of the reference composition A) with a tungsten filler (composition B) and a tungsten carbide filler (composition C) according to the formulations of the prior art for obtaining a dense explosive, and according to the invention, by a tungsten carbide filler sintered with a cobalt binder in the proportions by weight 91% WC / 9% Co, with a density of 14.6 g / cm 3 (composition 1a), and with a filler of sintered tungsten with a copper binder in the proportions by weight 60% W / 40% Cu, with a density of 13.1 g / cm 3 (composition Ib).
- the densities of compositions B and C are respectively 3.71 and 3.26 g / cm 3 , they are respectively 3.13 g / cm 3 and 2.90 g / cm 3 for compositions Ia and Ib
- composition D is a composition of the prior art (composition D), commonly referred to as B2211D, comprising by mass 20% of hexogen, 43% of ammonium perchlorate (PA), 25% of aluminum, 12% polyurethane binder (PBHT).
- composition D is a composition of the prior art (composition D), commonly referred to as B2211D, comprising by mass 20% of hexogen, 43% of ammonium perchlorate (PA), 25% of aluminum, 12% polyurethane binder (PBHT).
- PA ammonium perchlorate
- PBHT polyurethane binder
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Abstract
La présente invention a pour objets : - des compositions explosives renfermant une charge énergétique explosive et une charge particulaire métallique; ladite charge particulaire métallique contenant du carbure de tungstène fritte avec un liant métallique ou(et) du tungstène fritte avec un liant métallique, et - des chargements et munitions explosifs comprenant de telles compositions explosives.
Description
COMPOSITIONS EXPLOSIVES DENSES, CHARGEMENTS EXPLOSIFS DENSES ET MUNITIONS LES RENFERMANT
La présente invention se situe dans le domaine général des munitions pyrotechniques, plus particulièrement dans celui des munitions explosives. Elle a pour objets :
- des compositions explosives renfermant une charge particulaire dense,
- des chargements et munitions explosifs comprenant de telles compositions explosives.
L'urbanisation des conflits a conduit à concevoir des munitions à effets collatéraux réduits. Les bombes de faibles diamètre et masse (~ 110 kg) (connue sous l'appellation SDB pour "Small Dîameter Bomb") répondent à cet objectif.
Une version améliorée de bombes à rayon de létalité réduit (connue sous l'appellation SDB FLM pour " SDB Focused Lethality Munition") a ensuite été développée en remplaçant, d'une part, l'enveloppe métallique des bombes SDB par des enveloppes légères composites et, d'autre part, la charge explosive classique par un explosif dense comportant une charge métallique dense.
Les explosifs denses renferment une charge explosive et une charge particulaire à forte densité composée de tungstène (dans un liant). D'autres métaux lourds (uranium, tantale, vanadium, niobium, osmium, rhénium, plomb) sont parfois cités, mais non utilisés pour des raisons de coûts et/ou de toxicité. La forte densité des formulations explosives contenant du tungstène est aussi un moyen d'augmenter la masse d'un pénétrateur, à volume constant, et donc d'accroître ses performances de pénétration. Une structure composite (pour l'enveloppe, plus légère et plus économique que le métal) peut aussi être associée à un chargement explosif très dense. Ceci permet d'avoir la même masse, les mêmes encombrement et centre de gravité et donc les mêmes caractéristiques de traînée que la bombe d'origine, mais sans éclats métalliques lors de la détonation. L'effet de tels explosifs denses est parfois qualifié de MPBX ("Multiple Phase Blast Explosive") : lors de la détonation, les effets sur la cible sont donnés par une impulsion multiphasique (gaz de détonation et particules de tungstène), réputée très intense localement mais à rayon d'efficacité limité à quelques mètres.
Le brevet US 3 528 864 décrit de telles compositions explosives contenant une charge explosive (TNT, C3...) associée à une charge de tungstène. Le brevet US 5 910 638 propose aussi des compositions à liant énergétique contenant une charge énergétique explosive, une charge de tungstène et de la poudre d'aluminium. Il est précisé que la formulation de ces compositions peut être adaptée pour ajuster leur densité, et obtenir ainsi une tête militaire de masse ajustée aux spécifications de performances balistique et détonique de la munition.
Pour une munition d'encombrement donné, il peut être souhaitable, pour des applications particulières, à contenu énergétique identique, d'augmenter la vitesse initiale des particules et/ou d'accroître leur freinage aérodynamique sur leurs trajectoires, afin par exemple de réduire encore le rayon de létalité de la munition, tout en maintenant une efficacité équivalente ou supérieure à l'intérieur de ce rayon. L'utilisation du carbure de tungstène WC (de densité 15,6 g/cm3) en remplacement partiel ou total du tungstène (de densité 19,2 g/cm3) dans la composition explosive peut permettre d'atteindre cet objectif. La plage de densité accessible reste néanmoins limitée. Des compositions explosives contenant du WC sont notamment décrites dans la demande de brevet BG 64384. La demanderesse a donc cherché à réduire encore la densité de la charge particulaire métallique incorporée dans la composition explosive, tout en conservant les performances apportées par les particules de métaux lourds à température de fusion élevée, particules de W ou de WC.
L'objet de la présente invention est principalement de proposer de nouvelles compositions explosives denses comportant une charge particulaire métallique à densité ajustée afin de répondre aux besoins d'applications spéciales nécessitant un réglage du rayon d'efficacité de la munition.
Le premier objet de l'invention concerne donc des compositions explosives renfermant une charge énergétique explosive et une charge particulaire métallique. De façon caractéristique, ladite charge particulaire métallique contient du carbure de tungstène fritte avec un liant métallique et/ou du tungstène fritte avec un liant métallique. Ladite charge particulaire métallique contient donc du carbure de tungstène fritte avec un liant métallique ou du tungstène fritte avec un liant métallique ou encore du carbure de tungstène fritte avec un liant métallique et du
tungstène fritte avec un liant métallique. Lorsque Ie tungstène fritte et le carbure de tungstène fritte sont présents, les liants métalliques de respectivement ledit tungstène et ledit carbure de tungstène ne sont pas forcément les mêmes. De plus, la charge particulaire métallique de tungstène fritte présente ou(et) la charge particulaire métallique de carbure de tungstène fritte présente peu(ven)t être composée(s) de lots de particules frittées avec des liants différents.
Le(s)dit(s) liant(s) métallique(s) est(sont) choisi(s) parmi les métaux ductiles, et notamment l'argent, le cuivre, l'étain, l'aluminium, le nickel, le cobalt et leurs mélanges. Le cobalt, le nickel, le cuivre et leurs mélanges conviennent tout particulièrement à titre de liant métallique. La masse volumique du tungstène à l'état fritte avec un liant métallique et celle du carbure de tungstène à l'état fritte avec un liant métallique est inférieure à celle, respectivement, du tungstène et du carbure de tungstène (non fritte). Par exemple, la masse volumique du carbure de tungstène fritte avec le liant cobalt dans les proportions (massiques) 91%WC/9%Co est de 14,6 g/cm3.
Selon une première variante, la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention est constituée à 100% de tungstène fritte et/ou de carbure de tungstène fritte.
Selon une deuxième variante, ladite charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention contient, en outre, du tungstène (non fritte) et/ou du carbure de tungstène (non fritte). L'association de tungstène fritte et/ou de carbure de tungstène fritte avec du tungstène non fritte et/ou du carbure de tungstène non fritte permet d'ajuster la densité de la munition sur une plage étendue en fonction des besoins de l'application. La masse volumique de la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention peut ainsi être aisément réglée dans une gamme de valeurs (inférieures à la valeur de la masse volumique du tungstène (19,2 g/cm3) ou inférieures à celle du carbure de tungstène (15,6 g/cm3) intéressantes, notamment entre 12 et 18 g/cm3. Avantageusement donc, la charge particulaire métallique des compositions de l'invention présente une masse volumique comprise entre 12 et 18 g/cm3, Selon une troisième variante, Ia charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention (selon l'une ou l'autre des deux
variantes ci-dessus) renferme, outre du tungstène fritte et/ou du carbure de tungstène fritte, avec éventuellement du tungstène non fritte et/ou du carbure de tungstène non fritte, d'autres métaux et/ou des oxydes métalliques. Elle peut notamment renfermer de l'aluminium (pour régler sa densité et/ou en tant qu'auxiliaire de fabrication, agent de combustion...) et/ou du magnésium (pour régler sa densité et/ou en tant qu'agent de combustion...) et/ou du titane (pour régler sa densité) et/ou au moins un oxyde de ces métaux. Dans le cadre de cette variante, la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention est avantageusement constituée d'au moins 70% en masse de tungstène fritte avec un liant métallique (tel que notamment le cobalt et/ou le nickel et/ou le cuivre) et/ou de carbure de tungstène fritte avec un liant métallique (tel que notamment le cobalt et/ou le nickel et/ou le cuivre) et, éventuellement, de tungstène (non fritte) et/ou de carbure de tungstène (non fritte). Elle est alors constituée de moins de 30% en masse d'au moins un autre métal, choisi, par exemple, parmi l'aluminium et/ou le magnésium et/ou le titane, et/ou d'au moins un oxyde métallique (d'un autre métal, notamment de l'un de ceux cités ci-dessus).
De manière générale et notamment dans le cadre des trois variantes ci-dessus, la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention présente avantageusement une masse volumique comprise entre 12 et 18 g/cm3. Pour l'obtention d'une masse volumique inférieure à 12, ce qui n'est pas totalement exclu du cadre de l'invention, il ne parait toutefois guère judicieux de se situer dans ledit cadre de l'invention, i.e. de faire intervenir du tungstène ou(et) du carbure de tungstène fritté(s).
Les particules de la charge particulaire métallique des compositions explosives de l'invention présentent généralement un diamètre médian compris entre 0,5 μm et 100 μm, avantageusement entre 1 μm et 50 μm. Leur granulométrie est similaire à celle des particules de tungstène des explosifs denses de l'art antérieur.
La charge énergétique explosive des compositions explosives de l'invention n'est pas per se originale. Elle consiste avantageusement en de l'octogène (HMX), hexogène (RDX), nitroguanidine (NG), triaminotrinitrobenzène (TÂTB), oxγnitrotriazole (ONTÂ) et leurs mélanges. Elle peut aussi consister en de tels explosifs en mélange avec
une charge oxydante, telle que Ie perchlorate d'ammonium ou Ie nitrate d'ammonium.
Les compositions explosives de l'invention renferment généralement, de façon classique, leurs charges énergétique explosive et particulaire métallique dans un liant polymérique inerte, tel qu'un liant polyuréthanne, ou un liant énergétique, tel qu'un liant polymérique azoté.
Selon une autre variante, les compositions explosives de l'invention, sont des compositions coulables, constituées de la charge particulaire métallique en suspension dans un explosif fusible à l'état fondu (par exemple le TNT qui fond à 800C), que l'on coule dans une forme et solidifie par abaissement de la température.
Les compositions explosives de l'invention renferment, avantageusement, en masse:
- de 9 % à 70 %, très avantageusement de 19 % à 50 %, de charge énergétique explosive (une telle charge peut être constituée d'une unique charge ou de plusieurs charges),
- de 30 % à 91 %, très avantageusement de 50 % à 81 %, de charge particulaire métallique, et
- de 0 % à 10 % d'un liant inerte ou énergétique. Un tel liant, lorsqu'il est présent, l'est généralement entre 1 et 10 % en masse.
Les compositions explosives de l'invention se présentent généralement sous la forme de composés solides de type grain, pastille ou bloc. Au sein desdits composés solides, les charges énergétique explosive et particulaire métallique sont intimement mélangées. Les procédés de fabrication mis en œuvre pour l'obtention de tels composés sont connus de l'homme du métier et sont avantageusement optimisés en fonction de la composition exacte desdits composés. Il peut notamment s'agir d'un procédé par simple compression, d'un procédé dît coulé-fondu dans un moule, ou d'un procédé de coulée/polymérisation dans un moule.
Selon son deuxième objet, linvention concerne un chargement explosif au moins en partie (en partie ou en totalité) constitué d'une composition explosive de l'invention, telle que décrite ci-dessus. Ledit chargement est avantageusement, au moins en partie, constitué de grains, pastille(s) ou bloc(s) d'au moins une composition de l'invention.
Selon son troisième objet, l'invention concerne une munition explosive contenant au moins un chargement explosif de l'invention. Une telle munition peut en fait renfermer un ou plusieurs chargements de ce type ou au moins un chargement de ce type et au moins un chargement d'un autre type.
On se propose maintenant d'illustrer l'invention par les exemples (exemples de formulation de compositions de l'invention) ci-après.
Exemple 1
La composition de référence de l'exemple 1 est une composition de l'art antérieur (composition A), communément référencée PBXN-109, comprenant, en masse, 64% d'hexogène, 20% d'aluminium, 16% de liant polyuréthanne (PBHT). Cette composition présente une masse voiumique de 1,67 g/cm3.
Afin de préserver les performances énergétiques à isovolume (c'est- à-dire pour un même encombrement de munition) de la composition de référence, les compositions de l'invention (compositions la et Ib) ont été formulées en conservant les rapports volumiques des ingrédients (plus particulièrement, celui des charges métalliques) de la composition de référence PBXN-109 (58,7% hexogène, 12,3 % Al, 29% de liant PU). Le tableau 1 ci-après montre les masses volumiques de compositions à même taux voiumique d'hexogène et de liant (et aussi de charges métalliques), obtenues en remplaçant la charge métallique d'aluminium (de la composition A de référence), par une charge de tungstène (composition B) et par une charge de carbure de tungstène (composition C) selon les formulations de l'art antérieur pour l'obtention d'un explosif dense, et selon l'invention, par une charge de carbure de tungstène fritte avec un liant cobalt dans les proportions massiques 91%WC/9%Co, de masse voiumique 14,6 g/cm3 (composition la), et par une charge de tungstène fritte avec un liant cuivre dans les proportions massiques 60%W/40%Cu, de masse voiumique 13,1 g/cm3 (composition Ib). Les masses volumiques des compositions B et C sont respectivement de 3,71 et 3,26 g/cm3, elles sont respectivement de 3,13 g/cm3 et de 2,90 g/cm3 pour les compositions la et Ib.
Exemple 2
La composition de référence de l'exemple 2 est une composition de l'art antérieur (composition D), communément référencée B2211D, comprenant en masse 20% d'hexogène, 43% de perchlorate d'ammonium (PA), 25% d'aluminium, 12% de liant polyuréthanne (PBHT). Cette composition présente une masse volumique de 1,81 g/cm3.
Afin de préserver les performances énergétiques à isovolume (c'est-à-dire pour un même encombrement de munition) de la composition de référence, les compositions de l'invention (compositions 2a et 2b) ont été formulées en conservant les rapports volumiques des ingrédients de la composition de référence B2211D.
Le tableau 2 ci-après montre les masses volumiques de compositions à mêmes taux volumiques, obtenues en remplaçant la charge métallique d'aluminium (de la composition D de référence), par une charge de tungstène (composition E) et par une charge de carbure de tungstène (composition F) selon les formulations de l'art antérieur pour l'obtention d'un explosif dense, et selon l'invention, par une charge de carbure de tungstène fritte avec un liant cobalt dans les proportions massiques 91%WC/9%Co de masse volumique 14,6 g/cm3 (composition 2a), par une charge de tungstène fritte avec un liant cuivre dans les proportions massiques 60%WC/40%Cu de masse volumique 13,1 g/cm3 (composition 2b). Les masses volumiques de la composition E et de la composition F sont respectivement de 4,58 g/cm3 et 3,96 g/cm3, elles sont respectivement de 3,80 g/cm3 et de 3,54 g/cm3 pour les compositions 2a et 2b.
Tableau 1 (exemple 1)
Claims
1. Composition explosive, renfermant une charge énergétique explosive et une charge particulaire métallique, caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique contient du carbure de tungstène fritte avec un liant métallique et/ou du tungstène fritte avec un liant métallique.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le(s)dit(s) liant(s) est(sont) choisi(s) parmi le cobalt, le nickel, le cuivre et leurs mélanges.
3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique contient, en outre, du tungstène et/ou du carbure de tungstène.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique contient, en outre, de l'aluminium et/ou du magnésium et/ou du titane et/ou au moins un de leurs oxydes.
5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique est constituée au moins à 70 % en masse de carbure de tungstène fritte avec un liant métallique et/ou de tungstène fritte avec un liant métallique et, éventuellement, de tungstène et/ou de carbure de tungstène.
6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite charge particulaire métallique a une masse volumique comprise entre 12 et 18 g/cm3.
7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les particules de ladite charge particulaire métallique présentent un diamètre médian compris entre 0,5 μm et 100 μm, avantageusement compris entre 1 μm et 50 μm.
8. Composition selon Tune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite charge énergétique explosive consiste en de l'octogène, de l'hexogène, de la nitroguanidine, du trîaminotrinitrobenzène, de l'oxynitrotriazole ou en un mélange de ces explosifs, éventuellement en mélange avec une charge oxydante.
9. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle renferme : - de 9 % à 70 % en masse, avantageusement de 19 % à 50 % en masse, de ladite charge énergétique explosive,
- de 30 % à 91 % en masse, avantageusement de 50 % à 81 % en masse, de ladite charge particulaire métallique, et - de 0 % à 10 % en masse d'un liant inerte ou énergétique.
10. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle se présente sous forme de composés solides de type grain, pastille ou bloc.
11. Chargement explosif caractérisé en ce qu'il est au moins en partie constitué d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ; en ce qu'il est avantageusement au moins en partie constitué d'une composition selon la revendication 9.
12. Munition explosive caractérisée en ce qu'elle contient au moins un chargement explosif selon la revendication 11.
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