Effets du cisaillement de la pièce métallique

Afin de s’affranchir des effets du cisaillement, le montage de la Figure 2-11 est simplifié de manière à ce que l’opercule ne soit plus qu’un cylindre simple de 1,5 mm de long ajusté et monté serré dans le canon (Figure 2-27). L’objectif est d’évaluer par comparaison aux tirs précédents l’influence du cisaillement sur la montée en pression dans la chambre et la mise en vitesse du projectile.

Figure 2-27 : Modèle modifié pour s’affranchir du cisaillement.

Deux tirs ont été effectués pour chaque lot d’explosif. L’ensemble des résultats est résumé dans l’Annexe 3.

La Figure 2-28 représente les vitesses mesurées pour chaque essai. Les courbes de la première série tirées à la section 3.3.3 sont ajoutées afin de comparer les niveaux de vitesse pour chaque lot et d’analyser l’influence du cisaillement. Le second tir avec du HMX 100-200 a échoué, ce qui explique l’absence d’une deuxième courbe.

Figure 2-28 : Mesures de vitesse par la VH en fonction du temps (haut) et de la distance (bas). Sortie du canon

Sur la Figure 2-28 figurent en trait continu les courbes de vitesse pour une configuration classique du DOP (voir section 3.3.3), en tirets et en pointillés celles du montage présenté sur la Figure 2-27.

Le cisaillement étant consommateur d’énergie, il serait raisonnable d’envisager de prime abord une élévation de la vitesse de propulsion du projectile pour les montages sans cisaillement.

La première remarque est que les tirs effectués avec le montage sans cisaillement (courbes en tirets et pointillés) sont reproductibles. Les dispersions temporelles sont certes importantes (Figure 2-28-haut), mais les valeurs finales sont très similaires (Figure 2-28-bas).

La seconde remarque est que les vitesses obtenues sont un peu moins importantes pour ce montage sans cisaillement par rapport au montage classique du DOP, quel que soit le lot d’explosif concerné. Bien que le projectile soit identique dans les deux cas, l’étanchéité est moins préservée dans le montage sans cisaillement, ce qui induit des fuites dans la chambre et explique une perte de vitesse du projectile de 10 à 15 % dans le cas du 100-200 ou du M3C. Le lot E semble moins sensible à cette perte de vitesse, mais cela peut provenir d’incertitudes de mesure.

Bien que les vitesses finales sont différentes, l’évolution des profils est à peu près identique, qu’il y ait ou non cisaillement. Cela signifie que le cisaillement ne perturbe pas outre mesure la mise en vitesse du projectile. La perte d’étanchéité explique seule les différences dans les vitesses finales. Le principe du cisaillement dynamique de l’opercule est donc un moyen de renforcer la tenue en pression puis l’étanchéité de la chambre de combustion tout en assurant une vitesse de propulsion rapide dans le tube.

Une dernière remarque est que l’ordre relatif des courbes reste le même que dans la section 3.3.3. Une granulométrie plus grosse induit des vitesses plus élevées qu’une granulométrie fine.

Comme pour la section précédente, l’utilisation de différents lots d’explosif implique une variation des masses de produit dans le chargement (voir Annexe 3). En pondérant les courbes précédentes par la masse d’explosif introduite dans la chambre de combustion, cette différence peut être éliminée (Figure 2-29).

Figure 2-29 : Mesures de vitesse de la Figure 2-28 pondérées par la masse.

La Figure 2-29 montre que les écarts entre les courbes se réduisent par rapport au cas non pondéré de la Figure 2-28. L’ordre relatif est respecté et reste lié à la granulométrie, à l’exception de celles du 100-200 et du type E dans la configuration sans cisaillement qui sont inversées.

Les pressions à la base du projectile se déduisent des mesures de vitesse précédentes (Figure 2-30).

Figure 2-30 : Pressions déduites après filtrage en fonction du temps (haut) et de la distance (bas).

A première vue, le dispositif sans cisaillement est le siège de pressions moins élevées que dans le DOP classique, ce qui est logique compte-tenu de la perte d’étanchéité.

Les courbes de pression confirment les conclusions tirées des profils de vitesse. Plus la granulométrie est grosse, plus la pression à la base du projectile est élevée. La configuration sans cisaillement ne permet pas toutefois d’atteindre les niveaux de pression d’un DOP typique, en raison de la perte prématurée d’étanchéité.

Pour approfondir l’étude, le projectile de la configuration montrée sur la Figure 2-27 est remplacé sur deux tirs par un projectile dont la longueur est doublée. L’opercule se présente donc comme un cylindre de 3,5 mm de diamètre et de 3 mm de longueur. Son poids est le double de celui de la Figure 2-27. L’explosif utilisé pour ces essais particuliers est le HMX 100-200.

La Figure 2-31 présente les résultats de vitesse obtenus entre les longueurs de 1,5 mm et de 3 mm. Les résultats et analyses sont très similaires à ceux présentés dans la section 3.3.1. Le tir « 1,5 mm » est celui présenté plus tôt dans cette partie. Le second tir a échoué.

Figure 2-31 : Comparaisons des vitesses pour des projectiles de 1,5 mm et 3 mm de longueur.

D’après les courbes ci-dessus, il apparaît que les vitesses mesurées sont également reproductibles pour la longueur 3 mm.

Les vitesses maximales du projectile de 3 mm sont inférieures de près de 20% à celles du projectile de 1,5 mm. Cela s’explique principalement par la masse à propulser qui est deux fois plus importante dans le premier cas.

Les premiers instants des courbes montrent que le projectile long est le premier à se mouvoir, mais il est rapidement rattrapé puis dépassé par le projectile court. Le projectile long se meut le premier en raison de la pression plus élevée dans la chambre de combustion comme le montre la Figure 2-32.

Figure 2-32 : Pressions filtrées déduites à la base de projectile de 1,5 mm et 3 mm de longueur.

Le confinement supérieur explique le fait que les pressions soient plus élevées dans le cas du projectile le plus long. La fuite des gaz est rendue plus difficile, comme cela est expliqué dans la section 3.3.1.

En résumé, le cisaillement perturbe peu la mise en mouvement du projectile. En revanche, il influe notoirement sur l’étanchéité de la chambre. De manière similaire, un projectile plus long maintient mieux l’étanchéité, mais au détriment d’une masse plus lourde et donc plus difficile à propulser.

La configuration de l’opercule du DOP permet donc d’atteindre des vitesses élevées de projectile, tout en maintenant une étanchéité convenable, et sans prolonger davantage la longueur du projectile.