Application de la photographie sur plaque mobile à l'étude du mouvement des projectiles. Mesure de la vitesse initiale

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Application de la photographie sur plaque mobile à l’étude du mouvement des projectiles. Mesure de la

vitesse initiale

G. Foëx

To cite this version:

G. Foëx. Application de la photographie sur plaque mobile à l’étude du mouvement des projec-

tiles. Mesure de la vitesse initiale. J. Phys. Radium, 1927, 8 (1), pp.51-64. �10.1051/jphys-

rad:019270080105100�. �jpa-00205280�

APPLICATION DE LA PHOTOGRAPHIE SUR PLAQUE ^{MOBILE A} L’ÉTUDE ^DU

MOUVEMENT DES PROJECTILES. MESURE DE LA VITESSE INITIALE

par M. G. FOËX

Sommaire. 2014 I. Mesure de la vitessse initiale des obus tirés sous

angle quel-

conque. L’image ^de l’obus, donnée par

objectif photographique, ^décrit

portion de droite x’x; ^la plaque est animée d’une translation perpendiculaire ^à

^{Sur le} cliché, s’imprime

diagramme du mouvement du projectile ^dans lequel les espaces parcourus sont proportionnels

abscisses et les temps aux ordonnées. L’échelle des temps ^est fournie par les vibrations d’un diapason enregistrées photographiquement.

Pour photographier ^l’obus

éclairage spécial,

fait mouvoir la plaque ^derrière

un

écran percé ^d’une fente;

^oriente l’appareil de manière que la trajectoire ^{x’x de} l’image

trouve dans la fente et soit parallèle ^à

^{bords. La} plaque ^est impressionnée

par la lumière ^du ciel pendant la durée du passage de chacun de

points derrière la fente; ^les régions

lesquelles

^forme l’image ^du projectile, moins lumineux que le ciel, sont moins exposées que les autres.

Moyennant l’emploi d’une fente

forme de trapèze (petits côtés inclinés à 45°

les

grands)

peut éliminer les

dues à

pointage défectueux. La précision,

évaluée

40 coups tirés

divers angles, ^{est alors} comparable à celle que donnent les cadres cibles

tir horizontal.

II. Photographie posée ^{des obus}

mouvement. On donne à la plaque

translation

parallèle ^{à celle de} l’image de l’obus et de même vitesse. On obtient

image ^nette

du projectile permettant ^de

^rendre compte ^de

^tenue

trajectoire.

III. En enregistrant

^la plaque mobile le départ du coup de canon,

peut :

mesurer

la vitesse du front avant des gaz ; déterminer la forme ^à

instant donné de la

gazeuse qui s’écoule du _canon; étudier la réinflammation des gaz combustibles de la poudre après ^leur mélange

l’air; évaluer la vitesse de l’onde de bouche tout près du canon, alors qu’elle est fortement condensée.

1. Introduction.

L’étude expérimentale dont les résultats sont exposés ^ci-dessous

a été éxécutée tout entière en étroite collaboration par J. Kampé ^de Fériet et l’auteur de cet article. Entreprise ^{à Gâvre en 1918 et} poursuivie ^en 1919 à l’aide d’un appareil provisoire

construit à l’arsenal de Lorient, ^{elle a été} reprise ^en 1924 et 1925 sur le polygone ^{de Saint-}

Pierre de Quiberon, ^{avec un} appareil perfectionné construit à la Section Technique ^de

l’Artillerie sur les plans ^{de M.} Mesnard, chef de l’atelier de Précision.

Les résultats obtenus sont de trois sortes :

i 0 mesure de la vitesse initiale des projectiles ^{sous tous les} angles ^de tir,

2° prise ^de photographies posées ^{des obus en} mouvement,

3° enregistrement ^des phénomènes qui ^se produisent ^au voisinage ^{de la bouche du} canon§lorsque le coup part.

~. Mesure de la vitesse initiale.

Utilité de la mesure des vitesses sous les grands angles ^{de tir.}

^{La mesure} de la vitesse initiale des projectiles ^{est une} opération que l’on effectue de façon très courante sur les polygones d’expériences ^{de la Guerre et de la}

Marine. Elle intervient en effet dans la construction des tables de tir, ^le tarage ^{des lots}

de poudre, etc... Dans beaucoup ^{de cas, on} peut ^mesurer la vitesse en tir quasi horizontal.

On utilise alors le procédé classique ^des cadres-cibles associés à ^un chronographe ^Lebou- lengé-Bréger. L’obus, traversant successivement deux cadres placés à distance connue

l’un de l’autre sur la trajectoire, coupe des fils de cuivre tendus ^{sur ces} cadres et parcourus par des ^courants électriques. ^Le chronographe enregistre l’intervalle de temps qui

s’écoule entre les ruptures ^{des deux courants. On} place ^les cadres de manière que cet

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019270080105100

intervalle de temps soit voisin de 0,1 seconde, ^{c’est en} effet dans ces conditions _{que le-}

chronographe fonctionne de la façon ^la plus satisfaisante.

La mesure des vitesses sous de grands angles de tir est devenue nécessaire lors de la mise en service de matériels d’artillerie, d’obusiers en particulier, ^{montés sur} des affûts.

spécialement adaptés ^{aux tirs ~ous les} grands angles ^{et ne} permettant que ceux-là.

Dans le cas des pièces capables ^{de tirer sous un} angle quelconque, ^{la mesure des} vitesses sous différents angles peut ^{encore rendre de} grands services. Les données expéri-

mentales dont t on part pour construire les tables de tir sont, ^en effet, la vitesse initiales et les portées ^{obtenues sous un} petit ^nombre d’angles ^{de tir} soigneusement ^mesurés.

Certains de ces angles peuvent ^{être assez} grands, par exemple supérieurs à 40". Il ^est

avantageux, pour la discussion des résultats, ^de ,connaître ^{à la} fois, pour chaque ^tiré,

la vitesse initiale et la portée.

L’emploi des cadres cibles cesse d’être^pratique lorsque l’on tire sous un angle supé-

rieur il ~J° ou à ~0~. En se conformant, ^en effet, ^aux règles habituellement suivies pour choisir l’emplacement des ca,dres cibles,on serait conduit à placer le deuxième à une hauteurs

inacceptable (160 ^m pour ^un obus tiré à 800 m: s sous 45°). ^Outre les frais de construction, très élevés des pylônes destinés à supporterpes ^{cadres, ce procédé de mesure} présenterait

divers inconvénients : perte ^de temps ^{dans le} remplacement ^{des fils} coupés par le passages de l’obus (’), incertitudes sur la distance des cadres dues aux oscillations des pylônes.

,

3. Principe ^{de la méthode} photographique. - Pour arriver à mesurer les vitesses

sous tous les angles ^{de tir avec une} précision comparable ^à celle que donnent les cadres

cibles, nous avons adapté à l’étude des projectiles d’artillerie une méthode bien connue :

celle de la photographie ^{sur une} plaque animée d’un mouvement de translation perpen- diculaire à celui du mobile (2).

Le principe ^{de la} méthode, telle que ^nous l’avons appliquée dans l’étude du mouve-

ment des projectiles, est le suivant. Un appareil photographique, ^{monté comme une lunette}

de théodolite, est braqué ^{sur la} trajectoire de manière que l’axe optique ^de l’objectif ^soit perpendiculaire à celle-ci. L’image jdu projectile décrit, ^{avec la vitesse} v, dans le plan ^de

la couche sensible, ^{un arc de courbe} qui ^{se confond} pratiquement ^{avec une} portion ^de

droite On donne à la plaque ^{un mouvement} rectiligne, à peu près uniforme, ^{dont la}

direction y’y ^est perpendiculaire ^{à x’x} et dont la vitesse _w, réglable ^à volonté, possède ^le

même ordre de grandeur que ^v. L’image ^du projectile ^{décrit sur la} plaque ^une trajectoire

résultant de la composition ^des mouvements rectangulaires de vitesses v et Si ces deux

. " · ·r "., , ..,

mouvements etaient unuormes, ^ia trajectoire ^serait

une portion ^de droite faisant avec un angle

tel que

Le mouvement de la plaque ^n’étant pas parfaite-

ment uniforme, ^{on obtient} généralement ^une trajec-

toire courbe..

Pour en tirer parti ^{dans la mesure des} vitesses, ^il

suffit de remarquer que la courbe enregistrée ^{sur le}

cliché figure ^le diagramme ^{de mouvement} que l’on obtiendrait en portant ^{en abscisses les} espaces par-

courus par le projectile ^{et en} ordonnées des quantités Fi,. ^1. directement liées au temps. ^Une longueur ^telle

que ^ai b, ^{mesurée sur le cliché} parallèlement ^à

k’x est, ^en effet, proportionnelle ^à l’espace parcouru par le projectile ^{entre les} points ^{A et B}

de sa.trajectoire. ^On détermine, par- une ^mesure directe, l’échelle des longueurs ^{sur le}

est avantageux ^{de tirer à}

^cadence rapide pour que les différents coups

rapportent ^{à des} conditions météorologiques à peu près identiques entre elles et à

qu’elles ^étaient

^{moment où}

^les-

a

observées

du tir.

-

(2) Recueil de Constantes Physique, publié par la Société Française ^de Physique, p.

cliché en photographiant, ^sur plaque immobile, ^{une base de} longueur connue, perpendi-

culaire à l’axe optique ^et située à même distance de l’appareil que la trajectoire. ^L’or- donnée a2 b2 figure ^la longueur ^{dont est tombée la} plaque ^{dans le} temps que le projectile

mettait à passer du point ^{A au} point B. Cette ordonnée peut ^être directement évaluée en

temps ^{si l’on a eu} soin de faire inscrire sur la plaque ^les vibrations, parallèles ^{à d’un} diapason étalonné. Les vibrations, enregistrées ^sous forme d’une sinusoïde d’axe parallèle

à y’y, permettent ^de graduer ^{cet axe en} temps. ^On peut ^{donc mesurer} directement sur le cliché le temps qu’a ^{mis le} projectile ^à parcourir ^{un arc AB de} longueur ^connue.

4. Adaptation ^{de la méthode aux} conditions du tir.

Pour s’appliquer ^{à la}

mesure des vitesses initiales des projectiles ^{tirés sous} grand angle, ^sans qu’il ^{en résulte}

aucune gène dans l’exécution du tir, la méthode doit subir une double adaptation :

Il Il faut arriver à photographier ^en plein jour, ^sans éclairage spécial, ^{sans écran} réfléchissant, ^un projectile animé d’une vitesse pouvant ^{atteindre et même} dépas-

ser I 000 m : s.

2" Il faut amener l’axe optique à couper la trajectoire ^{au milieu de} l’arc que l’on veut

enregistrer ^{et à être} perpendiculaire ^{à cet arc.}

Il y ^a donc dès l’abord deux problèmes à résoudre : un problème photographique ^et

un problème d’orientation.

,

5. Le problème photographique. - ^{Dès les} premiers essais, effectués à Càvre

nvec un objectif médiocre, ^le procédé ^{suivant nous a} donné de bons résultats. La couche sensibles (film ^ou plaque) ^se déplace ^{derrière un} écran opaque percé ^{d’une fente étroite} parallèle ^à x’x ; ^{elle est} impressionnée par la lumière du ciel pendant la durée du passage due chacun ^{de ses} points derrière la fente. Les régions ^sur lesquelles ^{se forme} l’image ^du projectile, moins lumineux que le ciel, sont moins exposées que les autres. La trajectoire

de l’image ^{de l’obus} apparaît, ^sur le cliché négatif, ^sous l’aspect d’une trace claire inclinée

suer x’x.

Au point ^{de vue} photographique, ^ces traces sont faciles à obtenir ; ^on peut, ^{sans cesser}

~le les avoir, ^faire varier, dans de très larges limites, les conditions de la pose. Ci-dessous

se trouvent indiquées quelques-unes des conditions dans lesquelles nous avons opéré ^sans

cesser d’obtenir des traces utilisables.

Distance de l’appareil ^au plan ^{de tir : 20 m à 400 m.}

Distance focale de l’objectif : ^{19 cm et 25 cm.}

Ouvertures de l’objectif : (/3,’S ^à

Diamètre de l’image de l’obus : 0,15 ^{mm à 3 mm.}

Hauteur de la fente : de 2 fois à 10 fois la hauteur de l’image.

Vitesse de la plaque : ^{60 cm : s à 4 m : s.}

Etat du ciel : ciel très clair à petite pluie ^fine.

Nature des plaques photographiques : étiquette ^violette Lumière, étiquette bleue,

émulsions utilisées en cinématographie.

Pour pouvoir ^mesurer les vitesses avec précision, ^{il ne} suffit pas que les traces soient

visibles ; ^{il faut encore} qu’elles ^{soient assez nettes et assez} contrastées pour que l’on puisse

effectuer sur leurs bords des pointés ^au dixième de millimètre. Nous avons recherché de

façon systématique les conditions (hauteur ^de fente, diaphragme, etc.) qui donnent les meilleures traces. celte fin, nous avons opéré ^{en laissant} l’appareil ^à poste fixe, ^{à envi-}

ron 100 m de la trajectoire (’) ^et nous avons utilisé un canon unique ^tirant toujours ^dans

les mêmes conditions. Le diamètre d de l’image ^du projectile était voisin de 0,~ mm ; ^la

vitesse de la plaque, ^{de 2 m : s.}

L’image ^du projectile ^se déplace ^entre les bords de la fente et parallèlement ^{à eux. La}

durée d’exposition ^des parlies ^{de la} plaque ^non atteintes par l’image ^clu projectile ^est pro-

(i) Cette distance était choisie de manière à permettre de comparer ^les vitesses mesurées par photo-

graphie

^celles que donnaient les cadres cibles

le même

de trajectoire.

portionnelle à la hauteur h de la fente; elle varie en raison inverse de la vitesse de la plaque.

Elle serait égale ^à 0,001 s avec une fente de 2 mm et la vitesse de 2 m : s dont il a été ques- tion plus haut. Pour les régions qui ^{ont été} occultées par l’image ^du projectile, ^le temps ^de

Fig.2.

pose ~dépend de la différence la - d. Si le projectile ^était entièrement noir, ^le rapport ^{de la}

deuxième durée d’exposition ^{à la} première ^serait

ou

En utilisant des plaques ^{Lumière à} étiquette ^{bleue et un} objectif ^{ouvert à} f/3,~, ^on

obtient d’excellents clichés avec des traces nettes et bien contrastées lorsque ^le rapport djh

est égal ^{à Le cliché} reproduit ^{sur la} fig. ^{7 a} été obtenu dans ces conditions avec

d

0,4 mm, A == ~ _mm, w =1, ~0 ^{m : s. Nous avons} trouvé que, ^{comme on} pouvait s’y attendre, le contraste s’affaiblit lorsque ^le rapport d/h diminue à partir de la valeur

précédente, c’est-à-dire lorsque ^{l’on ouvre} davantage la fente. Avec une fente de 4 mm

_ U , ^le contraste entre la trace et le fond est encore assez intense _{pour que} l’on

BA ⁰

puisse faire de bons pointés; ^{avec une} fente de 6 mm, la trace est visible mais le contraste est faible.

Revenant en arrière, nous nous attendions à trouver une forte augmentation ^du

contraste lorsque ^nous réduirions la hauteur de la fente et nous pensions que cette augmen- tation se poursuivrait jusqu’à ^ce que h= d. Nous avons effectivement constaté une aug- mentation lorsque augmente ^à partir ^de 1/5, mais cette augmentation ^est faible. Le contraste s’affaibli ensuite si l’on continue à rétrécir la fente ; la valeur de djh pour laquelle

la diminution commence à se faire sentir dépend ^du diaphragme, de la vitesse de la plaque

et de l’éclat‘ du ciel. Il n’y ^a pas avantage, ^en général ^à diminuer Il au-dessous de la valeur h # 3 d.

L’affaiblissement du contraste qui ^se produit lorsque la fente est trop fine tient à ce que la durée d’exposition ^du fond du cliché devient insuffisante dans les conditions où nous

opérions. Ce fond reste gris ^comme la trace elle-même. En opérant ^{avec une fente de} 0,5 mm, d’une hauteur à peine supérieure ^au diamètre de l’image (0,4 mm), ^une -vitesse w de 2 m : s

et en utilisant une plaque de sensibilité extrême (étiquette violette), le contraste était moins fort qu’avec ^{une fente de 2} mm d ^h = 1 5

A la suite de ces essais, nous avons toujours opéré ^{avec la} pleine ^{ouverture du} diaphragme (/~/3,5), ^ce qui ^{nous a} permis ^{d’pbtenir de bons} résultats, ^{même avec un ciel}

uniformément gris, ^et nous avons adopté, ^{dans la} plupart ^{des mesures,} pour le rapport d/h,

la valeur Cette hauteur de fente (h ^{= 5} d) ^{laisse une} marge suffisante pour le pointage

de l’appareil. ^{Il est rare} que l’image ^{ne se} forme pas, dès le premier coup du tir, malgré

les erreurs de pointage, à l’intérieur de la fente.

6. Le problème ^du pointage. - ^Soit .x0y ^le plan horizontal qui contient le centre

optique ^de l’appareil ^{A et} soit i- 0 z le plan ^{de tir} (plan vertical contenant l’axe du canon).

Le plan ^est perpendiculaire ^{aux deux} précédents ^et contient aussi le point ^.A.

La trajectoire T ^{R fait avec le} plan horizontal un angle i (angle ^de tir) ^{donné à l’avance.}

Par des opérations préliminaires ^de triangulation, les distances OA et OT ont été mesurées de façon précise.

Pour pointer l’appareil, ^{il faut amener l’axe} optique ^à rencontrer la trajectoire ^{TR et}

à lui être perpendiculaire; il faut ensuite rendre la fente parallèle ^{à TR. Il est} clair que l’on

pourra donner à l’axe optique n’importe quelle orientation choisie à l’avance si la chambre noire peut subir deux rotations indépendantes, ^{l’une autour d’un axe vertical (rotation}

en azimut), ^{l’autre autour d’un axe} horizontal (rotation ^en site) ^{et si ces rotations} peuvent

être mesurées sur des cercles divisés. L’axe optique ^{une fois orienté,} il suffira de faire tourner l’appareil ^{autour de} lui pour rendre la fente parallèle ^{à la} trajectoire (tourillonnement). L’appareil étant sup-

posé construit de manière à permettre

l’exécution de ces trois rotations, ^{il reste}

deux problèmes à résoudre :

’

1° Amener l’axe optique ^{et la fente à}

occuper chacun ^une position parfaitement

définie. Cetle position servira de point ^de départ pour les trois rotations.

21 Calculer, ^{en fonction des données}

du problème (distances 0 ^{A et 0} T, angle a), ^les angles ^{dont il} faudra faire tour-

ner l’appareil ^en azimut, ^{site et touril-}

lonnement à partir ^{de cette} position pour

’

le pointer.

La position ^de départ que ^{nous avons} choisie est caractérisée de la façon suivante : axe optique horizontal et contenu dans le plan y 0 z; fente horizontale. Pour pointer l’appareil ^à partir ^{de cette} position, il faut le faire tour-

ner en azimut, ^{site et} tourillonnement des angles A, ci et T donnés par les relations suivantes :

7. Position initiale ; réglages. - ^{1° l’axe}

^{Dans un} réglage préliminaire, ^l’axe optique ^de l’objectif ^{a été rendu} horizontal par autocollimation

en utilisant une équerre optique ^{et un bain de mercure L’axe} optique ^étant horizontal, ^on

a noté la position de la bulle d’un niveau parallèle ^{à l’axe} optique ^et rigidement ^{lié à} l’ap- pareil. ^{Dans les} opérations ultérieures, ^{on a utilisé ce} niveau pour rendre l’axe optique

horizontal.

2° Pour amener l’axe optique ^{à se} trouver dans le plan perpendiculaire ^au plan

de tir, ^on place ^{une mire en un} point ^{de la droite} Oz, par exemple ^au point ⁰ si le terrain le permet. ^{La mise en} place de cette mire se fait par des visées ^au théodolite. En pointant

la mire avec l’objectif photographique, ^on peut déterminer la division du cercle des azimuts

.

qui correspond ^{à la} position ^initiale choisie pour l’appareil. Pour faciliter les opérations précédentes, ^{on a} défini matériellement l’axe optique par ^une croisée de réticule. En retouchant légèrement ^la position ^de l’objectif, ^{on a} fait coïncider cet axe avec l’axe méca-

nique de rotation en tourillonnement.

3° La fente n’étant pas accessible, ^{on ne} peut pas utiliser, pour la rendra horizontale,

un niveau à bulle que l’on placerait ^{sur son bord} inférieur. Le niveau se trouve placé ^à poste ^{fixe sur la} paroi extérieure de la chambre noire ; il faut faire un réglage préliminaire

pour que la bulle soit ^{entre ses} repères lorsque ^{la fente est} horizontale. Nous avons effectué

ce réglage ^{en utilisant une base} horizontale perpendiculaire ^{à l’axe} optique, ^{située à une}

distance suffisante de l’objectif ^et définie par deux repères bien visibles.

Sur les photographies, prises ^{à travers la fente sur} plaque immobile, les bords de la

fente, ^{situés tout} près ^{de la} plaque, sont nettement visibles. La base a été photographiée

avec diverses inclinaisons de la fente repérées à l’aide du cercle divisé servant à la mesure

des tourillonnements. Sur les clichés obtenus, ^{on a mesuré au} microscope la distance des

repères à l’un des bords de la fente. On en a déduit, par interpolation, la division du cercle de tourillonnement pour laquelle ^{la fente est} horizontale.

Les réglages précédents permettent de définir l’origine des trois rotations à quelques

dixièmes de minute près; ^cette approximation ^est suffisante, étant donnée l’incertitude

qui ^{existe sur} l’angle ^{de tir.}

8. Quelques ^{causes d’erreur.}

^Go (ente ^{à la} trajectoire.

^Un

défaut de parallélisme ^{de ce} genre peut résulter d’erreurs de pointage ^{du canon, d’erreurs}

de pointage ^de l’appareil et surtout du relèvement du canon qui ^se produit ^{avant le} départ

du coup, pendant que l’obus parcourt l’àme de la pièce. L’angle de relèvement peut ^attein-

dre une vingtaine ^de minutes ; ^il peut ^{varier d’un} coup à l’autre ^{et sa} grandeur n’est pas

toujours ^{connue au} moment du tir de mesure des vitesses.

Il est facile de calculer que, lorsque ^{la trace} enregistrée ^{sur la} plaque ^{mobile est}

inclinée à 45Q sur les axes, l’erreur relative qui résulterait, ^{sur la} vitesse, ^de l’existence ~ d’un angle ^{de 20’ entre la} trajectoire et la fente serait de l’ordre de un pour cent.

Pour éliminer cette _erreur, nous avons donné à la fente la forme d’un trapèze ^isocèle

M N P Q ^{dont les} petits côtés sont inclinés à 4~° sur les grands. ^{La trace} A B laissée sur la

plaque par le projectile est limitée aux points ^{A et B}

où l’image ^du projectile ^{rencontre les} petits ^{bords de}

la fente. Lorsque ^{la fente est} correctement orientée,

c’est-à-dire lorsque ^{le bord} M Q ^est parallèle ^{à la tra-} jectoire ^{A B, les} points ^{A et B sont à} égale ^distance Fig. ^{4 de l’axe de} symétrie SS’ de la fente. Dans le cas

~~°

contraire, ^{en mesurant} les distances S’a et S’b, ^{on a} tous les éléments voulus pour tenir compte ^de l’obliquité ^{de la} trajectoire par rapport ^à

la fente.

On matérialise la droite S S’ en photographiant, ^{sur la} plaque ^en mouvement, l’iinage

d’un poin ^t lumineux fixe qui ^se forme dans le plan ^de la couche sensible sur cette droite.

Il est commode d’utiliser, ^{dans ce} but, ^le spot ^du diapason qui ^{trace sur la} .plaque ^{la sinu-}

~soïde destinée à la mesure du temps. Après que l’on ^a enregistré simultanément le passage du projectile ^{et la} sinusoïde, ^{on arrête le} diapason, ^{on couvre} l’objectif ^{et on} fait repasser la plaque derrière la fente. Pendant ce deuxième passage, le spot ^{immobile trace l’axe de}

la sinusoïde; ^on a, par ^un réglage préliminaire, fait coïncider cet axe avec la droite S S’ ou bien l’on a repéré ^sa position par rapport ^{à S S’.} Le second passage de la plaque derrière la fente avait déjà ^été imposé par la nécessité de ^ramener la plaque ^{à son} point ^de départ

pour ^{remettre en} place le volet du châssis et retirer le tout de la chambre noire.

La trace se termine en général ^de façon ^très nette; ^on peut pointer ^ses deux extrémités

avec assez d’exactitude pour éliminer, ^de façon à peu près complète, ^{les erreurs dues aux}

défauts de pointage.

Si l’on a vérifié avec soin le pointage ^{du canon et celui de} l’appareil, l’angle ^{que fait}

la trace avec les grands ^bords de la fente est égal ^à l’angle ^de relèvement. L’appareil ^fournit donc, ^à chaque coup, une mesure de cet angle.

9. La mesure du temps. - ^{Nous avons} utilisé, pour enregistrer ^le temps ^{sur la} plaque mobile, ^un diapason ^entretenu électriquement. ^{Grâce à} l’entretien électrique, ^on peut ^{mettre le} diapason ^en marche bien avant le départ du coup et le laisser fonctionner ensuite tout le temps voulu, ^ce qui facilite la prise des clichés. Malheureusement, ^le diapa-

son entretenu ne permet pas d’obtenir des résultats très précis. ^{Au cours} d’une séance de

tir, ^la période ^{se maintient constante à} quelques dix-millièmes près, à condition de conser- ver au courant d’entretien une intensité invariable. Mais d’une séance à l’autre, ^{il se} produit

des changements ^de période qui peuvent atteindre 2 ou 3 millièmes en valeur relative (’).

La précision ^de l’appareil actuel est limitée par cette circonstance Il ^se trouve, ^en effets, que, dans les séances de tir qui suivent immédiatement le tarage ^du diapason, ^{il n’existe}

(1) M. PAUL, J/élnorial de l’Artillerie Française, t. 4 ( 1923), p. 32 î.

aucun écart systématique ^{entre les} vitesses mesurées par photographie ^et celles que don- nent les chronographes Leboulengé. ^Par exemple, ^le diapason ayant été étalonné le 28 juillet les vitesses mesurées le 31 juillet ^{et le 4 août ont} été, ^en mètres par seconde:

Les écarts entre la moyenne des chronographes ^{et la} photographie ^{ne sont} pas supérieurs

à ceux que les chronographes présentent ^{entre eux. Au} contraire, dans les séances de tir

éloignées de la séance de tarage, il existe des écarts systématiques ^entre les résultats donnés par les deux méthodes. Par exemple, dans la séance du 14 août :

Ces écarts systématiques paraissent dus, ^{au moins en} partie, ^{à un} changement ^de période

du diapason.

Dans la séance du 28 juillet, ^le diapason avait été étalonné au moyen de l’appareil ^de

chute Bréger, qui coupe deux circuits électriques ^à 1/10 ^seconde d’intervalle; ^cet appareil

sert à vérifier le fonctionnement des chronographes. ^{Les mesures} photographiques ^{de la} vitesse, effectuées avec un diapason ^{taré comme il vient} d’être dit, ^ne fournissent donc pas ^un contrôle de la valeur absolue des vitesses déterminées avec les chronographes (’). ^{Elles ont}

été entreprises ^{dans un but tout} différent: étudier la méthode photographique ^{et la com-}

parer ^avec les méthodes précédemment utilisées.

On ne peut pas songer à étalonner le diapason ^{au cours de} chaque ^{séance de} tîr ; ^{il serait}

donc préférable ^de remplacer ^le diapason ^entretenu par ^un diapason libre que l’on lancerait à la main un peu ^avant le départ du coup ^{au moment} où l’officier de tir commande

Feu ^».

10. Quelques ^{données sur} l’appareil ^{de mesure. -} L’objectif ^{est un Tes~ar de} Zeiss, ^{de 25 ci de} distance focale. Son ouverture est égale à £, ^3,5. Dans l’étendue du champ

que l’on utilise (au plus 2 ^{X 13} cm2), les aberrations et, ^en particulier, la distorsion rcstent faibles. Elles n’ont aucune influence sur l’exactitude des résultats, puisqu’elles ^intervien-

nent de la même manière dans la photographie qui ^{sert à} établir l’échelle du cliché et dans

l’enregistrement ^{du mouvement de} l’obus. La plaque ^est du format 15 cm X 25 cm. Elle est portée par ^un chariot construit de manière à éviter tout déplacement ^{de la} plaque par

rapport ^à lui et tout bris de plaque ^{au cours des} accélérations très fortes subies par la partie

mobile de l’appareil.

Le grand bord de la fente a 130 mm de long, ^{son ouverture} peut ^être portée ^{à 15 mm}

pour les réglages. ^On peut la réduire à moins de 0,.1 ^{mm sans} que ^ses bords cessent d’être parallèles ^entre eux, gràce ^{à la} précision du mécanisme de fermeture, imaginé par 1B1. Mesnard.

(i) L’incertitude

l’intervalle de temps mesuré par l’appareil ^{de chute} Bréger peut dépasser ^{2 milliè-}

mes en

valeur relative. J. LOISEAL’, AJénwrial de l’Artillerie Française, ^{t. 4} (1925), p. 363.

Le mouvement du chariot est produit par la détente d’un volume limité d’azote com-

primé agissant ^{sur deux} pistons solidaires du chariot. Le réservoir contenant l’azote ^{et les}

5. Cliulo JIt’J1 o/"irtl de i’J rtillerie

deux cylindres de détente sont visibles sur les figures 5 ^eh 6, ^{en haut de} l’appareil. iOn remplit ^{le réservoir avec} de l’azote industriel contenu dans un tube en acier muni d’um

Fi~. ^6. Cliché J/erno/’ial de française.

détendeur. En faisant varier la pression ^de remplissage entre 0 et 5 kg : cm2, ^on peut obtenir des vitesses allant jusqu’à 5 ^{m : s. La force} qui agit ^{sur les} pistons ^diminue rapidement

Fig. ^1. Cliché J/énwrial de rA rlillerie française.

mesure que le chariot ^se déplace; cette circonstance permet ^{d’obtenir un} mouvement sensi- blement uniforme pendant la durée du

passage ^{de la plaque devant la fente. On peut faire}

varier le volume initial du réservoir de manière à obtenir une uniformité approchée ^aux

différentes vitesses. O11 améliore encore un peu les résultats (au point ^{de vue} de l’unifor-

mité) ^{en utilisant un frein.}

Le dispositif ^de pointage comporte ^{un berceau et un} socle robustes et stables (fig. 6);

le berceau possède, par rapport ^au socle, ^{deux des} mouvements de rotation dont il a été

question plus haut : l’un autour d’un axe horizontal, l’autre autour d’un axe vertical; ^ils permettent de rendre l’axe optique perpendiculaire ^{à la} trajectoire. ^{La boîte} photographi-

que peut prendre, par rapport ^au berceau, ^{un mouvement} de rotation autour de l’axe

optique. ^{Les trois} angles de rotation peuvent être lus à 0,1/ près ^sur des cercles divisée dont le diamètre est d’environ 40 cm.

ii. Résultats.

La figure ^{7 est la} reproduction d’un cliché de mesure des vitesses- Des mesures ont été faites en 1924 et 1925 pour comparer les résultats de la méthode

photographique ^{avec ceux} que donnent les cadres cibles . Elles ^ont porté ^{sur 40} coups de

canon de divers calibres tirés à des vitesses comprises ^{entre 460 et 740 11 : s. Pour un seul}

coup, l’écart ^entre les résultats des deux méthodes a atteint 6 pour mille de la vitesse mesurée. Les écarts supérieurs à 3 pour mille ^{sont rares.} La moyenne des valeurs absolues des écarts dépasse ^à peinre 2 pour mille. Elle n’est pas supérieure ^à la moyenne des valeurs absolues des écarts que présentent ^{entre eux} 1>, nombres donnés par les deux

chronographes.

Pendant la période ^{des essais, aucun} tir n’a été effectué sous iiii angle supérieur ^{à 350.}

Sous cet angle, nous avons pu ^mesurer photographiquement ^t les vitesses avec autant de facilité qu’en tir horizontal.

i2. Photographies posées ^{d’obus en} mouvement. - Fi 1 On oriente l’appareil ^de

nlanière que le mouvement de la plaque ^soit parallèle ^{à celui de} l’image ^du projectile ^et

si l’on donne à la plaque ^{une vitesse} égale ^{à celle de} l’image, ^{celle-ci se forme en un} point

invariable de la plaque. On obtient alors une photographie ^{nette du} projectile ^{en mou-}

vement.

Le déplacement ^{de la} plaque ^étant perpendiculaire ^{à la fente} (les glissières qui guident

le chariot porte-plaque ^sont perpclldiculaires ^{à la} fente), ^le temps ^{(le est déterminé}

Fig. 8 L’obus

tient, bien.

Vitesse de l’obus : 7!+0

Distance de l’appareil ^{à l’obus : environ 100}

Fib, J, (Cliché cle l’ArtilLerie L’obus

tient mal.

Vitesse de l’ohus : îio

Distance de l’appareil à l’ohus : environ 60

par la largeur de la fente et la vitesse tle la plaque. ^1l peut atteindre, par exemple, 0,003 s

et correspondre ^{à un} trajet ^an projectile dépassant 2 ^{mètres. Les} figures ^{8 et 9 repro-}

duisent des photographies posées ^{obtenues dans} photographies peuvent

renseigner ^{sur la tenue du} projectile,

l’angle que fait l’axe de celui-ci avec

a trajectoire. ^{Sur les et 9, la} trajectoire ^de e,1 parallèle ^aux lignes ^hori-

rontales qui traversent la photographie d’un bord à l’autre. Ces lignes ^sont produites par les images ^des objets ^immobiles qui ^se trouvent dans le champ ^de l’objectif. ^Le projectile

de la figure ^{8 se tient bien ;} celui de la figure ^{9 a une} très mauvaise tenue.

Nous espérions ^obtenir, par photographie posée, des clichés sur lesquels ^le sillage ^du projectile ^{et les remous d’air autour} de lui seraient visibles, ^comme ils le sont sur les

photographies instantanées prises ^{à l’aide} d’étincelles électriques. ^Le sillage (onde ^balisti- que) n’est visible sur aucune des photographies posées que ^{nous avons} prises. ^{Sur l’une}

d’elles (fig. 8), ^on voit, à l’arrière du projectile, ^{une zone} claire suivie de deux houppes

foncés divergentes. ^Cet aspect ^{est dû} probablement ^{à une} condensation de vapeur d’eaii ,dans la région ^du sillage arrière du projectile, ^{où la} pression est inférieure à celle de l’air

’’’environnant. Des

auréoles » dues à des condensations de vapeur d’eau avaient déjà ^été photographiées par M. Esclangon. L’échec des tentatives que ^{nous avons} faites pour

photographier ^l’onde balistique ^tient probablement ^{à ce que le} projectile, ^au lieu d’être Xéclairé par une source ponctuelle, ^{comme dans la} photographie par étincelles, était éclairé par le ciel. Lorsque ^{la source est} ponctuelle, la réfraction de certains _{rayons à} ^travers l’onde balistique ^se tradui~ par des différences d’éclairement entre les différents points ^de

la plaque. Lorsque ^{la source est} étendue, les rayons qui, par suite de la réfraction, ^n’attein-

draient pas certains points ^{de la} plaque, ^sont remplacés par d’autres venant d’une autre

,région ^{de la source.} L’éclairement reste uniforme.

Fig 10. Fui,. 11.

13. Enregistrement ^{du mouvement des gaz et du} projectile à leur sortie de la -bouche. - L’appareil ^est disposé ^comme pour la ^mesure des vitesses : la fente est parallèle

à la trajectoire, ^le mouvement de la plaque perpendiculaire à celui de l’obus. On dispose l’appareil de manière que l’image de la bouche du canon apparaisse à l’une des extrémités de la fente. La hauteur de la fente ^est suffisante pour que l’on puisse ^{obtenir une} photogra- phie nette de la trace du projectile. ^On photographie ^{donc une} tranche du phénomène ^de départ dont la hauteur est, ^{comme ordre de} grandeur, égale ^{à trois ou} quatre ^{fois le}

-calibre de la pièce. L’enregistrement ^sur plaque mobile donne une sorte de cinématogra- phie continue des phénomènes qui ^se passent ^{dans cette tranche.} Chaque section du cliché

parallèle ^{à son bord inférieur} peut être considérée comme une vue instantanée d’une

tranche horizontale de hauteur très petite ^{située au} niveau de la bouche. Les figures ¹⁰

et Il reproduisent ^des enregistrements obtenus de cette manière. Les traits verticaux visibles sur ces figures ^sont dus à des objets fixes situés dans le champ ^de l’objectif. ^La fréquence ^du diapason ^{est d’environ 125 s-1.}

On pourra remarquer, ^sur les figures ^{10 et} 11, ^un écoulement de gaz faiblement lumi-

neux (à droite de la photographie) précédant la sortie du projectile. ^{Il se} produit ^ensuite

un jet de gaz incandescents ; plus tard, ^ces gaz ^cessent d’être lumineux (fïg.1 l), puis il y

a une nouvelle incandescence due à la réinflammation des gaz de la poudre mélangés ^à

l’air. La flamme qui ^{en résulte} peut présenter ^une grande longueur ^et une",,Jurée notable, (fig, 12). ^Le projectile ^{sort très} rapidement de la colonne gazeuse ^en mouvement.

En plaçant l’appareil latéralement, ^on a, ^comme il vient d’être dit, ^un enregistrement

Fig.12.

de ce qui ^se passe dans ^une bande très fine parallèle ^{à la} trajectoire. ^{Si l’on} place l’appareil

dans le plan ^de tir, ^{en avant de la} bouche, la même méthode donne un enregistrement

des phénomènes qui ^se produisent ^{dans une} bande très fine perpendiculaire ^{à la} trajec-

toire. Si l’on admet que le phénomène ^est de révolution autour de celle-ci, ^on peut, ^à

l’aide des deux enregistrements, ^{faire sa} reconstitution dans l’espace. Voici, ^{à titre} d’exemple, d’après ^J. Kampé ^{de Fériet} (1), ^la description ^du départ d’un coup de ^canon de 305 mm.

Avant la sortié du projectile, ^un temps de l’ordre de 0,0015 s apparaissent, ^{à la} bouche, des gaz faiblement lumineux ^se propageant ^{avec une} vitesse voisine de 300 m : s ; aussitôt ^le projectile sorti, ^{dans la sorte de} tuyère annulaire formée entre la bouche et le

culot, les gaz ^se précipitent ^{avec une énorme vitesse} d’expansion latérale, ^{de l’ordre de}

~000 m : s ; puis, dès que le culot s’est ^un peu écarté de la bouche, les gaz acquièrent ^aussi

une vitesse d’expansion ^vers l’avant, de l’ordre de 1400 m: s ; cette vitesse de propagation

vers l’avant étant très supérieure à celle du projectile ( ~20 ^{m :} s), ^{la masse} gazeuse rattrape

et dépasse ^le projectile qu’elle enveloppe complètement.

(1) Alénwrial de r£lrtillerÍe Française) ^{t. 4} (1925), p. 299.

Au bout d’un temps ^de 0,001s après ^la sortie du projectile, ^{la masse} gazeuse, presque entièrement obscure, présente l’aspect ^d’un « potiron » aplati ; elle s’étend à 1,40 m ^vers

l’avant et à 2 mètres à droite et à gauche ; ^le projectile, dont le culot n’est qu’à ^{70 centi-}

mètres est entièrement entouré par les gaz ; mais la vitesse de propagation ^du front avant est tombée à 1000 m : s ; celle des fronts droite et gauche ^{à 780 m : s.}

La vitesse du front avant continue à décroître rapidement :

La vitesse du projectile restant voisine de 720 m : s, il rattrape ^{le front} avant, ^le perce ^{et se} dégage ^{de la masse} gazeuse ^au bout d’un temps t

0,007 ^s, quand ^{il se trouve}

à 5 mètres de la bouche : il est désormais soustrait à toute action des gaz.

La vitesse des fronts latéraux diminue comme celle du front avant.

Au bout de 0,025 s, le front avant se trouve à 9 m environ de la bouche, les fronts latéraux à ~m; ^{alors se déclenche un} phénomène grandiose. Depuis la sortie de la bouche,

la masse gazeuse était presque entièrement obscure, ^à peine ça ^{et là} apparaissaient quelques points incandescents. Brusquement, ^{toute la masse} gazeuse devient violemment incandescente : c’est le début de cette véritable explosion qu’on appelle ^la réinflammation.

La réinflammation donne à la vitesse de propagation ^{de la masse} gazeuse ^un accrois- sement subit très net, faisant passer la vitesse du front avant de 120 m : ^s pour ^t= 0,0~~~ s, à f60 m: s pour t = 0,035 s, à iX0 m : s pour ~=0,045 s, puis’la vitesse diminue lentement.

L’incandescence de la masse gazeuse demeure longtemps ^très vive; ^{au bout de} 0,15s (fin ^{de nos} clichés), ^{la flamme est encore} éclatante; ^{la masse} gazeuse, vivement incandes- cente, continue à se dilater lentement ; le front avant atteint une distance de 20 m environ ;

les fronts latéraux, de presque 10 ^m.

Il est important de remarquer qu’au ^moment où débute le phénomène imposant ^{de la} réinflammation, ^le projectile ^est complètement dégagé ^{de la masse} gazeuse, qu’il ^a dépas-

sée de plus ^{de 5} mètres ; ^{dans ce cas} particulier, ^{son mouvement ne} saurait donc être troublé par les ^remous puissants qui ^{doivent se} produire ^{au sein de ces} gaz ^en combustion.

14. L’onde de bouche. - Sur plusieurs ^{de nos} clichés, les traces verticales données par des obstacles fixes sont déformées tout le long d’une courbe située au-dessus de la trace du projectile. ^Nous attribuons cette déformation des images ^{à une} réfraction des rayons lumineux à travers l’onde de bouche du ^canon. Qn peut, ^en utilisant la courbe le

long ^de laquelle ^les traits sont déformés, évaluer la vitesse de propagation de cette onde

au voisinage ^de sa source. A une quinzaine de mètres de la bouche d’un canon de 305 _mm,

nous avons trouvé une vitesse d’environ 460 m : s. D’après la formule théorique ^de Hugo- niot (1), ^{cette vitesse} correspond ^{à une} surpression de 2kg: ^{cm2 dans} l’onde. Cet ordre de

grandeur ^{n’a rien} d’invraisemblable, ^{si l’on se} souvient des puissants ^{effets de}

^souffle

produits par les ^canons de gros calibre : projection ^de pierres, arrachements de plaques

de blindage, ^etc.

(1) VIOLLE, Congrès International de Physique, Paris, ^{t. 1} (1900), p. 245.

Manuscrit reçu ^le 16 octobre i926.