EP0717256A1 - Système de mise à feu par arc électrique d'une munition sans douille - Google Patents

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EP0717256A1
EP0717256A1 EP95402531A EP95402531A EP0717256A1 EP 0717256 A1 EP0717256 A1 EP 0717256A1 EP 95402531 A EP95402531 A EP 95402531A EP 95402531 A EP95402531 A EP 95402531A EP 0717256 A1 EP0717256 A1 EP 0717256A1
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EP
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anode
ammunition
insulating body
support
chamber
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Françoise Simon
Franck Bouvard
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Giat Industries SA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41AFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A19/00Firing or trigger mechanisms; Cocking mechanisms
    • F41A19/58Electric firing mechanisms
    • F41A19/63Electric firing mechanisms having means for contactless transmission of electric energy, e.g. by induction, by sparking gap

Definitions

  • the technical field of the present invention is that of small arms ammunition firing systems, in particular for portable firearms.
  • ammunition is initiated by percussion of a primer causing the propellant charge of the ammunition to ignite.
  • the striker of the weapon set in motion either mechanically or electrically crushes the primer fixed on the base of the case of the ammunition.
  • the striker is a moving part projecting into the chamber of the weapon where the pressure is high and can reach 5.10 8 Pa, which is difficult to seal.
  • the object of the invention is to design a firing system which can in particular solve this sealing problem to allow the firing of ammunition without a casing with weapons of the portable type, and whose architecture and the materials constituting it can also meet the requirements for thermo-mechanical behavior at instantaneous temperatures of combustion gases of the order of 2500 ° C.
  • the invention provides a system for firing ammunition without a cartridge case, in particular of small caliber for a portable firearm, by discharging an electric arc produced in the vicinity of the primer of the ammunition at from a high voltage applied between two electrodes, firing system which is characterized in that the electrode forming the anode is mounted on a support fixed to the rear of the chamber, this support ensuring in particular sealing gas combustion and electrical insulation of the anode, and in that the electrode forming the cathode is constituted by the metallic chamber of the weapon.
  • the support of the anode comprises an electrically insulating cylindrical body which surrounds the electrode forming the anode, a ring of an elastically deformable material mounted around the insulating body, and a plug of annular shape. attached around the ring.
  • the electrode forming the anode, the insulating body, the intermediate ring and the plug are assembled by brazing.
  • the electrode forming the anode is a cylindrical rod of molybdenum with a pointed end mounted in the center of the insulating body so as to be axially aligned with the ammunition and opposite the primer, a metallic glitter is applied to the primer of the ammunition, and the surface of the insulating body in contact with the ammunition is substantially equal to that of the base of the ammunition.
  • a very first advantage of the invention resides in a system which has sufficient properties to be able to be used in a reliable manner and in all security, in particular without untimely risk of thermal initiation.
  • Another advantage of the firing system according to the invention lies in its compactness.
  • the firing system 1 shown in FIG. 1 is intended to initiate a munition 2 without a casing, whose propellant charge 3 is ignited by a primer 4.
  • the ammunition is positioned in a conventional manner in a loading chamber 5a and firing the partially shown breech 5 of a firearm.
  • this firing system 1 is based on the principle of the discharge of an electric arc produced in the vicinity of the primer 4 of the ammunition 2 from a high voltage applied between two electrodes, namely a anode A and a cathode C constituted by the metal chamber 5a of the weapon.
  • the anode A is mounted on a support S fixed to the rear of the chamber 5.
  • This support comprises an electrically insulating cylindrical body 9 which surrounds the anode A, an intermediate ring 10 attached around the body 9 and an annular plug 11 which surrounds the ring 10.
  • the anode A is a cylindrical stick which is mounted in the center of the insulating body 9 so as to be axially aligned with the munition 2 and opposite the primer 4 while being slightly recessed inside of the body 9.
  • This anode A is made of molybdenum, a material which resists corrosion of combustion gases, and has a pointed end to promote the formation of the electric arc.
  • the other end of the anode A is connected to the chamber 5 by an electrical circuit 6 comprising a source of electrical energy 12, of the high voltage capacitor type, and a switch I.
  • the insulating body 9 is made of ceramic, in particular an alumina ceramic, a material chosen as a function of its electrical characteristics which ensure the insulation of the anode A, of its thermal characteristics which ensure the surface cooling of the part 13 of the ceramic in contact with the base of the ammunition 2 and its mechanical characteristics which offer good resistance to crushing. In fact, excessive heating of the surface of the ceramic 9 in contact with the ammunition 2 could cause thermo-initiation of the ammunition without a socket 2.
  • the ceramic of the insulating body 9 is subjected to the pressure of the gases of combustion of the propellant charge 3, that is to say that it is mechanically stressed at each initiation and it must be avoided that it can crack.
  • the ring 10 interposed between the insulating body 9 and the steel plug 11 is advantageously made of an elastically deformable material to absorb in particular the mechanical stresses transmitted to the body 9 at each initiation of a munition 2.
  • This ring 10 is for example of a material relatively soft, such as stainless steel to homogenize the surfaces in contact and avoid stress concentrations due to surface irregularities. This makes it possible to have better mechanical strength of the insulating body 9 and to limit the risks of cracking of the ceramic.
  • the anode A, the insulating body 9, the intermediate ring 10 and the plug 11 are assembled together by brazing to ensure the sealing of the support S to the combustion gases.
  • This brazing is referenced 17a, 17b and 17c in Figures 1 and 2.
  • the ring 10 and the plug 11 are both provided with respective chamfers 15 and 16 leaving a free space for receiving the solder.
  • the plug 11 has at its periphery a thread 18 which makes it possible to fix the support S of the anode A at the rear of the chamber 5a.
  • the structure thus produced meets in particular the requirements of high thermo-mechanical resistance and sealing of the combustion gases with the outside, the chamber 5a of the weapon being subjected to pressures of the order of 5.10 8 Pa for a temperature instantaneous combustion gas of the order of 2500 ° C over 1 ms.
  • the ammunition 2 When the ammunition is loaded into the chamber 5a and centered by its projectile in the barrel of the weapon, the ammunition 2 is supported on the support S of the anode A without contact with the metal side wall of the chamber 5.
  • the surface 13 of the insulating body 9 of the support S on which the ammunition 2 bears is substantially equal to that of the base of the ammunition 2.
  • the composition of the primer 4 must be sensitive to sparks, but not very sensitive to shock and friction.
  • a known composition of the 4.5 Z model can be used.
  • a protective coating 24 in the form of layers of varnish can be extended over the entire external surface of the propellant charge 3 including at the level of the straw 22 in order to provide protection. effective of the latter against environmental aggressions.
  • the switch 13 When controlling the firing of a munition 2, the switch 13 is closed so as to apply a high voltage electrical pulse of the order of 8 kV delivered by the capacitor 12 between the anode A and the cathode C constituted by the room 5a. An electric arc then forms and the capacitor 12 discharges in a quasi-short circuit along a path having the lowest dielectric strength. This path passes through the protective coating 24, the metallized flake 22, the space 20 between the propellant charge 3, and the chamber 5a. The discharge of the capacitor 12 causes a breakdown between the anode A and the chamber 5a, breakdown which initiates the initiation 4. The dissipation of the energy released at the metallized flake 22 locally explodes the latter leading to vaporization of the metal of its metallic face. The metallic and thermal shock thus created is transmitted to the priming composition 4 which is initiated.
  • the capacitor 12 is recharged after each initiation by a voltage V. It is provided according to the invention that the breakdown voltage necessary to initiate the initiation 4 intervenes for a value of the order of 8 kV, while the breakdown dielectric between the anode A and the ring 10 would only intervene for a voltage greater than 20 kV, which constitutes a safety factor.
  • FIG 3 there is shown the incorporation of the firing system 1 in the breech 5 of a small caliber weapon.
  • the cylinder head 5 is extended by the barrel 25, a seal 26 being placed between them.
  • a breech lock 28 conventionally locks the barrel 25 to the breech 5.

Abstract

Système de mise à feu d'une munition (2) sans douille, notamment de petit calibre pour une arme à feu portative, par décharge d'un arc électrique qui est produit au voisinage de l'amorce (4) de la munition à partir d'une haute tension appliquée entre deux électrodes. L'électrode (A) formant l'anode est montée sur un support (S) fixé à l'arrière de la chambre (5), ce support assurant notamment l'étanchéité aux gaz de combustion et l'isolation électrique de l'anode (A), et l'électrode formant la cathode est constituée par la chambre métallique (5a) de l'arme. <IMAGE>

Description

  • Le domaine technique de la présente invention est celui des systèmes de mise à feu des munitions sans douille de petit calibre, en particulier pour des armes à feu portatives.
  • Dans les armes à feu portatives traditionnelles, on initie les munitions par percussion d'une amorce entraînant la mise à feu de la charge propulsive de la munition. Le percuteur de l'arme mis en mouvement soit de manière mécanique, soit de manière électrique écrase l'amorce fixée sur le culot de l'étui de la munition. Lorsque les munitions à douilles dans lesquelles l'étanchéité est assurée par leur étui sont remplacées par des munitions sans douilles, il se pose alors inévitablement le problème de l'étanchéité au gaz de combustion. En effet, le percuteur est une pièce mobile faisant saillie dans la chambre de l'arme où la pression est élevée et peut atteindre 5.108 Pa, qu'il est difficile d'étancher.
  • Le but de l'invention est de concevoir un système de mise à feu qui puisse notamment résoudre ce problème d'étanchéité pour permettre le tir de munitions sans douille avec des armes de type portatif, et dont l'architecture et les matériaux le constituant puissent également répondre aux exigences de tenue thermo-mécanique à des températures instantanées des gaz de combustion de l'ordre de 2500°C.
  • A cet effet, l'invention propose un système de mise à feu d'une munition sans douille, notamment de petit calibre pour une arme à feu portative, par décharge d'un arc électrique produit au voisinage de l'amorce de la munition à partir d'une haute tension appliquée entre deux électrodes, système de mise à feu qui est caractérisé en ce que l'électrode formant l'anode est montée sur un support fixé à l'arrière de la chambre, ce support assurant notamment l'étanchéité aux gaz de combustion et l'isolation électrique de l'anode, et en ce que l'électrode formant la cathode est constituée par la chambre métallique de l'arme.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, le support de l'anode comprend un corps cylindrique électriquement isolant qui entoure l'électrode formant l'anode, une bague en un matériau élastiquement déformable montée autour du corps isolant, et un bouchon de forme annulaire rapporté autour de la bague.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'électrode formant l'anode, le corps isolant, la bague intermédiaire et le bouchon sont assemblés par brasage.
  • A titre d'exemple, dans le choix des matériaux utilisés pour constituer le support de l'anode :
    • le corps isolant est également un matériau thermiquement bon conducteur tel que la céramique et en particulier une céramique à base d'alumine,
    • la bague intermédiaire est en matériau relativement mou tel que de l'acier inoxydable pour absorber notamment les contraintes mécaniques transmises au corps isolant après initiation de la munition, et
    • le bouchon de fixation du support de l'anode est en acier et fixé par vissage à l'arrière de la chambre.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'électrode formant l'anode est un bâtonnet cylindrique en molybdène à bout pointu monté au centre du corps isolant de manière à être axialement aligné avec la munition et en regard de l'amorce, un paillet métallisé est appliqué sur l'amorce de la munition, et la surface du corps isolant en contact avec la munition est sensiblement égale à celle du culot de la munition.
  • Un tout premier avantage de l'invention réside dans un système qui présente des propriétés suffisantes pour pouvoir être utilisé d'une façon fiable et en toute sécurité, en particulier sans risque intempestif d'une thermo-initiation.
  • Un autre avantage du système de mise à feu selon l'invention réside dans sa compacité.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture du complément de description donné ci-après à titre d'exemple en relation avec les dessins sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe axiale du système de mise à feu selon l'invention,
    • la figure 2 représente le détail indiqué par un cercle sur la figure 1, et
    • la figure 3 est une vue en coupe montrant l'incorporation du système de mise à feu dans une arme de petit calibre.
  • Le système de mise à feu 1 représenté à la figure 1 est destiné à initier une munition 2 sans douille, dont la charge propulsive 3 est mise à feu par une amorce 4. La munition est positionnée de manière classique dans une chambre 5a de chargement et de tir de la culasse 5 partiellement représentée d'une arme à feu.
  • Le fonctionnement de ce système de mise à feu 1 est basé sur le principe de la décharge d'un arc électrique produit au voisinage de l'amorce 4 de la munition 2 à partir d'une haute tension appliquée entre deux électrodes, à savoir une anode A et une cathode C constituée par la chambre métallique 5a de l'arme.
  • Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, l'anode A est montée sur un support S fixé à l'arrière de la chambre 5. Ce support comprend un corps cylindrique électriquement isolant 9 qui entoure l'anode A, une bague intermédiaire 10 rapportée autour du corps 9 et un bouchon annulaire 11 qui entoure la bague 10.
  • L'anode A est un bâton cylindrique qui est monté au centre du corps isolant 9 de manière à être axialement aligné avec la munition 2 et en regard de l'amorce 4 en étant légèrement en retrait à l'intérieur du corps 9. Cette anode A est réalisée en molybdène, matériau qui résiste à la corrosion des gaz de combustion, et comporte une extrémité pointue pour favoriser la formation de l'arc électrique.
  • L'autre extrémité de l'anode A est reliée à la chambre 5 par un circuit électrique 6 comprenant une source d'énergie électrique 12, du type condensateur haute tension, et un interrupteur I.
  • Le corps isolant 9 est en céramique, en particulier une céramique d'alumine, matériau choisi en fonction de ses caractéristiques électriques qui assurent l'isolation de l'anode A, de ses caractéristiques thermiques qui assurent le refroidissement en surface de la partie 13 de la céramique en contact avec le culot de la munition 2 et de ses caractéristiques mécaniques qui offrent une bonne résistance à l'écrasement. En effet, un échauffement excessif de la surface de la céramique 9 en contact avec la munition 2 pourrait provoquer une thermo-initiation de la munition sans douille 2. D'autre part, la céramique du corps isolant 9 est soumise à la pression des gaz de combustion de la charge propulsive 3, c'est-à-dire qu'elle est mécaniquement sollicitée à chaque initiation et il faut éviter qu'elle puisse se fissurer. La bague 10 intercalée entre le corps isolant 9 et le bouchon 11 en acier est avantageusement en un matériau élastiquement déformable pour absorber notamment les contraintes mécaniques transmises au corps 9 à chaque initiation d'une munition 2. Cette bague 10 est par exemple en un matériau relativement mou, tel que l'acier inoxydable pour homogénéiser les surfaces en contact et éviter des concentrations de contraintes dues aux irrégularités de surface. Ceci permet d'avoir une meilleure tenue mécanique du corps isolant 9 et de limiter les risques de fissuration de la céramique.
  • D'une manière générale, l'anode A, le corps isolant 9, la bague intermédiaire 10 et le bouchon 11 sont assemblés ensemble par brasage pour assurer l'étanchéité du support S aux gaz de combustion. Ce brasage est référencé 17a, 17b et 17c sur les figures 1 et 2. A cet effet, la bague 10 et le bouchon 11 sont tous deux munis de chanfreins respectifs 15 et 16 laissant un espace libre pour recevoir la brasure.
  • Le bouchon 11 comporte à sa périphérie un filetage 18 qui permet de fixer le support S de l'anode A à l'arrière de la chambre 5a.
  • La structure ainsi réalisée répond notamment aux exigences de tenue thermo-mécanique élevée et d'étanchéité des gaz de combustion avec l'extérieur, la chambre 5a de l'arme étant soumise à des pressions de l'ordre de 5.108 Pa pour une température instantanée des gaz de combustion de l'ordre de 2500°C sur 1ms.
  • Lorsque la munition est chargée dans la chambre 5a et centrée par son projectile dans le canon de l'arme, la munition 2 est en appui sur le support S de l'anode A sans contact avec la paroi latérale métallique de la chambre 5. A cet effet, il est prévu un espace latéral 20 entre la charge propulsive et la paroi interne de la chambre 5a pour éviter des risques de thermo-initiation. La surface 13 du corps isolant 9 du support S sur laquelle vient en appui la munition 2 est sensiblement égale à celle du culot de la munition 2.
  • Pour favoriser le claquage diélectrique entre l'amorce 4 et l'anode A, on prévoit d'appliquer sur toute la surface du culot de la munition 2, un paillet 22 en papier pelure métallisé par exemple avec du cuivre, la face métallisée du paillet étant appliquée contre l'amorce 4. La composition de l'amorce 4 doit être sensible à l'étincelle, mais peu sensible au choc et à la friction. Une composition connue du modèle 4,5 Z peut être utilisée.
  • En outre un revêtement protecteur 24 sous forme de couches de vernis peut être étendu sur toute la surface extérieure de la charge propulsive 3 y compris au niveau du paillet 22 en vue d'assurer une protection efficace de ce dernier contre les agressions de l'environnement.
  • Le fonctionnement du système de mise à feu 1 est décrit ci-après. A la commande du tir d'une munition 2, l'interrupteur 13 est fermé de manière à appliquer une impulsion électrique haute tension de l'ordre de 8 kV délivrée par le condensateur 12 entre l'anode A et la cathode C constituée par la chambre 5a. Un arc électrique se forme alors et le condensateur 12 se décharge en quasi court-circuit suivant un chemin présentant la plus faible rigidité diélectrique. Ce chemin passe par le revêtement de protection 24, le paillet métallisé 22, l'espace 20 entre la charge propulsive 3, et la chambre 5a. La décharge du condensateur 12 provoque un claquage entre l'anode A et la chambre 5a, claquage qui initie l'amorce 4. La dissipation de l'énergie libérée au niveau du paillet métallisé 22 explose localement ce dernier conduisant à une vaporisation du métal de sa face métallisé. Le choc métallique et thermique ainsi créé est transmis à la composition d'amorçage 4 qui est initiée.
  • Bien entendu, le condensateur 12 est rechargé après chaque initiation par une tension V. On prévoit selon l'invention que la tension de claquage nécessaire pour initier l'amorce 4 intervient pour une valeur de l'ordre de 8 kV, alors que le claquage diélectrique entre l'anode A et la bague 10 n'interviendrait que pour une tension supérieure à 20 kV, ce qui constitue un facteur de sécurité.
  • Sur la figure 3, on a représenté l'incorporation du système de mise à feu 1 dans la culasse 5 d'une arme de petit calibre. La culasse 5 est prolongée par le canon 25, un joint d'étanchéité 26 étant placé entre ceux-ci. Enfin, un verrou de culasse 28 verrouille classiquement le canon 25 à la culasse 5.

Claims (9)

  1. Système de mise à feu d'une munition sans douille (2), notamment de petit calibre pour une arme à feu portative, par décharge d'un arc électrique qui est produit au voisinage de l'amorce (4) de la munition (2) à partir d'une haute tension appliquée entre deux électrodes, caractérisé en ce que l'électrode (A) formant l'anode est montée sur un support (S) fixé à l'arrière de la chambre (5), ce support (S) assurant notamment l'étanchéité aux gaz de combustion et l'isolation électrique de l'anode (A), et en ce que l'électrode formant la cathode est constituée par la chambre métallique (5a) de l'arme.
  2. Système de mise à feu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (S) de l'anode (A) comprend un corps cylindrique électriquement isolant (9) qui entoure l'anode (A), une bague (10) en un matériau élastiquement déformable montée autour du corps isolant (9), et un bouchon (11) de forme annulaire rapporté autour de la bague (10).
  3. Système de mise à feu selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'anode (A), le corps isolant (9), la bague (10) et le bouchon (11) sont assemblés les uns aux autres par brasage.
  4. Système de mise à feu selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le bouchon (11) du support (S) de l'anode est fixé par vissage dans la partie arrière de la chambre (5) de l'arme.
  5. Système de mise à feu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anode (A) est sous la forme d'un bâtonnet cylindrique à bout pointu monté au centre du corps isolant (9) de manière à être axialement aligné avec la munition (2) et en regard de l'amorce (4) de la munition (2).
  6. Système de mise à feu selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps isolant (9) est en matériau également thermiquement bon conducteur, tel que de la céramique.
  7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'anode (A) est en molybdène, le corps isolant (9) en céramique à base d'alumine, la bague (10) en acier inoxydable et le bouchon (11) en acier.
  8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface (13) du corps isolant (9) sur laquelle vient en appui la munition (2) est sensiblement égale à celle du culot de la munition (2).
  9. Système de mise à feu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un paillet métallisé (22) est appliqué sur l'amorce (4) des munitions.
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