Problématique

Une des contraintes deconception des munitions limitant le niveau de performance générale des armes à feu réside dans l’échauffement du canon en particulier pour les armes tirant des munitions à forte énergie à la bouche à des régimes de tirs élevés. En effet, le principe de fonctionnement d’une arme à feu consiste en la propulsion d’un projectile par la pression des gaz chauds générés par la combustion d’une charge propulsive. Cela implique qu’une partie de l’énergie thermique présente dans ces gaz de propulsion est perdue par transfert thermique au travers de la paroi interne du canon ce qui provoque un échauffement significatif de celui-ci.

Les manquements dans la gestion thermique d’une arme se traduisent au mieux par une dégradation de la durée de vie du canon (perte de précision liée à l’avancée de la prise de rayure dans le canon), au pire par une dégradation de la sécurité de l’arme (risque de cook-off, explosion du canon sous les contraintes mécaniques lors d’un tir).

État de l’Art

Pour pallier à la dégradation des performances mécaniques du canon lorsque celui-ci monte en température, un concepteur d’arme doit intégrer des solutions de refroidissement passif ou actif (canon massif remplaçable rapidement, ailettes de refroidissement, puits thermique, refroidissement liquide…), ou à défaut, limiter la puissance des munitions utilisables ou le régime de tir acceptable.

Solution Proposée

Pour réduire la sollicitation thermique du canon d’une manière directe, sans diminuer les performances de la munition, la solution repose sur la formation d’un film protecteur sur la paroi interne du canon lors du passage du projectile dont l’élimination est assurée par les gaz propulsifs. Ainsi, le contact direct entre les gaz de propulsion et le canon est à minima retardé le temps de la dégradation du film ce qui implique que la paroi interne du canon n’est soumise à un transfert thermique important qu’après un délai autorisant une diminution de la température des gaz liée à la détente de ces derniers dans le canon.

Ce film protecteur est formé par le transfert de matière d’un sabot entourant le projectile se déposant sur la paroi du canon par érosion lors du passage du projectile dans le canon. Pour forcer et  contrôler le rythme de dégradation du sabot, et ainsi maîtriser l’épaisseur du film protecteur, le canon présente une conicité impliquant une diminution de son diamètre interne au fur et à mesure de l’avancement du trajet du projectile dans le canon jusqu’à un minimum fixé par le diamètre du projectile.

Pour éviter un encrassement trop important du canon et faciliter l’évacuation du film protecteur lors de chaque tir, la matière pouvant être utilisée pour la fabrication du sabot doit posséder au moins l’une des propriétés suivantes :

• Une température de fusion ou de sublimation inférieure à la température atteinte par les gaz de combustion présents dans la section conique du canon lors du tir.
• Une composition chimique complémentaire à celle des gaz de propulsion de sorte que la mise en contact des deux soit propice à une réaction chimique dont les produits sont à l’état gazeux.
• Contienne une forte proportion en propergol à faible vitesse de combustion et dont la température de combustion est relativement basse.

Performances Calculées

La mise en œuvre de cette innovation permet d’atteindre un niveau de performances en termes de vitesse de projectile à la bouche du canon sensiblement supérieure à celle obtenue par un canon standard de même longueur, et potentiellement du même ordre que celle d’un projectile sous-calibré utilisant un sabot en aluminium dans un canon droit au diamètre initial du canon conique.