Problématique

Le principe même de fonctionnement d’une arme à feu repose sur la poussée du projectile par un gaz sous pression. Ce gaz est obtenu par la combustion d’une charge de propergol à l’intérieur du canon fermé, à l’arrière par une culasse, alors que l’étanchéité entre le canon et le projectile est maintenue soit par un contact direct entre le canon et le projectile, soit au moyen d’une ceinture, soit au travers d’un sabot dans le cas des projectiles sous-calibrés.

La performance d’une arme est souvent assimilée à l’énergie cinétique maximale donnée à projectile en sortie du canon. Indépendamment de la masse du projectile ou de la vitesse initiale souhaitée, pour maximiser les performances de l’arme, il est nécessaire que la pression au culot du projectile soit maximale le plus longtemps possible ce qui implique une pression maximale dans l’ensemble du canon. Ainsi, une augmentation de la performance d’une arme se traduit nécessairement par le fait de soumettre le canon à une sollicitation mécanique plus importante sur l’ensemble de sa longueur.

État de l’Art

La pression maximale de service d’une arme est un paramètre défini lors de la conception d’une munition principalement par la résistance du canon standard qui sera utilisé. Lors de ce processus, de nombreux paramètres sont fixés de manière plus ou moins définitive sous la forme de standards de manière à garantir l’interopérabilité entre les armes et les munitions d’un même calibre en toute sécurité pour l’opérateur.

En ce qui concerne les armes à feu à forte vitesse initiale, l’épaisseur de la paroi du canon, au niveau de la culasse, est souvent supérieure au diamètre interne du canon, ce qui implique que la pression maximale de service est directement liée à la limite élastique de la matière utilisée pour le canon. Ainsi, un concepteur de munition n’a qu’un nombre de limité de pistes pour proposer des munitions à performances améliorées :

• Augmenter la durée de poussée maximale : en allongeant le canon et en augmentant le volume de la douille pour augmenter la charge propulsive, mais surtout en adoptant des géométries de poudre beaucoup plus complexes de manière à ce que la pression maximale soit maintenue plus longtemps malgré l’augmentation du volume disponible pour les gaz de propulsion lorsque le projectile avance dans le canon.
• Augmenter la surface d’appui de cette pression maximale en augmentant le calibre de l’arme et en adoptant un dispositif de sous-calibrage.

Si la qualité des aciers utilisés pour la fabrication des armes à feu a toujours été un moteur de l’amélioration des performances de ces armes, force est d’admettre qu’un pic de performance a été atteint lorsque les aciers développés dans le cadre des programmes nucléaires ont été rendus disponibles à l’industrie de l’armement dans les années 1970-1980.

Solution Proposée

Pour réduire la sollicitation auquel est soumise le canon lors du tir, il est impératif de transformer la répartition de l’énergie au sein de l’ensemble canon, gaz de propulsion, projectile afin de diminuer la part liée à l’énergie thermique des gaz de propulsion au sein du canon dans la mesure où c’est elle qui est responsable de la pression sur les parois du canon. La solution proposée consiste à  maximiser la vitesse des gaz dans l’axe du canon le plus tôt possible dans le canon de sorte à transformer une partie de l’énergie thermique des gaz de propulsion en énergie cinétique.

Pour ce faire, il est nécessaire de procéder à la séparation entre une chambre de combustion, dans laquelle règne une forte pression nécessaire au maintien de la combustion, et le canon dans lequel les gaz de propulsion poussent sur le projectile et principalement sur lui. Le séparateur consiste en une tuyère dite de Laval qui, une fois amorcée, permet aux gaz de propulsion de subir une détente importante avant d’être recomprimé derrière le projectile.

Cette solution offre les avantages suivants :

• Suite à l’amorçage de la tuyère, la répartition de la pression dans le canon passe par un minimum en sortie de tuyère et une recompression progressive le long du canon de sorte que la pression maximale dans le canon est au culot du projectile, cela tant que la tuyère est amorcée.
• Les gaz en sortie de la tuyère, une fois que celle-ci est amorcée, ont une vitesse supérieure à celle du projectile ce qui rend plus efficace la propulsion des projectiles à forte vitesse initiale.
• Une grande partie de la charge propulsive à l’état solide peut être coincée dans la chambre de combustion dont le volume reste constant lors du tir. Cela simplifie la géométrie des poudres nécessaire à l’obtention d’une pression constante dans le temps puisqu’il n’est plus nécessaire de compenser une augmentation de volume par une augmentation de la surface de combustion. Cela permet aussi de minimiser les imbrûlés dans la mesure où la pression en chambre de combustion est fixée par la section du col de la tuyère.

 

Performances Calculées

Outre la diminution de la pression s’appliquant sur les parois du canon, la mise en place de cette innovation se traduit dans les résultats théoriques par un second pic d’accélération du projectile à l’amorçage de la tuyère. Cela implique une exploitation plus efficace de l’ensemble du canon et donc une vitesse initiale plus importante à longueur de canon égale.