Influence de facteurs géométriques du tube sur la dynamique et la précision des tirs

Dynamic of tubes crossed by high speed projectiles, Influence of tube geometry on the dynamic and the accuracy in shooting.

• Auteur / Autrice : Baptiste Huber
• Direction : Habibou Maitournam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et des solides, acoustique
• Date : Soutenance le 15/11/2019
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences de la mécanique et Applications industrielles
• Jury : Président / Présidente : Alain Ehrlacher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Ehrlacher, Ziad Moumni, Laëtitia Fouché
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Etienne Balmès, Jérôme Crépin

Mots clés

Mots clés libres

Tube d'arme

Précision de tir

Balistique intérieure

Rectitude

Modélisation numérique 3D

Interaction tube/projectile

Gun barrel

Gun accuracy

Internal ballistics

Straightness

Tridimensional numerical analysis

Projectile/tube interaction

Résumé

La réponse dynamique d’un système de tir est extrêmement sensible à certaines imperfections géométriques de ses éléments (tube et projectile). Comprendre l’influence de ces facteurs géométriques et mécaniques est l’objet de cette thèse. Dans cette optique, un modèle numérique précis de dynamique de tir a été développé. Ce dernier repose sur des données issues de différentes expériences permettant de caractériser le tube et les munitions. Après une présentation élargie de la méthodologie proposée ainsi que de son contexte et d’une bibliographie associée, celle-ci est mise en oeuvre en trois étapes. Tout d’abord, une procédure de mesurage du profil de rectitude d’un tube d’arme de moyen calibre est proposée. Ensuite, différentes caractérisations dynamiques d’éléments de l’arme et de la munition sont exposées. En effet, la caractérisation expérimentale du comportement mécanique du matériau constituant la ceinture de l’obus s’est avérée nécessaire pour alimenter le modèle numérique. Des analyses modales expérimentales de l’appareil de tir ont permis d’affiner la connaissance de son comportement vibratoire. Des essais de compression des liens élastiques absorbant le recul du canon ont apporté une plus grande maîtrise de ces éléments au comportement atypique. Enfin, un modèle en élément finis est développé et alimenté par les mesures expérimentales réalisées. Un soin tout particulier a été apporté à représenter fidèlement la géométrie du tube et ses imperfections. Ceci amène les simulations numériques de balistique intérieure qui permettent des études de sensibilité de paramètres influençant la précision de tir.

The objective of thesis is to study the movements of the tube and of the projectile which influence mutually. These correlations depend on distortions of the tube, on the speed and on the acceleration of the projectile. The distortion of the tube is due to the actions of contact of the projectile and to the pressure of gases applied to the tube behind the projectile. Acceleration of projectiles are so intense as every imperfection or movement of the tube will have an all the bigger influence on the movements of the projectile and so on his initial conditions of flight, and therefore on his final precision relating to the aimed point. Offered research work includes several stages and puts different disciplines into play: - Determination of the geometry of the tubes of weapon: methodology of measures. - Understanding of phenomena in phasis of internal ballistics: experimental trials, instrumentation of projectiles. - Identification of parametres influencing performances in shooting: statistical studies. - Modelling of the tossing of the munition: numerical simulation.