Dégradations dans un contact à grande vitesse en régime transitoire

par Olivier Lesquois

Thèse de doctorat en Sciences. Mécanique

Under the supervision of Philippe Kapsa.


  • Abstract

    L'amélioration des performances des systèmes d'armes de tous calibres passe par le maintien d'un équilibre entre la puissance mise en jeu et la durée de vie des tubes d'armes. Lors du tir d'un projectile, différents phénomènes apportent d'importantes quantités de chaleur dans le tube, le frottement, la déformation de la ceinture du projectile et les gaz de propulsion. Afin d'aborder l'étude de ces phénomènes tribologiques, un tribomètre à grande vitesse à été développé à l'ETCA. Sa gamme de vitesse de frottement est comprise entre 10 et 400 m/s. Ces performances sont encore assez loin de celles qu'il serait souhaitable d'atteindre pour pouvoir simuler les vitesses de frottement des projectiles. Cependant, la mise au point d'un système expérimental permettant d'étudier le frottement dans les tubes d'arme avec une géométrie et des vitesses similaires à celles que l'on a dans la réalité serait fort coûteuse. La machine ainsi réalisée permet des études intéressantes dans une gamme de pression et de vitesse déjà assez élevée. Le but de ce travail de thèse était double. Dans un premier temps, il a fallu effectuer une mise au point des essais pour atteindre une bonne reproductibilité et s'affranchir dans la mesure du possible des problèmes vibratoires de la machine. Lors de cette phase, la chaîne de mesure a été enrichie d'un capteur de position permettant d'obtenir l'usure linéaire ainsi que de trois thermocouples positionnés sur le pion. Afin de pouvoir traiter d'une manière performante les données, l'acquisition des mesures a été informatisée. Dans un deuxième temps, afin de mieux comprendre les phénomènes physiques mis en jeu, une approche plus théorique avec une tentative de modélisation a été abordée. Les matériaux purs et les aciers étudiés présentent chacun un comportement spécifique montrant ainsi l'influence de nombreux paramètres physiques. Les températures moyennes du contact, les flux de chaleur entrant dans le pion, les coefficients de partage de la chaleur et les gradients de température dans le pion ont pu être obtenus et étudiés sur l'acier. Le chrome dur électrolytique apporte une protection tribologique et thermique qui a pu être analysée.


  • Abstract

    The improvement of the capacities of a weapon system of any calibre needs to be balanced between the power and the lifetime of the bore. When a projectile is fired, different phenomena bring a large amount of heat in the tube, the sliding, the deformation of the belt and the propellant gas. The ETCA's tribometer of great velocity has been developped to study this tribological phenomena. The sliding speed varies from 10 to 400 m/s. These performances are still not high enough to simulate those happening in the tubes. However, the realisation of an experimental system able to study the sliding in gun tubes with geometry and speeds similar to those really attained will be very expensive. The tribometer of great velocity gives an interesting range of pressure and speed. The objectives of this work were first to adjust the methodology to obtain a good reproducibility and to avoid the vibrational problems on the engine. During this phase, the measuring system has been improved with a capacitive sensor able to give the evolution of the linear wear and with three thermocouples on the side of the pin. The acquisition system was computed for further treatment. Afterwards, a more theoretical approach, with a modelisation attempt, has been made to have a better understanding of the physical phenomena. Each pure material which was tested have his own particular features showing the influence of numerous physical parameters. The mean contact temperature, the flux of heat coming into the pin, the heat distribution coefficients and the heat gradient in the pin have been obtained and studied on steel. Hard chromium has also been studied, it gives a good tribological and thermal protection.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (142 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 69 réf.

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  • Cote : N140-LES
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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  • Cote : T1548
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