FR3133666A1 - Vitrage blindé, solidarisé à une carrosserie en l’absence d’un cadre, au moyen d’équerres et de chevilles traversantes - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un ensemble transparent blindé, comprenant un bloc balistique (1), destiné à être fixé devant une ouverture (11) dans une armature (10), qui constitue un élément de maintien du bloc (1), dans lequel des équerres solidaires de l’armature (10) comprennent au moins deux équerres (13) soutenant le bloc (1), et au moins deux équerres (14) à droite et à gauche du bloc (1), le fixant dans sa position horizontale, des chevilles traversantes comprennent chacune une vis (21) insérée dans un manchon d’élastomère (22), introduits dans un alésage (2) traversant le bloc (1), un ressort (23) placé entre l’armature (10) et le bloc (1), et un écrou (24) solidarisé à la vis (21), à travers un alésage (12) dans l’armature (10), le ressort (23) ayant à une longueur de 50 à 100 % de sa longueur à vide ; son utilisation comme vitrage de véhicule blindé. Figure pour l’abrégé : Figure 2
Description
Les véhicules blindés terrestres sont dotés de vitrages de forte épaisseur dont la propriété principale, hormis la transparence, est d’offrir une protection contre des menaces balistiques type munition et éclat de mortier.
Ce type de solution transparente exige de garantir une protection face à des menaces de plus en plus sévères, tout en limitant l’augmentation de masse et d’épaisseur.
Les solutions transparentes blindées le plus couramment fabriquées et commercialisées sont des laminés employant la même banque de matériaux : feuilles de verre collées deux à deux consécutives par des intercalaires viscoélastiques constituant un bloc avant d’une épaisseure≈ 100mm, et film anti-éclat en face arrière.
Ce type d’assemblage permet de mobiliser trois principaux mécanismes de dissipation de l’énergie à l’impact : - par rupture fragile du verre, -par déformation viscoélastique des intercalaires, - par délamination aux interfaces verre/intercalaire.
Il est possible de pondérer la contribution relative de ces trois mécanismes par les propriétés individuelles des constituants, ou leur couplage : le verre via le type de renforcement, les intercalaires via leur nature et/ou leur formulation, leur température de transition vitreuse, et les interfaces via leur fonctionnalisation par des agents chimiques.
Au final, avec une banque de matériaux assez restreinte et des possibilités de modulation tout aussi restreintes, les solutions proposées par les fournisseurs de vitrages blindés présentent désormais des masses et épaisseurs quasi-identiques, à 10% près. Cet alignement correspond à un positionnement à leur extrême limite de fiabilité des tenues à l’impact des assemblages sus-décrits.
De façon plus marginale, le document WO 2009/150380 A2 décrit d’autres solutions employant des matériaux à plus haut module d’Young, tels que la céramique et le saphir (alumine cristalline) (~500 MPa vs ~50 MPa pour le verre). Mais ces solutions, depuis une à deux décennies qu’elles sont développées, ne trouvent pas de marché en raison de leurs coûts élevés.
Un autre axe d’innovation sur ces solutions est la façon de les mettre en cadre pour obtenir des gains en facilité d’implémentation, installation ou remplacement d’une solution sur le système complet, en modulabilité et adaptabilité du cadre, et en légèreté.
Face à des menaces de plus en plus sévères, faute d’une rupture avec la technologie verre/intercalaire sus-décrite, il n’y a pas d’autre choix que d’épaissir les compositions.
Ainsi, sur certains modèles de véhicule comprenant des vitrages de petites dimensions, par exemple latéraux, l’épaisseuretend à se rapprocher de la largeurl(plus petite longueur).
En termes mathématique, le rapport < 1 (et même << 1 pour un pare-brise),
qui permettait jusqu’alors une approche 2D du système, tend à se rapprocher de la valeur =1, ce qui oblige à considérer les systèmes comme étant désormais 3D. Avec cette levée de dégénérescence, les mécanismes de dissipation sus-décrits sont sollicités de manière très différente.
qui permettait jusqu’alors une approche 2D du système, tend à se rapprocher de la valeur
C’est notamment vrai dans le cas d’un choc mou (cas de l’éclat de mortier, ou d’un projectile simulant un fragment – en anglais « Fragment Simulating Projectile », abrégé en FSP -). Dans un vitrage grand et fin (système 2D), c’est le travail en flexion de l’anti-éclat qui est principalement à l’œuvre dans l’arrêt de cet impacteur.
Dans un vitrage petit et épais (système 3D), non seulement ce travail en flexion est réduit proportionnellement à l’aire, mais les ondes de choc se propagent en volume et non plus seulement en surface. Le nouveau mode induit par ce nouveau design, se trouve dans l’axe de l’impact ; on peut l’appeler « mode longitudinal ». Amplifié par l’effet guide d’onde du cadre, ce mode est particulièrement destructeur, conduisant la plupart du temps à un déchaussement de l’anti-éclat et/ou éclat du dernier pli de verre.
La présente invention a donc pour but de diminuer les effets de ce mode longitudinal destructeur, en réduisant l’effet guide d’onde du cadre. L’inventeur a imaginé la suppression du cadre pour laisser au maximum les bords latéraux en contact direct avec l’environnement extérieur au véhicule blindé, c’est-à-dire pour libérer et favoriser la propagation des modes transversaux des ondes de choc. A cet effet, l’invention a pour objet un ensemble transparent à résistance accrue aux balles et/ou éclats et/ou autres projectiles à haute énergie, comprenant un bloc balistique associé à des éléments pour sa fixation à un environnement de montage, dans lequel une face dudit bloc balistique destinée à être au contact de l’atmosphère extérieure est définie comme la face avant, la face opposée destinée à être au contact du volume intérieur de l’environnement de montage est définie comme la face arrière, et toutes faces perpendiculaires aux faces avant et arrière sont des faces latérales du bloc balistique, la face arrière du bloc balistique est de dimensions supérieures à celles d’une ouverture dans la paroi de l’environnement de montage, devant laquelle ledit ensemble transparent est destiné à être fixé, ladite paroi constitue une armature ayant une face avant ou extérieure et une face arrière ou intérieure, la face avant de l’armature constitue un élément de maintien et blocage de ladite face arrière du bloc balistique, caractérisé en ce qu’une structure extérieure d’armature est constituée d’équerres solidaires de l’armature en saillie par rapport à la face avant de celle-ci, qui comprennent au moins deux équerres soutenant le bloc balistique par sa face latérale inférieure, et la quasi-intégralité de son poids, fixant le bloc balistique dans sa position verticale, et au moins deux équerres en position droite et gauche par rapport au bloc balistique, de sorte à le fixer dans sa position horizontale, en ce que des chevilles traversantes sont constituées chacune d’une vis, d’un manchon d’élastomère, d’un ressort et d’un écrou, pour fixer le bloc balistique solidairement à l’armature, en ce que chaque vis est insérée dans un manchon d’élastomère, en ce que l’ensemble des vis et des manchons d’élastomère traverse le bloc balistique à travers des alésages percés dans celui-ci, en ce que chaque écrou est en contact avec la face intérieure de l’armature, en regard d’un alésage dans celle-ci, en ce que chaque ressort est placé entre la face extérieure de l’armature et la face arrière du bloc balistique, et en ce qu’en position fixée du bloc balistique, chaque vis est solidarisée à un écrou, et chaque ressort est contraint à une longueur comprise entre 50 et 100 % de sa longueur à vide (c’est-à-dire pas, ou légèrement bandé).
La substitution du cadre classique par un système d’attaches ponctuelles conduit à une réduction significative du mode longitudinal induit par l’effet guide d’onde d’un cadre sus-décrit.
Par ailleurs, les ressorts positionnés entre le vitrage et l’armature doivent permettre de dissiper de façon non destructrice les modes vibratoires induits par le mouvement du véhicule sur terrain accidenté d’une part, et lors d’un impact par un objet type éclat de mortier, une partie de la quantité de mouvement transférée dudit éclat vers le vitrage d’autre part.
Le nombre des chevilles traversantes dans le bloc balistique, leurs profils et dimensions, notamment leur diamètre, sont fonctions des dimensions du bloc balistique : plus le bloc balistique est épais, donc plus lourd, plus grand sera le diamètre des alésages percés dans le bloc balistique et de l’enveloppe extérieure des manchons d’élastomère. Il y a une optimisation facilement à la portée des spécialistes entre le diamètre (ou la grosseur, l’importance de la section) des chevilles traversantes, et leur nombre, de sorte à garantir la fixation requise en évitant de réduire excessivement le volume transparent dévolu à la vision directe. De même, le nombre des chevilles traversantes doit être suffisant pour maintenir le bloc solidaire de l’armature, sans excéder le nécessaire afin de ne pas introduire un excès d’alésage dans le bloc, ce qui pourrait réduire à l’excès la zone de vision (transparence) pour un passager du véhicule.
Le nombre des équerres de maintien peut être dicté par de simples questions esthétiques de design du véhicule et/ou d’ergonomie.
De préférence, le bloc balistique a une longueur ou « grande longueur » L comprise entre 400 et 2 000 mm, une largeur ou « petite longueur » l comprise entre 100 et 500 mm, et une épaisseur e au moins égale à 60 mm, et tout particulièrement e/l est au moins égal à 1, et au plus égal à 4.
De préférence, chaque équerre est en contact avec une face latérale du bloc balistique par l’intermédiaire d’un patin d’élastomère.
De préférence, chaque manchon d’élastomère a une longueur égale à l’épaisseur e du bloc balistique.
De préférence, chaque manchon d’élastomère a une enveloppe extérieure de géométrie identique à celle de l’alésage du bloc balistique, dans lequel il est destiné à être introduit.
De préférence, chaque manchon d’élastomère présente un creux cylindrique de diamètre intérieur égal au diamètre de sa vis de fixation associée.
De préférence, au moins un manchon d’élastomère a une enveloppe extérieure conique dont la petite section est orientée vers l’armature. Le creux cylindrique du manchon d’élastomère est coaxial à l’enveloppe conique. Ce profil conique permet un meilleur équilibrage entre la force exercée par l’ensemble vis+manchon qui maintient le vitrage (bloc balistique) en position sur l’armature, et la force exercée par le ressort qui tend à repousser le vitrage de l’armature.
De préférence, au moins une vis a une tête hexagonale. Celle-ci est préférable pour une meilleure maîtrise du couple de serrage, et indirectement du degré de bandage du ressort en fin d’installation.
Un autre objet de l’invention consiste en l’utilisation d’un ensemble transparent décrit ci-dessus, comme vitrage de petites dimensions et forte épaisseur à résistance accrue aux balles et/ou éclats et/ou autres projectiles à haute énergie, en particulier comme vitrage latéral de véhicule blindé. On peut citer des véhicules blindés terrestres du type Bastion, Sherpa et VAB commercialisés par la Société Arquus, et Griffon et Titus commercialisés par la Société Nexter.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit des dessins en annexe dans lesquels
En référence à la , la paroi d’une carrosserie d’un véhicule blindé terrestre constitue une structure extérieure d’armature 10, vue ici de l’extérieur du véhicule.
Le bloc balistique 1 transparent est destiné à être fixé contre la face avant de de l’armature 10, en regard d’une ouverture 11 dans l’armature 10. La surface du bloc balistique 1 est plus grande que celle de l’ouverture 1, de sorte que le bloc balistique puisse recouvrir complètement cette ouverture 11, avec un débordement. D’une part, c’est à travers ce débordement du bloc balistique 1 qu’on le fixe à l’armature 10, comme détaillé ci-après, d’autre part, en position fixée du bloc balistique 1, il est en butée contre la face avant ou extérieure de l’armature 10.
Une structure extérieure d’armature est constituée d’équerres solidaires de l’armature 10 en saillie par rapport à la face avant de celle-ci 10, qui comprennent au moins deux équerres 13 destinées à soutenir le bloc balistique 1 par sa face latérale inférieure, et la quasi-intégralité de son poids, fixant le bloc balistique 1 dans sa position verticale, et au moins deux équerres 14 en position droite et gauche par rapport au bloc balistique 1, de sorte à le fixer dans sa position horizontale. En position de fixation du bloc balistique 1, le contact de celui-ci 1 avec chaque équerre 13, 14, est réalisé par l’intermédiaire d’un patin d’élastomère 15.
Le bloc balistique 1 comprend des alésages 2 destinés à recevoir des chevilles traversantes non représentées et qui, dans la position de fixation du bloc balistique 1, sont chacun en regard d’un alésage 12 correspondant dans l’armature 10.
En référence à la , le bloc balistique est positionné dans sa position de fixation, avec maintien et blocage par la face avant de l’armature 10, et les équerres 13, 14.
En référence à la et la , chaque couple d’alésages 2, 12 coopère avec une cheville traversante constituée d’une vis 21, d’un manchon d’élastomère 22, d’un ressort 23 et d’un écrou 24, pour contribuer à fixer le bloc balistique 1 solidairement à l’armature 10. Le manchon d’élastomère 22 a des dimensions extérieures identiques aux dimensions de l’alésage 2, y compris une longueur de manchon 22 identique à l’épaisseur du bloc balistique 1. En position de fixation du bloc balistique 1, Le manchon d’élastomère 22 est introduit dans l’alésage 2, et la vis 21 par l’extérieur dans le volume cylindrique creux interne au manchon d’élastomère 22, de sorte à traverser l’épaisseur du bloc balistique 1 et celle de l’armature 10 et à être vissée à un écrou 24 en contact avec la face arrière ou intérieure de l’armature 10. Un ressort 23 est positionné entre la face arrière ou intérieure du bloc balistique 1 et la face avant ou extérieure de l’armature 10, de manière à être contraint à une longueur comprise entre 50 et 100 % de sa longueur à vide.
En référence à la , le manchon d’élastomère 22 a une enveloppe extérieure conique dont la petite section est orientée vers l’armature 10. Le creux cylindrique du manchon d’élastomère 22 est coaxial à l’enveloppe conique. Ce profil conique permet un meilleur équilibrage entre la force exercée par l’ensemble vis 21 + manchon 22 qui maintient le vitrage (bloc balistique 1) en position sur l’armature 10, et la force exercée par le ressort 23 qui tend à repousser le vitrage 1 de l’armature 10.
La vis 21 a une tête hexagonale. Celle-ci est préférable pour une meilleure maîtrise du couple de serrage, et indirectement du degré de bandage du ressort 23 en fin d’installation.
Claims (11)
- Ensemble transparent à résistance accrue aux balles et/ou éclats et/ou autres projectiles à haute énergie, comprenant un bloc balistique (1) associé à des éléments pour sa fixation à un environnement de montage, dans lequel une face dudit bloc balistique (1) destinée à être au contact de l’atmosphère extérieure est définie comme la face avant, la face opposée destinée à être au contact du volume intérieur de l’environnement de montage est définie comme la face arrière, et toutes faces perpendiculaires aux faces avant et arrière sont des faces latérales du bloc balistique (1), la face arrière du bloc balistique (1) est de dimensions supérieures à celles d’une ouverture (11) dans la paroi de l’environnement de montage, devant laquelle ledit ensemble transparent est destiné à être fixé, ladite paroi constitue une armature (10) ayant une face avant ou extérieure et une face arrière ou intérieure, la face avant de l’armature (10) constitue un élément de maintien et blocage de ladite face arrière du bloc balistique (1), caractérisé en ce qu’une structure extérieure d’armature est constituée d’équerres solidaires de l’armature (10) en saillie par rapport à la face avant de celle-ci (10), qui comprennent au moins deux équerres (13) soutenant le bloc balistique (1) par sa face latérale inférieure, et la quasi-intégralité de son poids, fixant le bloc balistique (1) dans sa position verticale, et au moins deux équerres (14) en position droite et gauche par rapport au bloc balistique (1), de sorte à le fixer dans sa position horizontale, en ce que des chevilles traversantes sont constituées chacune d’une vis (21), d’un manchon d’élastomère (22), d’un ressort (23) et d’un écrou (24), pour fixer le bloc balistique (1) solidairement à l’armature (10), en ce que chaque vis (21) est insérée dans un manchon d’élastomère (22), en ce que l’ensemble des vis (21) et des manchons d’élastomère (22) traverse le bloc balistique (1) à travers des alésages (2) percés dans celui-ci (1), en ce que chaque écrou (24) est en contact avec la face intérieure de l’armature (10), en regard d’un alésage (12) dans celle-ci (10), en ce que chaque ressort (23) est placé entre la face extérieure de l’armature (10) et la face arrière du bloc balistique (1), et en ce qu’en position fixée du bloc balistique (1), chaque vis (21) est solidarisée à un écrou (24), et chaque ressort (23) est contraint à une longueur comprise entre 50 et 100 % de sa longueur à vide.
- Ensemble transparent selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc balistique (1) a une longueur ou « grande longueur » L comprise entre 400 et 2 000 mm, une largeur ou « petite longueur » l comprise entre 100 et 500 mm, et une épaisseur e au moins égale à 60 mm.
- Ensemble transparent selon la revendication 2, caractérisé en ce que e/l est au moins égal à 1, et au plus égal à 4.
- Ensemble transparent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque équerre (13, 14) est en contact avec une face latérale du bloc balistique (1) par l’intermédiaire d’un patin d’élastomère (15).
- Ensemble transparent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque manchon d’élastomère (22) a une longueur égale à l’épaisseur e du bloc balistique (1).
- Ensemble transparent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque manchon d’élastomère (22) a une enveloppe extérieure de géométrie identique à celle de l’alésage (2) du bloc balistique (1), dans lequel il est destiné à être introduit.
- Ensemble transparent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque manchon d’élastomère (22) présente un creux cylindrique de diamètre intérieur égal au diamètre de sa vis (21) de fixation associée.
- Ensemble transparent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins un manchon d’élastomère (22) a une enveloppe extérieure conique dont la petite section est orientée vers l’armature (10).
- Ensemble transparent selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une vis (21) a une tête hexagonale.
- Utilisation d’un ensemble transparent selon l’une des revendications précédentes, comme vitrage de petites dimensions et forte épaisseur à résistance accrue aux balles et/ou éclats et/ou autres projectiles à haute énergie.
- Utilisation selon la revendication 10 comme vitrage latéral de véhicule blindé.
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