Brevet FR2053077A1 — publié le 19710416

20'5307T" La présente invention concerne les systèmes de commande des fusées, et en particulier les systèmes permettant de faire varier le réglage de la distance pendant la course du projectile. - Les fusées classiques peuvent être groupées d'après les différentes caractéristiques de fonctionnement, par exemple les mécanismes à minuterie préalablement réglée pour le temps nécessaire au trajet jusqu'à la cible, les mécanismes détectant la proximité de la cible, et les mécanismes à impact fonctionnant du fait du choc sur la cible.-Quand une fusée fusante classique a été réglée et que le projectile a été tiré, le canonnier perd le contrôle de la fusée, et la précision dépend des mouvements imprévus de la cible et de la précision du système de réglage du temps. ,v.,Dan$ le .cas d'une fusée détectant la proximité, le contrôle est ^ perdu aussi après le départ du projectile, et la fusée peut détoner prématurément du fait de la proximité d'autres objets. Une fusée percutante classique .ne peut pas être commandée après le départ du projectile. L'invention a pour objet un système ayant la précision 20 inhérente d'un dispositif du type minuterie, digitale et électronique et permettant en plus le réglage par le canonnier de l'intervalle du parcours jusqu'au fonctionnement et atteignant ainsi les meilleures caractéristiques des fusées à minuterie digitale et des fusées de proximité. ' Une caractéristique de l'invention est une fusée à temps, digitale et électronique dont la base de temps est introduite par une liaison de commande radar à un taux inversement proportionnel au temps désiré pour le parcours du projectile. Un dispositif télémétrique poursuiveur de cible, tel qu'un laser de télémétrie, fournit une information représentant la distance de la cible à un-émetteur radar puisé. Le signal de distance du dispositif télémétrique commande une unité de commande à fréquence variable d'impulsions qui à aon tour ajuste la fréquence des impulsions de l'émetteur à une valeur inversement proportionnelle à la distance de la cible. L'émetteur est; fixé sur le système de l'arme de lancement et il t'O rayonne dans la direction du trajet du projectile. Chaque projectile comporte un circuit de commande de la fusée comprenant une antenne, un détecteur haute fréquence, un compteur à réglage fixé et un circuit détonateur. sad original COPY 70 27089 2 2053077 Le circuit de commande de la fusée de chaque projectile est actionné peu après le départ du projectile de la bouche du canon. Pendant son trajet vers la cible, le projectile reçoit une série d'impulsions haute fréquence à une fréquence permettant 5 de remplir juste le compteur au moment où le projectile se trouve à la distance voulue. Le compteur de la fusée compte les impulsions reçues pendant son déplacement vers la cible.,Quand le nombre prédéterminé a été accumulé, le . circuit. d ' amorçage., fait détoner la charge principale. Quand la fréquence à laquelle les 10 impulsions doivent être engendrées a été établie en fonction .de la distance de la cible, chaque projectile doit parcourir un trajet de la même durée et de la même distance avant qu'il accumule le même compte total. Par suite, en .réglant .la fréquence- des impulsions de 1'émetteur, le cannonier ajuste la distance à l_g laquelle est provoquée la détonation de la charge ...principale.. Le système selon 1 ' invejatiorv a en particulier les avantages exceptionnels suivants : ;.-v ; ., . .. ■ (1) il est .insensible à Xa ,c-adence de tir des projectiles, c'est-à-dire que la détonation de. la charge prin- 20 cipale a lieu à la même distance aussi, bien dans le cas du tir coup à coup que du tir par rafales, .. - (2) la résolution désirée, pour la distance de détonation est limitée seulement par la capacité du compteur de la fusée et la fréquence des impulsions de l'émetteur, 25 (3) la distance.de détonation peut être réglée automatiquement si un dispositif indicateur automatique, de distance est disponible, . (4) la distance de détonation peut être modifiée intentionnellement pendant le mouvement du projectile vers la 30 cible, (5) le brouillage est difficile parce qu'un émetteur spécial est nécessaire pour communiquer avec le projectile et que 1'antenne réceptrice du projectile est directionnelle vers 1'arrière. 35 Un système similaire peut être utilisé conformé ment à 1'invention pour démarrer le moteur de roquette d'un projectile à système de propulsion autonome à la distance la plus 70 27089 3 2053077 appropriée pour sa trajectoire programmée. La vitesse initiale du projectile, l'élévation du canon et l'information représentant la distance de la cible sont traitées pour établir une donnée de temps jusqu'au point d'allumage qui est ensuite convertie 5 en fréquence des impulsions de l'émetteur. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un système 2^0 pour fusées pour obus tirés par rafales à une distanee commandée selon un mode de mise en oeuvre de l'invention; - la figure 2 représente une vue en élévation latérale et partiellement en coupe d'une fusée selon un mode de mise en oeuvre de l'invention convenant particulières ent pour être montée içj à l'extrémité avant d'un projectile de petit calibre; - la figure 3 est le schéma général du circuit électronique de la fusée de la figure 2; - la figure 4 est le schéma du circuit électronique de la fusée de la figure 2; 20 ~ figure 5 est le schéma du drcuit électronique du basculeur de remise à zéro; - la figure 6 est une courbe de la distance du projectile en fonction de la fréquence des impulsions du radar;et - la figure 7 est une vue en perspective et partiel-25 lement en coupe d'une fusée selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention convenant particulièrement pour le montage à l'extrémité arrière d'un projectile du type roquette à système de propulsion autonome. Le système de commande de fusée représenté sur la 20 figure 1 suivant un mode de mise en o'euvre préféré de 1 ' invertLon comporte une source d'information de distance, tel qu'un laser de télémétrie 10, un dispositif de commande à fréquence d'impulsions variable 12, un émetteur d'impulsions tel qu'un radar à bande de 5.200 à 11.000 MHz, une antenne d'émission 16, un canon 18 et plusieurs projectiles 20. Chaque projectile 20 est muni d'une fusée 22 (figure 2) qui comporte une coquille 24 formant une antenne telle qu'une antenne à fentes 26, un circuit électronique 28, une pile 30 qui peut être une pile thermique, un ensemble 70 27089 2053077 à rotor détonateur 32 et une charge secondaire 34, L'ensemble rotor détonateur 32 comprend un rotor sphérique 36 contenant une charge d'amorçage 38, un filament 40, un'-balai de contact 42, et un ressort de retenue en C 44. Le 3 rotor est maintenu décalé en position de sûreté jusqu'à ce que la vitesse de rotation du projectile après le départ assure un effet centrifuge suffisant pour que le ressort de retenue 44 passe dans un évidement annulaire 46 de la coquille pour libérer le rotor. Le rotor tourne ensuite pour aligner axialement son centre 10 de gravité et la charge d'amorçage sur l'axe longitudinal du projectile. Le rotor tourne autour d'un axe transversal 48 qui oblige le rotor, à tourner dans un plan longitudinal prédéterminé afin que le contact 42 effectue son balayage dans ce plan. La pile thermique 30 comporte deux électrodes 15 séparées par un électrolyte normalement à l'état solide et non conducteur, fusible thermiquement. Une matière thermogène ests montée en relation de conduction thermique avec 1 ' électro-lyte et elle peut être amorcée par une capsule de percution disposée entre deux surfaces rigides, dont l'une est un percuteur mobile. 20 La pile est normalement inactive jusqu'au lancement du projectile, l'inertie provoquant la percussion du percuteur sur la capsule pour l'explosion et l'amorçage de la matière thermogène qui provoque la fusion de 1'électrolyte pour amorcer la pile. La pile 30 est supportée dans une cavité de la coquille par une bague en 25 diélectrique avant 50, une bague en diélectrique arrière 52 et une bague élastique de retenue 54. L'enveloppe 56 de la pile constitue la borne négative qui est balayée par le contact 42 du détonateur. Le circuit électronique 28 comprend l'antenne 26 30 et un détecteur à diode 60, un amplificateur vidéo à deux étages 62, un compteur 64, un circuit d'allumage 66 et un circuit de remise au repos 68. L'antenne est une antenne double à fentes à quatre entrées dont les dimensions et la phase de «la sonde sont prévues pour augmenter le gain de l'antenne vers l'arrière 35 du projectile. Cette disposition à fentes en utilisant deux paires de fentes diamétralement opposées voisines espacées d'un quart d'onde donne un gain d'antenne dans la direction arrière de +5 db par rapport à un dipôle classique. Le courant d'antenne est détecté par les crêtes par une diode 60 dont le signal sortant est l'enveloppe des crêtes du signal haute fréquence émis. Le 70 27089 5 2.053077 niveau de tension du signal est à ce moment approximativement 0,05 V pour un émetteur de 40 kW (puissance de crête) à une portée de 3*000 m. Les impulsions détectées sont amplifiées par un amplificateur à deux étages 62 jusqu'à un niveau convenable de la commande du compteur 64. Ce compteur comporte douze étages de basculeurs en cascade qui assurent un rapport du compte entrant au compte sortant de 2^^ ou 2.048. La commutation du dernier étage est détectée pour assurer un circuit sortant de sorte que le compte établi par le compteur est seulement 1024. Quand le signal à la sortie du onzième basculeur est bas sur la borne "un", le signal à la sortie de la porte 66A (porte Ni) est au niveau élevé ce qui rend les transistors amplificateurs de sortie 66B et 66C conducteurs pour le passage de courant à travers le filament 40 pour allumer la charge d'amorçage 38 après un temps défini fonction de la durée et de l'intensité du courant. Quand le projectile est sorti du canon et quand > t « ■ " - , ; -h , la pile est amorcée, un temps défini est nécessaire pour que la tension à la sortie de la pile atteigne sa valeur totale. Quand la tension pour l'excitation convenable des basculeurs est atteinte, chacun de ces basculeurs est conditionné pour que sa sortie "un" soit au niveau élevé et sa sortie "zéro" au niveau bas ou que sa sortie "un" soit au niveau bas et sa sortie "zéro" au niveau élevé. En l'absence du circuit de remise à zéro automatique^ si la sortie "un" du onzième basculeur est au niveau bas et la sortie "zéro" du douzième basculeur est au niveau élevé, le courant commence à passer à travers le filament 40 du détonateur,. Autrement la détonation aura lieu après un certain délai. Une autre condition moins catastrophique mais non désirable est que si l'un quelconque des basculeurs produit un signal sortant de niveau élevé sur sa sortie "un", le compteur établit un compte faible. Le circuit de remise'"à zéro automatique 60 provoque un niveau bas sur les sorties des niveaux "un" du basculeur du compteur au moment de l'établissement de la tension d'alimentation par la pile 30 de la fusée. Cette remise à zéro a lieu en moins d'une microseconde, ce qui empêche un fonctionnement prématuré du détonateur. Le basculeur de remise à zéro 70, la porte NI de 70 27089 6 2053077 remise à zéro 72 et le transistor PNP 74 à émetteur couplé à la masse sont utilisés pour constituer le circuit de remise à zéro sous la forme d'une boucle de sûreté. Le basculeur 70 peut être formé de la façon représentée sur la figure 5 Par deux portes NI 5 80 et 82. La sortie "un" 84 de la porte 82 est connectée à une entrée 86 de la porte NI 80 dont l'autre entrée 88 reçoit -une impulsion. La borne de sortie "zéro" 90 est connectée à une entrée 92 de la porte NI 82 dont 1'autre entrée 9^. reçoit le signal de remise à zéro. La: borne de sortie "zéro" -90 du bascu- -10 leur 70 est connectée à l'entrée 95 de la porte.NI 72 dont l'autre entrée 96 est connectée à la. masse. La sortie. 98 de la porte. 72 est connectée à la base du transistor,74 dont l'émetteur est connecté à la borne de tension d'alimentation et dont le collecteur est connecté au conducteur général 100. La porte NI 72 établit 15 le retard le plus long dans la.boucle, c'est-à-dire le plus- grand retard entre l'entrée et la sortie, et le transistor- de commande produit le retard le plus faible. .; • • Le fonctionnement dû circuit,-de remise à zéro peut-être divisé en trois phases, la phase I correspondant,à la durée 20 pendant laquelle la tension,monte à,sa valeur normale, la phase II c'est-à-dire-la, durée après la remise à zéro et avant la\ réception-de la première impulsion de l'émetteur, et la phase III c'est-à-dire l'action à-partir de la réception de :1apremière impulsion de 1'émetteur. 25 En considérant la phase I, la borne de sortie "zéro" du basculeur.de remise à zéro est initialement au niveau élevé - -ou au niveau bas. En supposant que la sortie "zéro" 90 est au ' niveau élevé, la sortie 98 de la porte NI 72 est initialement au niveau bas, la base du transistor est initialement au niveau 30 bas et le transistor est conducteur, de sorte que le' conducteur de remise à zéro 100 est initialement au niveau élevé. Ce signal ramène à zéro tous les basculeurs du compteur. Le signal de remise à zéro de niveau élevé sur la borne d'entrée 9^ provoque aussi un signal de niveau bas sur la sortie 84, et par suite un 35 signal de niveau bas sur l'entrée 86 pour maintenir le signal au niveau élevé-sur la sortie 90. En supposant que la sortie zéro est au niveau bas, la sortie 98 de la porte NI 72 est initialement au niveau bas et en raison du.délai long de transfert, la base 70 27089 7 2053077 du transistor est initialement au niveau bas et le transistor est conducteur, de sorte que le conducteur de remise à zéro 100 est initialement au niveau élevé. Ce signal initial au niveau élevé provoque le retour à zéro de tous les basculeurs du compteur 5 et aussi le retour au repos du basculeur de remise à zéro. Après le délai long de transfert, la sortie 98 de la porte NI 72 pâsse au niveau élevé, de sorte que la base du transistor passe au niveau élevé et le transistor devient non conducteur, et par suite le signal sur le conducteur de remise à zéro passe au niveau bas. 10 Cependant, le basculeur de remise à zéro est déjà revenu au repos, de sorte que sa sortie "zéro" est à ce moment au niveau élevé, et comme il a été indiqué, le transistor de commande est conducteur et le signal du conducteur 100 revient au niveau élevé. Pendant la phase II, la sortie "zéro" du basculeur 15 de remise à zéro est ainsi au niveau élevé, la sortie 98 de la porte NI 72 est au niveau bas, le transistor 74 est conducteur et le signal sur le conducteur de remise à zéro est au niveau élevé. De plus, la sortie "un" 84 du basculeur de remise à zéro est au niveau bas. 20 Quand la première impulsion de l'émetteur est reçue pendant la phase III, elle est transmise à l'entrée 94 du basculeur 70 de sorte que la sortie "zéro" 90 du basculeur passe au niveau bas. Cependant, 1'impulsion de 1'émetteur a une largeur supérieure au délai de transfert de la porte NI 72, de sorte 25 que quand la sortie 98 de cette porte passe au niveau élevé, la condition du transistor 74 cesse et le signal du conducteur de remise à zéro 100 passe au niveau bas- et la sortie "zéro" reste au niveau bas. Le signal du conducteur de remise au repos reste au niveau bas, et le compteur peut compter les impulsions 30 suivantes de l'émetteur sans retour au repos. Les avantages du circuit de remise à zéro sont en particulier : (l) priorité et vitesse de fonctionnement suffisantes pour éviter une détonation accidentelle; 35 (2) indépendance par rapport aux caractéristiques d'élévation à la valeur normale de la tension d'alimentation ; (3) facilité d'essayer le dispositif avant son assemblage sur la tête de l'obus parce que le fonctionnement dépend seulement de la présence d'une tension qui pourrait provoquer une détonation accidentelle. 70 27089 2053077 La caractéristique de fréquence variable des impulsions de l'émetteur radar est représentée sur la figure 6 qui 'montre la variation de la fréquence des impulsions nécessaires pour provoquer la détonation de la charge de la fusée en fonc-5 tion de la distance de la cible, ave£ un compteur ayant une capacité de 1.024, c'est-à-dire d'un compte 2"^. La fréquence des impulsions varie d'environ 10.0'OO Hz à 100 mètres à 200 Hz à 2.000 mètres. A 2.000 mètres la résolution de la détonation de la fusée est de + 0,01 mètre. Cela suppose une fréquence 10 constante des crêtes du signal haute fréquence, ce qui est le mode de fonctionnement normal du radar pour le tir par rafales. 1 Dans le cas du tir coup à coup la fréquence des-crêtes haute fréquence peut être programmée pour augmenter quand le projectile parcourt une distance plus faible afin d'obtenir la résolution 15 la plus élevée à la portée maximale du projectile. La figure 7 représente une fusée suivant un autre mode de mise en oeuvre de 1'invention, qui peut être montée sur un projectile à système de propulsion indépendant du type roquette, commë ensemble détonateur pendant la course du projectile. 20 L'ensemble 200 comporte un élément de fixation 202, un bouchon intérieur 204 supportant une antenne 206 à trois spires en hélice enroulée sur un noyau en diélectrique 208, un ensemble détecteur 210 et une boîte 212. Cette boîte contient la pile thermique 214, les 25 circuits du compteur et de remise à zéro 216, le dispositif d'amorce 218 et la charge secondaire 220. Les circuits sont pratiquement identiques à ceux de la figure 4, mais avec remplacement de l'antenne à fentes par l'antenne hélicoïdale. Les basculeurs du compteur et le basculeur de remise 30 à zéro peuvent être des éléments 913 et les portes NI peuvent être des éléments 910 du catalogue de Mai 1964 de la Fairchild Semiconductor Division de la Pairchild Caméra and Instrument Corporation. Bien entendu, la description qui précède n'est 35 pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. 70 27089 9 2053077 REVENDICATIONS 1/-Système de commande pour la fusée d'un projectile caractérisé par un projectile muni d'une fusée, la fusée comportant une-5 antenne réceptrice, un détecteur haute fréquence ayant une entrée couplée à l'antenne réceptrice et une borne de sortie, un compteur à compte prédéterminé ayant une entrée couplée à la sortie du détecteur et une borne de sortie, un circuit ayant une entrée couplée à la sortie du compteur, et un émetteur d'impul-10 sions haute fréquence comportant une antenne d'émission, de façon que la fusée reçoive et accumule les impulsions de l'émetteur et provoque la détonation quand le compte prédéterminé d'impulsions est accumulé. 2/- Système selon la revendication 1 caractérisé par un dis-15 positif télémétrique poursuiveur de cible produisant une information représentant la distance pour l'émetteur d'impulsions haute fréquence de façon que la fréquence des impulsions soit inversement proportionnelle à la distance de la cible. 3/-. Système selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé 20 par un dispositif d'armement pour maintenir le circuit d'amorçage dans un état de sûreté jusqu'à ce que le projectile soit parti. k/- Systène selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le compteur est un compteur à plusieurs étages et le circuit comporte un dispositif de remise à zéro pour ramener au-25 tomatiquement les étages à un état prédéterminé; 5/- Système selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'antenne réceptrice est disposée sur l'ogive du projectile et a un gain maximal vers l'arrière du projectile. 6/- Système selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé 30 en ce que l'antenne réceptrice est montée sur un noyau central de l'extrémité arrière du projectile et a un gain maximal vers l'arrière du projectile. 7/- Procédé pour provoquer la détonation de la fusée d'un projectile à une distance prédéterminée du parcours, cette fusée 35 comportant une antenne, un compteur accumulateur d'impulsions produisant un signal sortant pour un compte prédéterminé et un détonateur caractérisé par l'émission d'impulsions vers la fusée à une fréquence inversement proportionnelle à la distance dési-rée pour que la distance de détonation soit commandee par 1 e— metteur.