Brevet FR2135032A1 — publié le 19721215

L'invention concerne un procédé pour la mesure de la vitesse des projectiles au voisinage de la bouche du canon, grâce à un dispositif à réactance varia- ble sous l'effet du passage du projectile, qui provoque le désaccord d'un seul ou de plusieurs circuits oscillateurs HF. L'invention se prête particulièrement bien à la mesure de la vitesse initiale de projectiles de petit et de moyen calibre et notamment à 1: remploi, en campagne, sur des armes automatiques. De nombreux procédés pour la mesure de 3a vitesse des projectiles sont déjà connus. On utilise par exemple des radars à effet Doppler. Mais pour leur emploi en campagne, ceux-ci doivent être fixés sur le tube ou sur le berceau afin de maintenir constant le facteur correctif (transposition des valeurs de la vitesse radiale mesurée aux valeurs réelles sur la trajectoire). Ce montage nécessite des câblage sensibles aux chocs et qui limitent la mobilité de larme. En outre, il est difficile de protéger les têtes EF, sensibles et coûteuses, contre les vibrations mises en jeu lors du tir. Finalement, la propagation des microondes est perturbée au voisinage de la bouche par les lueurs de bouche et les gaz de poudre, et ces perturbations risquent de se répercuter sur la précision de la mesure à proximité de la bouche. L'emploi de bases de mesure optoélectroniques, à cadres solénoides, à feuilles de contact, etc. nécessite toujours des éléments relativement distants (2 m de plus) et impose donc un montage fixe, indépendant de l'arme, et qui est assez complexe. Un autre procédé consiste à mesurer la vitesse initiale à l'aide de bobines montées à la bouche du canon, à une distance de 0,5 à l m, et qui sont traversées par le projectile. Ces bobines limitent toutefois la mobilité de l'arme et peuvent, en raison de la masse du montage, donner lieu à des vibrations mécaniques de la volée. En outre, la liaison par cribles nécessitée par ces dispositifs est gênante et le projectile doit généralement subir une aimantation préalable. Un autre montage est connu dont les bobines, fixées à le bouche du tube, sont alimentées en énergie HF à l'aide d'un générateur de 5 NIEZ. Dans ce carS il est inutile de soumettre le projectile à une aimantation préalable. Au moment où le projectile traverse de telles bobines, le circuit oscillant dans lequel la bobine se trouve insérée, est désaccordé, ce qui se traduit par une diminution de la tension HF. Le passage du projectile produit ainsi une modulatica d'anpli- tude de la tension HF, à l'aide de laquelle la vitesse du projectile est mesurée. Un autre procédé prévoit l'emploi de jauges de contrainte collées sur le tube à une distance d'environ 0,5 m. Abstraction faite des montages en pont très sensibles aux chocs qu' elle nécessite, cette solution donne lieu à une précision de mesure insuffisante. L'invention est relative à un procédé, du genre esquissé dans 1' intro- duction, pour la mesure de la vitesse initiale des projectiles et qui peut également servir, en campagne, à réaliser des mesures sur des armes automatiques. Ce procédé est caractérisé par le fait que le ou les circuits oscillants fonctionnant dans la gamme des ondes ultra-courtes se trouvent désaozordés en fréquence, le signal HF du ou des circuits oscillants étant transmis à un récepteur de mesure à bande passante étroite qui réagit toutes les fois que sa bande se trouve balayée par la fréquence d'un circuit oscillant désaccordé par le projectile.Il est cara^- térisé, en outre, par le fait que l'intervalle de temps entre deux réactions est mesuré et que la vitesse est calculée à partir de cette différence de temps. Lorsqu'unie seule réactance est prévue, on fera appel à la longueur du projectile pour calculer la vitesse, ce qui n'est pas nécessaire des Qu'on emploie deux réactances montées à une certaine distance sur le tube dans la direction de tir. L'invention présente des avantages considérXbles. Notamment, en utilisant un oscillateur HF , l'énergie émise par l'élément à réactance suffit comme énergie de réception pour le récepteur de mesure placé à une distance de quelques mètres. A l'aide de transistors, l'oscillateur est facilement rendu insensible aux chocs et peut être fixé à la bouche du canon. L'importance de la variation de fréquence se trouve ainsi déterminée par le couplage variable qui se produit entre le projectileet un élément à réactance déterminant la fréquence du circuit oscillateur et fixé à la bouche du canon. La bande de fréquence de réception du récepteur de mesure doit se situer évidemment dans une gamme en dehors de la fréquence permanente du dispositif de mesure conçu de préférence comme oscillateur à transistors.Cette gamme de fréquence doit toutefois différer bien moins de la fréquence permanente de l'oe:cillateur non désaccordé que la fréquence la plus éloignée de cette derniers que présente il oscillateur désaccordé par suite de la variation maximale de la réactance due au projectile. Conformément l'invention, deux groupes d'oscillations de très courte durée sont mis en jeu dans le récepteur de mesure lors du passage de la pointe et du culot du projectile à travers la réactance. L'intervPlle entre ces groupes d'oscillations n'est évidemment pas exactement proportionnel à la longueur du projectile du fait qu'il dépend du gradient de variation de la fréquence de lFecilla- teur qui, à son tour, est influencé par la forme de la pointe et du culot du projectile. Pour cette raison, il y a lieu de procéder pour chaque projectile à un étalonnage distinct du dispositif permettant d'appliquer ce procédé si, pour sim- plifier le montage, une seule réactance est disposée à la bouche du tube. L'inventior. concerne également un dispositif pour appliquer la méthode décrite. Ce dispositif comprend des bobines à une seule spire ou à deux spires, traversées par la trajectoire du projectile h faible distance, un oscillateur HF à transistors monté sur l'arme, de préférence sur le tube et dans le circuit oscillant duquel est insérée la bobine (ou les bobines), un récepteur de mesure à bandepassante étroite, associé à 1 'oscillateur par un cible ou, de préférence, par liaison radioélectrique et dont la bande de fréquences de réception se situe entre la fréquence permanente de l'oscillateur et la fréquence de l'scillateur désaccordé au passage du proJectile, laquelle dévie le plus de la fréquence perma- nette. Ce montage comprend, en outre, un dispositif chronométrique pour la mesure de l'untervalle de temps qui sépare les balayages de la bande du récepteur par la fréquence où le projectile franchit la ou les bobines. Los bobines peuvent, par ailleurs, être remplacées par des réactances capacitives. On peut renoncer à 1' étalonnage mentionné plus haut si l'on utilise deux éléments à réactance fixés directement à la bouche du tube et distants de préférence d'environ 1,5 fois la la longueur du projectile. En prévoyant deux éléments à réactance, la base de mesure se trouve en fait exactement définie par 1' écartement de ceux-ci et n'est plus déterminée par la forme et la longueur du projectile. Pour la version préférentielle de l'objet de l'invention avec transmission radioélectrique - l'oscillateur à transistors émettant de 1' énergie HF vers le récepteur de mesure - le dispositif à mu ter sur le tube est extrdmement simple, alors que le récepteur de mesure, plus sensible, peut êtreplacé, en lieu sûr et à l'abri de perturbations, à une certaine distance de l'arme. La ou les bobines peuvent comporter deux spires mais seront constituées, de préférence, d'une seule spire sous la forme d'un anneau métallique fendu, de préférence en cuivre. La distance entre la bobine et la bouche du tube devrait être telle que l'accélération du projectile soit èn principe terminée au moment où la pointe du projectile pénbtrt dans la bobine. La préférence est donnée à une distance bobine-bouche de 11 ordre de 1 calibre environ. Le dispositif de mesure peut être combiné au dispositif anti-lueur ou au frein de bouche. Le dispositif chronométrique peut comporter des éléments permettant d' enregistrer le temps mesuré. Dans ce cas, la vitesse du projectile peut entre calculé manuellement. Le chronomètre est toutefois susceptible d'alimenter un calculateur qui, à partir de l'intervalle de temps, fournit la vitesse résultant de la mesure. La bobine devrait présenter un diamètre intérieur qui ne dépasse pas trop le diametre maximal du projectile mais ne se situe pas non plus trop près de oatte valeur. Un diamètre intérieur dépassant de 5 à 10 mm le diamètre maximal du projeo- tile a donné de bons résultats. La valeur limite inférieure s' applique aux petits calibres de 20 mm environ, alors que la valeur limite supérieurse convient EUS projectiles allant jusqu'à 50 mm de calibre environ. Pour les calibres encore plus grands le diamètre intérieur de la bobine est augmenté en conséquence. Il va de soi que la gaze de fréquence utilisée et les réactances qui en dépendent doivent convenablement être adaptées au calibre. On donne cidessous une description détaillée de l'objet de l'invention en se référant à un exemple de réalisation préférentielle, illustré par des schémas. La fig. 1 montre le schéma de la partie du dispositif qui est supportée par le tube de l'arme conformément à l'invention. La fig. 2 représente l'anneau métallique fendu, utilisé de préférence, *onme élément à réactance conformément à l'invention. La fig. 3 indique la variation de fréquence de l'oscillateur HF à transistors, monté à la bouche de l'arme, au moment du passage du projectile à travers l'anneau métallique suivant fig. 2. Sur la bouche 1 du tube de l'arme de 20 mm représentée à titre d'exemple, est vissé un manchon métallique 2 qui porte le dispositif de mesure ainsi qutil résulte de la fig. 1. Le manchon métallique 2 comporte un corps eirculaire isolant 3 qui cantinent l'anneau métallique fendu 4. A l'aide des câbles 5, ce dernier est relié à 1' oscillateur à transistors 6 fixé sur le manchon métallique. Cet oscillateur est alir.ntx par une batterie 7, de 6 ou 12 V, qui - suivant la construction de l'oscillateur - doit fournir un courant de l'ordre de 5 mA. Le projectile 8 est schématise en tirets au moment où il passe par l'anneau métallique 4. N'y figure pas le récepteur de mesure qui, dans l'exemple pratique montré ici, est relié radioélectriquement à ltoscilk teur 6. Pour 1' exemple pratique montré, le diamètre intérieur de l'anneau métallique fendu est de 25 mm. Ce dernier forme l'inductance du circuit oscillant de l'oscillateur à transistors 6 stabilisé en fréquence et accoudé sur une fréquence d'environ 110 biliz. Lorsque le projectile quitte la bouche et franchit cet anneau, le circuit oscillant se trouve désaccordé, et la fréquence d'oscillation augmente puisque le projectile forme en quelque sorte une spire en court-circuit couplée à la self du circuit oscillant. L'importance de la variation que subit la fréquence dépend du rapport des diamètres anneauXprojectile. Au fur et à mesure que l'entrefer auuente, cette variation devient moins importante.Pour un projectile de 20 mm de calibre, un entrefer de 5 mm correspond à une variation de fréquen ee de 5 Mure. Pour le même projectile, un entrefer de 3 mm correspond à une variation de fréquence de 12 Niiez. La variation de fréquence résultant du passage du projectile à travers l'anneau fendu 4 est indiquée par la courbe de la fig. 3, obtenue par des mesures statiques. En ordonnées est portée la fréquence en lDEz et en abscisses la distance parcourue par le projectile. La courbe a été obtenue paur un projectile de 20 mm présentant une longueur réelle # de 82,5 mm, le diamètre intérieur de l'anneau étant de 25 mm. Sur ce graphique est enregistrée la bande passante du récepteur de mesure dont la largeur A f est de 200 kHz, le récepteur étant accordé sur une fréquence f = 124,5 MHZ. L'inductance du circuit oscillant, d'un volume relativement important, formée par l'anneau métallique fendu 4, émet, à condition qu'elle soit fixée presque librement sur le tube, c' est-à-dire sans être complètement blindée, comme ceci est représenté sur la figure, une énergie HF suffisante, susceptible d'être détectée, amplifiée et dépouillée par un récepteur simple, placé à une distance de quelques mètres de l'arme. Dans l'exemple pratique, la fréquence permanente f de ltoscillateur o est de 122,25 MHZ. La fig. 3 montre nettement qu'au moment où la courbe de fréquen oe de 1' oscillateur balaye la bande passante, on obtient, dans le récepteur de mesure, deux groupes d'oscillations HF dont la durée est fonction de la largeur de la bande passante du récepteur et de la pente de la courbe de réponse. Après redressement de ces trains d'oscillations au moyen d'unuétecteur approprié, on obtient des impulsions très brèves; mais ce redressement n' est pas obligatoire. La première impulsion se produit lorsque la pointe du projectile pénètre dans 11 anneau, la deuxième lorsque le culot quitte l'anneau. L'intervalle entre les deux impulsions dépend de la forme du projectile, de sa longueur et de sa vitesse. I1 dépend, en outre, de la pente des branches ascendante et descendante de la courbe. Finalement, il est déterminé par l'écart entre i fréquence du récepteur de nesure et celle de l'oscillateur; plus cet écart est grand, plus l'intervalle entre ces deux impulsions dinns'ue. Si, abstraction faite de la vitesse du projectile, les valeurs sont toutes constantes, l'intervalle de temps qui sépare les deux groupes d'oscillations se trouve uniquement défini par la vitesse du projectile. Celle-ci résulte de la mesura de cet intervalle de temps au moyen d'un dispositif chronométrique à résolution suffisamnent grande. Comme le montre la fig. 3, la longueur exacte du projectile n'est pas décisive à cause de la géométrie différente que présen tent la feinte ct le culot du projectile et par le fait même le degré de cou plage réalisé entre le projectile et l'anneau.En utilisant en anneau unique, fixé sur le CaLO':, il faut pour chaque forme de projectile déterminer "une longueur effective Le du projectile" et en tenir compte. Ceci peut entre évité en prévoyant deux anneaux métalliques placés, de préférence, à une distance qui équivaut environ à 1,5 fois la longueur du projectile. Dans ce cas, la base de mesure efficace se trouve exactement définie par cette distance entre les anneaux. On obtient alors deux courbes dont l'allure correspond à la tïg. 3. L'intervalle de temps entre les points d'intersection correspondants - des branches ascendantes des deux courbes per exemple - avec la bande passante du récepteur de mesure définit alors la base de mesure exacte. Dans ces oonditions, l'étalonnage du dispositif et l'introduction d'un facteur oDrrectif tenant compte de la forme du projectile deviennent inutiles. Les avantages essentiels du dispositif de mesure conforme à l'inven tion sont les suivants 10 Suppression de la liaison par cibles entre le récepteur de mesure et l'oscil lateur. 2 Faibles masses et dimensions réduites du dispositif monté à la bouche. 3 Conception technique simple des pièces soumises à l'usurpe à la bouche. 40 Possibilité d'effectuer la mesure de vitesse directement à la bouche 5* Aucune modification à apporter, ni aucun traitement préalable à faire subir au projectile. 6 Mesures possibles meme avec des projectiles de très petit calibre et sur des armes automatiques. REVENDICADIOIiS 1. Procédé pour la mesure de la vitesse des projectiles au voisinage de la bouche d'une arme à laide d'un dispositif à réactance, monté sur la bouche et dont la réactance est variable en fonction du passage du projectile et provoque le désan- oord d'un seul ou de plusieurs circuits oscillants HF, procédé caractérisé par le le fait que ou les circuits oscillants travaillant en HF se trouvent désaccordés en fréquence, le signal HF du ou des circuits oscillants étant transmis à un récepteur de mesure à bande passante étroite, mis en service toutes les fois que sa bande est balayée par la fréquence d'un circuit oscillant désaccordé par le projectile, la vitesse se calculant à partir de l'intervalle de temps mesuré qui sépare ces balayages. 2. Dispositif pour la mesure de la vitesse des projectiles conformément au procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte - au moins une bobine d'un oscillateur HF, la dite bobine présentant une seule spire ou un nombre très réduit de spires, et étant disposée sur le tube de l'arme, à une distance de la bouche du tube d'au moins un calibre, et entourant la trajet toire du projectile à faible distance, - un oscillateur HF supporté par l'arme, de préférence par son tube, ernprenant la ou les bobines ci-dessus dans son circuit, - un récepteur de mesure à bande passante étroite, associé à l'oscillateur par câbles ou de préférence radioélectriquement, dont la bande de fréquence se situe entre la fréquence qui diffère le plus de la fréquence permanente de l'oscillateur désaccordé au moment du passage du projectile, et la fréquence permanente de 1' oscillateur, - un chronomètre pour mesurer l'intervalle de temps séparant les balayages de la bande du récepteur par la fréquence de I'oscillateur lorsque le projectile franchit la ou les bobines, 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que la bobine comporte deux ou, de préférence, une seule spire. 4. Dispositif conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que la bobine est montée à la bouche de l'arme à une distance égale à environ un calibre. 5. Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 4, -6aractérisé par le fait que la bobine présente un diamètre intérieur qui dépasse de 5 à 10 mm le diamètre maximal du projectile. 6. Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que deux bobines ou réactances d'un autre type sont disposées à la bouche du tube à une distance au moins légèrement supérieure à la longueur du projectile, équiva- laut de préférence à I 1,5 fois la longueur du projectile. 7. Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé par le fait que les deux bobines sont montées en série ou en parallèle sur le circuit oscillant de lroscil- lateur. 8. Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que la ou les bobines peuvent être remplacées par des réactances à capacité variable. 9. Dispositif confirme à l'une des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que le chronomètre est pourvu d'éléments servant à enregistrer le temps mesuré. 10. Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 9, caractérisé par le fait que le chronomètre alimente un calculateur pour le calcul de la vitesse du projectile. 11. Dispositif conforme à l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que 1' oscillateur est un oscillateur à transistors. à l'une des 12. Dispositif conforme /revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que les réactances peuvent être combinées à un dispositif anti-lueur ou à un frein de bouche sous forme de cavités résonantes ou de résonateurs de construction irès robuste.