Brevet FR2162129A1 — publié le 19730713

L'invention se rapporte au montage d'un générateur électrique dans un engin volant, en particulier dans un projectile stabilisé par effet gyroscopique , ce générateur comprenant un rotor monté coaxialement à l'axe longitudinal de l'engin, de façon à pouvoir tourner par rapport à l'engin. I1 est connu de doter des projectiles stabilisés par effet gyroscopique d'un générateur électrique produisant l'énergie électrique nécessaire à l'amorçage de la charge explosive disposée, par exemple, dans le proJectile, par le fait qu'il est mis en rotation, lors du tir du projectile, par suite de l'accélération angulaire de celui-ci. Ce génératour comprend, par exemple, un rotor polarisé magnétiquement d'une manière définie, disposé coaxialement à l'axe longitudinal du projectile et susceptible de tourner par rapport au projectile qui l'entoure.Le stator du générateur, contenant les bobines génératrices de courant est monté de façon fixe dans le projectile, en étant disposé en anneau autour du rotor, ou pour des raisons d'encombrement, de préférence dans le prolongement du rotor axial, c'est-à-dire a c8té de ce dernier. Si un tel projectile stabilisé par effet gyroscopique est mis en rotation lors du tir, le mouvement de rotation du projectile n'est transmis qu'avec du retard au rotor, en ration de l'inertie de ce dernier, ce qui fait que le rotor n'atteint que progressivement le nombre de tours du projectile. Ce "glissement" entre le rotor et le projectile et, par conse- quent, également le stator du générateur, rend possible la production d'énergie électrique. I1 s'est toutefois avéré dans la pratique qu'un générateur de ce type n'est normalement suffisant que si les énergies électriques nécessaires pour l'amorçage sont relativement faibles. Un tel générateur n'est pas à mEme de fournir l'énergie électrique nécessaire pendant un temps prolongéode , par exemple, 20 secondes, après le tir du projectile, non seulement pour l'amorçage de ce dernier, mais aussi, au cours de ce temps, pour des opérations de commande dans une unité de commande électronique précédant le détonateur. Cela est dd å l'accélération axiale se manifestant lors du tir du projectile et provoquant, dans le rotor, une force d'appui considérable, fientée à l'encontre du sens du vol du projectile.Par exemple, si le poids du rotor est de 0,01 daN , le rotor est pressé avec une force de 1.000 dam contre son palier arrière, e'està-dire du côté du culot du projectile, sous l'effet d'une accélération axiale maximale de 100.000 g, par exemple (g = aowé- lération de la pesanteur). I1 en résulte un frottement d'appui d'une importance telle que le glissement du rotor atteint la valeur zéro déjà après 1 à 1,5 tour du projectile, par exemple, c'est-à-dire que le rotor ne se déplace plus par rapport au projectile, de sorte qu'une production de tension est impossible.Lors d'un frottement extrmemènt fort, tel qu'il peut se présenter dans un palier, par exemple lors d'intersections défavorables des tolérances, il est mtme possible que le rotor ne reste absolument pas en retard par rapport au projectile, ctest-à-dire qu il tourne dès le début sans glissement avec le projectile et ne peut, par conséquent, engendrer aucune tension. Cet inconvénient fondamental se manifeste dans une mesure encore amplifiée dans le cas d'armes dont les rayures ont un angle d'inclinaison constant sur toute la longueur du canon, car si après établissement de la pression maximale des gaz de propulsion, d'une part l'accélération axiale et donc également la force d'appui diminuent de nouveau, le projectile ne peut, d'autre part, pratiquement plus subir l'accélération angulaire produisant un mouvement relatif entre le projectile et le rotor. Néanmoins, les générateurs électriques peuvent être montés non seulement dans les projectiles stabilisés par effet gyroscopique, mais aussi dans les engins volants sans stabilisation par effet gyroscopique. Dans ce cas, le rotor est conçu à la manière d'une toupie à fusées en ce sens qu'il est pourvu de petits moteurs-fusées auxiliaires disposés tangentiellement mis à feu au moment du tir de l'engin et mettant en rotation le rotor Dans la mesure où ces engins sont exposés, lors du tir, à une forte accélération axiale, tel que ceci est le cas, par exemple, pour les grenages de mortier, il se pose de nouveau la difficulté que les forces d'appui agissant sur le palier arrière du rotor sont si élevées que le mouvement de rotation de ce dernier est freiné d'une manière inadmissible ou même, dans certaines circonstances, que le palier est endommagé ou détruit. te problème posé par la présente invention consiste à éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus relatifs au montage d'un générateur électrique dans un engin volant, en particulier dans un projectile stabilité par effet gyroscopique, comprenant un rotor monté coaxialement à l'axe longitudinal de l'engin, de façon à pouvoir tourner par rapport à l'engin de façon que la production d'une énergie électrique suffisante soit garantie avec certitude, meme dans des circonstances défavorables, par l'utilisation de l'accélération angulaire engendrée lors du tir de l'engin. Ce problème est résolu, conformément å l'in- vention par le fait que le rotor est monté mobile en translation dans le sens de l'axe longitudinal et s'appuie par son ex trémité arrière, dans le sens de l'axe longitudinal, contre l'engin volant en passant par un élément amortisseur accumulant et/ou consommant le l'énergie. Ce montage du rotor, élastique ou flexible dans ie sens axial, assure avantageusement que l'accélération axiale s'exerçant sur l'engin au moment du tir ne soit transmise qu'à l'état retardé ou réduit au rotor.Dès lors, le palier arrière du rotor est exposé à une force de frottement réduite on conséquence, de sorte que, par exemple, le mouvement de rotation du projectile stabilisé par effet gyroscopique n'est transmis qu'avec retard au rotor, comme cet est recherché. Gracie au réglage de 1' é1émêt amortisaun an ce qui concerne sa consommation ou accumulatiaP d'ehergie, il est possible sans difficultés de régler la force axiale s'exerçant sur le rotor et, par conséquent, également la force d'appui, selon le type de palier utilisé pour l'appui arrière du rotor, ainsi que selon le glissement exigé, en fonction du type d'engin volant. En gé neural, on choisit avantageusement les conditions de façon que seuls 20 à 30 % environ de l'accélération axiale maximale de l'engin volant agissent sur le rotor. Normalement, il est judicieux d'admettre, pour le déplacement axial du rotor à l'encon- tre du sens du vol de l'engin volant, en fonction de la taille de ce dernier, une course d'environ 1 à 10 mm. Pour retarder le mouvement dr retour du rotor dans le sens du vol de l'engin volant sous l'effet de l'énergie accumulée dans l'élément amortisseur, et pour limiter ainsi la force d'appui exercée également sur l'autre palier du rotor, il est prévu, selon une autre caractéristique de l'invention, de munir le rotor également à son autre extrémité d'un élément amortisseur supplémentaire accumulant et/ou consommant de l'énergie. En ce qui concerne l'élément amortisseur, il peut s'agir ici d'un corps élastiquement déformable et accumulant donc de l'énergie, par exemple un coussin-tampon en caoutchouc aux silicones, dont le comportement élastique est aussi indépendant que possible de la température, en vue de garantir avec certitude une fonction aussi constante que possible du générateur et ainsi également de l'engin volant, m8me dans le cas d'extrêmes différences de température, dans le but d'éviter des tirs manqués.En lieu et place ou le cas échéant en supplément d'un tel corps élastiquement déformable, il peut aussi être prévu, comme élément amortisseur, un corps déformable plastiquement et détruisant donc de énergie. Par exemple, cet élément amortisseur peut titre un cylindre creux métallique soutenant la palier arrière du rotor dans le sens axial, doté d'une paroi en grillage et compressible dans le sens axial d'une manière plus ou moins permanente sous l'action d'une force correspondante. Un mode de. construction particulièrement simple et dès lors robuste et sflr est obtenu lorsque, conformément à une autre caractéristique de l'invention, un élément élastique mécanique, en particulier une ou plusieurs rondelles Belleville, sert d'élément amortisseur. Contrairement aux ressorts hélicofdaux par exemple, les rondelles Belleville présentant l'avantage de pouvoir absorber de très grandes forces même sous un très faible volume, ce qui est d'une importance considérable, compte tenu de l'espace en général réduit, disponible dans un engin volant. En lieu et place d'un tel élément mécanique , l'élément amortisseur peut aussi, conformément à une autre caractéristique de l'invention, se présenter sous la forme d-'une masse liquide, gélatineuse, pâteuse, plastique ou semblable susceptible d'être chassée à partir d'une première chambre, par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'étranglement, dans une seconde chambre, par l'extrémité arrière du rotor, munie d'un piston mobile. Afin d'empocher que le rotor ne puisse venir directement en contact avec la paroi opposée de la première chambre, les conditions sont établies de préférence de telle sorte que la masse ne soit chassée que partiellement hors de la première chambre par l'action de l'accélération axiale.Selon la fluidité de la masse et selon les dimensions de l'orifice d'étranglement, il est possible de déterminer de la manière voulue le refoulement de la masse à l'intérieur de la seconde chambre et ainsi l'action de l'accélération axiale de l'engin volant sur le rotor. Par exemple, de l'huile et de la graisse aux'silicones, de l'huile hydraulique fortement visqueuse ou des produits analogues peuvent titre prévus comme masse liquide, gélatineuse, payeuse, plastique ou semblable. Pour pouvoir assurer des conditions reproductibles, cette masse devrait aussi avoir'une fluidité aussi indépendante que possible de la température. Pour emp8cher, dans le cas d'une masse d'une faible viscosité, un écoulement prématuré inadmissible houes de la première chambre, par exemple durant un stockage de l'engin volant se prolongeant sur plusieurs années, il est prévu, conformément à une autre caractéristique de l'invention, de maintenir fermé l'orifice d'étranglement au moyen d'un opercule destructible, d'un bouchon éjectable ou d'un élément analogue jusqu a l'établissement d'une pression prédéterminée dans la masse se trouvant dans la première chambre. Dans la mesure où le générateur est disposé dans la zone de l'extrémité arrière de 1' engin volant, il peut en outre être prévu, conformément à l'invention, de concevoir un mode de construction extrtmement simple, selon lequel l'élé- ment amortisseur est formé par un coussin de gaz produit par les gaz de propulsion agissant lors du tir sur l'extrémité arrière du rotor, munie d'un piston mobile, et ce par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'étranglement pratiqué dans la zone de l'extrémité arrière de l'engin volant.Dans ce cas également, il est de nouveau possible, gracie au dimensionnement de l'orifice d'étranglement, de réduire la très haute pression des gaz de propulsion accélérant l'engin volant, lors du passage par l'orifice d'étranglement à l'intérieur de la chambre située derrière du rotor, à tel point qu'il se forme dans cette chambre un coussin de gaz sous une pression telle que la réduction désirée de l'accélération axiale s'exerçant sur le rotor soit garantie. Dans la mesure où ceci est avantageux, par exemple eu- égard à 1' étanchéité par rapport à la charge de poudre de propulsion disposée dans la douille de cartouche derrière l'engin volant, il peut aussi titre prévu ici un disque de rupture, une membrane de rupture ou un élément analogue qui obture l'orifice d'étranglement jusqu'au tir de l'engin volant. L'invention sera décrite en détail ci-aprbs à l'aide de plusieurs exemples de réalisation représentés sur le dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une coupe longitudinale partielle schématique du générateur dans la pointe d'un projec- tile la -figure 2 est une représentation schématique du montage du rotor, flexible dans le sens axial la figure 3 est une coupe longitudinalspar- tielle d'un générateur avec un appui à rondelles Belleville pour le rotor la figure 4 est une coupe longitudinale d'un générateur avec un appui par masse déplaçable ; et la figure 5 est une coupe longitudinale d'un générateur, où l'appui est réalisé par un coussin de gaz. La pointe de projectile 1, représentée sur la figure 1, comprend, montés les uns derrière leS autres, une unité de commande électronique 2, un générateur 3, une plaque d'appui 4 et un dispositif d'allumage 5 à amorce, suivi, par exemple, d'un propulseur auxiliaire ou accélérateur. Des conducteurs éîectriquea non représentés mènent du générateur 3 à l'unité de commande électronique 2 et de celle-ci au dispositif d'allumage 5. L'unité de commande électronique 2 sert, par exemple, à garantir la sécurité de sortie de bouche ou le retard de percement du projectile, en ce sens qu'elle n'autorise le déclenchement du dispositif d'allumage 5 que par exemple 50 ms, après le tir ou seulement après l'obtention d'une certaine profondeur de pénétration dans l'objectif touché. La partie restante 6 du projectile, représentée en trait mixte sur la figure 1 est reliée au moyen d'un raccord à vis à la pointe de projectile 1. Sur la figure 2, pour mettre en évidence le principe du soutien élastique du rotor, on a représenté schématiquement , à l'intérieur du projectile 1, 6, le rotor 7 du générateur 3, qui s'appuie dans le sens de l'axe longitudinal 8 du pro > ctile 1,6, par son extrémité arrière 9, sur un élément atertissseur 10. Cet élément amortisseur 10 agit de telle sorte qtie l'accélération axiale exercée lors du tir sur le projectile le 1J6 dans le sens de la flèche A, ne se répercute sur le rotor 7 que sous la forme d'une accélération axiale réduite dans le sens opposé, conformément à la flèche B, qui.a pour effet de déplacer le rotor 7 dans le sens opposé à celui du vol du pro jectile 1,6.Dans le cas d'un élement aiortisseur 10 à accutu- lation d'énergie, il convient de retarder le mouvement que le rotor 7 effectue ensuite dans le sens du vol du projectile 1,6, sous l'effet de l'énergie cédée de nouveau par l'élément amor tir 10 et c'est la raisonp'ur laquelle un élément amortisseur oit 12 supplémentaireiprévu à l'autre extrémité 11 du rotor 7. Pour plus de clarté, on n'a pas représenté les paliers proprement dits du rotor, lesquels peuvent être conçus, par exemple, sous la forme de paliers lisses, mais sont de référence constitués par des roulements à billes axiaux ou butées à billes pour assurer un frottement aussi faible que possible même dans le cas de. forces d'appui importantes. Conformément à la figure 3, le stator 13 pourvu de bobines génératrices de courant (non représentées), est disposé de façon fixe , par exemple emmanché à force dans le projectile 1,6 stabilisé par effet gyroscopique. Entre le stator 13 et la plaque d'appui 4 vissée dans le projectile 1,6, on a disposé le rotor 7 qui est monté à l'aide de butées à billes 14 sur le stator 13 et apr la plaque d'appui 4, d'une part, de façon déplaçable en translation dans le sens de l'axe : longitudinal 8, et, d'autre part, de façon à pouvoir tourner par rapport au projectile 1,6.Les butées à billes 14 non seulement absorbent les forces axiales engendrées lors du tir du projectile 1,6 mD;s aussi les faibles forces radiales apparaissant sous l'effet du propre poids ou éventuellement de légers balourds du rotor 7. Le rotor 7 s'appuie dans le sens axial, chaque fois au moyen de trois rondelles Belleville 15, tant à l'extrémité arrière 9 qu'à l'autre extrémité 11. Le nombre de rondelles Belleville 15 et leur constante élastique, c'est-à- dire leur comportement élastique est choisi de façon à établir dans chaque cas la diminution recherchée de la force d'appui. La précontrainte des rondelles Belleville 15 est réglée, par exemple par serrage de la plaque d'appui 4*au moyen d'une clef dynamométrique à engager dans les ouvertures 16. L'ouverture continue centrale 17, par laquelle les conducteurs électriques non représentés sont amenés à l'usité de commande électronique et au dispositif d'allumage, s'étend à travers le dispositif entier. Il peut aussi bien entendu, vers prévu de poser cesconducteurs dans la zone du générateur dans la paroi du pro jec-tile -1,6. Le champ magnétique engendré par le rotor 7 est indiqué par les lignes en trait mixte 18 et par les références N et S pour les piles nord et sud. Sur la figure 4, on n'a représenté que la partie arrière du rotor 7 qui s'appuie, par l'internédiaire d'une butée à billes 14 et d'un piston 19 contre la plaque d'appui 4. Le piston 19 est monté en translation axiale dans la plaque d'appui 4 et délimite avec celle-ci la première chambre 20 renfermant par exemple la masse 21 à l'état pâteux. Eu égard aux forces relativement grandes, agissant dans le sens axial, le piston 19 peut être guidé avec un jeu assez faible dans la plaque d'appui 4, de sorte que l'étanchéité entre les dieux pièces ne réserve aucune difficulté.La plaque d'appui 4 est pourvue, dans sa partie arrière, c' est-à-dire orientée vers le culot du projectile, un orifice d'étranglement 22 obturé au moyen d'un opercule destructible 23, par exemple une mince plaque de matière synthétique collée, jusqu'au tir du projectile 1,6.Une pièce 24, vissée également dans le projectile 1,6 et délimitant avec la plaque d'appui 4 la seconde chambre 25 dans laquelle se trouve chassée la masse -21 fait suite vers l'arrière à l'orifice d'étranglement 22. Le dispositif de la figure 5 représente une fusée dite de culot dans laquelle le générateur 3 est disposé dans la zone de l'extrémité arrière du projectile 1,6. Le rotor 7 s'appuie ici, par une butée à billes 14 et un piston 19, sur un coussin de gaz 26 formé par les gaz de propulsion désignés par la flèche C lors du tir du projectile 1,6 lesquels gaz affluent dans la chambre 20 par l'orifice d'étranglement 22 en subissant une réduction de pression plus ou moins forte Tant dans le mode de réalisation de la figure 4 que dans celui de la figure 5, il peut être prévu également, en lieu et place du piston 19 mobile à l'intérieur de la plaque d'appui 4, de laisser le piston 19 exercer une pression sur un soufflet élastique cylindrique, compressible dans le sens axial et présentant un orifice d'étranglement correspondant 22 dans sa face frontale éloignée du piston 19. Entant donné que la masse 21 ou le coussin de gaz 26 se trouve à l'intérieur du soufflet élastique fermé en soi , excepté à l'orifice d'étranglement 22, l'espace 20 délimité par le soufflet élastique est isolé étanche d'une manière idéale. REVENDICATIONS 1. Montage d'un générateur électrique dans un engin volant, en particulier dans un projectile stabilisé par effet gyroscopique , ce générateur comprenant un rotor monté cozxialeent A l'aie longitudinal de l'engin, de façon A pouvoir tourner par rapport & l'engin, caractérisé par le fait que le rotor est déplaçable en translation dans le sens de l'axe longitudinal et s'appuie contre l'engin par son extrémité arrière, dans le sens de l'axe longitudinal de I'enr gin, en passant par un élément amortisseur accumulant et/ou consommant de l'énergie. 2. Montage d'un générateur électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le rotor comprend, à son autre extrémité, un élément amortisseur supplémentaire accumulant et/ou consommant de l'énergie. 5. Montage d'un générateur électrique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'élément amortisseur est un élément élastique mécanique, en particulier une ou plusieurs rondelles Belleville. 4. Montage d'un générateur électrique suivant la reven8icaçion 1, caractérisé par le fait que l'élément amortisseur est une masse liquide, gélatineuse, pâteuse, plastique ou semblable, susceptible d'être chassée à partir d'une première chambre, par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'étranglement, dans une seconde chambre par l'extrémité arrière du rotor munie d'un piston mobile. 5. Montage d'un générateur électrique suivant la revendication 4 caractérisé par le fait que l'orifice d'étranglement est obturé au moyen d'un opercule destructible, d'un bouchon éjecteble ou d'un élément analogue, jusqu l'établissement d'une pression prédéterminée dans la masse se trouvant dans la première chambre. 6. Montage d'un générateur électrique dans la zone de l'extrémité arrière d'un engin volant suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément amortisseur est un coussin de gaz formé par les gaz de propulsion agissant lors du tir, par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'étranglement pratiqué dans la zone de l'extrémité arrière de l'engin volant, sur l'extrémité arrière du rotor1 munie d'un piston mobile.