Brevet FR2231947A1 — publié le 19741227

La présente invention consiste dans un ensemble complexe qui, monté à bord d'un projectile balistique tournant ( par exemple obus ou roquette ) permet, en fin de trajectoire , la détection d'un objectif métallique ( par exemple un char) et guide automatiquement le projectile vers cet objectif L'ensemble selon l'invention est caractérisé en ce qu'il se compose d'un système de détection à ondes électromagnétiques, d'un système électronique analyseur-décodeur des données fournies par le système de détection , d'un système destiné à provoquer l'initialisation de ces systèmes à un instant déterminé et des moyens destinés à corriger la trajectoire terminale du projectile , ces moyens de correction étant asservis au système de détection et au système analyseur décodeur qui lui est associé Les divers caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre , faite en référence aux dessins annexés . Il est bien précisé qu'il s'agit uniquement d'exemples et que toutes autres formes , proportions , dispositions et schémas pourraient être adoptés sans sortir du cadre de l'invention La Fig.1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un projectile muni d'un ensemble selon l'invention .Celui-ci comprend s l'antenne et l'ensemble haute fréquence du système de détection 1 , la charge militaire 2 , l'ensemble électronique s analyseur , décodeur a le système d'initialisation 4 , la source électrique 5 ( pile amorçable , par exemple ) , le propulseur 6 de correction de trajectoire terminale avec son asservissement s le corps 7 de projectile ( culot dans le cas d'un obus, propulseur principal dans le cas d'une roquette) On voit que , pratiquement , le système selon l'invention constitue la tête d'une roquette ou la quasi totalité d'un obus. A une distance normale D0 du point d'impact du projectile dans la zone où est supposé se trouver l'objectif , on met en route , selon l'invention , le système 1 de détection de l'ensemble , par exemple à l'aide d'un système chronométrique . Cette distance D0 dépend du rayon d'action et de la sensibilité du système de détection qui est électromagnétique Suivant une des caractéristiques de l'invention l'antenne présente un décalage angulaire par rapport à l'axe longitudinal du projectile . . En tournant , le projectile fait décrire à ladite antenne un cône de 1 angle au sommet A Soit le % angle d'ouverture du pinceau de balayage électromagnétique Soit ck la vitesse de rotation du projectile , Soit V la vitesse du projectile X Soit e l'angle de site du projectile Sur le plan normal à l'axe longitudinal du projectile , le pinceau électromagnétique décrit un anneau circulaire de rayon intérieur k (##) et de rayon extérieur k ( w+et) s k étant la distance source-plan et &alpha; étant exprimés en radian, puisque petits Si le projectile était immobile ( x, y , z, #= Ctes) pendant qu'il fait un tour sur lui-même , le pinceau décrirait au sol un anneau elliptique de grand de petit axe extérieur Do (JE + axe extérieur Do sfL + de grand axe inkifeti de petit axe intérieur Do (# + &alpha;), En fait , le projectile n'est pas immobile ( x, z;; Ctes ) et Do et e varient aussi . les grands et petits axes extérieurs et intérieurs de l'ellipse ci-dessus diminuent avec Do et le centre de l'ellipse se déplace vers le point d'impact On peut dire que le pinceau électromagnétique balaie une " hélice elliptique " d'épaisseur proportionnelle aux axes de 11 l'ellipse instantanée " La Fig.2 représente schématiquement le balayage au sol du pinceau électromagnétique .La tache 8 représente la zone d'éclairage du pinceau électromagnétique à un instant donné, 8' représente l'impact les valeurs des paramètres V , #, #, #, &alpha;, per- mettent de choisir les caractéristiques du recouvrement de la zone balayée et, par là même , les probabilités de bonne détection, par le système de détection , selon l'invention la détection consiste à envoyer des impulsions électromagnétiques de fréquence F et de durée d'émission te . Ces impulsions sont émises toutes les t secondes . On récupère ces impulsions et, dans le cas où le pinceau électromagnétique rencontre une masse métallique suffisante , le niveau reçu dépasse un seuil et, par là m8me , indique la possibilité d'hêtre en présence de l'objectif recherché ( exemple , un char) L'invention prévoit pour obtenir une meilleure directivité du pinceau , la possibilité d'utiliser deux antennes ou un nombre d'antennes > 2 , les fréquences des émissions liées à chacune d'elles étant différentes Selon l'invention , la correction de trajectoire se fait à l'aide d'un propulseur additionnel 6 ( Fig.l) mais peut aussi s'effectuer par le propulseur principal du projectile , s'il en a un les corrections consistent dans des impulsions latérales asservies comme décrit plus loin Dans le cas de l'utilisation du propulseur principal , on réalise la déviation ou correction à l'aide d'un déviateur de jet . Dans le cas de l'utilisation drun propulseur additionnel , on réalise , selon l'invention , la déviation ou correction , soit à l'aide d'un déviateur de jet ou mieux , à l'aide de tuyères latérales dont l'ouverture est commandée par des électrovannes le système d'asservissement décrit ci-après et qui constitue l'une des caractéristiques de la présente invention , s'applique , sans sortir de son cadre , à chacune de ces méthodes de correction de trajectoire Pour la clarté de ltexposé , on l'appliquera à l'un des cas d'asservissement possibles , caractérisé par la présence de trois tuyères latérales disposées à 1200 les unes des autres dont l'ouverture est commandée par des électrovannes pour les memes raisons , le délai de réponse des électrovannes sera considéré comme nul Cependant , cette méthode d'asservissement s'applique , sans sortir du cadre de l'invention , au cas de n tuyères latérales dont la répartition angulaire peut entre non symétrique et dont le délai de réponse des électrovannes te est non nul . La force due au jet propulsif peut , sans sortir du cadre de l'invention , soit passer par le centre de gravité , soit créer un couple qui entraînera une prise d'incidence donc une force de " portance " . La Fig.3 représente le plan P défini par les axes OT1 , OT2 , 023 des tuyères latérales 9, 9' et 9" . Ce plan P est normal à l'axe longitudinal du projectile . On considère ce plan comme fixe lors de la rotation du projectile ( sens de la flèche 9") . Soit OA' la projection de l'axe OA de l'antenne sur ce plan . Selon l'invention , on construit la tête du projectile telle que les angles OT1 , OA' = +2# 3 OT2 , OA' = -2# 3 OT3 , OA' = 0 ( tuyère 9" dans le plan OA' , projection dans l'axe de l'antenne sur le plan P ) A un instant t0 , l'antenne reçoit un niveau d'impul- sion faisant penser que son pinceau électromagnétique s'est réfléchi sur un char ( au delà du seuil fixé ) ; de même , au temps to +ta , to + 2ta ..... * to +nta ; n étant fixé , selon l'in- vention , comme critère de crédibilité de la présence d'un char ( ta : intervalle des émissions à haute fréquence ) . Soit t1 = to + n ta . Soit tt ) l'angle fait au temps t par OA' avec ozp . Soit #1 , #2 , #3, les angles faits au temps t par OT1 , OT2 , OT3 avec ozp . Grâce aux dispositions de l'invention , au temps t1 l'antenne OA est orientée vers l'objectif . il faut donc que le projectile soit animé d'une vitesse dont la représentation vectorielle soit parallèle à OA Or, on considère que le vecteur vitesse V du projectile est orienté suivant l'axe longitudinal de celui-ci ( c'est à dire que l'incidence est nulle ; ceci est vrai en fin de trajectoire balistique ) , il faut donc engendrer une composante v telle que W = ( V + v ) , soit portée par l'axe OA . v est donc parallèle à OA' projection de OA sur le plan P normal à l'axe longitudinal du projectile Au temps t1 , lorsque le récepteur a reçu n impulsions , l'asservissement ouvre la tuyère T1 (9) pendant 277 . 1 secondes.T 42- En outre , le totalisateur d'impulsionsdu système refuse , selon l'invention, de prendre en compte toute information pendant un temps th que l'on définira ci-dessous Far la construction selon l'invention , la composante moyenne de la force engendrée par le jet sortant de la tuyère D (9) est orientée suivant OA' , plan confondu avec la projection de l'antenne et plan orienté vers l'objectif Conformément à l'invention , au temps t1 + 27r . 1 l'asservissement ferme la tuyère T1 et ouvre la tuyères 3 et ceci pendant 27r 1 secondes La position de T3 pendant cet intervalle de temps est la même que celle de T1 pendant l'intervalle précédent Au temps t1 + 47r . 1 , le même système ferme la tuyère 23 et ouvre la tuyère T2 Jusqu'à ce que le récepteur compte n impulsions dépassant le seuil, ce qui donne à nouveau l'ordre à T1 de s'ouvrir e 22 se ferme automatiquement lorsque 21 s'ouvre ( tour suivant ) Ceci permet, selon l'invention, un repointage et un recalage automatique du projectile sur sa cible tous les tours, puisque , selon l'invention, pour chaaue tour et par environ 1/3, la poussée moyenne de chacune des 3 tuyères donne une impulsion dans le plan de l'antenne , celle-ci étant orientée vers l'objec- tif On a dit que , suivant l'invention , lors de l'ouverture de la tuyère T1 le totalisateur refuse , selon l'invention , de prendre en compte toute information pendant un temps #.Ln effet , il peut y avoir 2 ou plusieurs objectifs dans la zone balayée par le pinceau électromagnétique et il ne faut pas que le projectile se dirige tantôt vers l'un tant8t vers l'autre car il n'en atteindrait aucun On inhibe donc les circuits pendant un temps proche du temps nécessaire pour que le projectile fasse un tour, ainsi on limite la zone d'inspection autour d'un objectif des que l'on a découvert cet objectif les Fig. 4, 5 et 6 représentent schématiquement trois moments successifs pendant la correction ;; -les axes des 3 tuyères latérales ( en projection sur le plan P - Fig.3) asservies de correction de trajec toire selon l'invention - les zones 10a , 10b et 10C , balayées au sol par le pinceau électromagnétique - les positions 11a, 11b, et 11c de l'objectif au sol La Fig.4 correspond au temps compris entre t1 et t1 + 2 > 1 La Fig.5 correspond au temps compris entre La Fig.6 correspond au temps t1 + les graphes 12a , 12b et 12C représentent les signaux émis Les graphes 13a , 13b et 13c représentent les signaux reçus .On voit qu'en raison de l'inhibition pendant le temps # , les graphes 13a et 13b montrent une réception nulle . Le graphe 13c montre des signaux reçus inférieurs au seuil 14 ( traits interrompus ) , parce que le pinceau électromagnétique 10c ne coincide pas au sol avec l'objectif 11C les Fig. 7, 8 et 9 représentent un diagramme séquentiel de fonctionnement du système selon l'invention , au moment de la détection, qui est le suivant a) un système dtinitialisation tel que fusée chronométri que met en route le système de détection lorsque le projectile est à une distance 90 de son point d'impact. b) -le système électromagnétique 1 mesure la distance D entre le projectile et le sol c) des que D 4 Do , l'électronique 3 analyseur décodeur, provoque l'allumage du système de propulsion addition nelle de correction de trajectoire 6 Pendant cette phase , cette électronique 3 asservit les ouvertures des tuyères ou les déviations de jets , de sorte que la force moyenne due à la propulsion soit verticale , dirigée vers le sol ( ceci permet d'augmen ter la longueur de la zone de balayage ) Cette électronique 3 assure l'émission des signaux électromagnétiques à haute fréquence 1 et leur récep tion d) Dès que n signaux consécutifs ou séparés par un signal inférieur au seuil fixé ont dépassé ledit seuil t l'électronique 3 asservit l'ouverture des tuyères ou les déviations de ets de manière que le projectile se dirige vers l'ob objectif -ar ailleurs , l'électronique 3 s'inhibe pendant le 'Jemps D, ( ( voisin d'un tour ) , puis après ce tempsrecompte les signaux consécifs ou séparés par un signal inférieur au seuil, qui ont dépassé le seuil fixé , et permet le recommencement de la correction de trajectoire . ainsi, les zones latérales de correction , engendrées par les tuyères , orientent le projectile vers l'objectif et le conduisent vers celui-ci par recherche de superposition du pinceau électromagnétique balayé au sol avec ledit objectif , ce qui a pour effet d'engendrer le signal ( ou les signaux ) reçu avec une intensité supérieure à celle du seuil fixé et pour un nombre également supérieur à un minimum fixé la description des Fig. 7 , et et 9 précitées permet de comprendre plus clairement le fonctionnement du système selon l'invention au moment de la détection Ces 3 figures correspondent aux 3 moments de fonctionnement du système : - Fig. 7 : avant détection, - Fig.8 : au moment de la détection , ( n - 1)me impulsion reçue supérieure au seuil - Fig.9 : juste à la nme impulsion supérieure au seuil, ctest à dire au temps t1 Les graphes circulaires supérieurs de chaque figure 7, 8 , 9 représentent le balayage en projection au sol ( pinceau electromagnétique 11a , 11b , 11C et chars 10a, 10b 1oc) les graphes circulaires intermédiaires représentent les positions des 3 tuyères latérales asservies , selon l'invention , en projection sur le plan 2 , figure 3 les graphes circulaires inférieurs représentent les forces de propulsion 14a 14b- 14c de correction de trajectoire en projection sur le plan P , figure 3 . ( 14a - 14b force moyenne verticale , dirigée vers le bas , parce qu'on est avant détection ou juste avant , 14c force instantanée dont la moyenne sur son temps d'application est dirigée dans le plan de l'antenne , donc vers l'objectif , parce qu'on est après détection ) les graphes 15a , 15b , 15c , représentent les signaux émis à haute fréquence par le système électromagnétique selon l'invention . Les graphes 16a , 16b , 16c , représentent les signaux reçus ( seuil représenté par le trait interrompu 20). On voit que , avant détection ( Fig. 7 ) , les signaux reçus sont inférieurs au seuil 20 Au moment de la détection ( Fig.8) , les signaux reçus 17 (n - 2)me et 18 (n 1)me , sont supérieurs au seuil 20. me Au temps t ( Fig.9) , le signal reçu est le n supérieur au seuil fixé , l'antenne 0A est alors orientée , selon l'invention , vers l,'obJectif , ce qui est recherché , et la force moyenne de poussée pendant le temps d'application est aussi orientée dans le plan de l'antenne donc vers l'objectif. REV2xD1CAtIONS 1 . Ensemble destiné à la détection d'un objectif métallique et à la correction automatique de trajectoire terminale , pour un projectile balistique tournant , caractérisé en ce qu'il se compose d'un système de détection à ondes électromagnétiques, d'un système électronique analyseur-décodeur des données fournies par le système de détection ,d'un système destiné à provoquer l'initialisation de ces systèmes à un instant déterminé et des moyens destinés à corriger la trajectoire terminale du projectile , ces moyens de correction étant asservis au système de détection et au système analyseur décodeur qui lui est associé 2 . Ensemble suivant 1) caractérisé en ce qu'il constitue la tête d'un projectile , ou d'une roquette 3 . Ensemble suivant 1) caractérisé en ce qu'il est combiné avec la charge militaire du projectile 4 .Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que la correction de la trajectoire terminale du projectile est assurée dans le cas d'un projectile autopulsé , par le propulseur principal , au moyen de déviateurs de jets , à effets latéraux 5 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que la correction de trajectoire terminale du projectile est assurée par un propulseur additionnel , à tuyères latérales 6 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que les déviateurs de jets suivant 4) ou les tuyères latérales suivant 5) sont commandés par des électrovannes , asservies suivant la Revendication 1) 7 .Ensemble suivant l'une quelconque des devendications précédentes , caractérisé en ce que le propulseur additionnel suivant i) comporte N tuyères équidistantes ouvertes successivement chacune pendant un temps 2 ff . I secondes (J vitesse de rota tion du projectile) sauf der lère dont le temps dépend du recalage du projectile sur la trajectoire , ce temps d'ouverture etant déterminé en fonction des impulsions reçues et totalisées dans le système analyseur , après dépassement d'un seuil prédéterminé 8 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que le nombre d'impulsions totalisées est préfixé et sert de critère de crédibilité de la présence d'un objectif 9 .Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de circuits de réception ou système de détection est inhiBé dès la détection pendant un certain temps ( environ d'un tour ) , afin d'éviter de se diriger sur plusieurs objectifs dans la zone de détection 10 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que l'antenne comporte un calage angulaire par rapport à l'axe longitudinal du projectile et décrit donc un cône . Il . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précé de J tSnSecsaractérisé en ce que le système de détection comporte 2/ 7 ou 1m nombre supérieur à 2 ) de fréquences d'émission différentes 12 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que le pinceau électromagnétique de détection balaie au sol une " hélice elliptique " d'épaisseur proportionnelle aux axes de 1' "ellipse instantanée " , le point de convergence de l'hélice étant constitué par le point d'impact. 13 . Ensemble suivant ltune quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que le système dlinitialisatiOn de la détection est une fusée chronométrique 14 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que la mise en fonctionnement de la détection est actionnée à une distance Do du point d'impact , ce point d'impact étant en principe prévu dans la zone dans laquelle est supposé se trouver l'objectif . 15 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que le système électromagnétique de détection mesure la distance D entre le projectile et le sol par l'analyseur décodeur , actionne la propulsion correctrice ( allumage du propulseur additionnel ou mise en route des déviateurs de jets du propulseur principal ) dès que cette distance D est inférieure à Do - distance de mise en route du système de détection , par rapport au point d'impact 16 .Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que par construction, la projection sur un plan perpendiculaire à l'axe du projectile de l'axe de l'une des tuyères du propulseur additionnel selon 5) , est confondue avec celle ( sur le meme plan ) de l'antenne selon 10) les tuyères étant distantes angulairement entre elles de N étant le nombre de tuyères 17 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé avant détection avant les opérations correctrices , ( donc avant détection) , mais après i'initialisatlnlu système de détection , la composante moyenne de la poussée correctrice d'une tuyère est dans un plan vertical, dirigée de haut en bas 18 .Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que pendant les opérations correctrices après détection , la composante moyenne de la poussée correctrice d'une tuyère , qui dure 2 . seconde , sauf d l'antenne , selon 10 pour la Nme ,est dans le plan de projection sur un plan perpendiculaire à l'axe du projectile 19 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que la poussée de jet propulsif correcteur passe par le centre de gravité du projectile et est sans effet de portance 20 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que la poussée du jet propulsif correcteur ne passe pas par le centre de gravité du projectile engendre une incidence et donc une portance 21 . Ensemble suivant l'une quelconque des Revendications précédentes , caractérisé en ce que l'antenne selon 10) est orientée vers l'objectif au temps t1 = to + n ta ( t0 : instant auquel arrive une impulsion reçue supérieure au seuil fixé , n : le nombre d'impulsions de même force enregistrée par le totalisateur selon S - et t a : intervalle des signaux électromagnétiques.