Brevet FR2344000A1 — publié le 19771007

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux gyroscopes ou aux dispositifs gyroscopiques utilisés comme éléments du système de pilotage des missiles ou des projectiles à très fortes accélérations initiales du type de ceux lances par canons. Les trois principales qualités demandées à un gyroscope de missile ou de projet tile sont - un temps minimal pour le lancement de la toupie, inférieur au 1/10 de secon de - une très bonne résistance aux effets des accélérations initiales du missile ou du projectile, - un fonctionnement correct pendant toute la durée de vol, sans entretien du mouvement de rotation de la toupie lancée par une impulsion d'énergie four nie à la mise à feu du projectile. On connait des gyroscopes qui ont un temps de lancement très bref, ce sont les gyroscopes dont les toupies sont mues par des dispositifs mécaniques à ressort, à rubans dérouleurs, par des moteurs à gaz ou par des moteurs pyrotechniques. Malheureusement les dispositifs à ressort ne procurent pas une énergie utilisable grande comparée a leurs volumes et à leurs poids et les autres dispositifs connus, s'ils sont avantageux en ce qui concerne l'énergie délivrée par rapport à leurs dimensions et à leurs poids, résistent mal aux très fortes accélérations de plusieurs milliers de g. De plus, la vitesse de leur toupie decroît tres rapidement du fait de la degradation rapide des caractéristiques des paliers des gyroscopes, voire même de la détérioration de ces paliers ce qui donne des temps d'utilisation insuffisants et des dérives ex excessives qui ne peuvent être améliorés même par l'adjonction d'un moteur dont le rôle serait de maintenir la vitesse toupie. Pour remédier à ces inconvénients et pour réaliser un gyroscope à bas prix de revient, la présente invention se propose, tout en conservant les avantages des appareils cites qu'ils soient lancés par dispositifs mécaniques à rubans dérouleurs, par moteurs à gaz ou par moteurs pyrotechniques, à les rendre aptes à supporter les très fortes accélérations initiales et à augmenter leur temps de fonctionnement sans adjonction de moteur d'entretien mais par un montage particulier des paliers sensibles de tourillonnement des toupies et des paliers sensibles des cadres des gyroscopes. Pour pela, la présente invention réalise un montage de la toupie du gyroscope de paliers sur deux paires/disposées en ligne. La première paire de paliers travaille pen- dant toute la phase de lancement de la toupie et la phase d'accélération du projectile alors que la seconde paire, qui est protégée par un montage spécial pendant tout ce temps, est à un certain niveau de décélération du projectile déterminé préalablement, substituée a la premiere. En d'autres mots, la première paire de paliers est constituée de roulements surdimensionnés, capables de résister pendant le temps très court ou s'exercent ces fores nées du départ du coup et celles créées par le lancement de la toupie. En particulier lorsque cette dernière est lancée par un ruban dérouleur au départ du coup dont une partie est enroulée sur la toupie alors qu'à son autre extrémité il est accroché à la douille d'un projectile ou au tube lanceur, suivant les types d'armes et de projectiles utilisés.Les roulements toupie surdimensionnés, qui ont supporté toutes ces fores et qui ne pourraient être utilisés plus longtemps sans un décroissement rapide de la vitesse toupie pendant la phase de mesure, sont remplacés par la seconde paire de paliers qui elle a éte épargnée pendant la phase de lancement grâce à un moyen élastique interposé entre ces paliers et leurs logements. Quant aux paliers sensibles des cadres internes et externes des gyroscopes, ils sont pendant la phase d'accélération mis hors fonctionnement par des moyens élastiques qui bloquent lesdits cadres. La description qui va suivre en regard des dessins annexés à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 montre suivant une coupe longitudinale un gyroscope à lancement par ruban dérouleur. La figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne AA de la figure 1, montrant le montage des paliers de tourillonnement de la toupie du gyroscope avec leurs moyens élastiques associés. La figure 3 est une autre vue de la toupie suivant la flèche B de la figure 2, montrant une autre forme de réalisation des moyens élastiques. La figure 4 montre suivant une coupe longitudinale partielle,un gyroscope à lancement par moteur pyrotechnique avec un même montage de ses paliers. A la figure 1, le gyroscope du type à lancement par ruban dérouleur est constitué d'une toupie 1, tourillonnant à grande vitesse autour d'un axe 2 dans un cadre 3, apres lancement, en tirant sur un ruban 4 préalablement enroulé sur la toupie 1. Le cadre 3 ou cadre interne est pivoté autour d'un axe 5 sur deux paliers 6 et 7 logés dans un deuxième cadre 8 pivote autour d'un axe 9. Les axes 5 et 9 sont perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à l'axe de tourillonnement 2 de la toupie 1. A la figure 2 qui montre le détail de montage de la toupie 1 dans le cadre interne 3, la toupie cylindrique 1 a une gorge centrale dans laquelle vient s'enrouler le ruban 4 de lancement muni à son extrémité d'un cran pour s'accrocher à un pion 10 planté dans le fond de la gorge perpendiculairement a l'axe 2 de la toupie, l'autre extrémité est une attache qui est accrochée au lanceur ou a la douille du projectile. Dans la toupie 1 sont logés deux roulements à billes 11 et 12 montés sur un arbre 13 portant à chaque extrémité un roulement à billes 14 et 15 logés dans le premier cadre 3. Deux bagues entretoises 16 et 17 places respectivement entre les roulements 11 et 14, et 12 et 15, et deux clips 18 et 19 immobilisent axialement la toupie 1 a l'intérieur du cadre 3.Si les roulements 11 et 12 sont montés normalement sur l'arbre 13 et dans la toupie 1, il n'en est pas de même des roulements 14 et 15. Les roulements 14 et 15 ajustés sur l'arbre 13,sont montés dans leurs logements du cadre 3 par l'intermédiaire d'un moyen élastique placé entre la bague extérieure du roulement et la surface intérieure du logement. venant A la figure 2, ce moyen élastique est formé de deux joints toriques 20 et 21/en partie se mettre dans une gorge en V pratiquée dans chaque logement de façon à maintenir en place ces joints toriques. A la figure 1, la fleche F indique le sens de départ du projectile contenant le gyroscope. Le ruban 4 etant lié à la douille du projectile la flèche f représente le sens de la forcie exercee par ce ruban sur la toupie 1. Les forces dues à l'accélération du projectile et à la traction du ruban exercées sur la toupie se traduisent par une compression des joints toriques 20 et 21 et un deplacement de la toupie 1 le long de l'axe 9 par rapport au cadre 3, déplacement limite en grandeur par les entretoises 16 et 17 qui viennent en butee contre les parois de l'alésage du cadre 3. On voit par la que si les forces sont appliquees aux roulements 11 et 12 et aux entretoises 16 et 17 elles ne sont pas transmises aux roulements 14 et 15. Le déroulement du ruban 4 sous l'effet du départ du projectile communique ins tantanement à la toupie 1 un mouvement de rotation à très grande vitesse sur ses roulements 11 et 12. Ensuite le projectile décélérant, les joints toriques 20 et 21 repoussent progressivement la toupie en libérant les roulements 14 et 15 sur lesquels par l'arbre 13, elle va pouvoir continuer à tourner, tandis que les roulements 11 et 12 deviennent de ce fait inutiles. De même que la toupie et pour les mêmes raisons, le cadre 3 est pivoté par rapport au cadre 8 dans des paliers sensibles similaires. Dans le cadre 3 sont implantés deux pivots épaulés 22 et 23 alignes suivant l'axe 5 perpendiculaire a l'axe 2 des paliers de toupie. Chaque pivot 22 et 23 porte respectivement un roulement 24 et 25. Les roulements 24 et 25 sont montés dans deux logements du cadre 8 par l'intermédiaire de deux joints toriques 26 et 27 places entre les bagues extérieures de chaque roulement et les flancs d'une gorge en V usine dans chaque logement comme représente au dessin. L'ensemble toupie 1 et cadre 3 est immobilisé axialement dans le cadre 8 par deux clips 28 et 29 maintenant les roulements 24 et 25 dans leurs logements et en appui contre les épaulements 30 et 31 des pivots 22 et 23. Au départ du projectile, les fores dues a l'accélération et à la traction du ruban 4 déplacent l'axe 5 le long de l'axe 9 en comprimant les joints 26 et 27 dans leurs gorges en V pour amener les épaulements 30 et 31 des pivots 22 et 23 en butee dans les alesages-du cadre 8. Les épaulements 30 et 31 jouant le même rôle que précédemment les entretoises 16 et 17, pour que les fores ne soient pas transmises aux roulements à billes 24 et 25. A-la figure 3, on a représenté, placé entre les roulements sensibles 14 et 15 de tourillonnement de la toupie 1 et leurs logements dans le cadre 3, un autre moyen élastique constitué d'une suspension 34 à lame métallique formée en étoile comme montré au dessin. Cette suspension élastique 34 peut bien entendu être également montée entre les roulements 24 et 25 de pivotement du cadre 3 et leurs logements dans le cadre 8. A la figure 1, le cadre 8 est équipé d'un arbre épaulé 35 avec lequel il peut pivoter sur des roulements à billes 36 et 37 autour de l'axe 9. L'arbre 35 porte le rotor 38 d'un détecteur angulaire dont le stator 39 est logé dans un évidemment du boftier 40 du gyroscope. Le roulement a billes 36 est monté sur une portée de l'arbre 35 et est logé dans le bottier 40 tandis que le roulement a billes 37 logé dans l'alésage d'un palier 41 est monte sur un manchon 42 concentrique a l'arbre 35. Le manchon42 qui coopère avec un épaulement de l'arbre 35 pour immobiliser le rotor 38 du détecteur angulaire et la bague interne du roulement à billes 37 sont rendus solidaires de l'arbre 35 par serrage d'un ecrou 43 et d'un contre écrou 44 sur le bout fileté de l'arbre 35. Le palier 41 et une bague filetée 45 se vissant dans le boitier 40 coopérent pour immobiliser le stator 39 du détecteur angulaire dans le boîtier. Un ressort de compression 46 est placé entre le fond de l'alésage du palier 41 et le chemin de roulement externe du roulement a billes 37. Le rôle du ressort de compression est de rendre progressif le recul du cadre 8 au depart du projectile et sa remise en place lorsque lesEÇacleration auront disparu . Le recul du cadre 8 du gyroscope est limité par l'épaulement de l'e- crou 43 qui vient en contact avec la face du palier 41 pour que les forces ne soient pas transmises aux roulements a billes 36 et 37. Initialement,le ruban 4 qui est en partie enroulé sur la toupie 1 sort par une ouverture 32 pratiquee dans le fond 33 du boîtier du gyroscope et parlà, maintient le gyroscope immobile autour de ses axes de pivotement 5 et 9, c'est à dire bloque le gyroscope qui restera dans cette position tant que les fores d'accélérations dues au. depart du projectile n'auront pas disparu du fait que les épaulements 30 et 31 des pivots 22 et 23 seront en butée dans les alé- sages du cadre 8 et l'écrou 43 en butee contre la face du palier 41. Le gyroscope est libéré à un certain niveau de décélération du projectile déterminé par la raideur des moyens élastiques 26, 27 et 46. A la figure 4, on a représenté un gyroscope dont la toupie est mue par un moteur pyrotechnique 47 constitué d'une charge explosive 48 logée dans un cylindre 49 dans lequel est susoeptible de se déplacer sous l'action d'un ressort de compression 50, un piston creux 51, muni d'un ajutage 52 traversant le cylindre 49 pour déboucher pres de la périphérie de la toupie 1, dans laquelle a été taillée une roue a turbine 53. A la-mise à feu de la charge explosive 48 par un détonnateur 54 le flux de gaz dirigé sur les aubes de la roue a turbine 53 par l'ajutage 52 entrai'ne en rotation la toupie 1 autour de l'axe 2. L'ajutage, dans la position représentée au dessin, position de repos et position de lancement toupie, immobilise le cadre 3 autour de l'axe 5 et le cadre 8 autour de l'axe 9. Une fois la charge explosive 48 consumée, le ressort de compression 50 recule, comme montré en pointilles au dessin, le piston 51 qui débloque les cadres 3 et 8 du gyroscope. La charge explosive 48 est enfermee dans une cartouche 55 qui protège a la combustion la chemise du cylindre 49 dans lequel se meut le piston creux 51. Ce type de gyroscope est différent du précédent par son mode de lancement mais le montage de sa toupie 1 dans le cadre 3 et le montage de ses cadres 3 et 8 sont identiques à ceux précédemment décrits. La seconde paire de paliers est montée dans le cadre 3 par un moyen élastique 21 et le cadre 3 est pivoté dans des paliers montés dans les logements du cadre 8 par l'intermédiaire de moyens élastiques 26 et 27. Ces mêmes montages sont applicables aux gyroscopes du troisieme type à moteurs a gaz dans lesquels la charge explosive 48 serait remplacée par une cartouche a gaz. Il va de soi que sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution qui viennt d'être décrites. Revendications 1/ Dispositif gyroscopique pour projectiles ou missiles tirés avec de très for tes accélérations initiales qui, lancé par un mécanisme à ruban dérouleur, par un moteur à gaz ou un moteur pyrotechnique comporte une toupie montée dans deux cadres à l'intérieur d'un bottier, caractérisé par le fait que les paliers de la toupie, les paliers sensibles des cadres du gyroscope sont montés par l'intermédiaire de moyens élastiques, lesdits moyens élastiques protégeant les paliers du gyroscope servant également au blocage du gyros cope pendant la phase d'accélération du projectile ou du missile puis au déblocage du gyroscope. 2/ Dispositif gyroscopique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans un premier cadre ou cadre interne la toupie est susceptible d'être entraînez en rotation sur une première paire de paliers centrale, montée sur un arbre susceptible d'être entraîne en rotation et de tourillonner à chacune de ses extrémités, les deux extrémités tourillonnantes étant enfer muées dans un chemin de roulement intérieur d'une seconde paire de paliers logés de part et d'autre de la toupie dans deux alésages dudit premier ca dre, chaque chemin de roulement extérieur de ladite seconde paire de paliers étant lie audit premier cadre par un moyen élastique, et ledit premier ca dre étant tourillonné a l'intérieur d'un second cadre, perpendiculai-rement audit arbre, par deux pivots qui lui sont solidaires, enfermes dans un che min de roulement intérieur d'une troisième paire de paliers loges dans deux alésages dudit second cadre, chaque chemin de roulement extérieur de ladite troisième paire de paliers étant fixé audit second cadre par un moyen elas tique. 3/ Dispositif gyroscopique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le gyroscope est susceptible par rapport a son bottier, de se déplacer lon gitudinalement le long de l'axe de son cadre externe pivoté sur une quatriè me paire de paliers, un ressort de compression concentriquement monté sur ledit axe de pivotement étant intercalé entre la face latérale du chemin de roulement extérieur d'un palier et le boîtier. 4/ Dispositif gyroscopique selon les revendications 1 et 2, caractérise par le fait que le moyen élastique est un joint torique place entre chaque chemin de roulement extérieur et chaque partie radiale du logement des paliers, une gorge usinée dans ladite partie radiale maintenant ledit joint torique en place. 5/ Dispositif gyroscopique selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le moyen élastique est une suspension a lame métallique formée en étoile, placée entre chaque chemin de roulement exterieur et chaque partie radiale du logement des paliers. 6/ Dispositif gyroscopique selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé par le fait que chaque moyen élastique est susceptible de coopérer avec une butée qui lui est associée et qui est portée par l'arbre toupie, par chacun des pivots du premier cadre, par l'axe de pivotement du second cadre, pour venir sous l'action des forces nées du tir du pro jectile, en contact respectivement avec le premier cadre, avece second cadre et avec le boîtier du gyroscope afin que lesdites forces ne soient pas transmises à la seconde, à la troisième et à la quatrieme paires de paliers pendant que la toupie tourillonne sur la premiere paire de paliers, chaque moyen élastique repoussant ensuite progressivement les paliers, des un certain niveau de décélération du projectile, la toupie pouvant alors tourillonner sur la deuxieme paire de paliers et les cadres pouvant pivo ter autour de la troisième et quatrième paires de paliers.