Brevet FR2364164A1 — publié le 19780407

La présente invention est relative à un dispositif de pilotage d'un projectile en auto-rotation. On connaît, par le brevet français n- 1.099.901, un dispositif de pilotage d'un projectile à réaction, réalisé sous la forme d'un deviateur du jet gazeux éjecté par la tuyère du projectile, pénétrant dans la veine gazeuse pour faire varier la direction du jet gazeux. Lors de l'utilisation d'un tel dispositif, appelé gouverne de jet, pour piloter des projectiles en auto-rotation, on peut moduler l'ordre, donc l'accélération normale à la trajectoire, en faisant entrer le déviateur dans le jet du propulseur pendant un temps plus ou moins long. De cette façon, l'on peut obtenir des accélérations normales, pouvant varier d'une façon continue. Les dispositifs de pilotage par gouvernes de jet se sont avérés rentables lorsque les durées de vol dépassaient environ 10 à 15 secondes. Comme chaque gouverne est utilisée environ 10 fois par seconde, cela conduisait à une centaine d'actions, chacune pouvant être modulée, ce qui justifiait la masse et le prix de la gouverne de jet. Lorsque les durées de vol deviennent faibles, par exemple inférieures à fi se ides, ces gouvernes de jet ne constituent plus une solution rentable, et il convient de trouver d'autres moyens pour assurer le pilotage du projectile. La présente invention se propose d'apporter une solution à ce problème. La Demanderesse a constaté que, pour résoudre ce problème, il convenait d'utiliser des impulseurs, CD nstitués par des propulseurs de très petites dimensions, possédant une poussée P pendant un temps , (t étant de l'ordre du 1/300ème de seconde). On notera cependant que l'allure de la courbe de poussée n est pas forcément rectangulaire, et peut etre différente sans que rien ne soit changé au raisonnement ci-après. On retiendra simplement que l'impulsion totale de l'impulseur est P Cette impulsion peut etre fournie par tout autre moyen, par exemple par un impulseur constitué par une munition de pistolet ou de fusil, dont la balle serait remplacée par une masse friable telle que, par exemple, de la limaille de fer frittée, qui se trouve freinée par l'air dès sa sortie de la douille. Selon l'invention, les impulseurs sont avantageusement groupés en couronnes ou en hélices. Ils sont montés de préférence à l'avant du centre de gravité du projectile, à une distancebde celui-ci, la masse m de chaque im o pulseur étant fonction de cette distance d. De cette façon, les impulseurs contribuent directement à la portance du projectile, contrairement à la gouverne de jet, montée obligatoirement à l'arrière du projectile. Par ailleurs, on peut démontrer que, lorsque des impulseurs disposés comme décrit plus haut, selon l'invention, sur un projectile en auto-rotation, sont déclenchés à des intervalles de temps T et de façon à ce qu'ils agissent dans la meme direction, l'accélération normale à la trajectoire n (exprimée en m/sec2) prise par le projectile est, après amortissement des mouvements transitoires négligeables ceci lorsque la poussée du propulseur est égale à la tralnée. Lorsque ce n'est pas le cas, le terme entre parenthèses contient une expression qui est fonction de l'accélération longitudinale Oe , mais n est toujours inversement proportionnelle à T. Dans l'expression de n indiquée ci-dessus, M représente la masse totale du projectile, e est la marge statique de ce projectile, c'est-à-dire la distance séparant son centre de poussée du centre de gravité, C et C' étant x 3 respectivement les codfficients de traînée et de gradient de portance. La distance d séparant l'impulseur du centre de gravité du projectile est positive quand cet impulseur est à l'avant du centre de gravité. On remarquera que, pour que des impulseurs placés à des distances d différentes produisent le meme effet, il suffit que leur masse de poudre m o soit telle que Constante En d'autres termes, la masse m de chaque impulseur est fonction o de la distance d séparant cet impulseur du centre de gravité du projectile. Quand M, e et d varient en fonction du temps, pendant le vol du projectile, T peut etre programmé de façon que Constante Dans ce cas, le facteur de charge n pris par le projectile est constant. Dans ce qui précède, il n'a pas été tenu compte de l'autorotation du projectile, qui est négligeable tant que la vitesse de rotation de ce dernier est inférieure à environ 20 tours/seconde, dans le cas d'un projectile supersonique. L'autorotation entrafne simplement, en première approximation, un décalage angulaire entre la direction de l'impulsion appliquée et la direction de l'accélération normale résultante, et elle peut etre corrigée par un décalage angulaire de l'ordre appliqué, analogue à celui que demande le retard d'allumage de l'impulseur. On sait enfin qu'on peut matérialiser une direction fixe dans l'espace dans le projectile, par exemple à l'aide d'un gyroscope, ou en intégrant la vitesse de rotation du projectile, mesurée, par exemple, à l'aide d'un groupement d'accéléromètres ou de tout autre moyen convenable. Cette direction peut aussi être celle de l'axe d'un faisceau de guidage tel que décrit, par exemple, dans le brevet français n" 74 36 678, déposé le 5 Novembre 1974, et intitulé : "Perfectionnements apportés au guidage d'un projectile vers son objectif", et dans sa première Addition, n" 74 41 992, du 19 Décembre 1974. Le dispositif selon la présente invention est donc essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'impulseurs, constitués par des propulseurs de très petites dimensions et un moyen de commande permettant de déclencher des impulseurs dans une direction déterminée, à une fréquence 1, , déterminée ou variable, d'après une loi programmée de pilotage ou un as T sement. servlssement. Selon une autre caractéristique de cette invention, chacun des allumeurs électriques desdits impulseurs est alimenté, au travers d'une bascule électronique, par un moyen accumulateur d'énergie tel que, par exemple, une capacité, chargé à une fréquence T } cet accumulateur demeurant chargé jusqu'à ce que l'une desdites bascules électroniques soit fermée par le dispositif donnant la direction de l'accélération voulue. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description donnée ci-après en regard du dessin annexé, qui représente schématiquement, et uniquement à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de l'invention. Sur ce dessin - la Figure 1 représente, en élévation et arrachement partiel, un projectile muni des impulseurs selon l'invention - la Figure 2 est une vue partielle, analogue à la Figure 1, montrant une variante de la disposition des impulseurs ; et, - la Figure 3 est un schéma de principe du dispositif de commande des impulseurs. En se référant à la Figure 1, on y voit un projectile en auto-rotation muni, selon l'invention, de deux couronnes C1 et C2 d'impulseurs 10. Ces impulseurs sont constitués, comme on peut le voir sur la partie en arrachement, de propulseurs à poudre de très petites dimensions. Ils sont situés à une distance d du centre de gravité G du projectile. Dans cet exemple, d est positif, puisque les impulseurs sont disposés à l'avant de G. De cette façon, les propulseurs 10 contribuent directement à la portance du projectile, ainsi qu'on l'a vu dans ce qui précède. Dans la variante représentée à la Figure 2, les impulseurs sont groupés en hélice H. On peut, bien entendu, grouper les impulseurs de façon différente. On a vu plus haut que le dispositif de pilotage de l'invention comportait en outre un moyen de commande permettant de déclencher des impulseurs 10 dans une direction donnée, à une fréquence T déterminée ou variable, T d'après une loi de pilotage programmée ou un asservissement. La Figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un circuit électrique de commande des impulseurs. On y a représenté trois impulseurs : 10a, 10b, 10c, dont les allumeurs 14a, 14b, 14c, par l'intermédiaire de bascules électroniques 12a, 12b, 12c (représentées ici sous la forme d'interrupteurs) sont relies à une capacité C chargée à une fréquence T s par une batterie B. Cette T capacité peut être remplacée, sans sortir du cadre de l'invention, par tout moyen de stockage d'énergie. Les bascules électroniques 12a, 12b, 12c sont fermées quand l'impulseur correspondant se trouve dans la direction voulue. Cette capacité C est avantageusement protégée par un dispositif permettant de faire en sorte qu'elle ne puisse se décharger avant d'avoir atteint une certaine tension, de valeur voisine de sa tension nominale, et largement surabordante pour qu'elle ne se décharge pas tant que le signal de charge de la batterie B est en cours. A titre d'exemple d'un tel dispositif, on peut citer une diode Zener ou une bascule ouverte. Ce dispositif, empêchant pendant la charge la décharge de la capacité C, peut également équiper chaque bascule 12a, 12b, 12c. La capacité C reste chargée jusqutà ce que l'une des bascules électroniques 12a, 12b, et 12c soit fermée par le dispositif déclenchant dans la direction voulue. Les bascules électroniques peuvent être, selon l'invention, munies de moyens permettant leur auto-entretien, pour que, à partir du moment où la capacité C a commencé à se décharger dans l'allumeur de l'un des impulseurs 10a, 10b, 10c, elle continue à se décharger dans ce dernier. On évite ainsi une répartition de la charge de la batterie B entre plusieurs bascules. Dans ce but, on peut utiliser un relais entretenu. La fermeture de la bascule électronique de l'allumeur considéré s'effectue avec une avance angulaire /3, tenant compte du retard d'allumage t et de la durée de fonctionnement o = w (t + Il faut, le cas echéant, y ajouter le décalage nécessaire pour corriger l'effet gyroscopique. Les dispositifs d'allumage des impulseurs sont, selon l'invention, avantageusement réalisés de façon que le circuit électrique soit ouvert après fonctionnement. Bien entendu, ceci peut être assuré électriquement. Dans ce cas, un impulseur qui a déjà été actionné ne vide pas la capacité C, et c'est le premier impulseur non encore allume qui est actionné. De ce fait, le temps qui s'écoule entre deux fonctionnements d'impulseurs peut être légèrement supérieur ou inférieur à T, mais, en moyenne, le nombre dtimpulsions est correct. Parmi les avantages apportés par le dispositif de pilotage objet de cette invention par rapport au système de gouvernes de jet, on peut citer a) pas de pièce mécanique en mouvement, d'où la possibilité de très fortes accélérations b) montage des masses consommables à l'avant du projectile, ce qui facilite le centrage, augmente llefficacité et diminue les déphasages nuisibles c) obtention d'un réglage continu, avec un facteur de charge n pouvant atteindre des valeurs très élevées d) consommation d'énergie électrique très faible, tres inférieure à la consom mation des gouvernes de jet. I1 demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés, mais que l'on peut y apporter toute modification sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de pilotage d'un projectile en auto-rotation, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'impulseurs, constitués par des propulseurs de très petites dimensions, et un moyen de commande permettant de déclencher des impulseurs dans une direction déterminée, à une fréquence T > déterminée ou variable, d'après une loi programmée de pilotage ou un asservissement. 2 - Dispositif de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits propulseurs sont montés à l'avant du centre de gravité du projectile, à une distance d de ce dernier. 3 - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les propulseurs sont groupés en couronnes. 4 - Dispositif de pilotage selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les propulseurs sont groupés en hélices. 5-Dispositif de pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les propulseurs sont constitués par une munition de pistolet ou de fusil, dont la balle a été remplacée par une masse friable, telle que de la limaille de fer frittée, freinée par l'air dès sa sortie de la douille. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 5, carac térisé en ce que la masse m de chaque impulseur est fonction de la distance o d entre cet impulseur et le centre de gravité du projectile. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour tenir compte du décalage angulaire entre la direction de l'impulsion appliquée par l'impulseur et la-direction de l'accélération normale résultante, résultant de l'auto-rotation du projectile, on applique un décalage angulaire à l'ordre de commande appliqué audit impulseur. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chacun des dispositifs d'allumage électriques desdits impul seurs est alimenté, au travers d'une bascule électronique, par un moyen ac cumulateur d'énergie, chargé à une fréquence T ss cet accumulateur d'énergie demeurant chargé jusqu'à ce que l'une desdites bascules électroniques soit fermée par le dispositif donnant la direction de l'accélération voulue. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit accumulateur d'énergie est une capacité, 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite capacité est protégée par un moyen, tel que diode Zener ou bascule ouverte, permettant de faire en sorte qutelle ne puisse se décharger avant d'avoir atteint une certaine tension, voisine de sa tension nominale de charge, et largement surabondante pour ne pas se décharger tant que son signal de charge est en cours. 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif empêchant, pendant la charge, la décharge de ladite capacité, équipe chaque bascule électronique. 12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que lesdites bascules électroniques sont munies de moyens permettant leur auto-excitation. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par des relais entretenus. 14 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que la fermeture du dispositif d'allumage de 1'impulseur actionné par ledit moyen de commande s'effectue avec une avance angulaire tenant compte du retard d'allumage et de la durée de fonctionnement de la charge de cet impulseur. 15 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'on ajoute à cette avance angulaire le décalage résultant de l'effet gyroscopique. 16 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 15, caractérisé en ce que les dispositifs d'allumage des impulseurs sont réalisés de façon que le circuit électrique soit ouvert après fonctionnement.