Brevet FR2429989A1 — publié le 19800125

Cette invention a pour objet un dispositif pour tir sur but futur de projectiles non pilotés. Dans les dispositifs de ce type actuellement connus, on mesure la distance du but D, pour en déduire la durée T de trajet du pro jectile, on mesure également la vitesse angulaire de défilement 0' du but, o et on déduit de ces deux mesures l'angle que fait la direction du but futur avec le but actuel = 0' T o La croisée de réticule du viseur est décalée par rapport à l'axe du tube de lancement du projectile de l'angle s . le tireur continuant à viser le but actuel. La façon d'introduire ce décalage, et, en particulier, la rapidité de cette opération, ont une influence importante sur la qualité du tir sur le but futur, c'est-à-dire sur la rapidité avec laquelle ce tir peut être effectué avec une précision donnée. La présente invention a pour objet un dispositif de tir sur but futur, à l'aide d'une visée continue, pendant laquelle on mesure D pour en déduire T, la croisée de réticule se décalant automatiquement de l'angle E , et ceci en assurant une visée rapide, sans oscillation. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend - un télémètre assurant la mesure de la distance D du but - une référence spatiale à deux degrés de liberté, munie de deux détecteurs angulaires permettant de mesurer les rotations autour des deux axes à partir d'une position dite "bloquée", et de deux moteurs couples - une calculatrice permettant de déduire de la mesure de D la durée T du tra jet du projectile, et de calculer les valeurs des couples exercés -par lesdits moteurs couples - un système optique, comportant au moins un réflecteur mobile, permettant de décaler automatiquement la croisée de réticule du viseur par rapport au tube de lancement de l'angle k , ce système optique étant du type lunette à double réflexion, à axe parallèle au tube de lancement, un rayon axial issu de la croisée de réticule étant réfléchi par deux réflecteurs, l'un au moins de ces réflecteurs étant mobile - des moyens assurant une liaison cinématique entre les axes de la référence spatiale et le réflecteur mobile, cette liaison étant telle que L - C = 2 t (L - S), étant une constante, L étant la direction du tube de lancement, C la direc tion de la croisée de réticule en sortie de l'objectif, et S la direction de la référence spatiale. Selon une caractéristique de cette invention, la valeur de la constante est choisie inférieure à 0 , 5, et de préférence égale à 0 35. Selon une autre caractéristique de cette invention, les réfleteurs du système optique sont constitués par des miroirs, des prismes et similaires, les normales à ces réflecteurs étant, en position bloquée, parallèles et de sens opposés. Selon l'invention, la référence spatiale est un gyroscope monté dans la lunette, dont l'axe, en position bloquée, est parallèle à celui de la lunette. Selon un exemple de réalisation du dispositif objet de cette invention, la liaison cinématique entre les axes de la référence spatiale du système optique et du système mobile est réalisée sous la forme de deux poulies dont les axes sont calés, respectivement, sur l'axe de la référence spatiale et sur celui du réflecteur mobile, une courroie ou similaire assurant la liaison entre ces deux poulies, dont le rapport des rayons est ) Selon une variante, cette liaison cinématique est réalisée par un ensemble bielle-manivelle. Selon une variante de l'invention, dans laquelle on mesure la valeur de l'écart entre la croisée de réticule et le but à l'aide d'un moyen automatique, tel que, notamment, un radar de tir, une télévision à poursuite d'image ou un goniomètre, qui mesure l'écart du but par rapport à son axe de référence, le détecteur mesurant l'écart est monté à la place du réflecteur mobile dans un cardan dont les axes, en position bloquée, sont parallèles à ceux de la référence spatiale, la liaison entre ce cardan et celui de cette référence spatiale étant toujours telle que L-C = 2 S(L-S) D'autres caractéristiques de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés. Sur les dessins - la Figure 1 est un schéma illustrant le principe de fonctionnement du dispositif de l'invention; - la Figure 2 est une vue schématique, en perspective, d'un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la Figure 3 est un graphique illustrant la relation entre des valeurs choisies de l'angle C de la direction de la croisée de réticule et de l'angle S de la direction de la référence spatiale; - les Figures 4 et 5 illustrent, de façon schématique, deux exemples de réalisation de la liaison cinématique entre les axes de la référence spatiale et le réflecteur mobile - la Figure 6 représente un réseau de courbes illustrant les variations d'un paramètre U, dont est fonction la qualité du pointage en fonction de la durée T de trajet du projectile ; et, - la Figure 7 illustre, de façon schématique, une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, on se réfère à un dispositif conçu de façon à effectuer le tir sur un but présentant une vitesse de défilement dans une direction quelconque. On en déduira facilement les simplifications pouvant etre apportées au dispositif, si la vitesse de défilement était toujours dans un plan par exemple horizontal. De même, les coëfficients retenus , dans cette description, sont ceux valables pour un poste de tir sur trépied, le tireur orientant manuellement le poste de tir. Le même dispositif, avec des coëfficients voisins, s'applique également au tir sur but futur à partir d'une tourelle en pointage manuel ou automatique. Soit un système d'axe Ox y z , Ox étant, à l'instant t, dirigé o sensiblement vers le but de façon à ce que les différents angles, dont on parlera plus loin, soient petits, Oy étant par exemple dirigé de la droite vers la gauche du tireur regardant le but, et Oz étant tel que le trièdre Ox y z soit o trirectangle dextrosum (Fig. 2). Le but B est défini par les coordonnées de l'extrémité du vecteur unité porté par OB. Soient By et Bz les coordonnées suivant zozo. On appellera angle complexe, définissant la direction du but B, le nombre complexe B = By + iBz On suppose By et Bz suffisamment petits pour qu'on puisse considérer Bx w On définit de même : 1 - la direction L du tube de lancement: L = Ly + i Lz 2"- la direction C de la croisée de réticule en sortie de l'objectif: C = Cy + i Cz 30 la direction S d'une référence spatiale, par exemple de la toupie d'un gyroscope S = Sy + i Sz 4"- la direction de la vitesse de défilement du but 0' = 0' + iO' o oy oz #' = dB #' = dBy #' = dBz o dt oy dt oz dt Ces définitions étant établies, on considère l'exemple de réalisation selon lequel le système optique est du type lunette à double réflexion. Un rayon axial, issu de la croisée de réticule, est réfléchi par deux réflecteurs R1 et R2, miroirs, ou prismes, ou équivalents, dont l'un au moins est mobile d'une façon qui sera décrite plus loin (Fig. 1 et 2). La référence poste de tir, qui sera supposée parallèle au tube de lancement, est définie par le rayon axial A A Pour la présente description,on suppose Ox confondu avec A A , donc L = O. o L'axe Oy est confondu avec A A > la normale N1 au réflecteur R1 étant une des bissectrices de Ox Oy, comme indiqué sur la Figure 1. En position bloquée (ou de repos), le réflecteur R2 a sa normale N2 parallèle et de sens opposé à NI de telle sorte que le rayon sortant A2A3 ou C est parallèle à A A Selon l'invention, le réflecteur R2 peut tourner - d'une part, autour d'un axe extérieur n 1, parallèle à Oz , et o passant par A2; - d'autre part, autour d'un axe n 2, contenu dans le plan Ox y et passant par A2. En position "bloqué", cet axe peut être utilement . soit parallèle à OyO; soit perpendiculaire à N2. I1 n'est pas impossible de lui donner une position de départ intermédiaire autre. On ne donnera les corrections que dans les deux cas ci - dessus. On a, sur la Figure 2, représenté à titre d'exemple le cas où l'axe n 2 est perpendiculaire à N2. Selon l'invention, une référence spatiale, par exemple un gyroscope, est montée dans la lunette. En position bloquée, l'axe S de la toupie de gyros cope est parallèle à Ox . L'axe extérieur n 1 de la suspension du gyroscope o est parallèle à Oz . L'axe intérieur, ou n 2, est parallèle à Oy . o Les sens positifs des rotations et couples autour des axes du réflecteur et du gyroscope sont ceux du trièdre Ox y z et figurés à la Figure 2. La rotation autour de l'axe n 1 du gyroscope est : &gamma;S La rotation autour de l'axe n 2 du gyroscope est : ssS De m8me &gamma;R et ssR pour le réflecteur. (En position bloquée, ssS = &gamma;S = ssR = &gamma;R = O) On remarque qu une rotation &gamma;S conduit à Sy = &gamma;S, tandis qu'une S 51 rotation ssS conduit à Sz = Ceci étant, on définira, selon l'invention, une liaison cinématique entre les rotations des axes du gyroscope et du réflecteur mobile, telle que L - C = 2 # (L - S), 9 étant une constante, L, C et S étant les angles complexes précédemment définis. Dans le système d'axe lié au poste de tir tel que défini en deuxième lieu, on a : L = O, et la relation devient C= 2iS Les points représentatifs de C et de S sont donc alignés avec l'origine (Fig. 3). Selon l'invention, les valeurs de # choisies sont inférieures à 0,5 il en découle que le point représentatif de C est entre O et S. Pour que la relation recherchée soit réalisée, il faut que (1) R S 2 peut 2 Le terme correctif #&gamma;S peut en général etre négligé. 2 Si l'on avait choisi le deuxième axe de rotation du réflecteur parallèle à Oy0, on aurait trouvé: (1)' &gamma;R = # &gamma;S On peut négliger plus facilement le terme correctif dans (2) que dans (2)'. De ce fait, il semble que la solution consistant à prendre l'axe n 2 comme représenté sur la Figure 2 soit préférable. d'autant plus que ;) n'est pas un nombre entier. On a représenté, aux Figures 4 et 5, les moyens assurant la liaison cinématique entre l'axe z R du réflecteur mobile R2 et l'axe zS de la référence spatiale, c'est-à-dire du gyroscope, dans cet exemple de réalisation. Dans le mode de réalisation illustré par la Figure 4, cette liaison est assurée par deux poulies P5 et PR, sur lesquelles sont calés les axes z et ZRX S respectivement, et une courroie B. Le rapport des rayons des deux poulies est choisi égal à #. En effet, si #S et #R sont respectivement les rayons des poulies P5 et PR, on a #S &gamma;S = #R &gamma;R Il faut donc que Cet exemple de réalisation est approprié à un dispositif prévu pour un tir sur but futur dans un plan. Selon une variante de cette liaison cinématique, on peut, compte tenu des faibles déplacements, remplacer les poulies par l'ensemble biellesmanivelle équivalent, représenté à la Figure 5. Si l'on désigne par rL, et les longueurs des bielles, on a encore # = #S #R Il va de soi qu'on peut aussi mesurer &gamma;S, calculer &gamma;R, et afficher à à l'aide d'un asservissement. Par ce procédé, on peut aussi, naturellement, matérialiser ou calculer ssR = # # ssS le rapport entre les rayons étant, dans ce cas: F2. Cependant, pour gRs il faut prévoir un système de recopie, avec asservissement sur l'axe n 2. On peut utiliser un tel système de recopie pour introduire des corrections telles que la hausse, notamment. Pour mesurer et et, on prévoit, selon l'invention, sur les axes de cardan n 1 et n 2 du gyroscope, des détecteurs angulaires. Sur ces mêmes axes, on fixe également des moteurs couples : M sur Oy et N sur Oz, les couples J et correspondants étant positifs suivant les mêmes axes. Si Ix est le moment d'inertie longitudinal du gyroscope, lequel tourne à la vitesse angulaire c3 x (positive suivant Ox ), et #2 une constante qui assure une avance de phase, les couples exercés sur la toupie du gyroscope suivant les deux axes sont En général, gssS est suffisamment petit pour que cos A5 -v 1.Il y a intérêt à prendre une commande telle que Jg et # soient automatiquement proportionnels à #x. # et # sont donc inversement proportionnels à la durée de trajet T du projectile, fournie par le télémètre; ssS et &gamma;S sont exprimés en radians. Avec le dispositif ainsi décrit, équipant, à titre d'exemple, un poste de tir monté sur trépied, un tireur peut essayer de superposer la croisée de réticule C sur le but B en manoeuvrant l'ensemble du poste de tir. On a vérifié, d'une part, que la qualité de pointage d'un même tireur, aux qualités moyennes, dépendait d'un paramètre U = T (1-2#) + #2 2# Si l'on caractérise cette qualité de pointage par le coëfficient d'amortissement réduit z et par le temps At que met le tireur pour corriger son écart initial, à 5 % près, on trouve, en fonction de T (T étant la durée du trajet du projectile), les courbes représentées à la Figure 6. Si le point représentatif du fonctionnement est entre les courbes z = 1 et z = 0,7, le pointage est apériodique, c'est-à-dire sans oscillations apparentes (courbes en traits pleins de la Figure 6). Lorsque le point représentatif est au-dessus de la courbe L t = 2" (traits mixtes), le temps que met le tireur (pour être à moins de 5 % de son écart initial du but) est inférieur à 2", et devient nettement meilleur qu'en pointage manuel ordinaire. Pour obtenir ce résultat, on a admis que le poste de tir présentait, autour des deux axes de rotation, le meme moment d'inertie et le même coefficient de frottement visqueux, et pas de frottement sec, et que le tireur était caractérisé par un retard Le même raisonnement s'applique au pointage d'une tourelle en manuel ou en automatique, ou au pointage d'une arme montée sur un autre affût. On a vérifié d'autre part que, du fait que le tireur assurait son pointage de la croisée de réticule sur le but, le tube de lancement se décalait progressivement dans le temps At, de l'angle . I1 ressort de la lecture de la description qui précède que ce dispositif se caractérise notamment par un système optique comprenant 1 - un réflecteur (R2 dans cet exemple) asservi à un gyroscope de façon que le rayon central sortant C soit dévié d'un angle C = 23S, J étant infé rieur à 0,5, et de préférence de l'ordre de 0,35. On a indiqué les rotations à communiquer au réflecteur, dans le cas de deux modes de suspension privilégiés. 2"- un gyroscope, à deux degrés de liberté par exemple, muni de deux détec teurs angulaires et de deux moteurs couples. Les couples à exercer sur le gyroscope doivent entre inversement proportionnels à T, et etre égaux à #2 étant une constante de l'ordre de 0,3. On pourrait cependant aussi faire varier À 2 en fonction de T, et 2 prendre D = 0,5. Lorsqu'on connaît les caractéristiques du poste de tir, de la tourelle ou de l'affût, on peut déterminer un couple de nombres (#, # 2 ) tel que 2 - le pointage de la croisée de réticule sur la cible soit facile et rapide1 quelle que soit la durée de trajet T du projectile - le tube soit dirigé vers le but futur. D'après la relation on voit que T (1 - Z) joue le même rôle que À A2, donc contribue à l'avance de phase. On voit ainsi pourquoi ) doit être plus petit que 0,5. On a indiqué, dans la description qui précède, que le dispositif selon l'invention était valable lorsque la mesure de l'écart (C - B) entre la direction de la croisée de réticule et celle du but était effectuée par un moyen automatique connu, tel que, notamment, un radar de tir, un système de télévision à poursuite d'image, ou tout autre goniomètre, qui mesure l'écart du but par rapport à son axe de référence. Dans une telle variante, représentée de façon schématique à la Figure 7, le détecteur D, qui mesure l'écart (C - B) est monté à la place du réflecteur mobile R2 du dispositif représenté aux Figures 1 et 2, dans un cardan dont les axes, en position bloquée, sont parallèles à ceux du gyroscope 5. La liaison cinématique entre les deux cardans est encore telle que l'on a L - C = 2 ;)(L - S) Lorsque l'on prend comme référence un système d'axe tel que L = O, on a c = 2#S Si l'on appelle ssD et &gamma;D les rotations autour des deux axes de cardan du détecteur D, parallèles, en position bloquée, à Oy et Oz, on doit o avoir ED = 2) YS = = 2A5 (même définition, quant au zéro et au sens positif de mesure). Le poste de tir, comprenant le tube de lancement, est asservi à la mesure de l'écart (B - C), qui devient (B - D). En transformées de Laplace, cet asservissement peut s'écrire 1 [Ip + fp] = K (1 + #p)#-p# (b - d), où 1, b, d, sont les transformées de Laplace des fonctions complexes du temps L (t), B (t), D (t), I, le moment d'Inertie transversal du poste de tir, dont l'allongement d'Inertie est supposé de révolution (uniquement pour simplifier les calculs), f, le coëfficient de Moment de frottement visqueux, supposé le même autour des deux axes de rotation (uniquement pour simplifier les calculs), K, ,#, le gain, l'avance de phase, et le retard qui caractérisent l'asservissement. Le mouvement de l'axe du gyroscope S est toujours commandé par les deux moments # et # , dont l'expression reste la même. Là encore, et surtout lorsque I, #, K et # ont des valeurs f f convenables, on peut trouver un couple de valeurs ( ). A 2 ) tel que la poursuite 2 du but soit rapide et précise, tout en orientant le tube de lancement vers le but futur, et ceci pour toutes les portées utiles. Les corrections de pesanteur, de vent, . . . seront introduites en décalant ssD et &gamma;D des quantités voulues. I1 demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de tir sur but futur à l'aide d'une visée continue, carac térisé en ce qu'il comprend - un télémètre assurant la mesure de la distance D du but - une référence spatiale à deux degrés de liberté, munie de deux détecteurs angulaires permettant de mesurer les rotations autour des deux axes à partir d'une position dite "bloquée't et de deux moteurs couples - une calculatrice permettant de déduire de la mesure de D la durée T du tra jet de projectile, et de calculer les valeurs des couples exercés par lesdits moteurs couples ;; - un système optique, comportant au moins un réflecteur mobile, permettant de décaler automatiquement, de l'angle , la croisée de réticule du viseur par rapport au tube de lancement, ce système optique étant du type lunette à double réflexion, à axe parallèle au tube de lancement, un rayon axial issu de la croisée de réticule étant réfléchi par deux réflecteurs, l'un au moins de ces réflecteurs étant mobile - des moyens assurant une liaison cinématique entre les axes de la référence spatiale et le réflecteur mobile, cette liaison étant telle que L-C = étant une constante, L étant la direction du tube de lancement, C la di rection de la croisée de réticule en sortie de l'objectif, et S la direction de la référence spatiale. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de la constante 4 est choisie inférieure à 0,5, et de préférence de l'ordre de 0,35. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les réflecteurs du système optique sont constitués par des miroirs, des prismes et similaires, les normales à ces réflecteurs étant, en position bloquée, parallèles et de sens opposés. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la référence spatiale est un gyroscope monté dans la lunette, l'axe de ce gyroscope, en position bloquée, étant parallèle à celui de la lunette. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que les couples t et agissant sur la toupie du gyroscope sont inversement proportionnels à T, et tels que Ix étant le moment d'inertie longitudinal du gyroscope, rC,X x étant sa vitesse angulaire, 1çS et 5S les rotations autour de chacun des axes, et ;)22 2 une constante qui assure une avance de phase. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la liaison cinématique entre les axes de la référence spatiale et dudit réflecteur mobile est réalisée sous la forme de deux poulies, dont les axes sont calés, respectivement, sur l'axe de la référence spatiale et sur celui du réflecteur mobile, un organe de transmission, tel qu'une courroie ou similaire, assurant la liaison entre ces deux poulies, dont le rapport des rayons est égal à , 2 ss ou T2 - 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la liaison cinématique entre les axes de la référence spatiale et dudit réflecteur mobile est constituée par un système bielle-manivelle, les longueurs des bielles étant dans le rapport 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la liaison cinématique entre les axes de la référence spatiale et du réflecteur mobile est assurée par un asservissement. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,dans lequel la mesure de l'écart entre la croisée de réticule et le but est effectuée par un moyen automatique tel que, notamment, radar de tir, télévision à poursuite d'image, goniomètre, qui mesure l'écart du but par rapport à son axe de référence , ce dispositif étant caractérisé en ce que le détecteur mesurant l'écart est monté, à la place du réflecteur mobile, dans un cardan dont les axes, en position bloquée, sont parallèles à ceux de la référence spatiale, la liaison cinématique entre ce cardan et celui de la référence spatiale étant encore telle que L - C = 2 ()(L - S)