Brevet FR2495854A1 — publié le 19820611

L'invention concerne, d'une manière générale, un système d'entraînement électrique destiné à faire tourner le groupe de canons d'une mitrailleuse du type Gatling. On trouve un système d'entraînement électrique destiné à faire tourner le groupe de canons dans le brevet des E.U. 502.185; ce système remplaçait la manivelle, alors d'emploi courant. La première mitrailleuse moderne du type Gâtling avait elle aussi un entraînement par moteur électrique (voir brevet des E.U. 2.849.921). Dans ces mitrailleuses du type Gatling et dans celles qui suivirent, après le tir d'une rafale, le moteur cessait d'entraîner, et le groupe de canons, soumis à sa seule inertie, pouvait s'arrêter, tandis que le dispositif d'alimentation était débrayé et que les projectiles déjà en plaoe passaient dans la mitrailleuse et en sortaient sans être tirés. Dans la mitrailleuse GAU-8/A, entraînée par moteur électrique, le sens de rotation du groupe de canons s'inverse après le tir d'une rafale, et les projectiles déjà dans la mitrailleuse sont ramenés par le dispositif d'alimen- tation dans le système de manoeuvre des munitions. Après la mitrailleuse GAU-8/A, un système pneumatique capable d'effectuer une telle opération de dégagement par marche arrière se trouve dans le brevet des E.U. 4.046.056. Il existe un grand nombre de systèmes de moteurs électriques utilisés pour une commande de sens et de vitesse. On en trouvera par exemple dans les brevets des E.U. 3.213.343, 3.349.309, 3.694.715 et 3.519.907. La présente invention fournit un système d'entraîne- ment électrique à moteur à courant continu pour mitrailleuse du type Gatling, capable d'obtenir les résultats suivants: 1. Accélérer le groupe de canons et le dispositif d'alimentation de telle façon qu'ils atteignent en un mini- mum de temps un pourcentage élevé de la cadence de tir; 2. Tirer un nombre de coups prédéterminé au cours de la première seconde, pendant que le groupe de canons et le dispositif d'alimentation accélèrent et atteignent la pleine cadence de tir; 3. Maintenir la pleine cadence de tir jusqu'à la suppression du signal de déclenchement; 4. Appliquer un couple moteur maximum de sens inverse jusqu'à obtention d'une vitesse de dégagement par marche arrière prédéterminée; puis 5. Freiner dynamiquement le groupe de canons et le dispositif d'alimentation, et l'arrêter complètement. Une caractéristique de l'invention est la pré- sence d'un moteur réversible, qui est un moteur à excita- tion shunt, à courant continu, possédant un induit à deux enroulements de champ séparés capables de produire chacun un flux inducteur nominal. Ce moteur peut tourner dans les deux sens: l'excitation de l'un des enroulements de champ le fait tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, l'excitation de l'autre, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Un asservissement couple les deux enroule- ments de champ; il a un seul élément de commande actif dans le circuit d'induit à courant élevé, pour régler l'inten- sité du courant d'induit, et deux amplificateurs à faible puissance ayant chacun un élément de commande actif et commandant chacun l'intensité du flux inducteur (et donc, dans certains cas, l'intensité du courant d'induit) dans un sens respectif donné. La description qui va suivre se réfère aux figu- res annexées, qui représentent respectivement: 25. figure 1, un schéma fonctionnel d'un système de moteur mettant en oeuvre l'invention; figure 2, un schéma fonctionnel simplifié de l'état du moteur et de l'amplificateur de puissance quand le rotor tourne en régime permanent; 30. figures 3A, 3B et 3C, prises conjointement, un schéma de montage simplifié du système des figures 1 et 5; figure 4, un schéma de montage de la fonction signe SGN (e1) du système de la figure 1; et figure 5, un schéma fonctionnel d'un généra- teur de signaux triangulaires, à utiliser conjointement à la figure 1. Une mitrailleuse du type Gatling possède un rotor 10 équipé d'un groupe de canons 12.Le rotor, entraîné par un moteur 14, entraîne lui-même un tambour 16 d'alimentation en munitions. Le moteur entraîne également un tachymètre 18. La mitrailleuse -,ut être du type représenté dans le brevet des E.U. 3 611 871, et le tambour peut être du type repré- senté dans le brevet des E.U. 4 004 490. Une batterie 20 d'accumulateurs de 210 volts ali- mente en courant continu un amplificateur de puissance 22 d'induit. La batterie d'accumulateurs peut être alimentée par une source convenable, telle qu'un chargeur 23 d'accu- mulateur. Une première tension, fonction de la commande de cadence de tir, est couplée à une première entrée d'un addi- tionneur 24. Une seconde tension, fonction de la vitesse de rotation du canon, est délivrée par le tachymètre 18 à une seconde entrée de l'additionneur 24. La polarité de la seconde tension est telle que ce qui apparaît à la sortie de l'additionneur est la différence algébrique entre la pre- mière et la seconde tension. La tension de sortie de l'addi- tionneur 24 est amplifiée par un amplificateur 26, dont la tension de sortie constitue une première tension d'entrée appliquée à une première entrée d'un additionneur 28. Cette première tension d'entrée, fonction de la différence entre la cadence de tir prescrite de la mitrailleuse (autrement dit la vitesse de rotation prescrite de la mitrailleuse) et sa cadence de tir effective sert à commander un courant du moteur de telle façon que la différence entre la cadence prescrite et la cadence effective diminue. Une seconde tension d'entrée, fonction du courant d'induit du moteur 14, est fournie par la sortie du circuit de la fonction signe SGN (e1) et est appliquée à une seconde entrée de l'additionneur 28. La polarité donnée à cette seconde tension par le circuit 30 de la fonction signe SGN (e1) est telle que l'amplitude de la tension de sortie de l'additionneur 28 soit diminuée. Le circuit de la fonction signe SGN (el) sert à permettre l'application d'une 2495F54 contre-réaction aux étages qui suivent l'additionneur 28, quelle que soit la polarité, positive ou négative, de la tension de sortie de l'amplificateur 26. Grâce à cela, le courant d'induit du moteur 14 a toujours la même polaritY. Quelle que soit la polarité de la tension de sortie de l'additionneur 28, une augmentation de l'amplitude de cette polaiLté se traduit par une augmentation du courant d'in= duit -ournt fui n'a qu'une o Hlarité. On verra D!s loin que la polarité ct la gravur du signal de sortie Se l'additionneur 28 déterminent aussi lequel des enroulements de champ, 32 ou 34, du moteur sera excité, et la grandeur de cette excitation. La sortie de l'additionneur 28 est reliée à l'entrée d'un amplificateur 36 de gain +1 qui sert de mémoire temporaire à l'additionneur 28. Un amplificateur 38, de gain -1, a son entrée reliée à la sortie du circuit de la fonction signe SGN (el) et sa sortie reliée, par l'intermédiaire de deux diodes Zener 40 et 42, montées dos à dos, à l'entrée d'un ampli- ficateur 44. La sortie de l'amplificateur 36 est, elle aussi, reliée à l'entrée de l'amplificateur 44. La tension de sor- tie de l'amplificateur 38 est directement proportionnelle à l'intensité du courant d'induit du moteur. La polarité de cette tension de sortie de l'amplificateur 38 est imposée par le circuit 30 de la fonction signe SGN (el), qui lui donne un signe opposé à celui de la tension de sortie de l'amplificateur 36. Quand la tension de sortie de l'ampli- ficateur 38 atteint la tension de claquage de la diode 40 ou 42 (suivant la polarité de la tension de sortie de l'am- plificateur 3P, la tension de sortie de l'amplificateur 36 ne peut plus augmenter, d'o impossibilité pour le courant d'induit du moteur de continuer à croître. La tension de claquage des diodes 40 et 42 détermine donc la valeur maxi- male du courant d'induit du moteur. L'amplificateur 44 sert de mémoire temporaire et a un gain pnur obli.er ndirec&o-- la tension de sortie de l'amplificateur >o a reterî fibles valeurs. La tension de sortie de l'amplificateur 44, appelée tension el, est appliquée à une première entrée du circuit 30 de la fonction signe SGN (ei). La polarité de la tension e1 détermine la polarité de la tension de sortie du circuit 30 de la fonction signe SGN (e). La tension e1 sert également à exciter l'amplifi- cateur de champ du moleur; cet amplificateur, modulé en largeur d'impulsion comporte un additionneur 50 à deux entrées, l'une qui reoit la tension e1 et l'autre une ten- sion de réaction e2. La tension de sortie e3 de l'addition- neur 50 est appliquée à deux circuits d'enroulement de champ: l'un de marche avant, l'autre de marche arrière. Le circuit de l'enroulement de champ de marche avant comporte un modulateur 52 de largeur d'impulsion de marche avant dont le signal de sortie arrive dans un amplificateur de puissance 54 de champ de marche avant; ce dernier peut com- prendre un commutateu- Q1 dont le signal de sortie va à l'enroulement 34 de champ de marche avant (comprenant une résistance RF1 et une inductance LF1), passe par une résis- tance ou shunt RSi et arrive à une masse formant retour. Une diode 56 shunte en inverse l'enroulement de champ et la résistance. La tension apparaissant aux bornes de la résis- tance RSi va à une première entrée d'un amplificateur 58. Le circuit de l'enroulement de champ de marche arrière comporte un modulateur 60 de largeur d'impulsion de marche arrière dont le signa' de sortie arrive dans un amplifica- teur de puissance 62 le champ de marche arrière; ce dernier peut comprendre un commutateur Q2 dont le signal de sortie va à l'enroulement 32 de champ de marche arrière (comprenant une résistance RF2 et une inductance L1,2), passe par une résistance RS2 et arrive à une masse formant retour. Une diode 64 shunte en inverse l'enroulement de champ et la résistance. La tension apparaissant aux bornes de la résis- tance RS2 va à une seconde entrée de l'amplificateur 58. La polarité de la tension de sortie de l'additionneur 50 déter- mine lequel des circuits d'enroulement de champ est excité et, par conséquent, le sens du couple de sortie du moteur 14. 2495R Les tensions apparaissant aux bornes des résistances RSi et RS2 sont fonction des courants inducteurs correspondants, iFi et iF2, et la tension de sortie de l'amplificateur 58 est proportionnelle à la différence entre ces courants inducteurs; cette tension, égale à K(iF1 - 1F2> est appelée e2. La tension e2 est donc fonction de l'intensité et de la polarité du flux inducteur du moteur et est appliquée à la seconde entrée de l'additionneur 50. La tension de sortie e3 de l'additionneur 50, égale à K(e1 - e2), détermine la polarité et l'intensité du flux inducteur du moteur. La tension e1 sert encore d'excitation à l'am- plificateur de puissance d'induit du moteur; cet amplifica- teur à marche modulée en largeur d'impulsion comporte un réseau de retard 70, dont la tension de sortie va à un modulateur 72 d'impulsions en durée; ce modulateur excite l'amplificateur de puissance 22 de l'induit, dont le signal de sortie attaque l'induit 74 du moteur 14 par l'intermé- diaire d'un shunt RSA de courant d'induit. La tension I:An apparaissrnt aux bornes du shunt est le second signal den-- 2i trëe M3i - '. d' ind-- et o-n comutaheur Q.. Fe courant traversant l'induit peut provenir de l'une de deux. sources possibles. Dans le mode normal, le courant arrivant dans l'induit vient de la batterie 20 d'accumulateurs et passe par le commutateur Q3 à marche modulée en largeur d'impulsion. C'est ce qui se produit quand la valeur de e1 est supérieure à celle de la zone morte incorporée dans le modulateur 72 de largeur d'impulsion. Dans l'autre mode, le courant passe par une diode montée entre la masse et le conducteur allant à l'induit. Ce mode est possible parce que la polarité de la tension e peut provoquer une inversion de la polarité du flux induc- teur après que l'induit du moteur ait développé la vitesse de rotation dans un sens particulier. Une telle inversion de la polarité du flux inducteur a pour origine une diminu- tion ou une inversion de la tension de commande de la cadence de tir. L'inversion du flux inducteur transforme le moteur en une génératrice qui fait passer du courant par la diode 80 aussi longtemps que le commutateur Q3 est ouvert. L'énergie d'inertie de l'induit se transforme en chaleur au fur et à mesure que l'induit ralentit. Il n'y a pas d'injec- tion de courant dans la batterie d'accumulateurs lorsque le commutateur Q3 est ouvert. Le courant conserve en permanence une valeur limite maximale grâce à l'effet de claquage des diodes Zener et 42. La commande du courant se fait soit par la fonction de commutation du commutateur Q3 soit, grâce à la diode 80, par des inversions du courant donnant naissance au flux inducteur. Quand la mitrailleuse et l'induit du moteur sont au repos, une tension positive de commande de tir entraîne une tension positive e1, modulée en largeur d'impulsion à par exemple, 1200 Hz par le modulateur 52 de marche avant, sensible uniquement à une tension d'entrée positive. Ce modulateur 52 met en circuit l'amplificateur 54 de puissance de champ de marche avant, ce qui se traduit par la fermeture de Q1, et le courant circule dans l'enroulement 34 de champ de marche avant. Un courant relativement faible, dû à l'in- duction mutuelle, apparaît dans l'enroulement de champ de marche arrière, un trajet pour ce courant étant assuré par la diode 64 de shunt. Il y a soustraction entre les tensions aux bornes des résistances détectrices de courant R Si et RS2 (respectivement en série avec les enroulements de champ) pour fournir à l'additionneur 50 une tension de réaction K(iFl F2) qui est proportionnelle à la différence des 2495V courants passant dans les enroulements de champ. Un flux inducteur maximum apparait dans le moteur pour, par exem- ple, une différence de 20 ampères entre les courants induc- teurs. La tension e va également au modulateur 72 de largeur d'impulsion de l'induis, qui délivre une tension sortie positive quelle que soit la polarité du signal d'*- tree, c;est-à-dire rëalise une n-oduiation de largeur d' D sion opérant sur la valeur absolue du signal. L'amplifiua- teur de puissance de l'induit est donc branché, avec scn commutateur Q3 fermé, pour provoquer une circulation posi- tive de courant dans l'induit, d'o production d'un couple positif (ou vitesse de rotation de marche avant) par le moteur. Le moteur accélère la mitrailleuse et l'amène à sa vitesse de rotation prescrite (par exemple 4 200 coups par minute, soit, pour une mitrailleuse du type Gatling à sept canons, 600 tours par minute). Le maintien de la cadence de tir prescrite s'obtient par l'emploi de la boucle de réaction du tachy- mètre. La résistance RSA de détection du courant d'induit, en série avec l'induit, sert à fournir une boucle de réac- tion interne au courant d'induit pour élargir la bande passante de la boucle du tachymètre et fournir un moyen pour limiter le courant d'induit à, par exemple, 700 ampères. Quand le canon tire en régime permanent, l'état des amplificateurs d'induit et de l'enroulement de champ, donné à titre d'exemple, est celui de la figure 2. A la réception d'un signal d'arrêt de tir (sup- pression de la tension de commande de cadence de tir à l'en- trée de l'additionneur 24), la polarité de la tension e1 0 s'inverse, le- l;er J::rs Q1 it seouvrent et le commuta- teur Q2 se frame. Paer r ranoeuv-ss cde commutateurs, la ten- sion de la batterie d'accumulateurs c-esse d'alimenter l'in- duit 74 et l'enroulemeiert 34 de champ de marche avant, et un courant commence à passer dans l'enroulement 32 de champ de marche arrière. Le circuit de limitation du courant d'induit (qui compreS e ci ré w. {tion signe SGN (e) t les diodes Z:rer a a 4 ses.. varier le courant iF2 inducteur de marche arrière, et donc le flux inducteur et la force contre-électromotrice qui en découlent, pour main- tenir dans l'induit un courant constant de 700 ampères. Comme le flux inducteur résultant a changé de polarité, le courant d'induit positif produit un couple d'induit négatif qui décélère puissamment la mitrailleuse. La fonction signe SGN (e1) de la boucle de réaction du courant d'induit maintient la stabilité de la boucle du courant d&induit et de la bou- cle de réaction du tachymètre après inversion du champ pour avoir une décélération assistée, c'est-à-dire un freinage dynamique du moteur amenant celui-ci à l'arrêt complet. rnsun sytème de mitrailleuse à dégagementar marche arrière obtenue en envoyant dans l'additionneur 24 une ten- sion de commande de cadence dont la polarité est opposée à celle de la commande le cadence de tir, l'application d'un couple d'induit maximum de sens inverse peut durer jusqu'à obtention d'une cadence prescrite de dégagement par marche arrière (par exemple i 000 coups par minute). Cette cadence se maintient jusqu'à ce que le passage dans le canon d'un nombre prescrit de douilles vides ait Èté détecté; à ce moment là, la mitrailleuse pout être amené à l'arrêt par freinage dynamique. Le moteur utilisé ici est un moteur shunt à cou- rant continu, réversible et à service intermittent. Son induit marche sous une tension nominale die 108 volts et il comporte deux enroulements de champ séparés capables de produire chacun le flux inducteur nominal quand on leur applique une tension le 20 volts. Les figures 3A, 3B et 3C donnent à titre d'exem- ple une réalisation de l'invention cldans iaqeelLe les diffé- rents éléments constituant les blocs des figures 1 et 5 sont délimités par des lignes en trait interrompu et portent des numéros de référence correspondants. Un générateur 82 de signaux délivre deux signaux triangulaires T1 et T2 au modu- lateur 72 de largeur d'impulsion de l'induit, un signal triangulaire T3 au modulateur 60 de largeur d'impulsion de l'enroulement de champ de marche arrière et un signal trian- gulaire T4 au modulateur 52 de largeur d'impulsion en durée de l'enroulement de champ de marche avant. 24958$? REVENDICATIONS 1. Sys-ème de moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: un enroulement d' induit; 5. un premier moyen fournissant un flux inducteur; un second moyen commandant le courant passant dans l'enroulement d'induit; un troisien:e moyen (32,34,44,50,52,54,58,60C,C commandant la nolarité et l'intensité du flux inducteur; e 10. un quatrième moyen délivrant du courant à l'Ea roulement d'induit. 2. Système suivant la revendication 1, caracrElise en ce que: le troisième mtoyen commandant la polari-é:ô l'intensité du flux inducteur conmDrend: - un cinquième moyen (44) fournissant un pre- mier signal (e qui est une fonction de commande permet-:: de faire varier l'inuensite et la polarité du flux inducte- - un six-i- moy.en (58) fournissant un secoe. 3. -signal (....- d Li Ui dL flux!]!c' _.tz:eur: et - Un --]-t- mo-en f50, 54 ou 50, 62) renrl:_7 la pi Ps4 -o is la dP c12 entre le premier eï - second sian3.- 2r _ gre-:e:- ->. t T, ---ear dicationz 1,t carac débranchée et l'induit est mis en court-circuit. 4. Système suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le quatrième moyen délivrant du courant à il l'enroulement d'induit comprend en outre: un neuvième moyen commandant l'intensité du courant passant dans l'enroulement d'induit quand le huitième moyen est dans son premier ou son second mode de marche. 5. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que: le troisième moyen commandant la polarité et l'intensité du flux inducteur comporte: - un moyen (44) fournissant un signal de com- mande e1; - un moyen (50) recevant le signal de commande e1 et un second signal de commande e2, et fournissant un signal différentiel de sortie e3 = e1 -e2; - un moyen d'enroulement de champ de marche avant comprenant: un modulateur (52) de largeur d'impulsion de marche avant recevant le signal de commande e et commandant un amplificateur (54) de puissance de champ de marche avant raccordé à un enroulement (34) de champ de marche avant; - un moyen d'enroulement de champ de marche arrière comprenant: un modulateur (60) de largeur d'impulsion de marche arrière recevant le signal de commande e et comman- dant un amplificateur (62) de puissance de champ de marche arrière raccordé à un enroulement (32) de champ de marche arrière; et - un moyen (58) recevant un signal fonction du courant iF1 passant dans l'enroulement de champ de marche avant, recevant un signal fonction du courant iF2 passant dans l'enroulement de champ de marche arrière et fournis- sant un signal K(iFî - iF2), appelé signal e3, fonction de la différence entre ces signaux. 6. Système suivant la revendication 5, caractérisé par: une première diode (56) montée en dérivation sur l'enroulement (34) de champ de marche avant; 249E une seconde diode (64) montée en dérivation sur l'enroulement (32) de champ de marche arrière; le modulateur (52) de largeur d'impulsion de marche avant amène l'amplificateur de puissance (54) de champ de marche avant à fournir du courant à l'enroulemrent (34) de champ de marche avant quand le signal e3 a une certaine polarité, et le courant produit par induction San-. l'enroulement (32) de ci-lamp de Àiaiche arrière traverse la seconde diode (64); et 10. le modulateur (60) de largeur d'impulsion de marche arrière amène l'amplificateur de puissance (62) de champ de marche arrière à fournir du courant à l'enroule- ment (32) de champ de marche arrière quand le signal e3 a l'autre polarité, et le courant produit par induction dans l'enroulement (34) de champ de marche avant traverse la première diode (56). 7. Système suivant la revendication 2, caractérisé par: un dixième moyen recevant un premier signal fonction de la vitesse de rotation effective de l'induit, recevant un second signal fonction de la vitesse de rotation prescrite de l'induit et fournissant au cinquième moyen (44) un signal fonction de la différence entre le premier et le second signal. 8. Système suivant les revendications 2 ou 6, caractérisé par: un dixième moyen recevant - un premier signal, fonction de la vitesse de rotation effective de l'induit; - un "oe:ccd Sig:ial, -nction de la vitesse de rotation prescrite de Li:,duit; - un troisième signal, fonction de la polarité du premier signal fourni par le cinquième moyen (44); - un quatrième signal, fonction du courant cir- culant dans l'induit, courant atteignant une limite prédé- terminée, e- tournsan ci.&z 7% moyen (44) un signal, fonction du -remier. ' - s-zon oD troisième et du quatrième $L 3na et il a -- _ -s; ipsser une valeur prédéterminée en présence su quatgnem sinail