Brevet FR2523717A1 — publié le 19830923

La présente invention est relative à un système d'arme, notamment antichar, comportant un projectile porteur d'une pluralité de sous-munitions largables, et conçu de façon à assurer le survol du terrain à basse altitude, la détection, l'idehtification et la destruction d'objectifs terrestres, dans une zone balayée par chaque sous-munition. Un système d'arme selon l'invention est caractérisé en ce que ledit projectile est en auto-rotation autour de son axe longitudinal, en ce que sa trajectoire terminale est proche de la verticale, et en ce qu'il est muni d'un altimètre et d'une rétro-fusée dont l'altitude d'allumage est déterminée de façon que la vitesse dudit projectile soit nulle lorsque son altitude atteint une valeur prédéterminée, cette rétro-fusée étant éventuellement munie de moyens pour augmenter la vitesse de rotation du projectile de telle façon que cette vitesse de rotation atteigne plusieurs dizaines de tours par seconde, par exemple, 60 t/sec.Les sous-munitions sont prépositionnées avant largage, de telle façon que leur centre de gravité se trouve à une distance prédéterminée de l'axe du projectile, et que leur axe passant par ce centre de gravité et parallèle à l'axe du projectile soit axe principal d'inertie. Ces sous-munitions sont larguées lorsque le projectile atteint une vitesse voisine de zéro, ou légèrement ascendante. Chaque sous-munition comprend un détecteur d'objectifs au moins, dont l'axe est incliné par rapport audit axe principal d'inertie, de façon que sa trace sur le sol décrive une spirale, et une charge explosive, génératrice de perforants cinétiques. Selon l'invention, ledit projectile comporte un système de freinage, par exemple un parachute, pour régler la portée d'utilisation et assurer une descente en chute libre du projectile à l'expiration d'un temps de freinage pré déterminé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de caractère limitatif. Sur les dessins - la Figure 1 est une vue schématique d'un projectile selon l'invention - les Figures 2 et 3 sont des vues en élévation latérale, décalées respectivement de 900 , d'une sous-munition logée dans ledit projectile - la Figure 4 est une vue schématique en plan de la Figure 3 - la Figure 5 est un graphique illustrant le fonctionnement du système d'arme - les Figures 6 et 7 sont des vues schématiques représentant les positions respectives des sous-munitions dans le projectile avant le largage des carénages, et immédiatement avant l'éjection à partir du projectile - la Figure 8 est une vue schématique représentant la trace sur le sol du détecteur d'une sous-munition - la Figure 9 est une vue permettant d'expliquer le mouvement de la sous-munition - la Figure 10 représente la trajectoire d'une sous-munition projetée dans le plan horizontal ; et, - la Figure 11 est une vue en élévation latérale illustrant une variante selon l'invention de la forme de la sous-munition. Dans la description qui suit, on se réfère à un projectile porteur de sous-munitions, constitué par une roquette tirée à partir du sol il demeure bien entendu que cette roquette peut être également larguée d'un aérodyne ou d'un autre projectile, ou tirée d'un canon, d'un mortier, etc. Cette roquette selon l'invention (Fig. 1) comporte une pluralité de sous-munitions telles que 10, ayant ici l'aspect de soucoupes, qui sont positionnées dans des logements 12 prévus dans le corps de la roquette. Ces logements sont obturés par des carénages éjectables, comme on le décrira plus loin. D préférence, on prévoit un nombre pair de sous-munitions 10, les deux sous-munitions d'une même paire étant montées symétriquement par rapport à l'axe principal d'inertie de la roquette. Selon l'invention, la roquette comporte par ailleurs un dispositif de freinage (non représenté) qui, dans le cas d'une roquette subsonique, peut être constitué d'un simple parachute largable, un altimètre 14, logé dans l'ogive, permettant de connaître l'altitude H au-dessus du sol et la vitesse de descente V, et une rétro-fusée 16 donnant à une température 9 une poussée P(9), et capable non seulement d'annuler la vitesse de la roquette, mais encore de lui communiquer une vitesse ascensionnelle faible, de quelques mètres par seconde, à titre d'exemple.La rétro-fusée 16 est, par ailleurs, munie de moyens connus (ailettes dans la tuyère, quand il s'agit d'une monotuyère) pour augmenter la vitesse de rotation de la roquette lors du largage des sous-munitions, comme on le décrira ci-après. Chaque soucoupe 10 comprend essentiellement - une charge explosive génératrice de perforants cinétiques 18, capable de percer, à des distances de l'ordre de 40 à 50 m, les blindages du toit des chars, cette charge 18 étant placée au centre de la sous-munition - des détecteurs conçus, selon l'invention, de façon à détecter soit des différences de températures (détecteur infrarouge) ou de couleurs soit des différences d'altitudes (télémètre laser ou en ondes millimétriques); dans ces longueurs d'onde, les faisceaux peuvent avoir un champ très faible (inférieur à 1/200 radians). - un ou plusieurs propulseurs 20, 20'; - les équipements nécessaires à la mise en oeuvre et à l'exploitation des divers composants. Afin de simplifier le poste de tir, et également la mise en oeuvre du système d'arme selon l'invention, il est préférable de tirer la roquette porteuse selon un angle de tir fixe, par exemple de l'ordre de 50 , correspondant à la portée maximale, et ceci quelle que soit la portée d'utilisation. De meme, afin de - minimiser les perturbations exercées au poste de tir par le départ d'une roquette, qui pourraient perturber le tir des autres roquettes et diminuer ainsi la cadence de tir - diminuer l'accélération subie par les équipements montés dans les sous munitions - supprimer l'effet du vent pendant la phase d'accélération, ainsi que l'effet des vitesses d'assiette initiales, on asservit le projectile, pendant la phase d'accélération, étalée par exemple sur plus d'une seconde, à une référence axiale, conformément au brevet fran çais n" 81 08 170, déposé le 24 avril 1981, qui prévoit l'utilisation d'un accéléromètre monté dans l'axe de la roquette. Par ailleurs, le projectile selon l'invention peut être muni d'une propulsion de croisière (non représentée), dont le but est de maintenir la vitesse sur trajectoire à peu près constante pendant son fonctionnement. Pendans le temps de fonctionnement de ce propulseur, la roquette remonte légèrement le vent lorsque ce dernier souffle de travers. Elle est entraidée par le vent lorsque le propulseur de croisière n'agit plus ; dans ces conditions, on peut minimiser l'écart dû au vent sur toute la trajectoire, et en particulier annuler cet écart à une distancie de tir moyenne.Un autre avantage de la propulsion de croisière est d'accroître la portée maximale, qui, pour une roquette subsonique sol-sol, passe de 6 km à plus de 7 km (l'invention s'appliquant également à une roquette supersonique à beaucoup plus grande portée). Lorsque la roquette a parcouru sur sa trajectoire une distance "S" (déterminée à l'aide de l'accéléromètre monté dans l'axe de la roquette et utilisé aussi pour l'asservissement pendant la phase accélération), le dispositif de freinage, qui, dans le cas de la roquette subsonique, est constitué d'un simple parachute, est ouvert jusqu'à ce que la vitesse de la roquette soit réduite à quelques dizaines de mètres par seconde, par exemple à environ 40 m/s (en environ 5 secondes), et que son axe soit à peu près vertical. On comprend (Fig. 5) qu'à une portée donnée correspond une distance "S", et qu'on peut ainsi régler la portée d'utilisation. Au bout des quelques secondes de freinage, et le plus rapidement possible, le parachute frein est largué, et la roquette descend en chute libre, en particulier pour diminuer le déport du au vent, ainsi que la durée de la descente. Selon une caractéristique de cette invention, la roquette porteuse est de préférence pourvue d'empennages tels que 22, qui assurent sa stabilité tout en lui communiquant une vitesse de rotation autour de son axe longitudinal. Selon un mode de fonctionnement, cette vitesse de rotation peut etre supérieure à 30 t/sec. au bout d'une dizaine de secondes de chute libre, par exemple. Si la roquette est de révolution,au point de vue aérodynamique, autour de son axe longitudinal principal d'inertie, et sa marge statique étant convenable, sa vitesse d'assiette tend vers zéro, et son axe ne fait plus qu'un angle de quelques degrés avec la verticale, même pour des vents de l'ordre de IO m/s. On a indiqué ci-dessus que, les sous-munitions prévues dans le projectile selon l'invention étant placées dans des logements 12 fermés par des carénages, au moment du largage du parachute, par exemple (donc, lorsque la vitesse est minimum), lesdits carénages qui ferment les logements des sousmunitions sont éjectés, ce qui permet à ces sous-munitions (soit sous l'action d'un ressort, soit sous l'action de la force centrifuge, lorsque le centre de gravité des soucoupes n'est pas sur l'axe) de sortir partiellement de leur logement, en pivotant par exemple autour d'un axe Ç > de façon que leur centre de gravité soit situé à une distance dl de l'axe de la roquette porteuse. Sur la Figure 6, on a représenté les centres de gravité 0'1 et 0"1 des deux sous-munitions avant largage des carénages, ainsi que des positions possibles pour les axes e'l etÇ"1 Sur la Figure 7, on a représenté les deux sous-munitions après basculement, c'est-à-dire prédisposées pour le largage. Les autres paires de sous-munitions sont disposées de la même façon, mais leurs axes sont décalés de n étant le nombre de paires. Si l'on prévoit trois paires de sous-munitions en forme de soucoupe 10, leurs axes sont décalés de 3 On a vu ci-dessus que le projectile était pourvu, d'une part, d'un altimètre 14, donnant son altitude H au-dessus du sol et sa vitesse de descente V, et, d'autre part, d'une rétro-fusée 16, donnant une poussée P () à une température Selon l'invention, on détermine l'altitude H1 d'allumage de la rétro fusée 16, fonction de la vitesse V1 et de la température de façon que la vitesse du projectile soit nulle lorsqu'il atteint une altitude prédéterminée H2. A titre d'exemple non limitatif, la valeur de H2 peut être choisie égale à quelques dizaines de mètres, par exemple de l'ordre de 25 mètres. Les sous-munitions ou soucoupes 10 sont libérées lorsque le projectile atteint une vitesse V2 voisine de zéro, fonction de la température O; à ce moment, l'altitude des sous-munitions est très proche de H2. On a vu également que la rétro-fusée 16 était munie de moyens connus tels que par exemple des ailettes, pour porter la vitesse de rotation des munitions 10, lors de leur largage, à une valeur de quelques dizaines de tours par seconde, par exemple de 50 à 60 tours par seconde. Dans ces conditions, la distance du centre de gravité à l'axe de la poussée de la rétro-fusée étant faible, selon l'invention, tout en restant facilement réalisable, l'assiette du projectile n'est pas modifiée. Il en résulte que les sous-munitions, lors de leur largage depuis le projectile, présentent les conditions initiales suivantes 1" - la vitesse du centre de gravité, en projection sur un plan horizontal, est égale à : Co . dl, la direction étant normale à 0' O". Les deux sous-munitions d'une même paire ont des vitesses opposées 2 - la vitesse verticale du centre de gravité est V2 ou Vx, comme on le verra ci-après ; 3 - la vitesse de rotation autour de l'axe 0 de la sous-munition, parallèle x à l'axe du projectile, est a;; (par exemple, environ 50 à 60 tours/sec., x c'est-à-dire sensiblement 380 radians/sec.), la vitesse d'assiette ini tiale de l'axe O, qui est celle du projectile, étant faible. La sous-munition est de révolution, au point de vue inertiel, et son axe 0 est axe principal d'inertie. x Selon la présente invention, le ou les détecteurs sont montés dans la sous-munition de façon que leur axe fasse un angle X avec l'axe 0 . Pour des x raisons de simplification, on suppose qu'un seul détecteur est monté dans la sous-munition. Sa trace sur le sol décrit une spirale dont le pas P est (Fig. 8) P = 2 fdl Si dol est, par exemple, égal à 0, 08 m, P est égal à 0, 5 m, et il est indépendant de H et de Le rayon L de la spirale est égal à L = H . tgX Si, par exemple, X est égal à 25 , on a L = 0, 47 H, et la vitesse de défilement de la trace du détecteur sur le sol est CS x. L Si la cible est un char, on peut utiliser, pour cette détection - soit la différence de température ou de couleur par rapport à l'environne ment; - soit la différence d'altitude par rapport à l'environnement, et faire une reconnaissance de formes, en sachant que les dimensions horizontales du char sont comprises entre 2, 50 m et 7 mètres, et que sa hauteur varie entre 1, 50 m et 3 mètres, par exemple. Si la sous-munition comporte plusieurs détecteurs, sans sortir du cadre de l'invention, ces derniers peuvent être soit parallèles, soit légèrement décalés les uns par rapport aux autres. Si l'on suppose que le premier détecteur fait un angle D1 avec l'axe O et que le second détecteur fait un A A A1 x angle D2, avec D2 > D1, la sous-munition avance, et, sauf peut-être pen dant une fraction de seconde à la séparation, le second détecteur passera le premier sur l'objectif. Si la trace sur le sol du second détecteur possède une avance de plusieurs mètres sur la trace du premier, le contour de la cible pourra être analysé grâce au second détecteur, et la charge déclenchée par le premier détecteur après analyse de la cible, et, si besoin, au centre de cette dernière. Cependant, les frottements dus à l'air, ainsi que la pesanteur, ré- duisent le temps utile de vol d'une sousmunition non propulsée à une valeur de l'ordre de quelques secondes. Les détecteurs étant coûteux, il est essentiel de prolonger le temps de vol, afin d'augmenter la probabilité de survol d'une cible. Selon l'invention, cette probabilité est accrue en prévoyant un ou plusieurs propulseurs, tels que 20, 20', montés par exemple de part et d'autre de la charge. En variante, on peut prévoir, selon l'invention, une chambre unique reliée à deux tuyères. Le montage des tuyères est effectué de façon à remplir, selon l'invention, les conditions suivantes - par rapport à l'axe 0 , les poussées des tuyères créent un couple prévu x pour vaincre le frottement dû à l'air et diminuer les variations de Co x - le couple s'exerce uniquement selon 0 > et sa composante, normale à 0 x x est théoriquement nulle - le couple résiduel, du à l'existence de défauts de construction, donne un "moment lié", qui sera précisé ci-après - la poussée résultante suivant 0 équilibre sensiblement le poids de la sous x munition à titre d'exemple de réalisation à chaud, elle peut être supérieure au poids sans que cela présente un inconvénient ; et à froid, elle peut être légèrement inférieure au poids. A chaud, la vitesse V2 ou V sera nulle, x ou de l'ordre du mètre/seconde, et à froid, cette vitesse sera de préférence plus élevée. On se reporte maintenant à la Figure 9. Pour analyser le mouvement de la sous-munition, on considère le système d'axes absolu suivant: - OxO confondu avec Ox, pour t = 0, l'étude n'étant valable que pour une durée pendant laquelle Ox ne s'écarte pas de plus de 5 , par exemple, de Ox - OyO dans le plan de la vitesse par rapport à l'air, à l'instant t = O; - Ozo tel que OxoyozO soit trirectangle dextrosum. On prend Le vecteur vitesse a pour projection V y sur OyO et V sur Ox On analysera sommairement, à titre d'exemple, l'influence des forces et des moments qui s'exercent sur la sous-munition 1 - le propulseur n'est pas parfaitement symétrique, et, de ce fait, un "moment lié" s'exerce sur la sous-munition. La vitesse de précession dZ qui en résulte est proportionnelle à ce dt couple, et inversement proportionnelle à #x (Ix - It), Ix et It étant les moments d'inertie long et transversal de la sous-munition. On cons tate qu'il y a intérêt à ce que a) . I soit élevé, et que I * It. 2 - du fait de la rotation, la couche limite devient dis symétrique, et elle donne naissance à la force dite de Magnus (FM) suivant Oz0, qui donne une courbure à la trajectoire 3 - on a représenté le vecteur "vitesse vent à l'infini" Voo, en supposant V ascendant. x La portance aérodynamique (F ) s'exerce vers le bas, et elle crée, au tour du centre de gravité, un moment M1 suivant Oz0, ce moment étant négatif. On sait qu'en négligeant les mouvements transitoires oscillatoires, la vitesse Z', prise sur l'axe Ox, est égale à M1 Z' = #x Ix De ce fait, la poussée du propulseur donne une composante suivant Oz0 qui augmente la courbure de la trajectoire. 4 - les forces de Magnus qui s'exercent sur les faces horizontales de la sous-munition créent un couple, par suite de l'épaississement de la couche limite, nettement plus réduit que M et ce couple est dirigé suivant Oyg Ce couple M2 a tendance à augmenter la sous-portance et à éviter que la sous-munition monte trop haut. Dans ce cas, la com posante de la propulsion suivant OyO compense en partie la tramée. Dans ces conditions, la trajectoire de la sous-munition, projetée sur le plan horizontal, tend à revenir vers son point de départ (Fig. 10). Selon l'invention, on peut agir, entre autres, sur la courbure de la trajectoire par action sur la vitesse verticale initiale, sur l'importance de la poussée de sustentation, sur les caractéristiques aérodynamiques de la sousmunition (courbures différentes des faces supérieure 22 et inférieure 24 de la sous-munition - voir la Figure 11), en modifiant la position en hauteur du centre de gravité G dans la sous-munition, ou en prévoyant des ailettes. Dans le'plan vertical, il est souhaitable de commencer le vol à une altitude relativement faible, et d'augmenter l'altitude au fur et à mesure que la sous-munition s'éloigne de son point de lancement. Selon l'invention, la sous-munition peut être munie d'impulseurs dont la séquence de déclenchement est déterminée de manière qu'elle reste parallèle au sol. REVENDICATIONS 1 - Système d'arme, notamment antichar, comportant un projectile porteur d'une pluralité de sous-munitions largables et conçues de façon à assurer le survol prolongé du terrain à basse altitude, la détection, l'identification et la destruction d'objectifs terrestres dans la zone balayée par chaque sous-munition, ce projectile étant caractérisé en ce qu'il est en auto-rotation autour de son axe longitudinal, en ce que sa trajectoire terminale est proche de la verticale, en ce qu'il est muni d'un altimètre (14) et d'une rétro-fusée (16) dont l'altitude d'allumage est déterminée de façon que la vitesse dudit projectile soit nulle lorsque son altitude atteint une valeur déterminée, cette rétro-fusée étant munie éventuellement de moyens pour augmenter la vitesse de rotation du projectile, de telle façon que cette vitesse de rotation atteigne plusieurs dizaines de tours par seconde, par exemple 60 tours/seconde, en ce que lesdites sous-munitions (10, 10') sont prépositionnées avant largage, de telle façon que leur centre de gravité se trouve à une distance dl prédéterminée de l'axe du projectile, et que leur axe passant par ce centre de gravité et parallèle à l'axe du projectile, soit principal d'inertie, en ce qu'elles sont larguées lorsque le projectile atteint une vitesse voisine de zéro ou légèrement ascendante, et en ce que chaque sous-munition comprend un détecteur d'objectifs au moins, dont l'axe est incliné par rapport audit axe principal d'inertie, de façon que sa trace sur le sol décrive une spirale, et une charge explosive génératrice de perforants cinétiques (18). 2 - Système d'arme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pluralité de détecteurs, soit d'axes parallèles, soit d'axes décalés les uns par rapport aux autres, sont montés dans chaque sous-munition. 3 - Système d'arme selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs propulseurs (20 - 20' ) équipent chaque sousmunition, lui corrrnuniquant une poussée résultante suivant l'axe principal d'inertie autour duquel s'effectue la rotation initiale. 4 - Système d'arme selon la revendication 3, caractérisé en ce que les propulseurs communiquent à la sous-munition un couple autour dudit axe principal d'inertie. 5 - Système d'arme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sous-munitions se présentent sous l'as pect de soucoupes dont l'axe de symétrie est principal d'inertie, en ce que la trajectoire de chaque soucoupe, projetée sur le sol, est une courbe tendant à revenir vers son point de départ, et en ce qu'en prévoit des moyens pour modifier la courbure de cette trajectoire. 6 - Système d'arme selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la courbure de la trajectoire de la sous-munition est modifiée en agissant sur la vitesse verticale initiale de la sous-munition, sur l'importance de la poussée de sustentation, ou sur les caractéristiques aérodynamiques de cette sous-munition. 7 - Système d'arme selon la revendication 6, caractérisé en ce que la courbure de la face supérieure (22) de chaque sous-munition est différente de celle de sa face inférieure (24). 8 - Système d'arme selon la revendication 5, caractéri sé en ce qu'on fait varier la courbure de la trajectoire en modifiant la hauteur du centre de gravité dans la sous-munition. 9 - Système d'arme selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisé en ce que chaque sous-munition est munie d'ailettes de sustentation. t 10 - Système d'arme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque sous-munition est munie d'impulseurs dont la séquence de déclenchement est déterminée de façon que la sous-munition reste parallèle au sol.