Brevet FR2538098A1 — publié le 19840622

DISPOSITIF DE PILOTAGE PAR JETS DE GAZ LATERAUX L'invention se rapporte aux projectiles guidés, elle concerne plus particulièrement un dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux destiné à de tels projectiles. La capacité de manoeuvre des cibles offensives est constam- ment améliorée, il en résulte que l'erreur terminale de trajectoire, ou distance de passage, des projectiles augmente en conséquence. Dans un projectile guidé classique qui met en oeuvre un dispositif de pilotage d'un type aérodynamique nécessitant une prise d'incidence pour modifier sa trajectoire de vol, la constante de temps liée à la réponse aérodynamique est de l'ordre de plusieurs dixièmes de seconde En comparaison, un dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux qui crée un système de forces appliqué au centre de gravité du projectile afin d'assurer le déplacement direct du centre de gravité sur sa trajectoire, des constantes de temps inférieurs au 1 S dixième de seconde sont envisageables. On sait que la trajectoire d'un projectile peut être modifiée par éjection d'un jet de matière dont le débit et la direction est variée pour créer une force de poussée déterminée Cette force de poussée peut être obtenue à partir de nombreuses sources d'énergie, telles que des propergols liquides Tandis que les dispositifs de pilotage par jets de gaz latéraux mettant en oeuvre des sources d'énergie à propergols liquides, procurent un fonctionnement souple du fait que ces sources d'énergie peuvent être activées ou désac- tivées de façon intermittente à la demande, elles présentent l'incon- 2 S vénient d'une complexité excessive, une certaine sensibilité à la température et surtout d'être difficilement stockables Aussi dans le dispositif de pilotage considéré ici, la source d'énergie est-elle constituée par un propergol solide dont la combustion fournit un flux de gaz continue Une difficulté inhérente à l'emploi d'un propergol solide résulte du fait qu'une fois la combustion totalement amorcée, la pression de combustion doit se maintenir dans des limites qui -2- varient peu; une seconde difficulté résulte du fait que le débit du flux de gaz étant continu, la résultante des forces de poussée appliquées sur le projectile doit être nulle en l'absence d'ordre de pilotage. Un dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux comprend au moins une paire de tuyères diamétralement opposées, mais plus généralement deux paires de tuyères orientées dans deux plans de pilotage mutuellement orthogonaux Ces tuyères sont alimentées par une source d'énergie fournissant un flux de gaz à débit sensiblement constant et sont inclus des moyens d'aiguillage qui permettent de modifier le débit de gaz différentiel entre les tuyères de façon à créer une force de poussée résultante de grandeur et de direction déterminée. On connait déjà par la Demande de brevet européen N O 80 400 634 O déposée au nom de le Demanderesse, un dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux qui atteint les objectifs précités Ce dispositif comprend deux paires de tuyères; chacune de ces paires de tuyères est orientée selon les plans de pilotage du projectile Le débit de gaz différentiel dans chacune des paires de tuyères est contrôlé par un commutateur constitué de deux palettes articulées en rotation et placées dans les conduits de gaz des tuyères, ces palettes sont mécaniquement couplées à un vérin pneumatique double-effet et permettent d'obturer alternativement l'une et l'autre des tuyères. Ce dispositif de pilotage connu quoiqu'il puisse fonctionner de façon satisfaisante présente des limitations lorsque l'on veut réaliser un dispositif de pilotage ayant un encombrement réduit et un temps de réponse court, tout en recherchant un cot de fabrication adapté au coût du projectile. Dans le but de surmonter les limitations énoncées ci-dessus, un dispositif de pilotage selon l'invention comprend au moins une paire de tuyères diamétralement opposées, lesquelles tuyères sont cou- plées à un générateur de gaz par des conduits séparés, et une barre coulissante intégrant des moyens pneumatiques bistables afin que 3- ses extrémités obturent alternativement les conduits de couplage des tuyères aux générateurs de gaz. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée, à titre d'exemple non limitatif, faite en regard de dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente un dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux de l'art antérieur. la figure 2 illustre un projectile guidé comprenant un dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux. la figure 3 représent un mode de réalisation d'un dispositif de pilotage conforme à l'invention. la figure 4 représente, sous une forme schématique, un mode réalisation des moyens électro-pneumatiques de commande de la barre coulissante. 1 S la figure 5 représente, une variante de réalisation des moyens pneumatiques de déplacement de la barre coulissante. la figure 6 représente, une autre variante de réalisation des moyens pneumatiques de déplacement de la barre coulissante. la figure 7 représente, un mode de construction d'un premier plan de pilotage fourni par le dispositif. la figure 8 représente, un mode de construction d'un second plan de pilotage fourni par le dispositif. la figure 9 représente, un mode de construction d'une servolvave de commande des moyens pneumatiques de déplacement de la barre coulissante. La figure 1 représente, selon une vue en coupe, suivant un des deux plans de pilotage, le dispositif dé pilotage par jets de gaz latéraux décrit dans le Document EP 82 400 634 O déjà cité Ce dispositif 100, dans chacun des plans de pilotage comprend une paire de tuyères 11 Oa et 1 l Ob diamétralement opposées, chacune des tuyères est couplée par un conduit de gaz à une source de gaz sous pression qui fournit un flux de gaz aux orifices d'entrée 120 a et b Ce dispositif de pilotage comprend également deux com- mutateurs permettant de modifier indépendamment le débit dif- férentiel de chacune des paires de tuyères Un commutateur com- prend deux palettes mobiles 130 a et 130 b qui participent à l'une des parois des conduits de gaz des tuyères Ces palettes mobiles en rotation autour d'axes fixes 135 a et 135 b sont reliées mécani- quement, par des biellettes 140 a et 140 b, à un vérin double-effet réalisant ainsi un mécanisme à parallélogramme déformable Le déplacement du piston 155 du vérin 150 permet d'obturer alter- nativement les tuyères du dispositif Avec ce type de mécanisme, il est possible d'imbriquer de façon orthogonale les deux paires de tuyères et leur commutateur de flux de gaz. La figure 2 représente un projectile guidé, ou missile, com- prenant un dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux Ce projectile 1, d'axe longitudinal X comprend essentiellement, un autodirecteur 2 situé dans la partie ogival du corps du projectile; un empennage aérodynamique 3 qui peut être éventuellement utilisé pour contrôler l'attitude de roulis du projectile autour de son axe longitudinal X; une charge militaire 4, des circuits 5 de traitement des signaux de guidage fournis par l'autodirecteur et d'élaboration des ordres de pilotage à une section de pilotage 6 située au voisinage du centre de gravité CG du projectile, cette section de pilotage incluant deux paires de tuyères diamétralement opposées et orien- tées selon les plans transverses de pilotages Y et Z du projectile et des moyens de commande du débit de gaz différentiel traversant ces tuyères, et, enfin un générateur de gaz 7 a et 7 b du type symétrique de façon à limiter le déplacement du centre de gravité du projectile au cours de la combustion du propergol Les tuyères peuvent éventuellement être inclinées vers l'arrière du projectile afin de fournir, complèmentairement aux forces de poussée latérales, une force de poussée longitudinale dans le but d'entretenir la vitesse de déplacement du projectile sur sa trajectoire de vol. La figure 3 représente, selon une vue en coupe simplifiée, un mode de réalisation d'un dispositif de pilotage par jets de gaz conforme à l'invention, ce mode de réalisation est limité à un plan de pilotage Le dispositif de pilotage comprend: 2535 098 -S - un corps cylindrique 10 de diamètre O et d'axes longitudinal X correspondant à l'axe longitudinal X du projectile; ce corps cons- titue la section 6 du projectile représenté à la figure 2. Deux tuyères lla et Ilb, qui sont diamétralement opposées et 3 débouchent sur la face externe du corps, ces tuyères sont couplées à un générateur de gaz (non représenté) par des conduits d'amenée de gaz, ces conduits de gaz comportent des orifices d'entrée 12 a et 12 b et des cols de tuyères I 3 a et 13 b, de section rectangulaire, dont l'entraxe L est parfaitement déterminé. Une barre mobile coulissante 14, laquelle barre est libre de se déplacer selon un mouvement alternatif indiqué par la flèche A, la longueur de cette barre est sensiblement égale à l'entraxe L des cols de tuyère et ses extrémités 14 a et 14 b, également de section rectangulaire, constituent des clapets d'obturation des cols de tuyère 13 a et 13 b. La barre coulissante 14 est munie dans sa partie médiane d'un disque 15, ou piston, qui s'encastre dans une cavité 16 à l'intérieur de laquelle il peut coulisser librement La cavité comporte deux orifices d'entrée/sortie 17 et 18, lesquels orifices sont alimentés alternativement par un fluide de commande sous pression pour créer sur les faces du piston une force de poussée alternative et provoquer le déplacement correspondant de la barre coulissante 14 Le piston et la cavité sont fabriqués d'une façon précise pour obtenir un libre déplacement du piston et conjointement une très faible fuite du fluide de commande entre les orifices d'entrée/sortie et entre ces orifices et l'extérieur de la cavité La vitesse de déplacement de la barre coulissante est conditionnée par la force de poussée appliquée sur les faces du piston 15, cette force de poussée est proportionnelle au produit de la pression du fluide de commande par la section efficace du piston Le fluide de commande, dont une première direction d'écoulement est indiquée par les flèches F 1 et F 2 est commuté périodiquement aux orifices d'entrée/sortie selon un cycle de fonctionnement "tout ou rien" dont le rapport cyclique peut être varié en fonction des signaux d'ordre fournis par la section de -6 - guidage du projectile Ce rapport cyclique, correspond au rapport des périodes de temps pendant lesquelles le fluide de commande circule dans le premier sens indiqué par les flèches F 1 et F 2 puis dans le sens inverse Ainsi, lorque ce rapport cyclique est égal à S l'unité, le débit différentiel du flux de gaz traversant les tuyères opposées à une valeur nulle et par voie de conséquence la résultante des forces de poussées latérales appliquées au projectile a éga- lement une valeur nulle Inversement, lorsque la valeur de ce rapport cyclique est différent de l'unité, le débit différentiel du flux de gaz sortant des tuyères opposées à une valeur non nulle, il en résulte une force de poussée latérale appliquée au projectile et une modification correspondante de la trajectoire de vol de celui-ci On peut noter que la position relative du piston 15 sur la barre 14 n'est pas obligatoirement celle représentée sur la figure, mais qu'elle peut être décalée vers l'une des extrémités de cette barre permettant ainsi d'imbriquer éventuellement au centre du dispositif une seconde barre coulissante destinée à la commande du flux de gaz d'une seconde paire de tuyères orthogonale à celle représentée sur la figure On peut noter également que la section de passage fournie au flux de gaz pendant les périodes de déplacement de la barre est sensiblement constante. La figure 4 représente, sous une forme schématique, un mode de réalisation de moyens électro-pneumatiques permettant de com- mander le déplacement de la barre coulissante 14 afin d'obturer alternativement les cols de tuyères 13 a et I 3 b des tuyères respec- tives I la et 11 b Ces moyens électro-pneumatiques de commande de la barre coulissante comprennent: un inverseur électro-pneumatique 19, cet inverseur comporte: une entrée reliée à une source de gaz sous pression 20 et préférentiel- lement à la source de gaz d'alimentaton des tuyères de pilotage; deux sorties reliées respectivement aux orifices d'entrée 17 et 18 de la cavité 16 à l'intérieur de laquelle est placé le piston 15 solidaire de la barre coulissante 14, et deux actionneurs électromagnétiques 19 a et 19 b. -7- une bascule électronique bistable 21 dans laquelle les sorties Q et Q sont connectées respectivement aux entrées des actionneurs électromagnétiques 19 a et 19 b. un circuit d'horloge 22 qui -fournit un signal d'horloge à la fréquence H c de cycle de fonctionnement de la barre coulissante, ce circuit d'horloge est connecté à une première entrée de commande S de la bascule bistable 21. un modulateur de durée 23, ce modulateur de durée comporte une première entrée connectée au circuit d'horloge -22, une seconde entrée qui reçoit un signal Si représentatif d'un ordre de pilotage et une sortie connectée à une seconde entrée de commande R de la bascule bistable 21. La figure 5 représente, selon une vue en coupe simplifiée, une variante de réalisation des moyens pneumatiques permettant le 1 S déplacement alternatif de la barre coulissante 14 déjà décrite Selon cette variante de réalisation, la barre coulissante comprend deux pistons l Sa et 15 b dont la section est telle que la somme des sections efficaces de chacun des pistons soit égale à la section efficace d'un piston unique comme décrit précédemment Ces deux pistons la et 15 b sont librement encastrés dans des cavités 16 a et 16 b qui sont situés symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal X Ce mode de réalisation des moyens pneumatiques de déplacement de la barre coulissante 14, est plus compact et il permet de libérer un emplacement qui devient disponible pour y loger une seconde barre coulissante afin de contr 8 ler le débit de gaz différentiel d'une seconde paire de tuyères comme il sera décrit ultérieurement Chacune des cavités 16 a et 16 b sont munies d'orifi- ces d'entrée/sortie 17 a, 17 b et 18 a, 18 b qui sont reliées en parallèle deux à deux pour fournir un premier 19 et un second 20 orifices d'en- trée/sortie par lesquels s'écoulera le fluide de commande des pistons De plus, la barre coulissante est munie d'un ergot 21 qui est situé en regard d'une gorge 23 disponible dans un élément 22 fixe dont la position physique est parfaitement déterminée Ces dif- férents éléments fournissent deux butéés de la barre coulissante et évite que celle-ci ne vienne au contact de la paroi des conduits de gaz des tuyères. La figure 6 représente, selon une vue en coupe simplifiée, une seconde variante de réalisation des moyens pneumatiques d'entrat- nement de la barre coulissante 14 Selon cette seconde variante les pistons l Sa et 15 b sont situés sur une même face de la barre coulissante au lieu d'être situés sur les deux faces opposées de cette barre comme décrit précédemment La section, des pistons n'est pas obligatoirement de forme semi-circulaire mais peut être préfé- rentiellement de forme rectangulaire d'o il en résulte une simpli- fication de construction des moyens pneumatiques, et une réduction de leurs encombrements. La figure 7 représente, selon une vue en coupe, un mode de construction d'un dispositif de pilotage à jets de gaz latéraux dont les éléments constitutifs viennent d'être décrits Ce dispositif de pilotage comporte deux plans de pilotage, mutuellement ortho- gonaux, sur cette figure en considérée plus particulièrement, un des plans de pilotage, par exemple, le plan de pilotage Y Le corps du dispositif de pilotage est un élément de forme cylindrique de diamètre Q et d'axe longitudinal orienté X, ce corps constitue la section de pilotage du projectile guidé considéré ici Le corps 10 comporte des moyens de liaisons mécanique 1 Oa et l Ob avec les sections adjacentes du projectile, ces sections adjacentes comme décrit à la figure 2 renferment le générateur du flux de gaz sous pression Ce corps peut être réalisé en alliage léger et à cet effet il est équipé de flasques latéraux 24 et 25 dont la fonction est d'assurer une barrière thermique et conjointement un joint de liaison entre les section adjacentes du projectile Ce corps comporte, en outre, des logements tels que le logement 26 destiné a recevoir les électrovalves de commande des moyens pneumatique de la barre coulissante et un filtre de gaz 27 dont la fonction est d'épurer le fluide de commande fourni aux électrovalves Le corps est traversé de part en part, parallèlement à l'axe longitudinal X, par des canalisations telles que la canalisation 28; la fonction de ces 9 - canalisations est dassurer le fonctionnement en parallèle des deux parties du générateur de gaz Les tuyères latérales lia et Ilb et leurs conduits de gaz sont réalisés en un matériau à faible érosion tel que le graphite La barre coulissante 14 comporte sur l'une de ses faces, des pistons I Sa et l Sb de section rectangulaire et cet ensemble est réalisé en un matériau à haute résistance thermique tel que le molybdène Les cavités 16 a et 16 b de logeme nt des pistons l 5 a et 15 b sont usinés dans les blocs de graphite qui fournissent les conduits d'air des tuyères et ces cavités comportent des orifices d'entrée/sortie I 7 a et 18 b du fluide de commande La barre coulis- sante est munie de son ergot de butée 219 lequel est logé dans la gorge 23 fournie par l'élément fixe 22 Les tuyères comportent des moyens d'obturations, non représentés, pour permettre un amorçage adéquate du générateur de gaz; ces moyens d'obturation sont éliminés dès que la valeur de la pression du gaz atteint la valeur nominale de la pression de combustion Enfin sur cette figure, est également représentée, une seconde barre coulissante 29 associée à la paire de tuyères orientée dans le plan de pilotage Z. La figure 8 se rapporte à la figure précédente et représentes une vue en coupe du dispositif de pilotage selon le plan de pilotage Z Dans ce plan Z, les éléments du dispositif de pilotage sont identiques à ceux décrits pour le plan de pilotage Y, ils comprennent notamment les tuyères ilc et Ild, les orifices d'entrée 12 c et 12 d des conduits de gaz des tuyères incluant les cols de tuyères 13 c et 13 d; la barre coulissante 29 qui comporte les pistons 30 a et 30 b, et l'ergot de butée 31 situé en regard de la gorge 32 réalisé dans l'élément fixé 33 Les pistons 30 a et 30 b sont encastrés librement dans les cavités correspondantes 34 a et 34 b, lesquelles sont munies de leurs orifices d'entrée/sortie 35 a, 36 a et 35 b, 36 b. La figure 9 se réfère à la figure précédente et représente selon une vue en coupe CC, un mode de construction des électro- valves de commande des moyens pneumatiques de déplacement des barres coulissantes 14 et 29 Les électrovalves au nombre de deux, une pour chacune des paires de tuyères sont du type à "tiroirs" et - leur axe longitudinal fait un angle de 450 avec les plans de pilotage Y et Z Sur cette figure une seule électrovalve 40 est représentée, en détail, la seconde 41 étant disposée symétriquement par rapport aux axes du dispositif Une électrovalve comprend un corps cylin- drique 42 à l'intérieur duquel coulisse un noyau axial 43 dont la position est conditionnée par l'état d'excitation de deux électro- aimants 44 a et 44 b Le corps de l'électrovalve comporte une entrée reliée au filtre de gaz 27, une première 46 et une seconde 47 sorties reliées aux orifices d'entrée/sortie des cavités des moyens pneumatiques de déplacement de la barre coulissante correspon- dante et des troisièmes sorties 48 a et 48 b reliées à des conduits de gaz 49 a et 49 b qui débouchent sur l'extérieur Sur cette figure deux canalisations de gaz 28 a et 28 b sont disposées à 450, des plans de pilotage Y et Z, pour assurer un fonctionnement correct en parallèle des deux parties du générateur du flux de gaz. On voit maintenant plus clairement,les avantages fournis par un dispositif de pilotage selon l'invention les moyens de contrôle du flux de gaz traversant les tuyères sont extrément compacts et la fréquence mécanique de résonance correspondante est élevée, per- mettant ainsi des temps de réponses courts, de l'ordre de la dizaine de milliseconde pour des projectiles d'un diamètre O de l'ordre de omm ou plus. L'invention n'est pas limitée dans ses caractéristiques au mode de réalisation décrit, exclusivement, à titre d'illustration, notam- ment le profil des tuyères latérales peut être modifié en fonction de l'inclinaison du jet de gaz, la forme des éléments peut être changée selon les procédés de fabrication utilisés et l'emplacement relatif des éléments dans le corps du dispositif peut être différent. Le dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux trouve son application dans les projectiles guidés, les missiles, les roquettes, les bombes, en combinaison ou non avec un système de pilotage aérodynamique. 2538 e 98 11 - REVENDICATIONS 1 Dispositif de pilotage par jets de gaz latéraux comprenant au moins une paire de tuyères diamétralement opposées, lesquelles sont couplées à un générateur de gaz par des conduits indépendants, caractérisé en ce qu'il comprend une barre coulissante ( 14) intégrant S des moyens pneumatiques bistables ( 15,16) qui assurent son dé- placement alternatif afin que les extrémités ( 14 a, 14 b) de la barre obturent alternativement les conduits ( 13 a-13 b) de couplage des tuyères au générateur de gaz. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pneumatiques ( 15,16) de déplacement de la barre coulissante ( 14) comprennent au moins un piston ( 15) solidaire de cette barre, ce piston étant librement encastré dans une cavité fixe ( 16) munie d'orifices entrée/sortie ( 17,18), qui sont reliées à une électrovalve de commande ( 40) à deux positions stables. 1 S 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pneumatiques ( 15,16) de déplacement de la barre coulissante ( 14) comprennent deux pistons ( 15 a, 15 b), solidaires de cette barre, qui sont encastrées librement dans deux cavités fixes ( 16 a,16 b) ces pistons étant disposés de part et d'autre de la section médiane de la barre. 4 Dispositif selon Pune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sections des pistons ( 15) sont de forme rectangulaire. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la barre coulissante ( 14) est munie d'un ergot ( 21), lequel est placé dans une gorge ( 23) située dans un élément fixe ( 22) pour fournir des moyens de butée de cette barre. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend deux paires de tuyères orientées selon deux plans mutuellement orthogonaux.