Brevet FR2536720A1 — publié le 19840601

La présente invention -concerne un système pour le pilo- tage d'un missile au moyen de jets gazeux latéraux et un missile comportant un tel système. Il est-déjà connu, notamment lorsqu'un missile doit être piloté avec de forts facteurs de charge, de prévoir à bord de ce missile des tuyères latérales, susceptibles d'être alimentées en gaz à partir soit d'un générateur de gaz du propulseur principal, soit d'un générateur de gaz spécialement prévu à cet effet Ainsi, il en-résulte des jets de gaz latéraux engendrant des forces propulsi- ves transversales aptes à infléchir de façon rapide et importante la trajectoire du missile On peut faire en sorte que les lignes d'action de telles forces transver- sales passent par le centre de gravité du missile, ou tout au moins au voisinage de ce centre de gravité et l'on dit alors que le missile est piloté en force, le temps de réponse à la commande étant alors particulière- ment rapide Cependant, ceci n'est pas une obligation et les lignes d'action desdites forces transversales peu- vent passer en des points de l'axe du missile différents du centre de gravité Lesdites forces transversales créent alors, de-façon semblable à des gouvernes aéro- dynamiques classiques, des moments permettant la comman- de du missile en attitude par rapport au centre de gra- vité. Les systèmes pour le pilotage de missiles au moyen de jets gazeux latéraux sont, notamment à cause de leur faible temps de réponse, particulièrement avantageux. Cependant, ils présentent un inconvénient important En effet, lors de leur fonctionnement, il se produit des interférences entre, d'une part, l'écoulement aérodyna- mique longitudinal, supersonique ou subsonique, autour BNSDOCID: du missile, engendré par le déplacement de celui-ci et, d'autre part, le ou les jets gazeux latéraux, engendrés par ledit système de pilotage Il peut en résulter no- tamment l'apparition d'écoulements induits parasites, le décollement de l'écoulement aérodynamique du fuselage, en arrièrt desdites tuyères, ainsi que l'inflexion vers l'arrière des jets gazeux latéraux, leur élargissement et leur éclatement transversalement à l'axe du missile. Par suite: la stabilité aérodynamique du missile peut varier con- sidérablement suivant que le vol de celui-ci s'effectue avec ou sans jets de pilotage latéraux, de sorte que la commande dudit missile en est fortement influencée; lorsque, de façon usuelle, le missile comporte des ai- les, des empennages et/ou des gouvernes disposées vers sa partie arrière, en vue de lui conférer une certaine portance et de permettre un pilotage aérodynamique com- biné audit pilotage par jets gazeux latéraux, il peut arriver non seulement que l'écoulement aérodynamique n'atteigne plus ces surfaces aérodynamiques de sorte que la portance et la manoeuvrabilité aérodynamique du mis- sile en sont affectées au point de devenir nulles, mais encore que ce soit les jets gazeux latéraux infléchis qui atteignent ces surfaces aérodynamiques, de sorte que les conditions de vol du missile sont totalement pertur- bées, au point que celui-ci peut devenir ingouvernable. La présente invention a pour objet de remédier à ces in- convénients. BNSDOCI: A cette fin, selon l'invention, le système pour le pilo- tage d'un missile au moyen de jets gazeux, comportant un générateur de gaz relié à au moins une tuyère latérale associée à un obturateur commandant le passage des gaz à travers ladite tuyère, est remarquable en ce que ladite tuyère présente une section oblongue dont la plus grande dimension est contenue de façon au moins approximative dans un plan passant par l'axe longitudinal dudit missi- le, tandis que la plus petite dimension de ladite sec- tion oblongue est dirigée au moins approximativement transversalement à ce plan. Ainsi, ladite tuyère engendre un jet gazeux plat, en forme de nappe à faible section transversalement à l'axe du missile Par suite, l'élargissement de ce jet par l'écoulement aérodynamique a moins d'effet, puisque le jet élargi résultant est beaucoup moins large que lors- que les tuyères sont de dimensions longitudinale et transversale comparables De plus, le décollement de l'écoulement aérodynamique par ledit jet transversal est beaucoup plus localisé et donc moindre Il en résulte que les effets des interactions entre l'écoulement aéro- dynamique et le ou les jets gazeux latéraux sont ré- duits. Par ailleurs, dans le cas usuel o le missile comporte des éléments aérodynamiques tels que des ailes, des em- pennages et/ou des gouvernes disposées en arrière de la- dite tuyère, il est avantageux de disposer ladite-tuyère de façon qu'elle se trouve dans-une position périphéri- que angulaire intermédiaire entre les positions p 5 riphé- riques angulaires d'au moins lesdits éléments aérodyna- miques les plus proches de ladite tuyère, de sorte que le jet plat qui en sort passe entre deux de ceux-ci. Ainsi, on élimine l'effet de masque engendré par les jets latéraux sur lesdits éléments aérodynamique, en ce qui concerne l'écoulement aérodynamique. BNSDOCID: Lorsque le missile comporte une pluralité de tels élé- ments aérodynamiques angulairement équirépartis à sa pé- riphérie, il peut comporter plusieurs tuyères diamétra- lement opposées et disposées dans des positions angulai- res médianes par rapport à deux desdits éléments aérody- namiques consécutifs, les plus proches desdites tuyè- res. Afin de réduire encore plus llaplatissement et/ou l'é- clatement du jet gazeux latéral par l'écoulement aérody- namique, il peut être avantageux de prévoir que la tuyè- re, éventuellement associée à des moyens aérodynamiques tels que étrave ou aile nageoire, soit en saillie par rapport au fuselage du missile, de façon à prolonger le guidage dudit jet gazeux latéral à l'extérieur du missi- le. On remarquera de plus que la forme oblongue de la tuyère facilite la conception d'un obturateur de petite dimen- sion, de sorte que les amplitudes des mouvements de cet obturateur peuvent être limitées, les efforts et les temps de manoeuvre pouvant donc être très réduits Un tel obturateur, de préférence rotatif, se trouve du côté du col de la tuyère, extérieurement à celle-ci Chaque tuyère peut être constituée d'un divergent, par exemple formé d'une surface réglée, reliant une section d'entrée et une section de sortie oblongues semblables L'axe de l'obturateur rotatif est alors avantageusement parallèle à la plus grande dimension de la section d'entrée du di- vergent. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un missile selon l'invention. BNSDOCID: La figure 2 est une coupe transversale schématique du missile selon l'invention, suivant la ligne II-Il de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective schématique du divergent d'une tuyère selon l'invention-. la figure 4 est une vue partielle et schématique-d'une variante de réalisation du missile selon l'invention. La figure 5 est une vue de face partielle du missile de la figure 4. La figure 6 montre, en vue partielle schématique, une autre variante de réalisation du missile selon l'inven- tion. La figure 7 est une vue en coupe schématique d'une tuyè- re et de son mécanisme de commande associé. La figure 8 est une coupe partielle selon la ligne VIII-VIII de la figure 7 montrant la tuyère en position ouverte. La figure 9 est une coupe partielle selon la ligne VIII-VIII de la figure 7 montrant la tuyère en position fermée. La figure 10 est une vue selon la flèche X de la figure 7. La figure 11 est une vue en coupe montrant deux tuyères diamétralement opposées en position neutre. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. BNSDOCID: 2536 ? 20 G L'exemple de réalisation du missile 1 selon l'invention, montré schématiquement sur les figures 1 et 2, comporte un corps allongé 2 d'axe L-L pourvu d'ailes 3 et d'em- pennages 4 Les ailes 3 et les empennages 4 sont pourvus de gouvernes 5 et 6, respectivement Les ailes 3 sont au nombre de quatre et elles sont deux à deux diamétrale- ment opposées, les plans de deux ailes opposées étant orthogonaux entre eux et passant par l'axe L-L De même, les empennages 4 sont au nombre de quatre et ils sont deux à deux diamétralement opposés, les plans de deux empennages opposés étant orthogonaux entre eux et pas- sant par l'axe L-L De plus, les empennages 4 se trou- vent dans les plans bissecteurs des ailes 3. Au voisinage du centre de gravité G du missile 1, est prévu, dans le corps 2, un bloc de pilotage en force 7 comportant quatre tuyères 8, deux à deux diamétralement opposées et disposées dans les plans bissecteurs des ai- les 3 Les tuyères 8 sont placées entre les deux cham- bres de combustion 9 a et 9 b d'un générateur de gaz, par exemple à propergol solide, et sont reliées auxdites chambres 9 a et 9 b, par des conduits 10 Cette disposi- tion présente l'avantage que le combustible des chambres 9 a et 9 b peut être consommé de façon symétrique, pour que le centre de gravité du missile 1 reste toujours sensiblement au point G pendant le fonctionnement du gé- nérateur de gaz 9 a, 9 b. les tuyères 8 sont en liaison avec les conduits 10 par un orifice d'entrée ou col 11 et débouchent à l'exté- rieur par un orifice de sortie 12, de plus grande sec- tion que l'orifice d'entrée 11, lesdits orifices 11 et -12 étant reliés par un divergent 13. BNSDOCID: Go Chacune des tuyères 8 est équipée, au niveàu de son ori- fice d'entrée 11 d'un organe d'obturation mobile (non représenté sur les figures 1 et 2) permettant d'obturer ou au contraire de dégager la tuyère correspondante. En vol sans facteur de charge important, l'action du bloc de pilotage en force 7 n'est pas forcément néces- saire, car alors le missile 1 peut être piloté de façon classique grâce à ses gouvernes aérodynamiques 5 et 6. Par suite, si le générateur de gaz 9 a, 9 b est de type à fonctionnement commandé, il peut être à l'arrêt Si le générateur de gaz 9 a, 9 b est du type à fonctionnement continu, les gaz qu'il produit peuvent être aiguillés vers le circuit des gaz du propulseur principal (non re- présenté) du missile 1, pour participer à la poussée axiale de ce dernier; en variante, les organes d'obtu- ration de deux tuyères opposées peuvent être commandés pour que les jets de gaz qu'elles émettent exercent sur le missile des forces dont la résultante est nulle: par exemple, les organes d'obturation des deux tuyères oppo- sés sont alternativement ouverts et fermés, de façon qu'une tuyère soit active lorsque l'autre est inactive. et vice-versa, ou bien encore ces organes d'obturation sont constamment à demi-ouverts pour laisser échapper les gaz produits par le générateur 9 a, 9 b. En revanche, en vol avec facteur de charge important im- posant un brusque changement d'orientation de la trajec- toire du missile, il est nécessaire de faire fonctionner à plein au moins l'une des tuyères 8, pour obtenir ce brusque changement d'orientation Lorsque l'organe d'ob- turation de la ou des tuyères commandées au fonctionne- ment est complètement effacé, le ou les jets gazeux BNSDOCID: 2536 ? 720 latéraux et transversaux P émis sont importants et in- teragissent avec l'écoulement aérodynamique E autour du missile 1. Si, comme dans les systèmes connus, l'orifice de sortie 12 des tuyères 8 était de forme circulaire, carrée ou rectangulaire presque carrée, c'està-dire présentait transversalement à l'axe L-L du missile une dimension importante, il résulterait de cette interaction le dé- collement de l'écoulement E du fuselage du missile 1 par le ou les jets P et l'aplatissement, l'éclatement et l'incurvation vers l'arrière du missile 1 du ou des jets F par l'écoulement E Par suite, d'une part, la stabili- té de vol du missile 1 en serait affectée et, d'autre part, les ailes 3, disposées tout de suite en arrière des tuyères 8 et quoique angulairement écartées de celles-ci, seraient masquées à l'écoulement aérodynami- que E par les jets de pilotage F, et pourraient être sensibles à ceux-ci, de sorte que la portance desdites ailes 3 et l'action de leurs gouvernes 5 seraient annu- lées ou fortement pertubées De même, l'empennage-4 et leurs gouvernes 6, disposés loin derrière les tuyères 8, mais dans l'axe de celles-ci, seraient pour le moins masqués à l'écoulement E Dans ces conditions, le missi- le 1 pourrait devenir impilotable. Aussi, selon l'invention, pour éviter ces inconvénients, les tuyères 8 présentent avantageusement laforme mon- trée par la figure 3 L'orifice de sortie 12 est de for- me oblongue, la grande dimension de sa section étant pa- rallèle à l'axe longitudinal L-X du missile 1, tandis que la petite dimension de cette section est transversa- le audit axe L-L Cette petite dimension transversale peut être constante et les extrémités de l'orifice de BNSDOCID: sortie 12 peuvent être arrondies. L'orifice d'entrée ou col 11, situé du côté intérieur du missile 1, est également de forme oblongue, de largeur constante et à extrémités arrondies La section dudit col 11 est semblable à celle de l'orifice de sortie 12, mais plus petite que celle de cette dernière Le diver- gent 13 se raccorde aux deux orifices 11 et 12 par une surface réglée. Le rapport de section nécessaire pour détendre suffisam- ment les gaz de combustion provenant du générateur 9 a, 9 b s'obtient en grande partie par détermination des lar- geurs respectives des orifices 11 et 12 Cependant, si comme montré sur les figures 1 et 3, l'orifice de sortie 12 est parallèle à l'axe L-L, alors que l'orifice d'en- trée Il est incliné par rapport à cet axe, l'écart de longueur de ces deux orifices contribue également à l'obtention du rapport de détente. L'inclinaison de l'orifice d'entrée 11 et des bords ex- trêmes 13 a et 13 b du divergent 13 a notamment pour but d'incliner vers l'arrière du missile les jets latéraux F, de façon que ceux-ci engendrent, si nécessaire, une poussée présentant, en plus d'une composante transversa- le pour le pilotage en force, une composante axiale par- ticipant à la propulsion du missile 1 Il en résulte alors' que la longueur du divergent 13 croît de l'avant vers l'arrière 7 c'est-à-dire du bord extrême 13 a au bord extrême 13 b. Grace à la structure-oblongue des tuyères 8, les jets de pilotage latéraux F présentent la forme de nappes ayant une faible dimension frontale pour l'écoulement aérody- namique E Par suite, les interactions mentionnées ci- BNSDOCID: 2536 ? 20 dessus sont, sinon totalement supprimées, du moins suf- fisamment réduites pour ne plus engendrer d'effets nui- sibles, de sorte que les éléments aérodynamiques 3, 4, 5 et 6 peuvent continuer à remplir leur fonction en coopé- rant avec l'écoulement E, même lorsque les jets latéraux de pilotage F sont utilisés à leur puissance maximale. Sur les figures 1 et 2, on a supposé que les orifices de sortie 12 des tuyères 8 se trouvaient au niveau de la peau du fuselage du missile 1 Cependant, pour réduire encore plus les interactions entre l'écoulement E et les jets latéraux F, il peut être avantageux dans cer- tains cas de guider lesdits jets latéraux F au-delà de la peau du fuselage du missile 1 Par exemple, comme illustré schématiquement sur les figures 4,5 et 6, les tuyères 8 peuvent faire saillie vers l'extérieur par rapport au fuselage du missile 1 Dans le cas des figu- res 4 et 5, on a prévu une étrave 14 pour minimiser les pertubations engendrées dans l'écoulement E par les dites tuyères 8 saillantes Dans le cas de la figure 6, on a incorporé les tuyères 8 à des ailes nageoires 15 existantes sur le missile 1. Les orifices 11 et 12 et les divergents 13 des tuyères 8 sont ménagés dans une structure 16 du missile 1, qui ré- siste à la pression des gaz et dans laquelle est agencé un boisseau 17 pour un obturateur rotatif 18 Le bois- seau 17 et l'obturateur 18 se trouvent du coté de l'ori- fice d'entrée 11 opposé au divergent 13 et sont coa- xiaux. L'obturateur rotatif 18 présente la forme d'un segment de cylindre évidé et sa paroi cylindrique extérieure comporte une fente 19, de forme identique à celle de l'orifice 11 Il peut pivoter autour d'un axe 20 suppor- té par des paliers de façon soit à amener la fente 19 en BNSDOCID: 2536 ? 20 coincidence totale ou partielle avec l'orifice 11, (fi- gures 8 et 11), soit à obturer ledit orifice 11 (figure 9) Dans la position des figures 8 et 11, les gaz émis par le générateur 9 a, 9 b et éjectes dans les conduits 10, sont transmis au divergent 13 des tuyères 8 à tra- vers la partie évidée 21 et la fente 19 de l'obturateur 18. La paroi cylindrique des obturateurs 18 possède un jeu minimal par rapport au boisseau 17 afin de réduire les frottements, ainsi que les fuites en position ferme. (figure 9), tout en autorisant les dilatations provo- quées par la température élevée des gaz, par exemple lorsque ceux-ci proviennent d'un générateur de gaz 9 a, 9 b du type à poudre Le choix des matériaux constitutifs du boisseau 17 et de l'obturateur 18 ainsi que le choix de leur forme peuvent contribuer également à la minimi- sation des frottements: on utilise par exemple du car- bone, du molybdène, protégés ou non par des revêtements ou manchons de protection thermique (voir le revêtement 22 et le manchon 23 sur les figures 7,8 et 9). Le rayon de l'obturateur 18 est réduit de manière à ce que celui-ci présente une inertie de rotation et un dé-. battement de manoeuvre très faibles, de façon à obtenir un temps de réponse très court avec une puissance de commande minimale Les formes en sont telles que la ré- sultante des forces qui s'exercent sur ledit obturateur passe sensiblement par l'axe de rotation de façon à mi- nimiser au maximum les forces de manoeuvre. Les moyens de commande peuvent être constitués par un oscillateur électromécanique à fréquence propre élevée, disposé à l'extérieur des chambres d'alimentation des tuyères Cet oscillateur peut être constitué, par exem- ple, d'électro-aimants 24 antagonistes qui provoquent la rotation de l'axe 20 par attraction et collage d'une palette 25 en matériau magnétique solidaire dudit axe 20. BNSDOCID: L'action des électro-aimants 24 peut s'effectuer à l'en- contre de l'action d'un élément élastique exerçant un couple de rappel Dans l'exemple de réalisation de la figure 7, une barre de torsion 26, protégée par ie man- chon 23 et son revêtement 22, est solidaire à ses extré- mités en 27 de l'axe 20 et en 28 de la structure 16 Cet élément élastique peut imposer à l'obturateur 18, en l'absence d'action des électro-aimants, une position neutre Par exemple, les deux positions de la palette 25 collée à un électro-aimant 24 (figure 10) peuvent res- pectivement correspondre à l'ouverture et à la fermeture de l'obturateur 18 telles qu'illustrées sur les figures 8 et 9, tandis que la position neutre imposée par l'élé- ment élastique 26 peut correspondre à une ouverture par- tielle de l'obturateur 18, telle que montrée par la fi- gure 11 Comme mentionné ci-dessus, une telle ouverture partielle est utilisée pour permettre l'évacuation des gaz engendrés par le générateur 9 a, 9 b tout en inhibant *l'action des tuyères 8. Dans un mode de réalisation avantageux, l'élément élastique est constitué par un palier élastomère lamifié faisant étanchéité au niveau du palier de sortie, en assurant tout ou partie du rappel élastique. BNSDOCID: REVENDICATIONS 1. Système ( 7) pour le pilotage d'un missile ( 1) au moyen de jets gazeux (F), comportant un générateur de gaz ( 9 a,9 b) relié à au moins une tuyère latérale ( 8), associée à un obturateur mobile ( 18) commandant le pas- sage des gaz à travers ladite tuyère ( 8), caractérisé en ce que ladite tuyère ( 8) présente une section oblongue, dont la plus grande dimension est contenue, de façon au moins approximative dans un plan passant par l'axe longitudinal (L-L) dudit missile 1, tandis que la plus petite dimension de ladite section oblique est dirigée, au moins approximativement, trans- versalement à ce plan. 2. Système selon la revendication 1, pour un missile ( 1) comportant des éléments aérodyamiques tels que ailes ( 3), empennages ( 4) et/ou gouvernes ( 5,6), disposes en arrière ou au niveau de ladite tuyère ( 8), caractérisé en ce que la position périphérique angulaire de la tuyère ( 8) est intermédiaire entre les positions périphériques angulaires d'au moins les éléments a'rody- namiques ( 3,5) les plus proches de ladite tuyère. 3. Système selon la revendication 2, comportant une pluralité de tels éléments aérodynamiques ( 3,4,5,6) an- glairement 6 quirépartis à sa périphérie, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs tuyères ( 8) deux à deux diamétralement opposées et disposées chacu- ne dans des positions angulaires médianes par rapport à deux desdits éléments aérodynamiques ( 3,5) consécutifs, les plus proches desdites tuyères. BNSDOCID: 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite tuyère est en saillie par rapport au fuselage du missile ( 1), afin de prolonger le guidage du jet (F) à l'extérieur de celui-ci. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite tuyère ( 8) en saillie est associée et/ou incorporée à des éléments aérodynamiques ( 14,15) de la paroi du missile. 6 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tuyère ( 8) comporte un diver- gent ( 13) dont les sections d'entrée ( 11) et de sortie ( 12) sont obliques et raccordées par une paroi réglée. 7 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'obturateur mobile ( 18) se trouve au niveau de la section d'entrée ( 11) de la tuyère du côté de cette section d'entrée opposée au divergent ( 13) et de section proche de la section d'entrée. 8 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'obturateur mobile ( 18) est rota- tif autour d'un axe ( 20) parallèle à la plus grande di- mension de la section d'entrée ( 11). 9. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les sections d'entrée ( 11) et de sortie ( 12) sont semblables, mais disposées dans des plans non parallèles l'un à l'autre. BNSDOCID: 10. Missile ( 1) comportant un système de pilotage ( 7) au moyen de jets gazeux (F) pourvu d'un générateur de gaz ( 9 a, 9 b) relié à au moins une tuyère latérale ( 8) associée à un obturateur mobile ( 18) commandant le pas- sage des gaz à travers ladite tuyère 8, caractérisé en ce que ladite tuyère ( 8) présente une section oblongue, dont la plus grande dimension est contenue, de façon au moins approximative dans un plan passant par l'axe lon- gitudinal (L-L) dudit missile 1, tandis que la plus pe- tite dimension de ladite section oblique est dirigée, au moins approximativement, transversalement à ce plan. ( ' BNSDOCID: