Brevet FR2545600A1 — publié le 19841109

L'invention est relative aux projectiles (autopropulsés ou non) véhiculant une charge utile activable se trouvant en situation passive lors du départ du projectile mais devant pouvoir être rendue active en cours de vol du projectile par l'intervention d'un dispositif initiateur comprenant un élément pyrotechnique déclenchable (en ce qui concerne sa mise à feu) par un capteur d'ordres lui-même excitable par un distributeur d'ordres extérieur au projectile. Et elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, parmi ces projectiles, les obus explosifs, la charge utile étant alors la charge explosive de l'obus et le dispositif initiateur de ladite charge utile une fusée à ini- tiation pyrotechnique sensible à un ordre émanant de ltextérieux Pratiquement, il s'agit notamment :: - des obus explosifs de petit et moyen calibre (15 à 50 mm) se prêtant à des tirs à trajectoire tendue, - des obus de moyen calibre tirés à partir d'une arme coup par coup, telle que 19armement principal d'un char dans le cas notamment du tir contre hélicoptère, - des obus de petit calibre tirés par les armes auto matiques, notamment en tir sol-air ou air-air a' faible distance obus qui peuvent de plus être munis d'une fusée fonctionnant 9 l'impact. Il parait opportun, avant d'aborder les diverses dispositions caractéristiques de l'invention, de rappeler succi tement les divers critères intéressants à satisfaire pour un projectile de ce genre. Un premier critère concerne la sécurité des personne "amis" (par opposition aux personnels ennemis dans le cas où le projectile véhicule une charge utile offensive), ces personnels amis étant, notamment, les personnels intéressés par le stockage et les manipulations de projectiles avant le tir, ainsi que les servants des matériels de lancement desdits projectiles, voire, en matière de tir d'exercice, toute persan se trouvant dans la portion terminale de la trajectoire balistique du projectile, ces dernières personnes devant être proté gées par une autodestruction du projectile intervenant avant que le projectile pénètre dans la susdite portion terminale. Un second critère concerne sa fiabilité, c'est-à- dire sa sûreté de fonctionnement, un tel critère, qui intéress principalement le dispositif initiateur de la charge utile activable, impliquant, d'une part, que ce dispositif initiateur soit aussi simple que possible, et, d'autre part, que son dispositif capteur d'ordres ne risque pas d'être accidentellement rendu inopérant de façon définitive par un signal intempestif avant le départ-du projectile (notamment lors du stockage et lors des manipulations précédant le tir) ou pendant la phase de lancement dudit projectile, voire pendant une certaine fraction initiale de la trajectoire du projectile en question. Ce second critère concerne les projectiles visés par l'invention dans toute leur généralité, c'est-à-dire quelle que soit la nature de la charge utile activable véhiculée par le projectile, l'activation de ladite charge utile pouvant, suivant sa nature, soit déclencher un processus opératoire inoffensif pour l'environnement (cas par exemple de l'éjection d'un parachute ou du largage d'un signal visuel), soit au contraire déclencher un processus opératoire intentionnellement dangereux pour l'environnement (cas notamment de la mise à feu d'une charge explosive, éventuellement à caractéristiques incendiaires), processus opératoire dangereux impliquant alors le respect d. premier critère ci-dessus mentionné. Compte tenu de ce qui précède, l'invention a pour objet de procurer un projectile, véhiculant une charge utile activable en vol, qui satisfasse mieux que jusqu'a' ce jour, lorsqu'il s'agitd'un projectile véhiculant une charge utile engendrant, lors de son activation, un danger pour l'environnement, au premier critère de sécurité dont question précédemment, et dans tous les cas, au second critère de fiabilité évoqué ci-dessus. Le projectile suivant l'invention comportant une charge utile activable et, pour activer cette charge au cours du vol du projectile, un dispositif initiateur comprenant un élément pyrotechnique déclenchable par un capteur d'ordres excitable par un distributeur d'ordres extérieur au projectile, est notamment caractérisé en ce que le capteur est sensible sélectivement au rayonnement lumineux dans une plage de longueurs d'onde déterminée atteignant le projectile dans un angle solide déterminé par rapport à l'axe duprojectile, sur l'arrière de celuici, et en ce que ledit capteur est associé à un circuit de blocage qui lui interdit de déclencher l'élément pyrotechnique avant début du vol et jusqu'à expiration d'une durée déterminée à partir du début du vol. Dans la définition ci-dessus, les termes "rayonnement lumineux" doivent être interprétés comme couvrant les domaines couramment dénommés ultraviolet, visible et infrarouge. Toutefois, la plage de longueurs d'onde est avantageusement prévue dans une fenêtre de nonoabsorption atmosphérique intense. On peut notamment utiliser une plage contenant la longueur d'onde d'un rayonnement émis par-un laser impulsionnel à état solide, par exemple un laser Yag fournissant un rayonnement à 1,06 pm dans l'infrarouge. Toutefois, d'autres types de sources seraieni utilisables, bien qu'étant moins avantageuses qu'un laser.Le laser, en plus de la faible divergence de son faisceau et du fa; qu'il permet de libérer une énergie élevée en un laps de temps très court (quelques dizaines de ns) permettant d'obtenir des éclairements intenses à grande distance, offre une excellente immunité au brouillage. Le capteur d'ordre est avantageusement un organe photo détecteur à semiconducteur comportant une électrode de commande associée à des moyens de polarisation qui portent l'électrode à un potentiel de blocage ou "d'aveuglementP dudit capteur jusqu'd expiration de ladite durée déterminée. Cet organe photo détecteur peut notamment.etre un thyristor ou redresseur comman dé au silicium, qui presente l'avantage, une fois qu'il a été débloqué par une impulsion lumineuse de rester conducteur, même lorsqùe le rayonnement lumineux d'excitation a cessé, ce qui permet la commande à l'aide des impulsions très brèves fournies par un laser. On peut également envisager l'emploi de phototransistors, mais ils doivent toutefois être excités par une impulsion lumineuse de durée suffisante pour provoquer le déclenchement de l'élément pyrotechnique. Les moyens de polarisation associés à l'électrode de commande, ainsi éventuellement que les moyens d'alimentation électrique fournissant l'énergie nécessaire au déblocage du capteur et au déclenchement de l'élément pyrotechnique, sont avantageusement constitués par des condensateurs munis d'organ de jonction temporaire qui permettent de les charger depuis l'extérieur avant début du parcours du projectile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des cription qui suit d'un projectile, constitué par un obus,qui e constitue un mode particulier de réalisation donné-à titre d'exemple non limitatif, et d'une variante. La description se réfère aux dessins qui liaccompagnentç dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe dP4idispositif initiateur du projectile - la figure 2 est une courbe représentant les variations au cours du temps de la tension de polarisation de gâchette du thyristor de la figure 1, à partir de l'instant de départ de l'obus - la figure 3 montre schématiquement, en élévation et en coupe partielle suivant un plan passant par l'axe, les parties avant et arrière de l'obus - la figure 4 montre schématiquement un mode de constitution possible des interrupteurs commandés par inertie du dispositif initiateur de la figure 1 ; et - la figure 5, similaire à la figure 1, montre une variante de réalisation du dispositif. Le dispositif initiateur illustré en figure 1 comporte un capteur d'ordres 10 rendu sélectivement sensible à un rayonnement lumineux dans une plage de longueurs d'onde déterminée par un filtre optique 11. Ce capteur ordres est constitué par un photothyristor de type classique, résistant bien aux accélérations élevées, présentant une bonne sensibilité pour la plage de longueurs d'onde transmises par le filtre al : il peut par exemple s'agir d'un photothyristor Motorola L9F présentant une sensibilité maximum dans l'infrarouge à 1X04 pm, dont la tension d'alimenta- tion peut varier entre 24 volts et 50 volts. La cathode du photothyristor 10 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'un interrupteur 18 et d'un inflammateur 12 qui constitue l'organe d'entrée deun dispositif initiateur de la charge portée par l'obus. Jusqueau tir, l'inflammateur 12 est court-circuité par un circuit de sécurité 14 fermé par un interrupteur 13. Ce circuit évite tout risque d'initiation en cas de déblocagedu photothyristor jusqu'à ouverture de l'interrupteur 13, provoquée au moment du départ de l'obus par rupture ou déplacement d'un organe sous l'action des forces d'inertie. Le circuit de polarisation de l'anode du photothyristor 10 est constitué par un condensateur polarisé 15 de forte capacité pouvant être chargé sous une tension suffisante pour provoquer l'amorçage du thyristor. L'armature positive du condensateur 15, reliée à l'anode du photothyristor 109 est également reliée à une borne de chargement 16 par une diode 17. L'autre armature e à la masse. Le second interrupteur 18, placé entre l'inflammateur 12 et la masse, est ouvert au repos Il est destiné à se fermer automatiquement de façon définitive lors du départ de l'obus.Cet interrupteur 18 joue deux rôles : d'une part, il augmente la sécurité lors du stockage et avant le tir, alors que le condensateur 15'est chargé, en interdisant l'alimentatio de l'inflammateur 18 par passage d'un courant vers la masse jusqu'au départ de l'obus ; d'autre part, il intervient pour fixer le début de l'intervalle de temps au bout duquel le photothyristor cesse d'être aveuglé et de celui au bout duquel il y a auto-destruction par le dispositif initiateur. Pour remplir correctement ces deux fonctions, l'interrupteur 18 doit dans tout le domaine de températures de service, tout à la fois ne fonctionner en aucun cas lorsqu'il subit une accélération accidentelle ou plusieurs, par exemple au cours des manutentions ou d'un parachutage, et fonctionner à coup sûr sous l'accélération minimum qu'il subit au départ.A titre d'exempl on s'est fixé comme condition pour un obus de petit calibre que l'interrupteur ne fonctionne en aucun cas au-dessous de 20 000 g et fonctionne à coup sur à partir de 70 000 g, entre -20"C et +70ni. Le dispositif initiateur comporte encore un circuit de blocage temporaire qui fixe la polarisation de la gâchette du thyristor 10. Ce circuit de blocage temporaire comprend un condensateur 19 dont l'une des armatures est reliée en permane à la masse et dont l'autre armature est susceptible d'être portée initialement à un potentiel négatif déterminé VO à l'ai d'une borne de chargement 20. L'armature du condensateur 19 reliée à la borne 20 est également reliée au point milieu entr deux résistances 21 et 22.L'autre extrémité de la résistance 21 est reliée à l'armature positive du condensateur 15 et l'autre extrémité de la résistance 22 est reliée à la masse pc l'interrupteur 18 (ouvert au repos) lorsque celui-ci est ferme Les divers éléments constitutifs du dispositif peuvent être disposés dans l'obus comme indiqué schématiquement sur la figure 3. Le corps de l'obus 21 présente une constitution classique, sauf dans ses parties avant et arrière. A l'arrièr le culot est percé d'un trou 22 occupé par le photothyristor 10 et le filtre optiaue 11. Dans la pratique, ce filtre 11 pourra être, dans la plupart des cas, une simple lame ou goutte de verre transparente dans l'infrarouge, mais obsorbant les rayonnements visibles et ultraviolets, directement montée sur le photothyristor 10.Les condensateurs, les résistances et les interrupteurs sont moulés dans un ensemble 23 d'où sortent les conducteurs 24 reliés à la fusée pyrotechnique et à une broche de chargement de condensateurs 25. Cette broche se termine par la borne 16 qui, lors de l'alimentation de la chambre de tir, vient s'appuyer contre une électrode prévue à cet effet et portée au potentiel convenable. La broche 25 est isolée du nez de l'obus par une gaine isolante. D'autres modes de chargement des condensateurs 15 et 19 immédiatement avant le tir sont évidemment possibles, notamment par induction. On peut évidemment également envisager un chargement des condensateurs pendant le trajet initial de l'obus dans le tube de l'arme. Les interrupteurs 13 et 18 peuvent être constitués de nombreuses manières. Dans le cas où ils sont disposés comme illustré en figure 1, ils peuvent être rassembles en un seul composant 26 (figure 4). Le bloc de la figure 4 comporte, dans un bottier moulé délimitant un compartiment interne cylindrique 27, une masselotte 28 emmanchée à frottement dur dans l'une des extrémités du compartiment 27 au montage. Dans cette position, la masselotte 28 relie une boucle 29 destinée à être connectée à la cathode du photothyristor avec une boucle 30 mise à la masse. Le bloc 26 est monté dans l'obus de façon que l'accélération subie par celui-ci au départ projette la masselotte vers la position illustrée en tirets, où elle relie la boucle de masse 30 à une boucle 31 reliée à la résistance 22. D'autres dispositions sont possibles ; en particulier, l'interrupteur 18 peut être placé entre le point milieu des résistances 21 et 22 et le condensateur 19. L'interrupteur 13 peut être constitué par un simple fil rompu par l'accélération élevée au départ de l'obus. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit ressortant de la description qui en a été donnée, il ne sera que sommairement défini en faisant référence à la figure 2. Avant le tir, les condensateurs 15 et 19 sont portés à la polarisation convenable : le condensateur 15 est par exemple chargé sous 24 volts (une tension plus élevée étant toutefois plus avantageuse parce qu'elle permet, à énergie stockée égale, de réduire le volume du condensateur 15). Le condensateur 19 est chargé sous une tension Vo (-1,5 volts par exemple) pour laquell le photothyristor est bloqué, quelle que soit l'excitation lumineuse qu'il subit, dans le domaine des excitations possibles A l'instant du tir, l'interrupteur teur 18 se ferme . Le condensateur 19 commence à se décharger sur la résistance 22, puis se recharge en inverse sous l'action du condensateur 15.La constante de temps de décharge déterminée par la résistance 22 est choisie de façon que la tension de gâchette Vkg du thyristor atteigne la valeur Vs (+0,2 volt par exemple), pour laquelle il cesse d'être aveuglé, au bout d'un intervalle de temps t1 suffisant pour qu'il nty ait pas de risque de déclenchement intempestif avant que l'obus n'ait parcourt une distance suffisante Dans la pratique, on choisira t1 pour correspondre au temps de parcours d'une trentaine de mètres, ce qui correspond à 10 millîsecondes environ pour une vitesse initiale de 1000 mètres/seconde qui est celle des obus de petit calibre à tir tendu. A partir de ltexpirailon du-temps t1, le photothyris. tor peut être déclenché à tout moment par un flash laser tinte sité suffisante dans la gamme de longueurs d'onde que laisse passer le filtre Il Le seuil de déclenchement doit être choisi pour être supérieur à l'éclairement donné par la lumière solair frappant directement le culot de l'obus Il faut noter qu'au fur et à mesure que le temps stécoule-, la tension Vkg augmente, permettant par là le déclenchement par un éclairement plus faible, ce qui compense dans un certaine mesure les pertes de lumière'. subies par le faisceau laser lorsqu'il a à parcourir une distance de plus en plus grande. Lorsque la tension Vkg atteint la valeur Vad (0,7 volt par exemple), le photothyristor s'amorce spontanément, prc voquant 1 'auto-destruction. Naturellement, la capacité du condensateur 15 doit être choisie de façon qu la tension Vkg tende à atteindre une valeur maximum Vm supérieure à la tension d'auto-destruction ad dans un délai qui correspond à la durée du parcours du projectile. Dans la pratique, on sera amené à choisir Vad à unz valeur telle que l'autoodestruction intervienne à l'issue d'un temps t2 de l'ordre de deux secondes pour des obus de petit calibre destinés à être tirés sur des objectifs à des distances ne dépassant pas deux kilomètres Vad peut d'ailleurs varier légbre- ment en cas de modification d'éclairement. En l'absence de précautions particulières, le photothyristor risquerait d'être déclenché, en dépit de la forte polarisation négative de gâchette, par l'éclairement intense dans l'âme du canon. Pour le protéger, il est prévu un sabot 32 monté dans un évidement central du culot et recouvrant le filtre 11. Dès la sortie du tube, ce culot est éjecté par l'effet de freinage de l'air, augmenté par la présence d'encoches 33. Le montage électronique illustré en figure q a l'avantage d'être très simple En contrepartie, il présente certaines limitations. Si la constante de temps de décharge du condensateur est choisie à une valeur optimale pour que la durée t1 soit bien définie, la pente de la courbe est faible dans la zone out doit se produire l'auto-destruction. En ónséquenceV pour une valeur affichée de t2, la dispersion est élevée.De plus, il n'est pas possible, pour une valeur t1 données d'augmenter t2 au-deld d'une certaine valeur sans courir le risque que l'auto-destruction n'intervienne pas Le mode de réalisation illustré en figure 5 écarte cette limitation en confiant à deux circuits différents les fonctions d'aveuglement pendanS2uerée éi t1 et d'auto-destruction au bout d'une durée détermînée/ct2our plus de simplicité, les organes de la figure 5 qui ont une contrepartie sur la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence. Le circuit de blocage, aveuglant la fusée pendant le temps t1 et assurant la sécurité de bouche de l'arme, comporte un transistor MOS à déplétion 34 dont la résistance-drain-source est placée en parallèle sur la résistance de gachette 22. Aussi longtemps que l'interrupteur d'isolement 18 est ouvert, la porte du transistor 34 n'est pas polarisée et la résistance drainsource est très faible (par exemple de l'ordre de 25 ohm,à comparer à la résistance de gâchette 22 qui dépasse en général 2 Kohm). La résistance de gâchette étant ainsi court-circuitée par une résistance très faible, le photothyristor 10 ne peut se débloquer, même sous une très forte impulsion lumineuse. La porte du transistor 34 est reliée au conducteur commun 35 non seulement par une résistance de polarisation 36, mais aussi par un condensateur 37. Lorsque l'interrupteur d'isolement 18 est fermé au départ du coup, le condensateur 37 se charge progressivement par l'intermédiaire de la résistance 38. Il augmente ainsi la résistance drain-source du transistor 34 le condensateur 37 et la résistance 38 sont choisis pour que le fonctionnement normal du photothyristor 10 devienne possible au bout d'une durée t1 convenable, 30 millisecondes par exemple. Le circuit d'auto-destruction comporte un transistor unijonction programmable 39. L'anode du transistor 39 est montée entre le condensateur 19 et une résistance de charge 40. La grille est portée à un potentiel convenable par un pont de résistances 41 et 42. Enfin, la cathode est reliée au conducteur commun 35 par une résistance 43. On voit que dans ce mode de réalisation, lecondensa- teur 15 est isolé aussi longtemps que l'interrupteur 18 reste ouvert, donc peut conserver sa charge pendant un laps de temps important. Dès fermeture de l'interrupteur 18 au départ du coup, le conducteur commun 35 est mis à la masse. Le transistor unijonction programmable 39 est bloqué, le condensateur 19 étant déchargé. L'aveuglement de la fusée cesse par action du transistor 34, comme indiqué plus haut. En cas de non-explosion à la suite d'une illumination, à l'issue du temps t2 la charge du condensateur 19 à travers la résistance 40 a atteint une valeur telle que le transistor-39 devient conducteur. Une impulsion apparait alors sur la cathode. Elle est transmise par la diode 44, qui jusque là isolait le circuit d'aveuglement du circuit d'auto-destructionaà la gâchette du photo-thyristor : celui-ci E débloque même en l'absence d'illumination et allume l'amorce 12. Il est naturellement possible d'apporter encore d'autres modifications au schéma, et en particulier de prévoir un circuit d'auto-destruction qui intervient sur un thyristor distinct du phot6-thyristor 10, la diode 44 étant alors supprimée. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes parti culiers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples et il va sans dire que la portée du présent brevet s'étend aux variantes de tout ou partie des dispositions décrites restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATION s 1. Projectile comportant une charge utile activable et, pour activer cette charge au cours du vol du projectile, un dispositif initiateur comprenant un élément pyrotechnique déclenchable par un capteur d'ordres excitable par un distributeur d'ordres extérieur au projectile, caractérisé en ce que ledit capteur est sensible sélectivement au rayonnement lumineux dans une plage de longueurs d'onde déterminée arrivant dans un angle solide déterminé par rapport à la trajectoire du projectile, sur l'arrière de celui-ci, et en ce que ledit capteur est associé à un circuit de blocage qui interdit le déclenchement de l'élément pyrotechnique avant début du vol et jusqu'd expiration d'une durée déterminée à partir du début du vol. 2. Projectile suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur est constitué par un organe photodétecteur à semiconducteur comportant une électrode de commande associée à des moyens qui portent ladite électrode à un potentiel de blocage dudit capteur, moyens prévus pour amener, au bout d'un intervalle de temps déterminé d partir du début du vol, le potentiel de ladite électrode de commande à une valeur qui autorise l'excitation du capteur par ledit rayonnement. 3. Projectile suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens associés à l'électrode de commande sont prévus pour amener le potentiel de celle-ci, au bout d'un second intervalle de temps déterminé à partir du début du vol, à une valeur provoquant l'action du capteur sur le dispositif initiateur indépendamment de toute excitation lumineuse extérieure. 4. Projectile suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un condensateur associé à ladite électrode de commande, porté avant le tir à un potentiel prédéterminé de blocage, et par un circuit de décharge progressive du condensateur muni d'un organe de fermeture automatique du circuit au début du vol. 5. Projectile suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit capteur comporte des moyens d'alimentation électriques constitués par un second condensateur chargé avant début du vol et provoquant la modification progressive du potentiel de l'électrode de commande par recharge en inverse du condensateur associé à l'électrode de commande. 6. Projectile suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un organe, tel qu'un transistor à effet de champ, dont la résistance source-drain est montée en parallèle sur la résistance de polarisation de l'électrode de commande, organe associé à des moyens pour augmenter progressivement ladite résistance en fonction du temps à partir du départ du coup. 7. Projectile suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un organe interrupteur ouvert au repos et fermé automatiquement au départ du vol pour charger progressivement un premier condensateur de polarisation de la porte du transistor à effet de champ à partir d'un second condensateur chargé avant début du vol 8. Projectile suivant lQune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comorte un organe inter- rupteur fermé au repos et courtcircuitant alors l'élément pyrotechnique, interrupteur ouvert automatiquement au départ du vol. 9. Projectile suivant l'une quelconque des revendications 2 et suivantes, caractérisé en ee que le capteur est constitué par un photo-thyristor muni d'un filtre le rendant sensible uniquement au'rayonnement dans une plage de longueurs d'onde correspondant à a inf rarouge 4 10. Projectile suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le thyristor est prévu pour Autre activable par une impulsion laser de quelques dizaines de nanosecondes. 11. Projectile suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le photo-thyristor est prévu pour n'être débloqué que par une source de brillance supérieure à celle du soleil vu à travers l'atmosphère 12. Projectile suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué par un obus, le capteur étant placé dans le culot et recevant uniquement les rayonnements lumineux provenant d'un angle solide déterminé autou de l'axe de l'obus et provenant de l'arrière. 13. Projectile suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un sabot arrière de protection du capteur contre l'éclairement intense dû à l'inflamation de la charge propulsive, separable du projectile au debut du vol