Brevet FR2561766A1 — publié le 19850927

La présente invention concerne un système gyroscopique destiné à la détection d'écarts de trajectoire d'un mo- bile, par exemple un missile, se déplaçant de façon au moins approximativement rectiligne. On sait que le guidage des engins met en oeuvre des sys- tèmes gyroscopiques, montés à bord de ceux-ci. Générale- ment, ces systèmes sont complexes, encombrants et oné- reux. La présente invention a pour objet un système gy- roscopique simple, de dimensions réduites et de faible coût, pouvant être utilisé pour la détection d'écart en site et en azimut d'un missile se déplaçant sur une tra- jectoire au moins approximativement rectiligne, ce mis- sile pouvant ou non tourner autour de son axe longitudi- nal. Notamment dans le cas de missile anti-char, la trajec- toire habituellement recherchée est une ligne droite passant par l'oeil du tireur et par la cible. Le missile est donc généralement asservi à s'aligner continuelle- ment sur cette ligne théorique. Les corrections de tra- jectoire sont d'autant plus importantes que l'écart me- suré entre le missile et cette ligne est important. Le vol du missile est donc caractérisé par une ligne appro- ximativement droite. Il est fréquent que l'axe de lance- ment du missile soit confondu avec cet axe oeil--cible. En conséquence, l'axe du missile est donc parallèle à cet axe oeil-cible. A cette fin, selon l'invention, le système gyroscopique destiné à la détection d'écarts de trajectoire d'un mo- bile se déplaçant de façon au moins approximativement rectiligne et pourvu d'un gyroscope comportant une tou- pie montée rotative autour de son axe par rapport à un cadre primaire, lui-même articulé sur un cadre secondai- re autour d'un axe orthogonal audit axe de la toupie, alors que ledit cadre secondaire est articulé par rap- port audit mobile autour d'un axe orthogonal aux axes de la toupie et du cadre primaire, est remarquable en ce que ledit axe de la toupie est disposé de façon à être parallèle, sinon confondu, avec l'axe longitudinal dudit mobile, en ce que ledit cadre primaire est monté de fa- çon accessible de l'extérieur du cadre secondaire au moins au voisinage d'une région dans laquelle passe l'axe de ladite toupie et en ce qu'un détecteur de va- riation de position dudit cadre primaire est monté soli- daire dudit mobile, en regard de ladite région accessi- ble du cadre primaire. Ainsi, l'axe de la toupie du gyroscope est parallèle à l'axe oeil-cible et puisque après son lancement le mobi- le suit une trajectoire rectiligne, c'est-àdire garde la même attitude, les écarts de celle-ci se transcrivent sur la position du cadre primaire. Les écarts d'attitude en site et en azimut du mobile sont donc intégralement détectés dans les écarts de position du cadre primaire du gyroscope. On remarquera que le système selon l'in- vention s'applique aussi bien aux mobiles fixes en rota- tion autour de leur axe longitudinal qu'aux mobiles tournant. En effet, la rotation d'un mobile autour de son axe n'a d'autre influence que d'ajouter ou de retrancher la vitesse de rotation à celle de la toupie, ce qui est généralement négligeable. Le détecteur de variation de position dudit cadre pri- maire peut être optique et/ou électrique, par exemple. Notamment dans le cas d'un mobile fixe en rotation au- tour de son axe et d'un détecteur optique, ce détecteur optique peut comporter une source lumineuse et des élé- ments photosensibles répartis autour de ladite source lumineuse, de sorte qu'un faisceau émis par ladite sour- ce et réfléchi par ledit cadre primaire, ou un miroir solidaire de celui-ci, revienne à ladite source lumineu- se s'il n'existe aucun écart de trajectoire ou atteigne au moins l'un desdits éléments photosensibles en cas d'écart de trajectoire. On remarquera que, par rapport à un repère orthogonal comportant un axe horizontal et un axe vertical se coupant sur le faisceau émis par ladite source et disposés dans un plan vertical dans lequel se trouvent lesdits éléments photosensibles, il est facile de connaître les coordonnées de l'élément photosensible recevant le faisceau réfléchi et donc les écarts en site et en azimut du mobile par rapport à sa trajectoire. La position de l'élément photosensible excité donne donc, par ses composantes, l'amplitude des corrections en site et en azimut à effectuer. Lorsque le mobile est en rotation autour de son axe, la spécificité des corrections en site et en azimut dispa- rait pour faire place à une correction unique de trajec- toire, de sorte que les missiles tournants comportent généralement des moyens de correction de trajectoire uniques, tels qu'une gouverne de pilotage (par exemple par déviation de jet de la tuyère). Bien entendu, pour corriger une erreur de trajectoire détectée, il est in- dispensable que cette gouverne unique intervienne à un instant précis de la rotation du mobile autour de son axe et avec une amplitude appropriée. Aussi, selon l'invention, dans le cas d'un mobile tour- nant autour de son axe, il est avantageux que, à chaque tour, le détecteur engendre, pour lesdits moyens de cor- rection de trajectoire, une impulsion (électrique ou lu- mineuse) de commande dont l'instant d'apparition est tel qu'elle commande lesdits moyens de correction d'écarts de trajectoire au moment o ceux-ci peuvent être effica- ces en vue d'une réduction dudit écart, et dont la durée est liée à l'amplitude de celui-ci. L'instant d'appari- tion de l'impulsion de commande peut correspondre au mo- ment précis o lesdits moyens de correction d'écart peu- - vent être efficaces; cependant, à cause de l'inévitable inertie de tels moyens de correction, il est préférable que l'instant d'apparition soit avancé par rapport audit moment, afin que lesdits moyens de correction de trajec- toire soient commandés légèrement en avance pour être pleinement efficaces au moment opportun. Dans un premier mode de réalisation optique, le détec- teur comporte une source lumineuse et un élément photo- sensible et est associé à un secteur de miroir convexe sphérique aligné au moins approximativement avec la com- posante de correction de trajectoire engendrée par les- dits moyens de correction-d'écart, de sorte que le fais- ceau émis par ladite source lumineuse ne puisse être ré- fléchi par ledit secteur en direction dudit élément pho- tosensible, lorsque l'écart de trajectoire est nul, et que ledit secteur engendre, à chaque tour de la rotation du mobile, une impulsion lumineuse qu'il réfléchit en direction dudit élément photosensible, lorsqu'il existe un écart de trajectoire. Il va de soi que, à cause de la forme même du secteur réfléchissant, la durée de l'im- pulsion lumineuse est d'autant plus grande que l'ampli- tude de l'écart est plus important. Dans une variante de réalisation, de type électrique, le détecteur comporte une source électrique et est associé à l'ensemble d'un secteur et d'un palpeur conducteurs de l'électricité, ledit secteur étant aligné au moins ap- proximativement avec la composante de correction de tra- jectoire, de sorte qu'aucun courant ne passe entre ledit secteur et ledit palpeur, lorsque l'écart de trajectoire est nul et qu'une impulsion de courant soit engendrée, à chaque tour de la rotation du mobile, entre ledit sec- teur et ledit palpeur, lorsqu'il existe un écart de tra- jectoire. La source électrique peut être à basse ou haute ten- sion. Dans le cas de la haute tension, particulièrement appropriée à l'utilisation en atmosphères polluées, le palpeur peut être constitué par une pointe qui engendra un arc électrique en regard du secteur conducteur. Le secteur conducteur peut être convexe et solidaire du cadre primaire du gyroscope, alors que le palpeur ou la pointe est fixé au détecteur. Au contraire, le secteur conducteur peut être concave et solidaire du détecteur, alors que le palpeur ou la pointe est fixé au cadre pri- maire. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments sembla- bles. La figure 1 illustre un exemple de système d'arme a mis- sile auquel l'invention est applicable. La figure 2 est une vue schématique d'un mode de réali- sation du système gyroscopique de détection conforme à l'invention. Les figures 3a et 3b sont des vues schématiques du des- sus, illustrant les positions relatives du cadre primai- re et du détecteur, respectivement lorsque l'axe de la toupie du gyroscope est confondu avec celui d'un mobile ne tournant pas autour de son axe et lorsque l'axe de la toupie du gyroscope s'écarte de celui dudit mobile, par suite d'un écart d'attitude en azimut. Les figures 3c et 3d sont des vues schématiques latéra- les, illustrant les positions relatives du cadre primai- re et du détecteur, respectivement lorsque l'axe de la toupie du gyroscope est confondu avec celui dudit mobile ne tournant pas autour de son axe et lorsque l'axe de la toupie du gyroscope s'écarte de celui dudit mobile, par suite d'un écart d'attitude en site. La figure 4 montre schématiquement la face sensible du détecteur utilisé dans les systèmes des figures 3a à 3d. Les figures 5a et 5b correspondent respectivement aux figures 3a et 3b dans le cas d'un mobile tournant autour de son axe. Les figures 5c et 5d correspondent respectivement aux figures 3c et 3d dans le cas d'un mobile tournant autour de-son axe. La figure 6 est une vue de face du miroir utilisé dans le système des figures 5a à 5d. 7 2 2561766 La figure 7 est une variante de réalisation préférée du miroir de la figure 6. La figure 8 illustre la façon dont on peut donner de l'avance à la commande des moyens de correction de tra- jectoire. Les figures 9 et 10 sont des variantes de réalisation du système gyroscopique selon l'invention, dans le cas d'un mobile tournant autour de son axe longitudinal. Le système d'arme montré par la figure 1 comporte un tu- be de lancement TL pourvu d'un viseur V pour l'oeil 0 d'un tireur et susceptible de viser une cible C en défi- nissant une ligne de visée LV. Il peut lancer un missile M se déplaçant le long d'une trajectoire T asservie à la ligne de visée LV. Le système gyroscopique selon l'invention, montré par la figure 2 et destiné à la détection d'écarts en site et en azimut d'un mobile M se déplaçant sur une trajectoire T au moins approximativement rectiligne, comporte une toupie 1, un cadre primaire 2 et un cadre secondaire 3. La toupie 1 est montée sur le cadre primaire 2 pour pou- voir tourner autour de son axe X-X, ledit cadre primaire 2 étant lui-même articulé sur le cadre secondaire 5 au- tour d'un axe Y-Y orthogonal et coplanaire à l'axe X-X, tandis que le cadre secondaire 3, grâce à des paliers 4, est articulé sur le mobile autour d'un axe Z-Z orthogo- nal aux axes X-X et Y-Y, les trois axes X-X, Y-Y et Z-Z définissant un système d'axes orthogonaux, dont l'origi- ne se trouve au centre de la toupie 1. Sur la figure 2, le mobile sur lequel est monté le sys- tème gyroscopique n'est représenté que par les paliers 4 et son axe longitudinal L-L, avec lequel est aligné l'axe X-X de la toupie 1 qui est donc confondu ou au moins parallèle avec la trajectoire rectiligne suivie par ledit mobile. Le système gyroscopique de la figure 2 comporte de plus un détecteur 5, solidaire du mobile, centré sur l'axe L-L et disposé en bout de l'axe X-X. Un miroir 6 est porté par le cadre primaire 2 et centré sur l'axe X-X. Dans le mode de réalisation représenté schématiquement sur les figures 3a, 3b, 3c, 3d et 4, et particulièrement réservé aux mobiles fixes en rotation autour de leur axe longitudinal, le détecteur 5 est de type optique et com- porte une source lumineuse 7 et des éléments photosensi- bles 8 répartis en lignes et en colonnes autour de ladi- te source lumineuse 7, qui se trouve à l'origine desdi- tes lignes et desdites colonnes (voir la figure 4). Lorsque les axes X-X de la toupie et L-L du mobile sont confondus (voir les figures 3a et 3c), la source 7 émet un faisceau lumineux 9 qui est réfléchi par le miroir 6 vers ladite source 7, de sorte qu'aucun élément photo- sensible 8 n'est excité par le faisceau réfléchi 10. En revanche, lorsque le mobile présente une erreur en azimut (voir la figure 3b) et/ou en site (voir la figure 3d), le faisceau lumineux 9 émis par la source 7 donne naissance, à partir du miroir 6, à un faisceau réfléchi 11, qui frappe au moins un élément photosensible 8' de la pluralité d'éléments 8. La position de l'élément pho- tosensible 8' excité est caractéristique de l'écart en site et en azimut et le détecteur 5 peut donc élaborer un signal de correction approprié qu'il adresse aux moyens de correction de trajectoire (non représentés) prévus sur ledit mobile. 9 2561766 Dans la variante de réalisation représentée schématique- ment sur les figures 5a, 5b, 5c et 5d et particulière- ment réservé aux mobiles tournant autour de leur axe longitudinal L-L, le détecteur 5 comporte une source lu- mineuse 7 et un élément photosensible 12. Le miroir 6 est du type sphérique convexe, centré sur l'intersection des axes X-X et L-L. Comme le montre la figure 6, le mi- roir sphérique 6 comporte une large partie non réflé- chissante 6a et un secteur réfléchissant 6b. Le secteur réfléchissant 6b est disposé symétriquement par rapport à la composante de correction de trajectoire 13 engendrée par les moyens de correction de trajectoire (non représentés) portés par le mobile. Lorsque les axes X-X de la toupie et L-L du mobile sont confondus (voir les figures 5a et 5c), la source 7 émet un faisceau lumineux 9, qui tombe dans la zone centrale de la partie non réfléchissante 6a du miroir 6, de sorte qu'aucun faisceau n'est réfléchi en direction de l'élément photosensible 12. En revanche, lorsqu'une erreur en azimut (voir la figure b) et/ou en site (voir la figure 5d) apparaît le fais- ceau lumineux 9 frappe le miroir 6 à l'extérieur de la zone centrale 15. Par suite, de la rotation du mobile Autour de son axe L-L, le point d'impact 16 du faisceau lumineux 9 sur ledit miroir 6 décrit un cercle 17 sur celui-ci. En conséquence, à chaque tour, lorsque le point d'impact 16 passe dans le secteur réfléchissant 6b, celui-ci adresse un rayon réfléchi 14 à l'élément photosensible 12. Ce dernier reçoit donc une impulsion de lumière à chaque tour. La durée de cette impulsion de lumière dépend du rayon de la trajectoire 17 et donc de l'amplitude des écarts en site et en azimut. L'élément photosensible 12 transforme cette impulsion de lumière en impulsion électrique, susceptible de commander en conséquence les moyens de correction de trajectoire. La figure 7 illustre un mode de réalisation préféré pour un miroir 6, permettant une bonne définition des durées d'impulsions lumineuses en fonction de l'amplitude des écarts. Sur la figure 8, on a illustré que, pour tenir compte de l'inertie de réponse desdits moyens de correction de trajectoire, on pouvait décaler l'axe 18 du secteur ré- fléchissant 6b d'un angle a par rapport à la composante de correction 13, de façon à donner de l'avance à la commande desdits moyens de correction. Dans les variantes de réalisation montrées par les figu- res 9 et 10, le détecteur 5 comporte une source électrique 19 à haute tension et est associé à l'ensemble d'un secteur conducteur 20 (ou 21) et d'une pointe conductrice 22 (ou 23). Dans ces modes de réalisation les secteurs conducteurs 20 et 21 remplacent les secteurs réfléchissants 6b des figures 6, 7 et 8, tandis que les points conducteurs 22 et 23 jouent le rôle du faisceau incident 9 des figures 5a à 5d. Dans le dispositif de la figure 9, le secteur conducteur est convexe et solidaire du cadre primaire 2, tandis que la pointe 22 est solidaire du détecteur 5. Dans le dispositif de la figure 10, la pointe 23 est solidaire du cadre primaire 2, tandis que le secteur conducteur 21 est concave et solidaire du détecteur 5. Sur la base des explications précédentes, on comprend aisément qu'en cas d'écart de trajectoire,à chaque tour 1 1 de la rotation du mobile, une impulsion électrique sera engendrée par l'ensemble 20-22 ou 21-23, la durée ce cette impulsion étant représentative de l'amplitude de l'écart. Le détecteur 5 pourra donc utiliser cette im- pulsion pour adresser des ordres de correction appro- priés aux moyens de correction de trajectoire. REVENDICATIONS 1.- Système gyroscopique destiné à la détection d'écarts de trajectoire d'un mobile se déplaçant de façon au moins approximativement rectiligne et pourvu d'un gyros- cope comportant une toupie (1) montée rotative autour de son axe (X-X) par rapport à un cadre primaire (2), lui-même articulé sur un cadre secondaire (3) autour d'un axe (Y-Y) orthogonal audit axe (X-X) de la toupie, alors que ledit cadre secondaire (3) est articulé par rapport audit mobile autour d'un axe (Z-Z) orthogonal aux axes de la toupie et du cadre primaire, caractérisé en ce que l'axe (X-X) de la toupie (1) est disposé de façon à être parallèle, sinon confondu, avec l'axe longitudinal (I-L) du mobile, en ce que le cadre primaire (2) est monté de façon accessible de l'exté- rieur du cadre secondaire (3) au moins au voisinage d'une région dans laquelle passe l'axe (X-X) de ladite toupie et en ce qu'un détecteur (5) de variation de po- sition dudit cadre primaire (2) est monté solidaire du- dit mobile, en regard de ladite région accessible du ca- dre primaire (2). 2.- Système gyroscopique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (5) de variation de position du cadre primaire (2) est optique et/ou élec- trique. 3.- Système gyroscopique selon la revendication 1, plus spécialement destiné à un mobile fixe en rotation autour de son axe longitudinal (L-L), caractérisé en ce que ledit détecteur (5) comporte une source lumineuse (7) et des éléments photosensibles (8) répartis autour de ladite source lumineuse, de sorte qu'un faisceau émis par ladite source et réfléchi par ledit cadre primaire revienne sur lui-même, s'il n'exis- te aucun écart d'attitude, on atteigne au moins l'un desdits éléments photosensibles (8'), en cas d'écart de trajectoire. 4.- Système gyroscopique selon la revendication 1, pour un mobile en rotation autour de son axe L-L et compor- tant des moyens de correction de trajectoire, caractérisé en ce que, à chaque tour, le détecteur (5) engendre, pour ledits moyens de correction de trajectoi- re, une impulsion de commande dont l'instant d'appari- tion est tel qu'elle commande lesdits moyens de correc- tion d'écart de trajectoire au moment o ceux-ci peuvent être efficaces en vue d'une réduction dudit écart, et dont la durée est liée à l'amplitude dudit écart. 5.- Système gyroscopique selon la revendication 4, dans lequel lesdits moyens de correction de trajectoire pré- sentent une inertie de fonctionnement, caractérisé en ce que l'instant d'apparition de ladite impulsion de commande est avancé par rapport audit mo- ment o les moyens de correction d'écart de trajectoire peuvent être efficaces, afin que lesdits moyens soient commandés en avance pour être pleinement efficaces au moment opportun. 6.- Système gyroscopique selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel lesdits moyens de correction d'écart de trajectoire engendrent une composante (13) de correc- tion de trajectoire transversale audit mobile, caractérisé en ce que ledit détecteur (5) comporte une source lumineuse (7) et un élément photosensible (12) et est associé à un secteur (6b) de miroir convexe sphéri- que aligné au moins approximativement avec ladite composante (13) de correction de trajectoire, de sorte que le faisceau (9) émis par ladite source lumineuse (7) ne puisse être réfléchi par ledit secteur en direction dudit élément photosensible, lorsque l'écart de trajectoire est nul, et que ledit secteur (6b) engendre, à chaque tour de la rotation du mobile, une impulsion lumineuse qu'il réfléchit en direction dudit élément photosensible (12), lorsqu'il existe un écart de trajectoire. 7.- Système gyroscopique selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel lesdits moyens de correction d'écart de trajectoire engendrent une composante (1.3) de correction de trajectoire transversale audit mobile, caractérisé en ce que ledit.d.tecteur (5) comporte une source électrique (19) et est associé à l'ensemble d'un secteur (20 ou 21) et d'un palpeur (22 ou 23) conducteurs de l'électricité, ledit secteur étant aligné au moins approximativement avec ladite composante de correction de trajectoire, de sorte qu'aucun courant ne passe entre ledit secteur et ledit palpeur, lorsque l'écart de trajectoire est nul, et qu'une impulsion de courant soit engendrée, à chaque tour de la rotation du mobile, entre ledit secteur et ledit palpeur, lorsqu'il existe un écart de trajectoire. 8.- Système gyroscopique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la source électrique est à haute tension et en ce que ledit palpeur (22, 23) est une pointe.