Brevet FR2573859A1 — publié le 19860530

ENGIN VOLANT A VOL RAPIDE L'invention concerne un engin volant à vol rapide comprenant un dispositif pour l'amortissement des oscillations pendulaires de l'engin volant, comprenant un dispositif pour l'amortissement des oscillations pendulaires, qui présente un dispositif pour la production d'une force transversale opposée à l'oscillation pendulaire de l'engin et un dispositif de commande pour l'application de ladite force transversale dans une direction spatiale déterminée ainsi que des capteurs destinés au dispositif de commande. Les oscillations pendulaires d'un engin volant à vol rapide ou d'un projectile - autopropulsé ou non - sont pro voquées entre autres, par les effets aérodynamiques sur l'engin volant pendant le vol, par des vibrations du tube-de lancement, par la pression rétroactive de la poudre pour les engins à propulsion externe ou par les irrégularités de fonctionnement propulseur pour les engi-ns autopropulsés. I1 est souhaitable d'éviter de telles oscillations pendulaires car celles-ci augmentent entre autres la résistance à l'air (traînée) de l'engin et peuvent même faire dévier l'engin volant de sa trajectoire prévue.Ceci a pour effet de réduire la portée ainsi que la précision d'atteinte de-la cible. Par la demande de brevet DE 28 56 286 on connait un dispositif à l'aide duquel il est possible de contrecarrer activement de telles oscillations pendulaires de ltengin volant, en produisant de façon commandée des forces transversales orientées dans le sens opposé du mouvement pendulaire, ces forces agissant sur ledit engin devant ou derrière son centre de gravité. A cet effet, est prévue une source de fluide, par exemple du gaz comprimé, qui est reliée à des tuyères à action sensiblement radiale, réparties sur la périphérie de l'engin volant, par l'intermédiaire de soupapes commandées. Ces soupapes sont commandées au moyen de détecteurs de pression. Ces détecteurs de pression sont des conduites de pression débouchant sur l'enveloppe de l'engin volant et agissant sur une soupape commandée à la manière d'un élément fluidique dont le fonctionnement fait appel à l'effet dit de Coanda.Si l'engin volant vole exactement dans la direction de l'axe longitudinal de l'engin et subit de ce fait une admission d'air environnant exactement de l'avant, le courant fluide provenant de la source de fluide s'écoule axialement vers l'arrière, c'est-à-dire de façon neutre du point de vue direction à travers l'élément fluidique. Or, si l'engin volant effectue un mouvement pendulaire, les rapports de pression se modifient aux débouchers opposés des conduites de-pression du fait que l'admission de l'air sur l'engin volant s'effectue alors sous un angle déterminé. Par la conduite de pression située du coté de la pression la plus élevée, une impulsion de pression est envoyée à l'entrée de commande de l'élément fluidique et agit ici sur le courant du fluide.Si l'impulsion de pression atteint une certaine intensité qui est fonction de la direction d'admission de l'air, c'est-àdire également de l'amplitude de- l'oscillation pendulaire, le courant de fluide est dévié de la direction neutre vers une tuyère située du c6té de la pression la plus basse. L'écoulement du fluide s'échappant à l'air libre a pour effet d'exercer sur l'engin volant une force transversale qui- est dirigée à l'opposé de l'oscillation pendulaire. Le dispositif connu est relativement inerte,étant donné que l'élément fluidique ne devient efficace que lorsque l'oscillation pendulaire atteint une amplitude relativement grande. En outre, les conduites de pression utilisées sont relativement longues. L'invention a pour objet de prévoir un engin volant à vol rapide sur lequel le dispositif destiné à amortir les oscillations pendulaires et én général à stabiliser l'engin volant réagit de manière très sensible. Ce problème est résolu conformément à l'invention par le fait que des capteurs sont prévus entre la pointe de l'engin volant et le reste du corps de l'engin, capteurs qui mesurent les forces agissant sur la pointe et qui délivrent des signaux d'entrée au dispositif de commande. Ces capteurs sont disposées, de préférence, dans la zone d'appui de la pointe sur le corps de l'engin. La pointe de l'engin volant peut être un élément séparé du reste du corps de l'engin, qui s'appuie sur la surface ou en plusieurs points d'appui sur le reste du corps de l'engin. I1 est possible également de prévoir une construction composite de la zone d'appui entre la pointe et le reste du corps de l'engin. De plus, il est possible de prévoir que la pointe soit maintenue en un point d'appui placé sur l'axe longitudinal de l'engin et soit positionnée de manière à pivoter plus ou moins autour de ce point d'appui selon le mode de réalisation du reste de la zone d'appui. Ce point d'appui central peut lui aussi être couplé avec un capteue.Les autres capteurs destinés à mesurer les forces agissant sur la pointe de l'engin volant peuvent être distribuées par exemple symétriquement autour de l'axe longitudinal de l'engin. I1 est possible également de rassembler tous les capteurs, le cas échéant y compris le capteur central, en un capteur commun réalisé par exemple sous la forme d'une capsule de mesure de pression spécifique. La pointe de l'engin volant peut présenter des tiges de transmission rigides qui portent sur des surfaces des capteurs et par lesquelles les forces d'appui sont transmises, du moins en partie, en vue de la détermination des forces agissant sur la pointe. Dans un tel cas, les capteurs et la direction d'action des générateurs de force transversale qui leur sont associés sont disposés dans un plan contenant l'axe longitudinal de l'engin volant. Dans ce cas, c'est la position périphrique.d'un capteur qui détermine respectivement la direction d'action du générateur de force transversale associé audit capteur. Il est possible de prévoir pour chaque générateur de force transversale plusieurs capteurs et de placer les capteurs dans des positions réciproques déterminées fixes. Pendant le vol slexerce sur la pointe de l'engin la pression dynamique de l'air et le cas échéant des accélérations transversales lorsqu'une force transversale perturbatrice agit sur l'engin volant, par exemple, en cas de mouvement pendulaire dudit engin. Suivant un mode de réalisation de l'engin volant conformément à l'invention, il est possible, non seulement de déterminer une force transversale s'opposant à une perturbation, mais également, en principe, de mesurer l'angle d'incidence de l'engin, la vitesse ainsi que les accélérations transversales de l'engin et, en cas d'engins rotatifs, également la fréquence de roulis. Dans ce cas, on utilise, de préférence, une pointe à faible inertie de masse ou à masse équilibrée.Dans le cas où l'on privilégie la mesure des accélérations transversales, la pointe devrait avoir un déséquilibre défini ou présenter une inertie relativement élevée. L'invention sera expliquée plus en détail ci-après à l'aide des exemples de réalisation représentés sur le dessin. Sur ce dessin la figure 1 représente une coupe schématique de la pointe d'un engin volant conforme à l'invention ; la figure 2 représente un mode de réalisation schéma tique d'un capteur utilisé en association avec l'engin volant représenté sur la figure 1 la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un capteur associé à un engin volant conforme à l'invention ; et la figure 4 représente schématiquement la disposition des générateurs de force transversale dans la pointe de l'engin volant représenté sur la figure 1. La figure 1 représente la pointe d'un engin volant 1 à axe longitudinal A qui présente six tuyères 1-1 à 2-6 réparties autour de la périphérie, à des distances angulaires régulières, tuyères qui sont alimentées par un générateur de gaz 3. Entre le générateur de gaz et les différentes tuyères de poussée, sont situées des soupapes de commande à gaz chaud 4-1 à 4-6 à commande électrique ; voir à cet effet la figure 4. La pointe la plus avancée du projectile est une coiffe séparée 5 qui s'appuie en position centrale sur une pointe d'appui 6 disposée sur l'axe longitudianl A de l'engin. Entre la paroi arrière de la coiffe 5 et l'avant de l'engin 1 est prévu du caoutchouc de silicone 7 servant de couche de séparation flexible. Par cette couche de séparation 7 la liaison entre la coiffe et l'engin peu;t également être réalisée par exemple par collage. Toutefois, la coiffe 5 reste dans une certaine manière mobile~dans toutes les directions autour de la pointe d'appui 6. Sur le coté arrière de la coiffe 5 sont prévues, à des distances angulaires régulières autour de l'axe longitudinal A, des tiges de transmission 8-1 à 8-6 qui sont orientées parallèlement à l'axe longitudinal A de l'engin 1. Ces tiges de transmission traversent la couche de séparation 7 en caoutchouc de silicone, et portent sur la surface sensible des capteurs 9-1 à 9-6-au moyen desquels peut être déterminée la force avec laquelle lesdites tiges de transmission s'appuient sur les capteurs. Comme il ressort de la figure 4, les capteurs 9-1 à 9-6 sont associées de façon fixe, en position aux tuyères 2-1 à 2-6. Si dans ce cas il s'agit d'un engin volant non rotatif, les capteurs 9-1 à 9-6 sont situés dans les mêmes plans radiaux que les tuyères 2-1 å 2-6 ou que les jets de gaz chaud passant à travers ces tuyères. La pointe d'appui 6 sur laquelle la coiffe 5 s'appuie en position centrale est disposée soit de maniere fixe sur l'engin, soit, comme le montre la figure 1, mobile axialement entre certaines limites. La pointe d'appui s'appuie alors sur un autre capteur 10 qui permet de mesurer la force avec laquelle la coiffe 5 pousse sur-la pointe d'appui 6. Comme représenté sur les figures 1 et 2, les capteurs sont des capteurs de pression, par exemple, des points de mesure Hottinger, sur lesquels agissent les tiges de transmission 8. I1 est possible également d'utiliser comme capteurs des transistors à pression 9' selon la figure 3. Pour de tels transistors à pression, il n'est pas nécessaire de prévoir des tiges de transmission, car c'est la force de compression provoquée par la pression dynamique sur la coiffe qui agit directement sur les transistors à travers le caoutchouc de silicone 7. Selon l'indication seulement schématique de la figure 1, les capteurs 9-1, 9-6 ainsi que 10 sont connectés électriquement à un circuit de commande 11 qui est alimenté par une batterie 12 et à l'aide duquel sont commandées les soupapes 4-1 à 4-6 à gaz chaud. Les signaux de commande destinés aux soupapes à gaz chaud sont produits à partir des signaux des capteurs.qui mesurent les forces de compression par lesquelles la coiffe 5 est poussée sur les points d'appui situés sur les capteurs 9-1 à 9-6, sous l'effet de la pression dynamique s'exerçant sur cette coiffe. La grandeur respective de la pression dynamique dans le sens périphérique de la coiffe 5 dépend de l'angle d'incidence entre l'axe longitudinal A'de l'engin et la direction de vol effective. Si l'angle d'incidence est nul, la coiffe 5 reçoit symétriquement le flux de l'air qui l'entoure, la pression dynamique agit en direction de l'axe longitudinal A et la même force s'exerce sur tous les capteurs 9-1 à 9-6, par l'intermédiaire des tiges de transmission 8-1 à 8-6. Cette force est soit nulle, si la pointe d'appui 6 est reliée rigidement à l'engin volant 1, et si la coiffe 5 n'est pas soumise à une tension-préliminaire par rapport à l'engin volant, soit cette force est différente de la valeur nulle selon l'état de tension préliminaire de la coiffe par rapport à l'engin et de la pression dynamique s'exerçant symétriquement sur ladite coiffe. La trajectoire de vol de l'engin n'a pas besoin d'être corrigée. Si la direction de l'axe longitudinal A diverge par rapport à la direction du vol, la coiffe 5 reçoit un flux d'air oblique et il se produit un couple autour de la pointe d'appui 6, de telle sorte que les capteurs placés sur les côtés de la pression dynamique plus élevée sont soumis à des forces de pression d'autant plus élevée. En conséquence, les capteurs émettent des signaux électriques de sortie de grandeurs différentes qui sont traités dans le circuit de commande 11 de telle manière que sur les côtés de la pression dynamique plus basse est produite une force transversale agissant sur l'engin 1 afin de ramener l'angle d'incidence à la valeur nulle. Dans le mode de réalisation sont prévus six tuyères 2-1 à 2-6 disposées radialement. Même si la trajectoire de vol de l'engin ne doit pas être influencée, et que par conséquent un ordre de valeur zéro doit être prévu, plusieurs tuyères doivent être maintenues ouvertes à l'aide de leurs soupapes de commande de gaz chauds, afin que le générateur de gaz 3 puisse fonctionner sans danger. I1 s'agira, par exemple, des tuyères 2-2, 2-4 et 2-6 et de leurs jets de poussée S-2, S-4 et S-6 orientés radialement et indiqués schématiquement sur la figure 4.La force transversale maximale dans une seule direction peut être produite par le fait que trois tuyères directement juxtaposées sont ouvertes à l'aide de soupapes de commande de gaz chauds, par exemple les tuyères 2-6, 2-1 et 2-2, ce qui a pour effet de produire une force transversale s'exerçant sur l'engin vers le bas selon la figure- 4, ou bien les tuyères 2-3, 2-4 et 2-5 qui ont pour effet de produire une force transversale dirigée vers le haut. Des forces transversales de durée extrêmement courte peuvent être produites en faisant chevaucher plusieurs commandes. Par exemple, si l'on part d'un ordre zéro dans lequel les tuyères 2-1, 2-3 et 2-5 sont ouvertes, et si l'on veut produire une poussée dans la direction de la flèche S-2, on ferme d'abord la soupape 4-5 et on ouvre la soupape 4-2.Ceci a pour effet de produire un ordure complet. Par chevauchement avec cette commande, on ferme simultanément les soupapes 4-1 et 4-3 et on ouvre par contre les soupapes 4-4 ou 4-6. Plusieurs combinaisons de telles commandes sont possibles, permettant pratiquement de produire des forces transversales dans toutes les directions spatiales possibles afin d'amortir les oscillations pendulaires de l'engin volant. Si l'engin volant n'est pas autopropulsé, il est, en règle générale, lancé à partir d'un tube de lancement. Du fait des oscillations du tube de lancement, et des effets rétroactifs de la poudre, l'engin est soumis à des forces perturbatrices particulièrement élevées lorsqu'il quitte le tube de lancement, forces qui conduisent à des oscillations pendulaires. Ces forces sont, en règle générale, plus élevées que pendant le reste du vol, de telle sorte qu'au début de la trajectoire,-des forces transversales plus élevées sont nécessaires pour amortir les oscillations pendulaires que ce n' est le cas pendant le reste du vol. Pour permettre cela, on choisit pour le générateur de gaz 3 une courbe de combustion dégressive, ce qui peut être obtenu par un propergol à section dentée, comme le représente schématiquement la figure 1.Au début du vol, la surface de combustion du générateur à gaz est très élevée et elle se réduit au cours du fonctionnement. Par ailleurs, il est également possible de produire la durée et la grandeur de la force transversale en fonction de la vitesse de l'engin volant. A cet effet, on peut utiliser le signal du capteur 10, qui est directement proportionnel à la pression dynamique et donc à la vitesse de l'engin. Bien entendu, il est possible également d'obtenir un signal de commande fonction de la vitesse pour les soupapes de commande de gaz chaud à partir des signaux des capteurs 9-1 à 9-6 ou du moins de certains au moins de ces capteurs. En outre, il est possible d'utiliser le dispositif décrit non seulement pour amortir les oscillations pendulaires de l'engin volant et donc pour le stabiliser, mais également pour le guider. A la place des tuyères montées de manière fixe, avec soupapes de commande à gaz chaud, agissant comme générateurs de force transversale, on peut également utiliser un agencement de tuyère tournante, tel qu'ilest connu par la demande de brevet DE 33 17 583. L'agencement de tuyère tournante, qui est alimenté par un générateur de gaz et qui présente une tuyère de poussée agissant radialement, tourne à une vitesse élevée autour de l'axe longitudinal de l'engin et peut être maintenue dans une position définie à l'aide d'un système de freinage pour produire une force transversale. Outre les modes de réalisation cités ci-dessus, les capteurs peuvent être également des capteurs piezo- électriques, capacitifs ou déformables mécaniquement, par exemple, des capsules de pression spéciales. Dans tous les cas, il est possible de réunir tous les capteurs, le cas échant y compris le capteur central, en une seule unité de capteur. REVENDICATIONS 1. Engin volant à vol rapide comprenant un dispositif pour l'amortissement des oscillations pendulaires de l'engin, qui présente un dispositif pour la production d'une force transversale opposée à l'oscillation pendulaire de l'engin et un dispositif de commande pour l'application de ladite force transversale dans une direction spatiale déterminée ainsi que des capteurs destinés au-dispositif de commande, caractérisé par le fait qu'entre la pointe (5) de l'engin et le reste du corps de l'engin sont prévus des capteurs (9-1 à 9-6) qui mesurent les forces agissant sur la pointe et qui délivrent des signaux d'entrée au dispositif de commande (11). 2. Engin volant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les capteurs (9-1 à 9-6) sont disposés dans la zone d'appui (7) entre la pointe (5) et le corps (1) de l'engin. 3. Engin volant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la pointe (5) de l'engin (1) présente un appui sur le corps C1) de l'engin dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal (A) de l'engin et que des capteurs (9-1 à 9-6) sont prévus à ces points d'appui. 4. Engin volant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la pointe (5) s'appuie en outre sur un point d'appui (6) situé sur l'axe longitudinal (A) de 11 engin, de manière pivotante dans toutes les directions. 5. Engin volant selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le point d'appui (6) est couplé avec un capteur (10) en vue de la délivrance d'un signal correspondant à la force d'appui. 6. Engin volant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la pointe (5) est un élément séparé et est reliée au corps (1) de l'engin par la zone d'appui (7). 7. Engin volant selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'entre la pointe 8. Engin volant selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que la pointe (5) et le corps (1) de l'engin sont séparés l'une de l'autre par un disque (7) en caoutchouc de silicone. 9. Engin volant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la ppinte (5) de l'engin porte des tiges de transmission rigides (8-1 à 8-6) qui portent, en des points d'appui situés à l'extérieur de l'axe longitudinal (A) de l'engin, sur des surfaces sensibles des capteurs (9-1 à 9-6). 10. Engin volant selon ltune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la transmission de la force d'appui entre la pointe (5) et le corps (1) de l'engin s'effectue à travers une matière élastique (7). 11. Engin volant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les-points d'appui (9-1 à 9-6) sont situés à l'extérieur de l'axe longitudinal (A) de l'engin suivant une répartition symétrique. 12. Engin volant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les capteurs (9-1 à 9-6) et la direction d'action des générateurs de force transversale associés à ces capteurs (2-1 a 2-6) sont disposés dans un plan contenant l'axe longitudinal (A) de l'engin. 13. Engin volant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les capteurs (9-1 à 9-6) ; 10) sont réunis en un seul capteur.