Brevet FR2573860A1 — publié le 19860530

DISPOSITIF POUR ASSURER LA STABILISATION ET DIMINUER LES OSCILLATIONS PENDULAIRES D'UN MISSILE VOLANT A VITESSE SUPERSONIQUE. L'invention se rapporte à un dispositif pour as- surer la stabilisation et diminuer les oscillations pendulaires d'un missile volant à vitesse supersonique, en particulier d'un obus, à l'aide de jets de fluide aui, pour produire une force transversale agissant sur le missile dans le sens opposé à l'oscillation pendu- laire, sont émis par des bouches de soufflage réparties en forme de corps de révolution sur la périphérie du missile et expulsés à peu près radialement par rapport à l'axe longitudinal du missile dans l'écoulement d'air supersonique circulant autour de lui. Par des études théoriques et expérimentales qui ont été faites, il est connu que des jets de fluide qui sont émis à partir du missile et expulsés dans l'écoulement d'air supersonique sousun angle prédéter- miné par rapport à l'axe longitudinal de celui-ci - gé- néralement de 90 ou jusqu'à 30 par rapport à l'écou- lement - produisent une force transversale qui, en cas d' écoulement supersonique autour du missile, se situe, de par la constitution d'une zone de décdlement et d'une surpression induite par le choc, jusqu'à un facteur de 2 à 3 au-dessus de la force transversale qui résulte de l'utilisation du principe d'impulsion sur le jet de fluide. La grandeur de la force transversale, en plus de la position des bouches de soufflage à chaque fois considérées sur le contour du missile et par rapport au centre de gravité de celui-ci, dépend de la vitesse de l'écoulement de l'air à l'endroit du jet de fluide et par conséquent dépend du nombre de mach local. Par la demande de brevet allemand 28 56 286, il est connu de prévoir devant et/ou derrière le centre de gravité du missile des tuyères ou des fentes de tuyères qui, disposées dans la surface latérale du missile, ré- unies en groupes de secteurs et dirigées sensiblement radialement, sont raccordées par des organes de commande à une source de fluide. Comme source de fluide, on peut utiliser l'air s'écoulant dans un canal central à travers le missile. Le fluide est amené par des composants fluidiques aux différentes tuyères ou fentes de tuyères en fonction de la pression relevée sur la surface latérale du missile par des conduites d'air comprimé pour exercer de cette façon sur le missile une force transversale di- rigée dans le sens opposé aux oscillations pendulaires de celui-ci. Cette force transversale agit jusqu'à ce que le sens de l'écoulement de l'air coincide à nouveau avec l'axe longitudinal du missile. Il est évident que la force transversale doit être déterminée très exactement, c'est-à-dire que les dimen- sions des différents éléments de commande et des tuyères doivent être exactement accordées au débit de la source de fluide afin de contrer simplement les oscillations pendulaires et non pas produire des forces transversales perturbatrices supplémentaires qui engendreraient elles- mêmes d'autres oscillations pendulaires, voire une suroscil- lation du missile. La technique de régulation à mettre en oeuvre pour le dispositif connu est,en outre,très complexe. L'invention a pour objet de mettre au point un dispositif du type en question qui soit de construction simple, puisse être facilement dimensionné et d'une ef- ficacité très finement dosable. Ce résultat est atteint selon l'invention par le -30 fait que des bouches de soufflage sont instalJes dans un organe distributeur qui est coaxial à l'axe longitu- dinal du missile et qui peut être déplacé dans tous les sens transversalement à l'axe longitudinal du missile au moyen d'un dispositif élastique, que les bouches de soufflage communiquent avec des canaux qui, pratiqués dans l'organe distributeur, sont déviés dans le sens sensiblement axial et traversent une paroi latérale de l'organe distributeur, que ces canaux recouvrent des conduites d'amenée aboutissant à une source de fluide avec un degré de recouvrement déterminé qui, à la posi- tion centrale de l'organe distributeur, est identique pour l'ensemble des conduites d'amenée de manière que de toutes les bouches de soufflage sortent des jets de fluide agissant d'égale façon et qu'en cas de force transversale perturbatrice s'exerçant sur le missile, le degré de recouvrement entre les canaux de l'organe distributeur et les conduites d'amenée se modifie de telle sorte que le débit de fluide sortant des bouches de soufflage diminue du côté de l'application de la force perturbatrice et augmente du côté opposé. L'invention recourt donc à deux mesures: D'une part, des jets de fluide sont constamment nis par 1' ensemble des bouches de soufflage pendant toute la durée de la stabilisation.Si l'on fait tout d'abord abstraction de l'organe distributeur, cela s'effectue avec partout leme^e débit de fluide. En cas de vol idéal dans lequel l'axe longitudinal du missile se situe dans le sens du vol, ces jets de commande agissent de la même façon eten raison du débit de fluide identique, exercent donc tous la même force transversale sur le missile, si bien que la résultante est nulle. En cas d'incidence du missile, les forces transversales sont produites conformément aux différentes vitesses d'écoulement au vent et sous le vent, ces forces agissant en sens contraire des oscillations pendulaires du missile et ramenant celui-ci automatique- ment à l'orientation de vol idéale.A titre de comparaison,le mis- sile est pour ainsi dire maintenu par les jets de fluide comme par un ressort agissant de tous les côtés sur le sens de l'é- coulement. Ce mode de stabilisation est très sensible. D'autre part, cette stabilisation automatique est efficacement renforcée par l'organe distributeur qui assume la fonction d'un corps d'inertie supporté élasti- quement. Lorsqu'une force transversale perturbatrice agit sur le missile, l'organe distributeur, en raison de sa masse inerte,ne réaait pas tout de suite à l'accéléra- tion transversale qui y est liée et son déplacement s'ef- fectue avec retard par rapport à celui du corps du missile. Il en résulte que le degré de recouvrement entre les conduites d'amenée de fluide, côté missile, et les canaux aboutissant aux bouches de soufflage, côté organe distri- buteur, se modifient, et ce, de manière que les bouches de soufflage qui sont situées du côté opposé à celui de l'application de la force perturbatrice,reçoivent plus de fluide que les bouches de soufflage situées du côté de l'application de cette force. La force de rappel s'en trouve également augmentée en conséquence. A cela s'ajoute le fait que, par suite de la dé- viation du fluide dans les canaux à. l'intérieur de l'or- gane distributeur, le jet de fluide sortant des bouches de soufflage exerce sur l'organe distributeur une pous- sée qui contribue à faire varier le degré de recouvrement dans le même sens que celui provoqué par l'inertie de l'organe distributeur. Le missile est ainsi ramené rapi- dement à son orientation de vol idéale. Si on utilise la comparaison imagée ci-dessus, le missile est maintenu au moyen d'un ressort tendu de tous les côtés dans le sens de l'écoUlement et dont la force du côté opposé à l'application de la force pertur- batrice est augmentée par l'inertie de l'organe distri- buteuret par la poussée des jets de fluide d'un plus grand diamètre. On doit certes,penser que la force transversale perturbatrice agit également sur les surfaces libres de l'organe distributeur et s'oppose à son mouvement relatif causé par son inertie à l'intérieur du corps du missile. Il faut donc que les surfaces de l'organe distributeur qui restent libres sur la périphérie du missile soient suffisamment petites pour que les déplacements provoqués par l'inertie de l'organe distributeur restent dominants. Les surfaces libres de l'organe distributeur doivent par conséquent être limitées à l'entourage immédiat des bouches de soufflage elles-mêmes très petites.- Les bouches de soufflage peuvent avoir des formes multiples, par exemplede trous, de trames de trous, de fentes ou de sections de fentes annulaires. De préférence, l'organe distributeur est maintenu dans le missile à l'aide d'un tube-ressort coaxial à l'axe longitudinal du missile. Dans la mesure o le dis- positif de stabilisation est monté dans l'ogive du missile, ce tuberessort peut être ouvert du côté de l'ogive. Cela présente l'avantage que la rigidité du ressort dépend de la vitesse d'écoulement de l'air en- vironnant et sert pour ainsi dire d'adapteur de machs. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe transversale d'une ogive d'obus comportant un dispositif de stabilisation selon l'invention; la figure 2 est une vue frontale de l'ogive de l'obus. La figure 1 représente l'ogive d'un obus 1 com- prenant un corps cylindrique 2 simplement en partie sché- matisé et une ogive conique 3. L'axe longitudinal de l'obus est désigné par 4. L'obus 1 comporte un noyau à énergie cinétique 5 qui est coaxial à l'axe longitu- dinal 4 et qui traverse un objectif lors de l'impact. A l'extrémité avant de l'ogive de l'obus est encastré- un tube-ressort 6 coaxial à l'axe longitudinal 4 et dont l'espace interne se transforme en une ouverture d'air dynamique centrale ouverte vers l'avant. A la suite de son point d'encastrement, le tube-ressort 6 est noyé sur une certaine longueur dans une masse d'amortissement élastique 8 qui est raccordée à l'ogive 3 de l'obus. A son autre extrémité libre, le tube-ressort est relié à un organe distributeur 9 dont le contour extérieur est adapté à celui de l'obus et qui est recouvert en grande partie par la paroi externe de ce dernier, omme cela est illustré à la figure 2. L'organe distributeur 9 comporte plusieurs, en l'occurrence 6, bouches de soufflage 11 qui, réparties enforme de corps de révolution autour de l'axe longitu- dinal 4, débouchent à l'atmosphère et sont entourées à faible distance pardes évidements prévus à l'intérieur de l'ogive du missile, voir figure 2. Ces bouches de soufflage 11 sont constituées par les embouchures de canaux 13 qui, aménages- à l'intérieur de l'organe dis- tributeur 9, partent tout d'abord à peu près radialement des bouches de soufflagell- ici en étant légèrement inclinés vers l'arrière - puis dévient vers l'arrière en 14 en suivant une direction parallèle à l'axe longi- tudinal 4 de l'obus et, pour finir, traversent la paroi latérale arrière de l'organe distributeur 9 par un orifice 15. Dans la zone de leur orifice 15, les canaux 13 communiquent respectivement avec des conduites d'amenée de gaz 16 qui sont toutes raccordées à un canal annulaire 17 et aboutissent ensuite à un générateur de gaz commun non représenté ici. Un espace intermédiaire 18 est prévu entre les orifices 15 et les conduites d'amenée de gaz. Cet espace intermédiaire 18 garantit,d'une part,la liberté de dépla- cement de l'organe distributeur 9. D'autre part, au moyen de cet espace intermédiaire, du gaz éventuellement excé-- dentaire peut gagner les canaux d'équilibrage 19 pra- tioués dans l'organe distributeur9et s'échapper à l'at- mosphère par les évidements 12 de l'ogive de projectile. Les orifices 15 des canaux 13 de l'organe distributeur9 communiquent avec les conduites d'amenée de gaz 16 sur environ 50 à 80% de leur surface. Ce degré de recouvrement est identique pour tous les canaux 13 de l'organe distri- buteur 9. Quand l'obus se trouvedans son orientation de vol idéale dans laquelle l'axe longitudinal 4 coincide avec le sens du vol, toutes les bouches de soufflage 11 émettent des jets de gaz chaud d'égale valeur, ici sché- matisés par une flèche et dont seulement les jets de gaz chaud S1 et S2 sont schématisés par des flèches sur la figure 1. Lorsqu'une force transversale Q agit sur l'obus, celui-ci est dévié dans le sens de cette force transversale. L'organe distributeur 9 faisant office de masse d'inertie ne réagit qu'avec retard à l'accéléra- tion inhérente à cette déviation et, par rapport 1' obus, se déplace donc dans le sens de la flèche v qui est contraire au sens de la force transversale.L'orifice du canal 13 situé du côté opposé à l'application de la force transversale, en haut sur la figure 1, est donc déplacé en direction de l'axe longitudinal 4 de l'obus, si bien que la quantité de gaz débitée par le canal 13 y associé est augmentée. La quantité de gaz débitée par le canal 13, en bas sur la figure 1, est diminuée de façon correspondante. La force antagoniste engendrée par le jet de gaz chaud Sl est amplifiée de telle sorte que l'obus est dévié en direction de la force transversale perturbatrice. Le jet de gaz chaud Si, du fait de la déviation au point 14, agit en plus en tant que jet de poussée sur l'organe distributeur9 et contribue ainsi à son déplacement dans le sens de la flèche v. L'état d'équilibre suivant la figure 1 se rétablit lorsque la force transversale est nulle, c'est- à-dire lorsque l'obus se trouve à nouveau dans son orien- tation de vol idéale. Dans l'exemple de réalisation suivant la figure 1, le tube-ressort 6 est fermé par un tampon 20 à son extrémité arrière. La pression dynamique de l'écoulement d'air agit donc à l'intérieur du tube-ressort 6. La rigidité du tube-ressort 6 est ainsiaugmentée conformé- ment aux besoins de l'utilisation au fur et à mesure que la vitesse de l'obus s'accroit. Une vue frontale de l'obus 1 est représentée à la figure 2 sur laquelle on peut voir que les évidements 12 entourent très étroitement les bouches de soufflage 11 afin de réduire autant que possible les surfaces d'attaque libres de l'organe distributeur 9. Dans le secteur a, on a représenté des bouches de soufflage lla en forme de fentes qui sont étroitement entourées par des évidements 12a également en forme de fentes. Dans, le secteur b, on a représenté pour les bouches de soufflage une rangée de trous llb qui est entourée par un évidement 12b en forme de fente de l'ogive de l'obus. Les directions des jets de gaz chaud S sont en outre indiquées schématiquement sur la figure 2. Il va de soi que le dispositif de stabilisation décrit peut aussi être installé dans la zone de l'arrière ou en un autre endroit approprié de l'obus. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour assurer la stabilisation et diminuer les oscillations pendulaires d'un missile, en particulier d'un obus volant à vitesse supersonique, à l'aide de jets de fluide oui, pour produire une force transversale agissant sur le missile dans le sens opposé à l'oscillation pendulaire, sont émis par des bouches de soufflage réparties en forme de corps de révolution sur la périphérie du missile et expulsés à peu près radia- lement par rapport à l'axe longitudinal du missile dans l'-écou- lement d'air supersonique circulant autour de lui, ca- ractérisé par le fait que les bouches de soufflage ill sont installées dans.un organe distributeur (9) qui est coaxial à l'axe longitudirnal (4) du missile et oui peut être déplacé dans tous les sens transversalement à l'axe longitudinal(4)du missile au moven d'un dispositif élas- tique(6), que les bouches de soufflage(.ll)communiquent avec des canaux(13)qui, pratiqués dans l'organe distri- buteur (9), sont déviés dans le. sens sensiblement axial -20 et traversent une paroi latérale-de l'organe distributeur (9), queces canaux(13)recouvrent des conduites d'amenée -- (16)aboutissant à une source de fluide avec un degré de recouvre.ment déterminé qui, à la position centrale de l'organe distributeur(9),est identique pour l'ensemble des conduites d'amenée de manière que de toutes les bouches de soufflage sortent des jets de fluide agissant d'égale façon, et qu'en cas de force transversale per- turbatrice(Q)s'exerçant sur le missile, le degré de re- couvrement entre les canaux (13) de l'organe distributeur (9) et les conduites d'amenée.(16) se modifie de telle sorte que le débit de fluide sortant des bouches de soufflage (11) diminue du côté de l'application de la force perturbatrice et augmnente du côté oppose. 2. Dispositif selon larevendication 1, caractérisé par le fait que l'organe distributeur(9)est maintenu dans le missile (1) à l'aide d'un tube-ressort(6)coaxial à l'axe longitudinal(4) du missile. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'organe distributeur (9) ne présente des surfaces libres vers l'extérieur que dans une zone limitée (évidemenÉ 12) autour des bouches de soufflage (11). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que dans l'organe distributeur (9) sont aménages des canaux d'équilibrage (19) pour l'évacuation du fluide éventuel- lement en excédent. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les conduites d'amenée de fluide (16) sont mutuellement raccordées par un canal annulaire(17)situé à l'intérieur du missile. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que dans l'organe distributeur (9), il est prévu six bouches de soufflage (11) réparties en forme de corps de révolution autour de l'axe longitudinal (4) du missile.