Brevet FR2615943A1 — publié le 19881202

La présente invention a pour but la réalisation très simple, d'une référence de Lacet et Tangage et de vitesse de route d'un mobile, avec possibilité d'intégrer, dans le temps, ce dernier paramètre, pour connaître la distance parcourue par le mobile. La présente invention réalise ces mesures, avec un appareil unique, contrairement à ce que l'on fait généralement avec les materiels inertiels courants. La présente invention revendique aussi les applications de l'appareil sur des engins volants ou flottants. La figure 01 représénte le principe de l'invention. La figure 02 représente la forme de signal des détecteurs de l'appareil de la Fig. 01. La figure 03 représente un dispositif conforme à l'invention, servant d'indicateur de virage. La figure 04 est une représentation de l'application de l'invention à une bombe lâchée en rasemottes. La figure OS présente un autre mode de tir d'une bombe. La figure 06 montre des schémas possibles d'emploi tation des signaux de l'appareil, et faisant partie de l'invention. La figure 07 représente l'utilisation de l'appareil en correcteur de chute balistique d'un projectile. La figure 68 est une variante des Fig. 04 et 05, tir de roquettes à partir d'un projectile-container. La figure 09 montre l'utilisation du dispositif, conformément à l'invention, dans le guidage à vue d'un projectile "radio-pilotable", à très grande vitesse initiale (pilotage par top-discrets). La figure 10 donne le principe d'un viseur utilisé avec les dispositifs conformes à l'invention. INDICATEUR DE RAYON DE GYRATION (Fig.Ol). C'est un appareil très simple, qui donne directement la valeur du rayon de courbure de la trajectoire d'un mobile, quelle que soit la vitesse de ce dernier. DESCRIPTION "31l - hélice anémométrique, mise en rotation par le vent relatif. "1" - anneau gyroscopique, entraîné par "3", par l'intermédiaire dû cadre "2", autour duquel il pivote. "5" - détecteur du pivotement "6" de "1", autour de "2"(axe de détection gyrométrique). - " " vitesse angulaire de "H". "4" - vitesse angulaire sur la trajectoire du mobile. PRINCIPE Pendant la course du mobile, l'hélice "3" tourne à une vitesse "2", fonction de son pas et de la vitesse d'avance. L'anneau "1" en fait autant. Si la trajectoire suit une courbe, dans un plan perpendiculaire à l'axe"5", on va soumettre l'anneau "1" à une vitesse angulaire "4". Quand la cidre "2" est concordant avec l'axe "5", il ne se passe rien. Par contre, quand il lui est perpendiculaire, on se retrouve dans les conditions d'un gyroscope, à un degré de liberté, soumis à une vitesse angulaire autour de son axe sensible : l'anneau "1" va précessionner, et à fréquence double de La . La force centrifuge, faisant rappel quand les axes"2" et "6 sont en concordance, la détection aura l'allure suivante sur un tour de "1". La Fig.02 indique que le point "O" est pris au moment où l'axe du cadre "2" coincide avec l'axe d'entrée de "4". On notera que l'inertie de l'anneau, ainsi que ses dimensions, interviennent à la même puissance dans le couple gyroscopique de "1", et son rappel, par force centrifuge. La mesure de "6" est donc indépendante des caractéristiques physiques de "1". En éliminant, pour simplifier, tous les coéfficients constants, on peut écrire I## = couple gyroscopique. (# = 4,Fig.0l) R = rayon de courbure de trajectoire. V = vitesse de translation = R, vitesse sur la trajectoire courbe. #R = V R = R v # # Or, '2L" est l'image de "V", SI donc, R = #/# ( au coéfficient près ). L'amplitude "e"(6,Fig.01); de la précession de l'an neau "1", est fonction de # et de T e + #T = #/F , puisque T est la période de rotation de "1". Mais, "L", image de V, est aussi l'image de F, qui lui est liée par principe: donc e dR 1/R et 1 R R = 1/e On remarquera que pour une precession nulle de "1", on a . e = 0, et R = Il est donc facile d'afficher, par un circuit quotienmétrique, une valeur "e", qui oblige un mobile à parcourir un cercle de rayon choisi. Cette valeur "e", peut être pilotée par un moteur-programmé, pas à pas, commandé par un comptage de tours "3", qui donne la distance parcourue par le mobile. On réalise, ainsi, un programme d'évolution, fonction des distances parcourues. La détection en "5" peut s'effectuer, soit par magnéto-résistances, devant lesquelles passe une partie aimantéé de "1" , soit par transformateur différentiel. On notera que , si l'on utilise une partie de "1" aimantée, défilant devant "2", bobines réceptrices, on aura un signal fonction a) - de "e" , comme précédement et, b) - de "2' ,(tension proportionnelle à") M R xRU- Donc, un signal uniquement fonction delr)cette fois-çi. On réalise ainsi un gyromètre insensible aux variations de vitesse de rotation de sa toupie (seule la fréquence de la détection change) . Cette propriété peu être utilisée à part, si l'on désire un coéfficient d'amortissement du mobile sur sa trajectoire de rayon R UTILISATIONS POSSIBLES Le seul défaut de cet appareil est de donner une information sur la courbure de la trajectoire, en fonction du milieu ambiant et non du sol : tant pour les mobiles aériens que marins. Cet inconvénient tend à diminuer, en fonction de l'augmentation des Vitesses. Par contre, c'est un appareil d'une très grande simplicité, à caractéritiques parfaitement reproduisables en grande série, sans précautions spéciales. I1 peut être miniaturisé de façon conséquente, sans atteintes aux performances. Donc, il peut équiper de tous petits engins, voir des roquettes, donnant a) - image de la vitesse du mobile. b) - distance parcourue. c) - rayon de courbure de la trajectoire. d) - vitesse angulaire de cette dernière. En fonction des applications, les équipements annexes sont plus uo moins nombreux, quoique toujours Se techniques très courantes. Il va être aisé de s'en rendre compte en suivant les exemples que l'on va donner maintenant, et par ordre de compléxité croissantes. 1A) - INDICATEUR DE VIRAGE (voir Fig.03). Le dispositif est destiné à un avion. Deux détecteurs Drthogonaux détectent en "Lacet et Tangage" : leurs informations sont envoyées sur un galvanomètre à rouble cadre, à échelle logarithmique " 0 "o O La lecture se fait à partir du cercle des 0, sur les vecteurs passant par le point d'intersection des mires et le pointas. On obtient la valeur et la direction du rayon de giration. 2A) - BOMBES TOURNOYANTES (voir Fig.04). L'Aéronef,arrivant à l'aplomb de son objectif"O", mesure son altitude par rapport à celui-çi, soit avec un radar, soit avec un Laser. Cette altitude est enregistrée dans la bombe, qui quitte l'avion de côté et suit une trajectoire circulaire, pré-réglée en fonction de la vitesse au largage. Au point "P"(6) = 2 ZR - H, détecté par topage 1u Loch, la bombe prend en tangage, une trajectoire circulaire de rayon "H", tout en continuant sa trajectoire initiale en Lacet. Jusqu'au point "6", la bombe vole à altitude constante. 2B) - Voir Fig.05. L'avion arrive par le travers, à l'aplomb de l'objectif"O". Le pilote (ou le tireur) largue celle-çi, qui a enregistré : R = 1/2h.Tang. La bombe suit une trajectoire en lacets circulaires, de rayon R et à altitude constante, jusqu'au point P = tR - H, détecté par comptage sur le Loch. A partir de "6", la bombe suit aussi une trajectoire circulaire de rayon "h"(8), en tangage jusqu'à l'objectif O. Les trajectoires "Lacet et Tangage", sont-régies à peu près par les mêmes paramètres et les mêmes chaînes de pilotage (Fig.06A - Fig.06B - Fig.06C). A titre d'exemple, on prend le premier cas (Fig.07) L'avion,arrivé à l'aplomb de son objectif, détecte la hauteur de ce dernier, et l'envoie en tension dans la mémoire de la "chaîne de Tangage". Le rayon de giration "R" est, à l'origine, sélectionné par le pilote, à partir d'une gamme limitée, qui permet de ne pas dépasser, selon les vitesses de l'avion, un facteur de charge critique. La bombe quitte tangentiellement l'avion, selon le rayon "R", mis en mémoire dans la"chaine Lacet", et comparé au détecteur "D1, donnant e t après un circuit quotientmétrique. Jusqu'au point "P"(6) = 2 - H, l'altitude reste quasiement constante, du fait que l'on impose à la"chaîne Tangage" une détection "Rc", sur le détecteur "D2"(Fig.06D), fonction du rayon de courbure balistique instantané, lui-même fonction de la vitesse du projectile volant à l'horizontal (pas de correction dûe au site). Le point "P" = 2 WR - h, est détecté de la manière suivante L'indicateur de giration possède donc des contacts de topage de rotation. Tant que la différence entre la mémoire de la"chaîne- Tangage" (h)(Fig.06B), et son potentiomètre de décompte, actionné par le contact "C2"(Fig.06A), est non nulle, le contact "C2" est également envoyé, pas à pas, de la"chaine-Lacet" (R)Fig.06A, doublant la cadence du comptage. La tension du potentiomètee KMR, se rapproche, pendant ce temps-là, de la tension-mémoire (R) à vitesse double. Ensuite, le comptage se poursuit seulement sur "Cl"(Fig.06A) et quand les tensions P et R, et mémoire R(Fig.06A), sont égales. On a bien le point : POT(Fig.06A) = 2:qR - h. A ce moment, l'engin amorçe un piquet, selon une trajectoire en arc de cercle, de rayon H, tandis que la valeur "e", détectée par "Dl"(Fig.06A), sur la chaîne-Lacet", est multipliée par la tension-poten tiométrique"h/'0(Fig.06B), divisée par la tension mémoire h. La tension-potentiométrique "h" est amenée à 2 fois 2 sa valeur, par l'intermédiaire d'un pont connectable qui est branché, dès que commencera le comptage en rétro, qui ramènera le potentiomètre, desa valeur "U Maxi" à "0". Cette opération permet de garder en projection verticale, le rayon R = Ct (Fig. 07), condition essentielle pour que la bombe arrive sur l'objectif. Dans le deuxième cas de pilotage, TIR PAR LE TRAVERS, les séquences seraient identiques, sauf que la tension envoyée en mémoire sur la"chaine-Lacet", sera diminuée par 2. La stabilisation en roulis est décrite plus loin. NATURE DES BOMBES TOURNOYANTES. Par exemple, des bombes de 200 à 1.000 Kg., qui explosent soit à l'impact, soit à une distance déterminée, aisément affichable sur le comptage de "tops" de la trajectoire de rayon "h" (Fig.07). Dans cette dernière catégorie, entrent les bombes Anti-Véhicules, dont la charge serait composée d'un faisceau légèrement divergeant, de petits lances-roquettes qui, d'une certaine altitude (Fig.07 et 087, couvriraient la zonz intéressée, avec un quadrillage calibré ; l'impact sur la cible, par la bombe ellemême, étant assez problématique (voir Fig.08). ROQUETTE ANTI - VEHICULE (voir Fig.09). Atitre d'exemple, on prend le projet de semi-autopropulsé, tirant à 1.000 mètres, avec une flèche de 1,20 mètre, à Mach 6. Le véhicule sur lequel s'éxécute le tir est un engin blindé pouvant se déplacer à 10 mètres/seconde, ou par exemple, un véhicule sur coussind'air, évoluant à 30 mètres/seconde. I1 faut donc exercer une correction. Si il est aisé, par différents moyens simples et rapides, de connaître les vitesses angulaires de la cible, la distance par contre, est une mesure moins facilement accessible, surtout en un temps très court, par moyens optiques. On se contentera de la procédure suivante (Fig.09 et 10) a) - cadrage cible-mire. b) - orientation du vecteur directionnel de la cible et comptage de temps dans la -roquette. c) - affichage d'une fourchette dans l'engin ; la fourchette représente, en gros, la dimension vue de la cible qui est supposée connue et reperée. d) - quand la cible quitte la mire, on procède au tir de la roquette qui aa)- prend un angle au départ du tube correspondant au dépointage à la mise à feu. bb)- au bout d'un temps "n" (décomptage du temps,mis en mémoire,de sortie de la cible de la mire), la roquette prend une trajectoire formée de 2 arcs de cercles inversés de 300, à rayons cons tants (fourchette minimale), plus, éventuelle m ment, une trajectoire droite, entre les deux arcs de cercles. Cette manoeuvre se répète à " T = 2 n CADRAGE MIRE-CIBLE (voir Fig.10). La cible étant identifiée, on pointe l'arme de sorte que l'oeilleton "o", et la visée de la mire M, soient en coïncidence sur l'objectif.- En suivant celui-çi, on avance sur sa règle, la mire M, pour qu'elie cadre l'objectif. Pendant le temps que met ce dernier à quitter la mire, on oriente le vecteur-directiut en pivotant la mire (R). Quand la cible quitte la mire, on déclenche la mise à feu L'engin a pris en mémoire a) - le-demi-angle oeilleton-mire. b) - le temps mis par l'objectif à quitter la mire T=M. c) - la dimension approximative de l'objectif identifié. d) - l'angle de rotationAdu Vecteur-Direction. Conséquences 10) - la détection du rayon de giration s'aligne avec le vecteur-direction de la mire (pilotage de la référence de roulis par le potentiomètre ou la référence P2 (Fig.10). 20) - le potentiomètre (ou la référence numérique) P1 (Fig. 10), stoppe la rotation du rayon ri = CT(Fig.09) quand il y a coïncidence avec le comptage du Loch, (point A, Fig.09). 30) - Jusqu'au temps T = M, la trajectoire est rectiligne ( AB, Fig.09 ). 40) - En B, l'engin vire sur 300, autour d'un rayon R2 = Ct, par construction (Fig.09). 50) - De C à D (Fig.09), donc à 300 de sa première trajectoire, la route de l'engin redevient rectiligne, donnant un écart : KD = 1/2CD (Fig. 09). 6 ) - Quand il y a coîncidence entre le comptage de r par le Loch, et la mise en mémoire de la fourchette (minimale + KD), l'engin prend la rotation DE de 300, de rayon R3 = R2 = Ct, par construction, qui ramène sa trajectoire en parallèle de AB. L'écart en fourchette éxécuté par l'engin est " 2 projection de3+ 0,5 CD (2 projection de est l'écart minimal par constructionJ. Cet écart est affiché normalement d'après les dimensions connues, où estimées de la cible. Naturellement, l'opération se renouvelle si il y a temps 2n, 3n,. . .Nn Le créheau de pointage, entre B et E (Fig.01),étant de faible temps de montée, on aura, évidement interêt à viser "la tête" de la cible pour rattraper l'erreur qui se répercute en parallaxe. CARACTERISTIQUE DE LA ROQUETTE En dehors de l'adjonction d'un compteur, décompteur de temps et, d'une référence de pilotage de la stabilisation Roulis, la roquette, dont la séquence de tir vient d'être exposée, ne diffère en rien des bombes tournoyantes. Toutefois, on remarquera que, étant donné la trajectoire balistique très tendue (flèche 1,20 m.), il n'est pas besoin de correcteur de rectilignité, et que seule une "chaîne de détection" (et comptage) de rayon de giration est necessaire, puisqu'on la préoriente au départ. On peut donc envisager un engin asservi, en position Roulis, avec une seule commande d'évolution. Le cas exposé est le plus simple. Si on laisse à l'engin ses "deux chaînes de pilotages orthogonales", il peut se présenter plusieurs cas d'applications { 10) - Faisable avec les éléments du premier cas; le tir par ricochet. D'après la distance estimée, on programme la mise en virage de l'engin. Ceci peut être valable dans le cas d'attaque et de défense "en enfilade", comme en combat de rue. 20) - Avec ses "pilotages-Lacet-Tangage", le projectile peut être tiré d'un mortier à 90 , sur visée périscopique : les faibles vitesses de départ autorisant une giration sur 9.00 + (o(sur 3600 dans le plan vertical, A plus forte raison., il peut être tiré d'un lanceur horizontal et prendre son incidenceKà la sortie, ou à une distance pré-déterminée. Ces deux modes de tirs permettent une installation aisée sur tout Véhicules terrestres ou marins, tirant en tout site et azimuth, sans problème d'affût orientable et de parefeu.En campagne, un tel affût de tir ne demande qu'une faible ouverture dans le.décor opérationnel et, avec un viseur-répétiteur et une programmation de la mise en site-azimuth du projectile, il peut être parfaitement camouflé. Dans le Premier Cas de l'arme Anti-Véhicule, il suffit de prendre une référence plus sûre-que la fourchette basée sur les dimensions de la cible : la vitesse angulaire pure. il suffisait au décompte de temps "T = Tn", de faire calculer à l'engin" e = d.Tang.eFs. ( e=fourchette; d=distances mesurées au Loch.). C'est très faisable pour de petits angles (cas général) où l'on a : " e = d.eEll, sans grande erreur. Toujours dans ce cas-là, si la ciblé avance à une vitesse voisine de l'engin ( bateau-torpille ), on aura intérêt à faire un pré-pointage, comme normal, puis quand (ou si) la cible défile devant le réticule de visée, à commanderpar ordre sismique ( ou Radio) à l'engin de faire ses séquences de fourchettes économie sur la trajectoire. L'invention est destinée à un "radio-guidage" simplifié et discret, de projectiles à très grandes vitesse ( de Mach 3 à Mach 6 ), et à équiper des Aéronefs et engins marins, pour leur donner des mesures de "Lacet-Tangage", de vitesse et de route poursuivie. L'invention s'applique aussi aux véhicules terrestres: Dans ce cas, l'hélice-éolienne 3 (Fig.l) est remplacée, par exemple, par un moteur "pas à phs, piloté par un détecteur de rotation de l'arbre-moteur. Bien entendu, faisant partie de l'invention, les applications décrites, ci-dessus, ne sont que des exemples non exclusifs. REVENDICATIONS 10) - Dispositif, selon l'invention, caractérisé en ce qu'il se compose d'un anneau 1, libre sur un axe 2, entraîné par une éolienne 3, et, détectant la vitesse angulaire de tout mouvement, autour d'un axe situé dans son plan, et dirigé selon un de ses rayons. 20) - Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au moins deux détecteurs orthogonaux de déplacement sans contacts (par exemple, transformateur différentiel), permettent de détecter les vitesses angulaires qui leurs correspondent. 30) - Dispositif, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble peut être équipé d'un dispositif Anti-Roulis. 40) - Dispositif, selon les revendications 1, 2, et 3, caractérisé en ce que, pour des véhicules terrestres, une prise de mouvement se substitue à l'éolienne 3. 50) - Dispositif, selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le dispositif, selon l'invention, permet très économiquement et avec une grande fiabilité, la stabilisation et le pilotage d'engins classiques (engins guidés, torpilles), mais permet surtout le pilotage à vue, ou en "Tire et Oublie", d'engins ou de projectiles, de gamme de vitesse, allant jusqu'à Mach 3 et Mach 6, non brouillables et non leurables.