Brevet FR2641857A1 — publié le 19900720

"Projectile guidé comportant un générateur de gaz chaud" La présente invention se rapporte à un projectile guidé comportant un générateur de gaz chaud dont le gaz traverse un certain nombre de tuyères d'éjection régulière- mer.nt réparties le long de la périphérie et s'étendant sen- sibiement perpendiculairement -à l'axe longitudinal du pro- jectile. le débit de gaz à travers les différentes tuyères pouvant être réglé au moyen d'un dispositif de commande. Si le gaz produit par le générateur de gaz chaud emtarqué est soufflé alternativement à travers une ou plu- sieurs des tuyères disposées à peu près perpendiculairement à l'axe longitudinal du projectile dans la zone de son ogive, on obtient tout d'abord une force transversale qui repose sur le simple effet de poussée du gaz s'échappant ainsi cu'une seconde force transversale qui provient de l'accumulation du flux d'air produit par le gaz s'échappant de la tuyère (effet d'injection secondaire ou effet dyna- mique des fluides). Il en résulte donc une amplification de la première force transversale qui dépend de plusieurs fac- teurs comme la vitesse, la distance de la tuyère par rap- port à l'ogive du projectile et du débit massique à travers la tuyère. On réalise ainsi une meilleure exploitation du propergol embarqué, par exemple si une forte accélération transversale est nécessaire dans la phase finale du vol. Peu après le lancement, avec un faible débit massique à travers la tuyère on obtient une importante force transver- sale grâce à l'effet d'amplification de la dynamique des fluides, l'amplification étant à peu près de deux à deux fois et demie par rapport à la simple force de poussée. Dar.s la phase finale du vol, avec vitesse sensiblement diminuée et sans amplification rnotable de la force trans- versale, c'est seulement le débit massique, augmenté par la mise à feu du générateur de gaz chaud, c'est-à-dire la pure force de poussée augmentée des gaz d'échappement qui agit seulement. L'objet de la présente inventicr. est de simpli- fier le dispositif de commanrde du débit de gaz à travers les tuyères et d'en améliiorer l'action. Partant d'un projectile guidé du type précité, ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le dispcsitif de commande comporte une étoile qui comprend un r.cmbre de branches correspondant au nombre de tuyères, qu'à chacune des branches est associé un organe de réglage, que la tuyère correspondante peut être complètement ou partiel- lement fermée et qu'à chaque branche est associé un organe de ccmmar.de. L'organe de réglage peut être un piston qui est déplaçable darns le sens axial et disposé parallèlement à la parci extérieure du projectile guidé ou une bille. L'organe de commande peut être un électro-aimant avec soit une tige de traction aboutissant à l'étoile et s'engageant dans l'éliectro-aimant soit une plaque d'armatu- re sur laquelle est fixé un fil métallique dont l'autre extrémité agit sur une branche de l'étoile. L'étoile elle-même est avantageusement disposée perpendiculairement à l'axe longitudinal du projectile et comporte deux, trois ou même plus de trois branches. Elle est avantageusement montée en son milieu soit sur un appui pointu, soit sur une demi-sphère. Le projectile guidé, conçu selon l'invention, présente l'avantage que les forces transversales dévelop- pées, par rapport à celles des missiles avec systèmes de gcuv:err.es, sont moins dépendantes de la vitesse du missile, 264 1857 la manoeuvre s'opérant sans régulateur de pression (en tant qu'élément critique) et au moyen d'organes de commande à meilleur équilibre des charges et bonne tenue stationnaire et dynamique. L'invention -sera mieux comprise à l'aide la des- cription de modes de réalisation pris comme exemples, mais nor. limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une coupe partielle d'un pre- !o mier exemple de réalisation d'un projectile guidé selon 1 'invention; la figure 2 est une coupe partielle agrandie d'un secornd exemple de réalisation d'un projectile guidé selcn l'invention et - les figures 3 et 4 sont deux vues en plan de deux étoiles de commande différentes. La figure 1 représente une coupe partielle de la partie avant d'un projectile guidé qui a par exemple un calibre de 35 mm et qui, à proximité de son ogive, est muni d'un certain nombre de tuyères d'éjection de gaz 8 réguliè- rement réparties le long de sa périphérie et dont les axes s'étendent sensiblement perpendiculairement à l'axe longi- tudinal du projectile. Ces tuyères 8 communiquent avec un générateur de gaz chaud 1, et ce, par des canaux appro- priés. A un endroit donné de ces canaux sont insérées des billes 4 qui peuvent être déplacées par des poussoirs 7 de manière que le débit de gaz passant à travers ces tuyères puisse être réglé au moyen d'un dispositif de commande adéquat. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, le dispositif de commande comprend une étoile 5 qui, en son milieu, est montée de façon pivotable sur un sommet d'une demi-sphère ou d'une sphère entière et qui comporte autant de branches qu'il y a de tuyères. A chacune des branches de i'étoile 5 est associé un poussoir 7 et, à celui- ci, ur.e bille 4 de telle sorte que le débit de gaz passant à travers les tuyères puisse être modifié par le bascuiement de l'étoile 5. La commande de l'étoile 5 est assurée ici par des fils métalliques 3 qui sont disposés parallèlement à l'axe longitudinal du projectile et qui sont actionnés par des aimants 6 qui sont placés sur le cEté du générateur de gaz chaud 1 qui est situé du côté cpaosé à i'étoile. Dans l'exem:le de réalisaticn..représenté à la fi- gure 1, il est prévu trois tuyères d'-éjection 8 et trois aimar.nts 6 avez fils métalliques 3 pour la commande de l'écile, à trcis branches. Tant qu'aucun des aimants n'est acticnné, une quantité égale de gaz s'échappe de tcutes les tuyères de sorte que les forces produites à l'extérieur s'annuelent. Cela signifie que les trois aimants existants 6 ne sont pas excités. Les forces, produites par le gaz et agissant sur les trcis billes 4 et, par conse- cuent, sur les poussoir 7 et l'étoile 5, tendent les fils métalliques 3 lesquels prennent appui sur les butées 15 de plaques d'armature 2. Les plaques d'armature elles-mêmes sont pivctables autour de points d'appui 16. Si maintenant l'on veut que l'une des tuyères d'éjection produise une force transversale, on excite simultanément les aimants des deux autres tuyères. Les deux fils correspondants tirent sur l'étcile et ce faisant, fer- ment ces deux tuyères d'éjection, par l'actionnement des pcussoirs et des billes y associées. En même temps, la tuyère d'éjection cui doit produire la force transversale, du fait de la position du point d'appui qui se trouve entre cette tuyère et les fils métalliques actionnés, s'ouvre au- delà de la cote initiale car suite du basculement corres- pondant de l'étoile. Les aimants n'étant pas excités, les forces du gaz ou les moments intervenant ramènent l'étoile sur les trois points d'application qui sont formés par les trois extrémités des fils métalliques. Les trois tuyères d'éjection peuvent être manoeu- vrées les unes derrière les autres respectivement après une rotation de 1200 du projectile, l'actionnement s'effectuant par arrêt de chaque aimant dont la tuyère d'éjection doit produire la poussée. La figure 2 représente un second exemple de réa- lisaticn d'un projectile guidé selon l'invention, la réfé- rence 17 désignant ici deux canaux qui aboutissent au géné- rateur de gaz chaud et qui communiquent avec les tuyères d'éjection 8 dont l'axe longitudinal s'étend perpendiculai- rement à l'axe longitudinal du projectile. Dans les tuyères d'éjecticn 8 font saillie des pistons 9 raccordés à des tiges 10 cui sont actionnées par l'étoile 5. Dans l'exemple de réalisation représenté ici, l'étoile 5 comporte deux branches qui sont reliées à deux tiges 10 pour deux pistons 2n 19, le projectile lui-même étant muni de deux tuyères d'éjection 8. En son milieu, l'étoile 5 est montée bascu- lante sur un appui pointu 11 et est soumise à l'action de la force d'un ressort 13. La référence 6 désigne deux électro-aimants dans chacun desquels s'engage respectivement une tige 14 qui, lors de l'excitation des électro-aimant, est déplacée axia- lement et fait ainsi basculer l'étoile 5 autour de son appui 11. Selon le sens du basculement, l'un des deux pistons 9 pénètre dans l'une des tuyères d'éjection 8 et la ferme plus ou moins. La figure 3 est une vue en plan représentant une étoile 5 comprenant trois branches pour la commande d'un projectile muni de trois tuyères d'éjection, et la figure 4 est une vue en plan représentant une étoile comprenant qua- tre tranches disposées en forme de croix pour la commande d'un projectile muni de quatre tuyères d'éjection. Comme les tuyères d'éjection sont disposées à proximité de l'ogive du projectile, de préférence à une distance d'environ 20mm, il en résulte que le générateur de gaz chaud ainsi que le système magnétique doivent se trou- ver sur un côté vu à partir des tuyères d'éjection. Cela signifie que l'on obtient, soit ur. raccordement direct des tuyères d'éjecticr. avec le système de commande magnétique avec gaz chaud parvenant aux tuyères en traversant le sys- tème magnétique, soit un raccorcement direct du générateur de gaz chaud avec les tuyères d'éjection et une traversée, c'est-a-dire ur.e trar.smissi-cn mécanique des signaux de com- mande du système magnétique passant à travers le générateur de gaz chaud ou passant à côté de celui-ci. Dans le dernier mode de réalisation, tel qu'il est réalisé schématiquement dans l'exemple de la figure 1, on obtient la plus grande force transversale possible, c'est-à-dire la meilleure exploitation pcssible du proper- gol embarqué dans le générateur de gaz chaud, par l'angle d'incidence du projectile. Si, par exemple, le projectile roule autour de son axe longitudinal et si l'on veut, par exemple en cas de commande totale, souffler la plus grande quantité pcssible de propergol br lant constamment pour la poussée dans le sens transversal spatial désiré, le rende- ment du propergol est, en plus, d'autant meilleur qu'un plus grand nombre de tuyères se trouve le long de la péri- phérie du projectile, à chaque fois l'une des tuyères, à savoir celle qui se situe dans le sens spatial désiré, étant activée, c'est-à-dire recevant le gaz chaud. Ii est particulièrement avantageux de prévoir trois tuyères au niveau de i'ogive du projectile et de loger les trois électro-aimants correspondant en plein calibre, c'est-à-dire là o il y a la plus grande place disponible. Les trois tuyères ont alors une efficacité mcyenne d'environ 85 % de la charge propulsive embarquée qui agit en plus de la poussée dans une direction spatiale définie. L'étoile de commande selon l'invention est un organe de liaison entre l'organe de réglage qui est consti- tué par les tuyères d'éjection et les éléments d'obturation correspondants et l'organe de commande qui, dans le cas le plus simple, est constitué par plusieurs systèmes magnéti- ques doubles avec fixation en position médiane au moyen d'un ressort. L'étoile sert à la commande du vol des pro- jecziles (ou autres missiles) par l'intermédiaire de plu- sieurs tuyères d'éjection, une éjection constante de gaz chaud éetar.t effectuée par la totalité des tuyères à la position de repos des pistons, c'est-à-dire à leur position médiane de même qu'à leurs positions finales (et aux posi- tions intermédiaires); cela signifie une configuration sans problème du générateur de gaz chaud sans régulation supplé- mentaire de la pression. Les organes de commande eux-mêmes sont largement soulagés dans leur énergie d'actionnement par la pression qui est à chaque fois exercée par le générateur de gaz chaud sur les éléments d'obturation opposés. La zone de la pression admissible du générateur de gaz, qui oscille avec la température extérieure, s'en trouve ainsi augmentée; un débit de gaz chaud constant est garanti malgré différents temps de manoeuvre, par exemple pour la commutation des aimants intéressés. On peut pratiquement utiliser tous les modes d'excitation des organes de commande, par exemple un actionnement continu, un fonctionnement en deux points ou en trois points, une modulation en longueur d'impulsion et un chevauchement rationnel des signaux sur les organes de commande. L'essentiel en pareil cas est que la position et le déplacement des organes de réglage dans le sens axial soer.nt exclusivement ou principaiement définis par le déplacement et la position de l'étoile de commande et non pas par la position et le déplacement des différents orga- nes de commande. En raison du rendement en gaz chaud d'en- viron 85%, l'exemple de réalisation avec une étoile de commande à trois branches et un projectile à trois tuyères d'éjection s'est révélé optimal. Sans l'emploi de l'étoile de commande selon l'invention, un projectile guidé à trois tuyères d'éjection utilise également environ 85 % du gaz chaud, mais ne présente pas les avantages ci-dessus men- ticnnrr.és. Un projectile à quatre tuyères d'éjection et une étoile de commande à quatre branches n'utilise qu'environ 70 % du gaz chaud, tandis que par contre un projectile à quatre tuyères d'éjection, mais sans étoile de commande n'u-ilise cu'er.vircn 93 %, mais sans les avantages de l'étoile de ccmmande et, avec un organe de commande, plus cue la solution avec étoile à trois branches. Dans ce qui suit on va établir une comparaison du rendement maximal du gaz chaud = rendement de poussée, qui peut être obtenu d'une part avec un projectile à trois tuyères d'éjection et une étoile de commande à trois bran- ches et, d'autre part, avec un projectile à quatre tuyères d'éjection et étoile de commande à quatre branches (selon les figures 3 et 4). Pour l'exemple de réalisation illustré à la figu- re 3, on obtient le rendement maximal en poussée dans une direction spatiale de 85 % lorsque seulement l'une des trois tuyères d'éjection 8, 28, 38 est ouverte et que les deux autres sont fermées. On obtient un rendement en pQus- sée de 43 %O lorsque les tuyères d'éjection 8 et 28 ou 28 et 38 ou 38 et 8 sont ouvertes en meme temps et que la tuyère d'éjection restant est fermée. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figu- re 4, on obtient un rendement en poussée maximale dans une direction spatiale de 70 % lorsque les tuyères d'éjection 8 et 28, ou 38 et 48 ou 28 et 48 ou 28 et 8 sont ouvertes et que les tuyères restant sont fermées. PR-VENDITCATIONS 1. Projectile guidé comprenant un générateur de gaz chaud dont le gaz traverse un certain nombre de tuyères d'éjection régulièrement réparties le long de la périphérie et s'étendant sensibiement perpendiculairement à l'axe lon- gitudinal du projectile, le débit de gaz à travers les dif- férentes tuyères pouvant être réglé au moyen d'un disposi- tif de commande, caractérisé par le fait que le dispositif de commande comporte une étoile (5) qui est munie d'un nombre de branches correspondant au nombre de tuyères (8), qu'à chacun.e des tranches est associé un organe de réglage, qce la tuyère correspondante peut être complètement ou par- tellement fermée et cu'à chacue branche est associé un organe de commande. 2. Projectile guidé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de réglage est un pis- ton (9) qui est déplaçable dans le sens axial et disposé parallèlement à la paroi extérieure du projectile. 2. Projectile guidé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'organe de réglage est une bille (4). 4. Projectile guidé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de commande est un électro-aimant (6) comportant une tige de traction qui agit sur l'étoile de commande (5) et qui s'engage dans l'électro- aimant. 5. Projectile guidé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de commande est un électro-aimant (6) comprenant une plaque d'armature (2) sur laquelle est fixé un fil métallique (3} dont l'autre extré- mité agit sur une branche de l'étoile (5). 6. Projectile guidé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'étcile (5) s'étend perpendiculairement à l'axe longitudi- nal du projectile. 7. Projectile guidé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'étoile (5) comporte deux branches. 8. Projectile guidé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'étoile (5) comporte trois branches. 9. Projectile guidé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que i'étcile (5) comporte plus de trois branches. 10. Projectile guidé selon l'une quelconque des revencdicaticr.s précédentes, caractérisé par le fait que l'étoile (5) est montée en son milieu sur un appui pointu (W1). 11. Projectile guidé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'étoile (5) est montée en son milieu sur une demi-sphère cu une sphère complète.