Brevet FR2642516A1 — publié le 19900803

Mécanisme de direction pour projectiles La présente invention concerne un mécanisme de direction pour projectiles, comportant des ailettes de direction réglables par rapport à une position neutre. On connaît de tels mécanismes de direction sous la forme d'ailettes de direction réglables, par exemple par le brevet allemand 28 18 593 ou le brevet allemand 10 027, sous la forme d'empennages arrière pouvant être rabattus sur le fuselage d'un missile. En particulier, l'invention concerne des mécanismes de direction de ce type pour des projectiles sousmarins rapides télécommandés ou autoguidés, ou pour des missiles à sous-munitions. T'invention se base sur le fait que le coût d'appareillage nécessaire pour réaliser de tels mécanismes de direction peuvent certes être réduits lorsqu'on prévoit pour l'organe de réglage destiné à régler la position de l'ailette de direction correspondante, au lieu d'un mode de fonctionnement analogique, un mode de fonctionnement discontinu (en particulier, dans un fonctionnement à trois positions avec un positionnement de l'ailette de direction entre deux angles d'inclinaison possibles discrets), mais qu'il faut alors un algorithme de réglage compliqué et une complexité de circuits correspondante pour la réalisation du traitement des informations dans les installations de réglage et de commande, afin d'éviter les instabilités liées à la technique de réglage et à la dynamique du mouvement du fait qu'on ne peut plus alors compenser l'effet de vitesses d'écoulement élevées par une variation continue correspondante de l'angle d'inclinaison des ailettes. Compte tenu de ces données, l'invention a pour objet de réaliser un mécanisme de direction à appareillage simple, mais également efficace sur un domaine de vitesses d'écoulement élevé, pour les cas d'application esquissés précédemment. 2 2642516 Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, on prévoit des transmetteurs de limitation pour des angles de réglage pouvant être pris de façon discontinue en fonction de la vitesse d'écoulement. Selon cette solution, on peut utiliser des organes de réglage de structure simple, car pouvant être pivotés selon un mode & trois positions, dont les courses de réglage (et, par suite, l'angle d'inclinaison des ailettes sont limitées à des valeurs maximales différentes selon les données de fonctionnement (c'est-à-dire la vitesse d'écoulement). Au début du temps de mission, en présence de vitesses encore très élevées, l'activation individuelle de l'organe de réglage ne produit qu'un angle d'inclinaison très faible, ce qui évite des surrégulations dues à la dynamique des fluides ou la nécessité de réactions très rapides du circuit de réglage. Cela permet de maintenir à une faible valeur la frequence-limite du circuit de réglage, ce que permet la réalisation de structures de circuit de réglage plus simples (donc plus économiques et d'un fonctionnement plus sûr) avec des algorithmes de fonctionnement concis. On peut prévoir une variation continue de la limitation de l'angle d'inclinaison en fonction de la vitesse d'écoulement mesurée ou du déroulement dans le temps de la mission du projectile. Cependant, il est plus simple du point de vue de l'appareillage et suffisant pour le fonctionnement prévu, pour le fonctionnement de l'organe de guidage, donc pour le pivotement de l'ailette de direction, de prévoir des paires de butées d'orientations différentes, qui sont mises hors d'action successivement, par exemple, de sorte qu'en fonction du déroulement de la mission, le pilotage de l'organe de réglage entraîne des angles d'inclinaison différents. D'autres variantes, perfectionnements, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre 3 2642516 d'exemples de réalisation esquisses- en se limitant à l'essentiel sur le dessin annexé dont: La figure 1 est une vue latérale d'un projectile à mécanisme de direction à ailettes situées à l'arrière. La figure 2 représente, à échelle agrandie, un exemple de principe pour le mécanisme d'action sur l'angle de réglage a limitation par butées, dans le cas d'une gouverne de direction. La figure 3 représente des diagrammes de temps et de vitesse d'une variation permanente et non- permanente de la limitation par butée. Un projectile 11, par exemple un missile sous- marin ou un missile sous-munitions éjecté d'un vecteur, comporte un mécanisme de direction 12 pour poursuivre un objet-cible. On prévoit pour cela une télécommande, ou bien un mécanisme d'autoguidage comportant un capteur 13, par exemple, réalisé sous la forme d'un détecteur à montage fixe ou d'une tête chercheuse de poursuite. Le capteur 13 fournit des informations 14 sur l'écart de la cible à un appareil de commande 15 préprogramme pour obtenir des grandeurs de réglage 16 pour le réglage des ailettes de direction 17, pour communiquer au projectile 11 des couples autour de son axe fixe par rapport au corps, donc agir sur l'orientation spatiale de son axe longitudinal 18 et éventuellement aussi sur son état cinématique autour de cet axe. Pour simplifier la représentation, on prévoit sur la figure 2 qu'un organe de réglage 19, par exemple un dispositif d'actionnement électromécanique ou fluidique, soit articulé par l'intermédiaire d'une tige d'accouplement radiale 20, à un arbre de réglage 21 qui est lui-même relié rigidement aux ailettes 17 d'un plan de section diamétral du projectile 11. Le pilotage de l'organe de réglage 19 par une grandeur de réglage 16 provoque donc une rotation de l'arbre de réglage 21 et, corrélativement, une inclinaison de l'ailette 17 de 4 2642516 l'angle d'inclinaison d par rapport à l'axe longitudinal 18 du projectile. On obtient une réalisation particulièrement simple, du point de vue de l'appareillage, de l'organe de réglage 19 lorsque son fonctionnement est discontinu et est dans ce cas, en particulier un fonctionnement à trois positions; ainsi, sans application de grandeur de réglage, l'ailette 17 reste dans la position neutre (angle d'inclinaison d = O) (ce qui est également provoqué par un effet aérodynamique en raison de la dissymétrie de la position de l'arbre de réglage 21 sur l'ailette 17 ou, en tout cas, peut être facilité par cette dissymétrie), tandis que l'appareil de commande est conçu pour ne délivrer qu'une seule grandeur de réglage 16 en ce qui concerne le module, avec l'un des deux signes possibles, pour provoquer l'angle d'inclinaison positif ou négatif maximum défini par des butées 26. L'intensité de la manoeuvre de cap peut alors (en fonction de la vitesse instantanée v par rapport à l'écoulement) être influencée par variation des intervalles de temps au cours duquel chaque grandeur de réglage 16 est délivrée, et donc l'angle d'inclinaison maximum dmax reste maintenu avant le retour dans la position neutre d = O. Malgré le grand avantage, du point de vue de l'appareillage, d'un tel fonctionnement à deux positions (ou à trois positions) de l'organe de réglage d'inclinaison 19, cette inclinaison discontinue a cependant des inconvénients du point de vue du fonctionnement. En effet, du fait qu'il n'est pas possible de faire varier en continu l'angle d'inclinaison d d'une faible valeur, une butée 26 déterminée fixement pour l'inclinaison de l'ailette 17 peut cependant, selon la vitesse v par rapport à l'écoulement environnant, avoir de très grands effets sur les caractéristiques cinématiques instantanées du projectile 11, le pilotage de l'organe de réglage 19 doit avoir lieu suivant un mode pulsé rapide (du genre d'une modulation d'impulsions en durée>, pour éviter , 2642516 des surrégulations et des instabilités de parcours qui en résultent. Cela implique un coût technique élevé pour le traitement rapide des informations à l'intérieur de l'appareil de commande 15 et la réalisation de circuits de réglage à réponse rapide, mais à concevoir pour des modes de fonctionnement stables malgré le fonctionnement discontinu, donc un algorithme de réglage compliqué du point de vue de la technique des circuits et donc coûteux pour le pilotage de l'organe de réglage 19- & partir de l'appareil de commande 15. Pour ne pas annuler l'avantage de l'organe de réglage 19 simple parce qu'à fonctionnement discontinu par cet inconvénient, on prévoit à présent, tout en conservant le mode de fonctionnement à deux positions ou à trois positions de l'organe de réglage 19, de modifier son trajet de réglage,. donc l'angle d'inclinaison dmax en fonction de la vitesse v par rapport à l'écoulement environnant, c'est-à-dire de maintenir cette dernière faible pour une vitesse v élevée et d'autoriser un angle d'inclinaison dmax plus important au cours de l'écoulement du temps t de la mission, après la diminution de la vitesse initiale. Pour cela, on prévoit un transmetteur de limitation 22 qui peut être commuté (en continu comme on l'a représenté en tirets sur la figure 3 ou en discontinu) en fonction de la vitesse d'écoulement instantanée v par un capteur de vitesse 23 ou encore simplement en fonction du passage du temps t de la mission à partir d'un organe temporisateur 24 (éventuellement avec traitement central des informations dans l'appareil de commande 15, comme on l'a indiqué sur la figure 2), pour agir sur un limiteur de position 25 dans le mécanisme d'actionnement entre l'organe de réglage 19 et l'arbre de réglage 21. Le pilotage de l'organe de réglage 19 est donc mis en oeuvre d'une façon aussi simple qu'on puisse l'imaginer, en supprimant la grandeur de réglage 16 (de sorte que l'ailette 17 passe dans la position neutre 6 2642516 avec l'angle d'inclinaison d = O) ou bien en attaquant l'organe de réglage 19 par l'un ou l'autre signe, Jusqu'à ce que la butée 26 respective (si nécessaire, jouant également le rôle d'interrupteur fin de course pour déclencher d'autres processus de commande) devienne active dans la position de blocage d'. Pour les butées 26 du limiteur de position 25, on peut prévoir des capteurs de position dans la zone de déplacement de l'organe de couplage entre l'organe de réglage 19 et l'arbre de réglage 21, des capteurs de position prévus selon l'angle d'inclinaison maximum dmax dans différentes positions de blocage d' étant activés ou interroges par le transmetteur de limitation 22. Il est plus simple du point de vue de la construction de prévoir, comme indiqué sur la figure 2, deux butées mécaniques variables 26 sur le trajet de déplacement de la tige de couplage 20 entre l'organe de réglage 19 et l'arbre de réglage 21 pour réaliser le limiteur de position 25. Pour cela, des butées mobiles 26 peuvent être réalisées sur une broche 27 avec des moitiés filetees en sens contraires, butées qui peuvent être amenées par un transmetteur de limitation rotatif 22, dans des positions de blocage discrètes ou variables en continu pour l'angle d'inclinaison positif ou négatif dmax. Du fait qu'en pratique, seule une diminution de vitesse du projectile 11, donc une augmentation de l'angle d'inclinaison maximum dmax, est d'un intérêt pratique au cours du temps de mission t, il suffit de prévoir, selon la représentation en trait plein de la figure 3 pour l'instant initial t, auquel la vitesse d'écoulement est encore très importante, des positions de blocage -d'l... +d'l séparées par de faibles intervalles angulaires, qui sont inactivées à l'instant de commutation t2, par exemple par des moyens électromécaniques ou au moyen d'un élément dynamique pyrotechnique synchronisé à partir du trajet de déplacement de butée de la tige de couplage 20, de sorte qu'ensuite l'angle d'inclinaison dmax plus important entre deux butées 26 plus largement écartées 7 2642516 reste actif selon les positions de blocage -d'2... +d'2. Cela garantit qu'au cours de la phase de parcours critique, correspondant & une vitesse d'écoulement v élevée, seules de faibles déviations des ailettes 17 sont possibles et, par suite, des instabilités aérodynamiques ou du circuit de réglage en raison d'un angle d'inclinaison dmax trop important restent empêchées à coup sûr, tandis que, lorsqu'on revient à des vitesses v plus faibles, après un temps de mission t plus long, on est certain d'effets aérodynamiques suffisants de l'inclinaison des ailettes de direction, l'angle d'inclinaison dmax devenant alors beaucoup plus important pour des grandeurs de réglage identiques. 8& 2642516 Revendications 1. Mécanisme de direction (12) pour projectiles (11) comportant des ailettes de direction (17) réglables par rapport à une position neutre, caractérisé en ce qu'il comporte des transmetteurs de limitation (22) réglables en fonction de la vitesse d'écoulement (v) pour des angles d'inclinaison (dmax) pouvant être pris de façon discontinue. 2. Mécanisme de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transmetteur de limitation (22) est réglable en fonction du temps de mission (t). 3. Mécanisme de direction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le transmetteur de limitation (22) est réglable de façon discontinue. 4. Mécanisme de direction selon la revendication 3, caractérisé en ce que le transmetteur de limitation (22) peut être commuté entre un angle d'inclinaison (dmax) très faible au début de la période de mission (t) et un angle d'inclinaison (dmax) important pendant le temps de mission (t) subséquent. 5. Mécanisme de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transmetteur de limitation (22) comporte un limiteur de position (25) dans le domaine de déplacement de l'organe de couplage entre l'organe de réglage (19) et l'arbre de réglage (21) de l'ailette de direction (17). 6. Mécanisme de direction selon la revendication , caractérise en ce que le limiteur de position (25) comporte des butées (26) pour le mouvement de rotation de l'arbre de réglage (21). 7. Mécanisme de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce que les butées (26) peuvent être amenées dans diverses positions de blocage (d'). 8. Mécanisme de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce que les butées (26) sont prévues dans différentes positions de blocage (d') et peuvent être activées sélectivement. 9 2642516 9. Mécanisme de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu un organe de réglage d'inclinaison (19) pouvant être piloté par modulation d'impulsions en durée.