Brevet FR2679326A1 — publié le 19930122

La présente Invention concerne une coiffe de fusée programmable par induction pour un projectile balistique par exemple, du type en forme d'ogive et constitué d'un matériau isolant avec des moyens de protection notamment contre les champs électromagnétiques et électrostatiques extérieurs susceptibles de perturber le fonctionnement de circuits électriques et électroniques logés à l'intérieur de la coiffe et destinés à mettre en oeuvre des fonctions internes à la fusée. Il est connu depuis le 19ème siècle de monter des fusées sur des obus d'artillerie pour commander leur mise à feu à partir de conditions définies par l'utilisateur. Les premières fusées dites à temps permettent de faire exploser les obus pendant leur vol pour leur conférer un pouvoir plus vulnérant que lors d'une explosion au contact du sol.Les mèches à combustion lente et les dispositifs horlogers sont maintenant remplacés par des circuits électriques et électroniques capables de définir l'instant de l'explosion d'une manière plus précise à partir d'une programmation plus souple, et de remplir des fonctions de commande et de contrôle supplémentaires pour tenir compte des conditions de tir, de la trajectoire de l'obus, D'une manière générale, la coiffe de la fusée doit être capable de supporter les contraintes mécaniques et thermiques au moment du tir et pendant le vol selon des spécifications techniques bien précises.Si des coiffes en un matériau plastique isolant sont capables de satisfaire de telles spécifications, leur utilisation pose des problèmes dans le cas où les fonctions de la fusée sont mises en oeuvre par des circuits électriques et électroniques qui, par nature, sont notamment sensibles aux effets électrostatiques et aux rayonnements d'origine électromagnétique, en particulier les composants actifs de technologie unipolaire. Pour soustraire la fusée à ces influences néfastes, il est courant de recourir soit à des coiffes métalliques, soit à des boîtiers métalliques qui renferment les circuits électroniques de la fusée. Ces protections métalliques sont électriquement reliées à la masse de l'obus afin qu'aucune différence de potentiel ne puisse prendre naissance entre les différents points de la structure de l'ensemble. Ces solutions sont dans 1 t ensemble satisfaisantes pour tous les types de fusée qui font appel à des modes de programmation par contact. En effet, avant de monter la fusée sur l'obus et de procéder au tir de celui-ci, il faut programmer la fusée, c'est-à-dire, entrer les paramètres dans les différents circuits de la fusée et effectuer des contrôles pour que ces circuits mettent ensuite en oeuvre les fonctions de la fusée selon le programme de tir envisagé, ce programme n'étant pas forcément le même d'un tir à l'autre. Une programmation par contact implique des liaisons matérielles entre les circuits de la fusée et un pupitre de commande extérieur ou pupitre de programmation. Cependant, une fusée peut être aussi programmée par induction, ce qui permet de supprimer les liaisons matérielles entre le pupitre de programmation et les circuits de la fusée. Il en résulte une remise en cause des protections métalliques de la fusée telles qu'envisagées précédemment, car il est bien évident que la présence d'une coiffe ou d'un boîtier métallique n'est plus compatible avec une transmission bidirectionnelle d'informations par voie magnétoélectrique entre le pupitre et la fusée. Pour résoudre ce problème de protection dans le cas d'une fusée programmée par induction, certaines solutions consistent, comme dans le cas des transformateurs industriels à écran, à disposer un blindage fendu autour de la bobine qui forme l'interface d'entrée-sortie et de l'ensemble des circuits de la fusée, mais elles n'ont pas donné les résultats attendus en particulier dans le spectre de fréquences de 100 KHz, notamment uti lisé pour réaliser les opérations de programmation et de contrôle. En outre, la nécessité de positionner le blindage, autant que possible parallèlement aux lignes de forces du champ magnétique intervient aussi de manière défavorable vis-à-vis du volume disponible à l'intérieur de la fusée. Dans le document US-A-3 971 024, la coiffe de la fusée en une matière thermoplastique est protégée par un écran métallique qui est emmanché à force sur la coiffe. Cet écran présente un capuchon en forme d'ogive et une bague, qui sont reliés l'un à l'autre par deux bras étroits situés en vis-à-vis. La bague est connectée à la masse de l'obus, et les deux bras délimitent deux ouvertures ou fenêtres dans l'écran par lesquelles une antenne située à l'intérieur de la fusée peut rayonner. I1 est à noter que l'écran ne recouvre pratiquement pas la partie centrale de la coiffe pour permettre à l'antenne de rayonner, et il en résulte une protection moins efficace contre les champs électromagnétiques extérieurs. Enfin, ce document indique que la solution d'un écran rapporté sur la coiffe est plus satisfaisante qu'un revêtement formant écran déposé sur la face externe de la fusée. D'une manière générale, l'invention ne concerne pas une fusée du type de celle décrite dans le document précité, puisque les circuits logés à l'intérieur de la coiffe sont destinés à mettre en oeuvre des fonctions internes sans communication avec l'extérieur une fois que le projectile est lancé. Le but de l'invention est d'assurer une protection efficace des circuits logés à l'intérieur d'une fusée programmée par induction pour un projectile balistique par exemple, au moyen d'un écran métallique qui permette cependant les opérations de programmation de la fusée avant le tir, c'est-à-dire qui autorise le passage du champ magnétoélectrique d'induction. A cet effet, l'invention propose une coiffe du type précité qui est caractérisée en ce que les moyens de protection sont constitués par un revêtement conducteur déposé sur une face de la coiffe et séparé globalement en au moins deux parties par au moins deux fentes longitudinales curvilignes isolantes s'étendant chacune suivant une génératrice de la coiffe, ces deux parties étant réunies entre elles par au moins une zone conductrice et reliées à la masse du projectile. D'une manière générale, le revêtement conducteur forme un blindage discontinu du fait de la présence des fentes, et on admet que l'efficacité de ce blindage par rapport à celle d'un blindage continu est proportionnelle au rapport entre la somme des aires du blindage et l'aire totale de la coiffe. Ainsi, une efficacité de l'ordre de 0,80 à 0,95 est suffisante non seulement pour se protéger des champs électromagnétiques puissants, mais pour permettre également la programmation par induction dans des gammes de fréquences de 100 kHz. Concrètement et à titre d'exemple, pour vingt fentes de 0,5 mm de large sur 80 mm de long réparties sur une coiffe de 8.000 mm2, on a une efficacité de 0,9 fois celle d'un blindage continu. Selon un mode de réalisation de l'invention, le revêtement conducteur est séparé en au moins deux parties par une ligne de séparation isolante formant un motif graphique connu sous le nom de "grèque" composé de plusieurs fentes longitudinales curvilignes réunies par des fentes latérales curvilignes. Selon une autre caractéristique de l'invention, la ligne de séparation isolante est interrompue en au moins un endroit formant la zone conductrice précitée pour relier électriquement les deux parties du revêtement conducteur. Selon un second mode de réalisation de l'invention, le revêtement conducteur est séparé en plu sieurs parties par plusieurs lignes de séparation isolantes indépendantes, curvilignes et s'étendant chacune suivant une génératrice de la coiffe. D'une manière générale, le revêtement conducteur peut être réalisé en un matériau présentant une forte résistivité, tel qu'un alliage nickel-chrome, ou en un métal ferromagnétique tel que le fer qui présente en courant continu et dans le domaine des basses fréquences une faible résistance, mais une résistance apparente élevée en haute fréquence, ou en une couche composite d'un métal non conducteur et non magnétique et d'un métal, voire d'une céramique, ferromagnétique. D'une manière avantageuse, le revêtement conducteur a une épaisseur aussi faible que possible et peut être protégé par une couche en matière isolante ayant un bon pouvoir d'adhérence, tel qu'une résine époxy ou une matière plastique thermodurcissable. Ainsi, avec un tel revêtement conducteur, il est possible de programmer par induction la fusée et de soustraire l'ensemble de ses fonctions internes aux effets des champs électriques d'origine naturelle, mais aussi des champs électromagnétiques intenses comme ceux générés par certains émetteurs de télécommunication, les radars et les équipements de contre-mesures (brouilleurs) et cela, sans perte de place vis-à-vis du volume initialement disponible à l'intérieur de la fusée. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la Description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques d'une fusée programmable par induction, - et les figures 3 et 4 sont des vues schématiques de deux fusées programmables par induction avec des coiffes conformes à l'invention suivant deux modes de réalisation, respectivement. Une fusée 1 programmable par induction telle que représentée à la figure 1 comprend une coiffe 2 en un matériau isolant dans laquelle est notamment logé un ensemble 3 de circuits électriques et électroniques propres à mettre en oeuvre des fonctions internes de commande et de contrôle de la fusée. Cet ensemble 3 de circuits est relié par un bus de liaison 4a à une bobine 4 formant une interface d'entrée/sortie pour dialoguer avec un pupitre central (non représenté) dans la phase de programmation par induction de la fusée 1 qui précède la phase de tir. La coiffe 2 est en forme d'ogive, et la bobine 4 est généralement située à la partie supérieure de la fusée 1. Une liaison mécanique 5 par filetage permet le montage de la fusée 1 sur le corps de l'obus (non représenté) au niveau d'un alésage fileté dénommé "oeil". D'une manière plus générale, comme cela est représenté à la figure 2, la coiffe 2 de la fusée 1 présente à sa base une partie annulaire métallique 2b, c'est-à-dire au niveau de sa liaison métallique 5 avec le corps de l'obus. Le plus souvent, le volume délimité par cette partie métallique 2b renferme par exemple un dispositif de sécurité d'armement, une source d'énergie et éventuellement l'ensemble 3 des circuits, sachant que la partie de la coiffe adjacente à la bobine 4 de la fusée doit être en matériau isolant.La délimitation entre la partie isolante 2a et la partie métallique 2b doit correspondre à une distance telle que si d est le diamètre moyen de l'enroulement de la bobine 4 et h la distance entre le plan médian de l'enroulement de la bobine 4 et la limite de la partie métallique 2b, h ne soit pas inférieure à d/2. Cette valeur est donnée à titre indicatif sous réserve que, selon chaque réalisation particulière, les impératifs concernant le coefficient de couplage requis entre les deux bobines se trouvent effectivement respectés. Le coefficient de couplage prescrit est généralement de l'ordre de 0,216. Selon un premier mode de réalisation de l'invention tel que représenté à la figure 3, la coiffe 2 de la fusée est en forme d'ogive et constitué en un matériau isolant sur lequel on dépose un revêtement conducteur. La surface de ce revêtement est divisée en au moins deux parties îOa et lOb par des fentes formant des lignes de séparation isolantes 10. Dans ce premier mode de réalisation, l'ensemble des lignes de séparation 10 forme un motif graphique connu sous le nom de "greque" avec des fentes longitudinales curvilignes 11 s'étendant suivant les génératrices de la coiffe 2 et des fentes latérales curvilignes 12 pour relier sélectivement les lignes 11. Globalement, les deux parties îOa et lOb forment respectivement deux peignes imbriqués l'un dans l'autre, chaque dent d'un peigne ayant globalement la forme d'un trapèze isocèle curviligne. De manière à assurer une continuité électrique entre les deux parties îOa et lOb du revêtement conducteur, une des fentes est coupée en 13, par exemple au niveau d'une ligne latérale 12. Le revêtement conducteur est relié à la masse du projectile par tout moyen approprié, par exemple une vis externe schématisée en 15 qui pénètre à l'intérieur de la coiffe et dont la tête prend appui sur la partie lOb du revêtement conducteur au niveau de la zone de séparation entre les parties isolante 2a et métallisée 2b de la coiffe 2. Dans ce mode de réalisation, les fentes longitudinales 11 ne s'étendent pas jusqu'à l'extrémité du nez 2c de l'ogive qui est incluse dans la partie lOb du revêtement. Cependant, dans le cas où, pour des raisons d'intégration, la bobine 4 de la fusée est située dans une zone proche du nez 2c de l'ogive et distante de celui-ci d'une longueur inférieure à /2, le revêtement conducteur au niveau du nez 2c peut engendrer des effets perturbateurs en raison des courants induits qui peuvent s'y développer. Pour pallier cet inconvénient, il est envisagé une variante décrite ci-après. Selon un second mode de réalisation tel que représenté à la figure 4, l'ensemble des fentes de séparation 10 est constitué par des fentes longitudinales curvilignes 20 indépendantes s'étendant suivant des génératrices de la coiffe 2. De cette manière, il est possible de réduire la surface du revêtement conducteur au niveau du nez 2c de la fusée par de telles fentes 20 qui se prolongent plus en avant vers l'extrémité de la fusée. Dans ce cas, ces fentes 20 partagent globalement le revêtement en plusieurs parties 10a, lOb, lot,... ayant chacune sensiblement la forme d'un triangle isocèle. Les différentes parties lova, lOb, lot,... du revêtement conducteur telles que définies précédemment sont réunies entre elles à leurs deux extrémités. Comme pour le mode de réalisation précédent, le revêtement est relié à la masse du projectile. En variante de ce second mode de réalisation de la figure 4, les fentes 20 peuvent se rencontrer au niveau du nez 2c de la coiffe 2, et les parties lOa, lOb, lot,... du revêtement conducteur telles que définies précédemment sont alors réunies entre elles au niveau d'une seule de leurs extrémités. La couche conductrice peut être réalisée à partir d'une métallisation obtenue par plaquage d'une pièce rapportée ou collée, par métallisation galvanique, par métallisation sous vide ou par tout autre procédé. La découpe du motif qui divise le revêtement conducteur peut être obtenue par découpage mécanique, découpe chimique, découpe au laser ou par tout autre pro cédé, mais aussi par réalisation d'un motif correspondant en relief et arasage mécanique après métallisation. Le revêtement conducteur peut aussi être réalisé par dépôt à la surface externe de la fusée d'une couche conductrice colloldale qui est découpée, comme indiquée précédemment ou avantageusement directement obtenue sous sa forme définitive par report sérigraphique. Cette couche conductrice colloldale devra être de nature compatible avec le substrat isolant utilisé pour la réalisation de la coiffe, et en particulier être élaborée par séchage ou cuisson à une température compatible. I1 est toutefois possible de mettre en oeuvre certains composés organométalliques qui libèrent le métal qui précipite à l'échelle atomique à des températures comprises entre 300 et 850 C, sans que le substrat ne soit lui-même capable de supporter de telles températures dans la mesure où l'on réalise l'opération de cuisson par microondes dans une gamme de fréquences judicieusement déterminée en fonction des dimensions du revêtement conducteur. La protection vis-à-vis des champs électromagnétiques dans le spectre des ondes hertziennes est très satisfaisant, sauf dans le spectre de fréquences limité correspondant à la résonance propre du revêtement conducteur. Dans ce cas, il peut apparaître des ventres de tension d'autant plus importants que la puissance excitatrice est élevée et que le coefficient de surtension du revêtement en résonance est fort. Ainsi, pour pallier cette insuffisance, le revêtement conducteur peut être avantageusement constitué en un matériau ayant une forte résistivité, comme par exemple des alliages nickelchrome ou des composés organométalliques à base d'oxydes de ruthénium, d'indium, de thallium éventuellement mélangés avec de l'oxyde pallantique et du palladium-argent, ou d'autres matériaux comme ceux mis en oeuvre pour la réalisation des résistances sur les circuits hybrides. Avec une telle disposition, il est possible d'obtenir un écoulement très satisfaisant des charges électrostatiques, donc une égalisation relativement rapide des potentiels à la surface de l'obus. Néanmoins, en haute fréquence (de l'ordre du GHz), la résistivité du matériau constituant le revêtement conducteur est encore augmentée par suite de l'effet de peau (effet Kelvin), ce qui empêche l'apparition d'une surtension imputable à une mise en résonance du revêtement par ce rayonnement haute fréquence. Les composants des circuits internes de la fusée se trouvent donc protégés vis-à-vis d'une telle surtension. D'une manière générale, on choisira la résistivité du matériau constituant le revêtement conducteur en fonction de la sensibilité des circuits de la fusée vis-à-vis des décharges électrostatiques. Plus les circuits sont sensibles à de telles décharges, plus la résistivité du matériau choisi devra être faible. Un résultat équivalent peut être obtenu en réalisant le revêtement conducteur à partir d'un métal présentant en courant continu et dans le domaine des basses fréquences une résistivité faible, qui assure donc un bon écoulement des charges électrostatiques, alors que dans les hautes fréquences, sa résistivité apparente est élevée par suite de l'effet Kelvin. De tels matériaux sont du type ferromagnétique, tel que le fer par exemple. En effet, en raison même des faibles dimensions des éléments de la protection mise en oeuvre, les effets de résonance visés ne peuvent apparaître que pour des fréquences très élevées correspondant à des longueurs d'ondes pour lesquelles les éléments sont susceptibles de rentrer en résonance en S/2 ou B/4. A ces fréquences, les métaux de perméabilité élevée se présentent comme de très mauvais conducteurs, ce qui interdit des effets de surtensions critiques. De même, un résultat semblable pourra être obtenu à partir d'un matériau constitué d'une couche d'un métal bon conducteur et non magnétique, qui est disposé sur une couche d'un métal (voire d'une céramique) ferromagnétique. La couche de métal bon conducteur assurera le bon écoulement des charges électrostatiques et la couche de matériau ferromagnétique assurera la protection des circuits internes de la fusée vis-à-vis des résonances en haute fréquence. La juxtaposition des deux couches permettra en outre de renforcer l'effet de protection en haute fréquence. En effet, le champ électromagnétique haute fréquence provoquera une migration des charges électriques du matériau bon conducteur à la périphérie de ce dernier, une telle migration ayant pour effet d'accentuer l'effet Kelvin au sein du matériau ferromagnétique et donc d'augmenter le niveau de protection. On notera qu'un tel effet est indépendant du positionnement relatif des couches de matériaux du côté interne ou bien externe de la coiffe de la fusée. Avantageusement, pour des questions de coût, le revêtement conducteur est déposé sur une épaisseur aussi faible que possible, sans nuire pour autant aux fonctions qu'il doit remplir. Etant donné que ce revêtement est mécaniquement vulnérable, notamment lors des manipulations précédant le tir, voire aux effets résultant du tir proprement dit, il peut être avantageusement recouvert d'une couche protectrice en un matériau isolant doué d'une bonne adhérence sur la coiffe métallisée. Cette couche déposée sur une épaisseur qui est fonction des caractéristiques mécaniques propres du matériau, peut être réalisée par exemple en une résine époxy ou en une matière plastique thermodurcissable. Dans l'exemple considéré ici, le revêtement conducteur est relié électriquement à la partie métal lique 2b de la coiffe 2 par la tête de la vis 15 située à l'intersection entre le revêtement et la partie 2b. Une telle solution est avantageuse dans le cas où la partie 2b de la coiffe est en aluminium anodisé par exemple, matériau qui est isolant. En présence d'une partie 2b conductrice, le simple recouvrement par le revêtement conducteur suffit à assurer la liaison électrique avec cette partie 2b. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment, mais elle inclut tous les moyens techniques équivalents des moyens décrits sans sortir du cadre de l'invention. En outre, la coiffe selon l'invention peut être montée sur tout engin autopropulsé équipé de circuits électroniques à protéger contre les effets des champs électrostatiques et électromagnétiques. REVENDICATIONS 1. Coiffe de fusée programmable par induction pour un projectile balistique par exemple, du type en forme d'ogive et constitué d'un matériau isolant avec des moyens de protection notamment contre les champs électromagnétiques et électrostatiques extérieurs susceptibles de perturber le fonctionnement de circuits électriques et électroniques logés à l'intérieur de la coiffe et destinés à mettre en oeuvre des fonctions internes à la fusée, caractérisée en ce que les moyens de protection sont constitués par un revêtement conducteur déposé sur une face de la coiffe (2) et séparé globalement en au moins deux parties (lova, lOb) par au moins deux fentes longitudinales curvilignes isolantes (11, 20) s'étendant suivant les génératrices de la coiffe, ces deux parties (lova, lOb) étant réunies entre elles par au moins une zone conductrice et reliées à la masse du projectile. 2. Coiffe de fusée programmable par induction selon la Revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement conducteur est séparé en au moins deux parties (lOa, lOb) par une ligne de séparation isolante (10) formant un motif graphique connu sous le nom de "grèque" composé de plusieurs fentes longitudinales curvilignes (11) s'étendant suivant les génératrices de la coiffe (2) et de plusieurs lignes curvilignes latérales (12). 3. Coiffe de fusée programmable selon la Revendication 2, caractérisée en ce que la ligne de séparation isolante (10) est interrompue en au moins un endroit (13) formant la zone conductrice précitée. 4. Coiffe de fusée programmable selon la Revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement conducteur est séparé par plusieurs lignes de séparation isolantes indépendantes (20) s'étendant suivant des génératrices de la coiffe (2). 5. Coiffe de fusée programmable selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisée en ce que le revêtement conducteur présente une forte résistivité. 6. Coiffe de fusée programmable selon la Revendication 5, caractérisée en ce que le revêtement conducteur est un alliage nickel-chrome. 7. Coiffe de fusée programmable selon l'une quelconque des Revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le revêtement conducteur est ferromagnétique. 8. Coiffe de fusée programmable par induction l'une quelconque des Revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le revêtement conducteur est constitué d'une couche composite d'un métal bon conducteur et non magnétique et d'une couche d'un métal, voire d'une céramique, ferromagnétique. 9. Coiffe de fusée programmable par induction selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisée en ce que le revêtement conducteur est protégé extérieurement par une couche en un matériau isolant. 10. Fusée programmable par induction, en particulier pour projectile balistique, caractérisée en ce qu'elle comprend une coiffe telle que définie par l'une quelconque des Revendications précédentes.