Brevet FR2674619A1 — publié le 19921002

Dispositif de déplacement d'une ailette d'un Projectile. La présente invention concerne des perfection- nements apportés aux dispositifs permettant de déplacer une ailette d'un projectile, comportant: des moyens à ressort pour déplacer l'ailette entre une position non fonctionnelle dans laquelle elle est repliée le long du projectile et une position fonctionnelle dans laquelle elle est déployée dans une position de référence, et des moyens de motorisation électrique pour faire tourner l'ailette autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à la paroi du projectile, entre deux valeurs limites de part et d'autre de ladite position de référence, pour diriger le projectile. Un dispositif du genre visé par l'invention s'applique notamment à la commande des ailettes d'un obus à guidage terminal; un obus de ce type est équipé, par exemple, de quatre ailettes maintenues repliées contre le corps de l'obus par un fourreau, chaque ai- lette étant pourvue de son propre dispositif d'action- nement dont le ressort a été armé lors du repliage de l'ailette Une fois l'obus tiré et en fin de parcours de celui-ci alors qu'il approche de sa cible, le fourreau est éjecté par exemple par des moyens pyrotechniques, ce qui libère les ailettes qui sont alors déployées sous l'action de leurs ressorts respectifs Une électronique de commande, logée dans l'obus, assure ensuite une orientation appropriée des ailettes pour diriger l'obus sur sa cible. Compte tenu de l'environnement dans lequel il doit être monté et il doit fonctionner, le dispositif d'actionnement des ailettes doit pouvoir supporter sans défaillance des conditions très sévères. En effet, le dispositif d'actionnement des ailettes doit rester dans un état de fonctionnement fiable au bout du temps de stockage normalement prévu pour l'obus, soit par exemple dix à quinze ans De plus, les moyens mis en oeuvre doivent impérativement présenter un poids et un encombrement aussi réduits que possible car le volume disponible au sein de l'obus est très faible Enfin les éléments utilisés doivent être réalisés et assemblés de manière à supporter sans dommage les contraintes mécaniques très élevées engendrées par l'accélération considérable générée lors du départ de l'obus (accélération axiale et choc radial de plusieurs milliers de g). Un dispositif du type visé par l'invention est, dans sa conception générale, déjà connu de par la demande de brevet FR-2 623 898. Toutefois, les solutions technologiques qui sont mises en jeu dans ce dispositif connu ne répondent pas aux exigences de la pratique militaire Notamment, l'emploi d'un moteur à courant continu à collecteur n'est pas satisfaisant pour de nombreuses raisons: durant la période de stockage de l'obus, la surface du collecteur en cuivre risque de s'oxyder et de provoquer un fonctionnement défectueux, voire une défaillance, du moteur lorsque l'obus est enfin tiré; le collecteur est, en lui-même, lourd et encombrant et il est nécessaire d'avoir recours à des balais de contact qui accroissent aussi le poids du moteur; le contact glissant balais/collecteur est sujet à dé- faillances et est générateur de parasites qui risquent de perturber le fonctionnement correct de l'électro- nique embarquée au voisinage. De plus, le moteur électrique à courant continu à collecteur possède une vitesse de rotation élevée et il est nécessaire de lui adjoindre un réducteur de vitesse à engrenages Un tel réducteur est coûteux, lourd et encombrant. En outre, dans ce document antérieur, il est proposé d'utiliser le même moteur électrique pour actionner l'ailette au cours de la phase de déploiement (alors que le couple nécessaire est élevé) et pour orienter angulairement l'ailette afin de diriger l'obus (alors que le couple nécessaire est beaucoup plus faible) Il en résulte que le moteur électrique doit être dimensionné pour les conditions de travail les plus difficiles, ce qui conduit à un moteur encombrant et lourd, surdimensionné pour le travail qui lui incombe lors de l'orientation angulaire de l'ailette. Le document précité mentionne certes la possibi- lité d'un recours à un moteur purement mécanique, à ressort, pour le déploiement de l'ailette Toutefois aucune solution technologique précise n'est proposée à ce sujet, alors qu'une difficulté réside dans la dualité des moyens moteurs agissant sur l'ailette: le ressort, utile pour le déploiement de l'ailette et qui reste en place une fois achevée sa fonction, ne doit pas perturber ultérieurement les oscillations rotatives de l'ailettes communiquées par le moteur électrique pour le contrôle de la trajectoire de l'obus. Enfin, les engrenages du réducteur de vitesse de rotation interposé entre le moteur électrique et l'ai- lette doivent présenter un minimum de jeu pour l'obten- tion d'un fonctionnement précis Or, la présence de ces jeux perturbe la commande de l'ailette; en particulier certains modes de commande nécessitent que le moteur imprime à l'ailette des oscillations rapides de très faible amplitude, lesquelles sont "étouffées" par les jeux du réducteur de vitesse. D'une façon générale, l'agencement du dispositif décrit dans le document considéré ne satisfait pas aux exigences impératives de compacité et de faible poids requis pour l'application envisagée. L'invention a essentiellement pour but de propo- ser un dispositif d'actionnement d'ailette qui obvie aux inconvénients ci-dessus exposés et qui, ce faisant, donne mieux satisfaction aux diverses exigences de la pratique. A ces fins, un dispositif d'actionnement d'ailette du type mentionné au préambule se caractérise essentiellement, étant agencé conformément à l'invention, en ce que les moyens de motorisation électrique comprennent un moteur électrique sans collecteur dont le rotor est accouplé directement à l'ailette, en ce que les moyens à ressort comprennent un ressort spiral dont les extrémités sont solidarisées, exté- rieurement, à la paroi d'un carter entourant le dis- positif et, intérieurement, au rotor du moteur élec- trique, ledit ressort étant disposé en bout du rotor et approximativement coaxialement à celui-ci, et en ce que les moyens d'accouplement mécanique entre l'extrémité intérieure du ressort et le rotor sont tels que le ressort bandé soit en mesure d'entraîner le rotor en rotation pour provoquer le déplacement de l'ailette entre sa position non fonctionnelle repliée et sa position fonctionnelle dépliée et que, une fois l'ailette dans sa position fonctionnelle de référence, le rotor soit libre, vis à vis du ressort, d'imprimer les déplacements angulaires souhaités à l'ailette. Avantageusement, dans une réalisation pratique, l'invention se caractérise: en ce que le rotor possède un arbre de sortie pour son accouplement à l'ailette, en ce que le ressort spiral est enroulé autour de l'arbre du rotor, en ce que cet arbre possède une fente diamétrale de réception de l'extrémité intérieure du ressort spiral; et en ce que les deux parois en regard définissant cette fente diamétrale présentent chacune deux pentes con- vergeant, sensiblement en leur milieu, en direction de l'autre paroi à la manière d'un convergent-divergent, l'angle d'inclinaison mutuel des parois opposées cor- respondant approximativement au débattement angulaire prévu pour l'ailette. On assure ainsi de façon simple l'indépendance fonctionnelle de l'arbre du moteur électrique, et donc de l'ailette, vis-à-vis du ressort après déploiement de l'ailette. De préférence, le rotor du moteur est supporté en rotation par des paliers lisses de grand diamètre situés aux deux extrémités dudit rotor; de tels paliers de grand diamètre entraînent une diminution de la pression de contact sous charge. La commande en rotation de l'ailette déployée fait appel à des moyens détecteurs de la position angulaire de cette ailette ou, autrement dit, du rotor du moteur, qui sont de préférence du type électromagné- tique sans contact situés en juxtaposition au moteur du côté de celui-ci opposé au ressort spiral et qui com- prennent un rotor de détecteur calé sur l'arbre du moteur Pour éviter les influences magnétiques des aimants du rotor sur les moyens détecteurs de position, il est souhaitable que le rotor du moteur comporte, du côté des moyens détecteurs de position, une paroi radiale apte à former un blindage magnétique isolant magnétiquement les moyens détecteurs de position vis-à-vis du moteur électrique. Le dispositif d'actionnement d'ailette est entièrement contenu dans un carter fermé La partie du carter entourant les moyens détecteurs de position est constituée en un matériau amagnétique La partie du carter qui entoure le stator du moteur et le ressort est constituée en un matériau thermiquement bon conducteur et formant radiateur pour le refroidissement du moteur; la chaleur dégagée par le stator du moteur électrique est donc évacuée, par le radiateur constitué par cette partie du carter, à l'opposé des moyens détecteurs de position dont le fonctionnement ne risque ainsi pas d'être perturbé par la chaleur dégagée par le moteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisa- tion préféré donné uniquement à titre d'exemple non limitatif Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue de côté, avec demivue supérieure en coupe diamétrale et demi-vue inférieure extérieure, d'un dispositif d'actionnement d'ailette agencé selon l'invention; la figure 2 est une vue de bout en coupe selon la ligne II- II de la figure 1, montrant l'agencement d'une extrémité (extrémité avant) du dispositif; et la figure 3 est une vue en bout (carter enle- vé), selon la flèche III-III de la figure 1, de l'autre extrémité (extrémité arrière) du dispositif. Comme visible tout particulièrement à la figure 1, le dispositif d'actionnement d'ailette conforme à l'invention comprend essentiellement un moteur électrique 1, disposé en position centrale, encadré d'un côté (côté avant) par un moteur mécanique 2 à ressort et du côté opposé (côté arrière) par un détecteur de position angulaire 3 L'ensemble est enfermé dans un carter désigné dans son ensemble par la référence 4. Le moteur électrique 1 est un moteur sans col- lecteur, dont le rotor 5 comprend des aimants permanents 6 (par exemple quatre aimants écartés angulairement mu- tuellement de 90 '), solidarisés à un arbre 7 et mainte- nus par une frette annulaire périphérique 8 Vers l'avant, les aimants 6 sont en appui contre une butée discoldale 9 solidaire de l'arbre 7 Vers l'arrière, les aimants sont bloqués par une bague annulaire 10 emmanchée sur l'arbre 7 et constituée en un matériau amagnétique supportant un blindage magnétique 10 a (par exemple en F e N 50) isolant le détecteur de position angulaire 3 vis-à-vis du moteur. L'arbre 7 est avantageusement constitué en al- liage léger et dimensionné pour ne pas subir de déforma- tions (torsion ou flexion). Pour diminuer les pressions de contact sous charge lors du départ de l'obus, le rotor 5 est monté sur des paliers lisses de grand diamètre 11, situés de part et d'autre du moteur et constitués en un matériau à très faible coefficient de frottement (bronze, matériau synthétique) et ne provoquant pas d'effet galvanique avec les matériaux des pièces avoisinantes Les deux paliers 11 sont supportés par le carter 4 et coopèrent avec les faces de chants (parallèles à l'arbre 7) de la butée discoidale 9, vers l'avant, et de la bague annulaire 10, vers l'arrière. Les deux paliers 11 assurent également la retenue axiale du rotor 5. Le stator 12 du moteur, supporté par le carter 4, comprend un bobinage torique 13 à quatre pôles enroulé autour d'un noyau 14. Le moteur électrique 1 a donc son rotor calé directement sur l'arbre 7 d'entraînement de l'ailette (non représentée), l'extrémité avant 15 de cet arbre étant agencée (forme en fourche) pour être accouplée à l'ailette Toute rotation angulaire du rotor, aussi faible soit-elle, est ainsi intégralement transmise à l'ailette et il est possible d'assurer une commande très fine de l'ailette une fois celle-ci déployée, pour le guidage terminal de l'obus On n'a pas représenté sur le dessin l'électronique de commande et d'asservissement, qui est raccordée notamment au moteur 1 et au détecteur de position angulaire 2, et qui est située extérieure- ment au dispositif d'actionnement. A l'avant du moteur électrique 1 est disposé le moteur mécanique 2 destiné au déploiement de l'ailette. Comme représenté aux figures 1 et 2, ce moteur mécanique 2 est constitué par un ressort spiral 16 enroulé autour de l'arbre 7, avec son extrémité intérieure liée à l'arbre 7 et son extrémité extérieure liée au carter 4 formant point fixe. Pour recevoir l'extrémité du ressort 16, l'arbre 7 présente une fente diamétrale 17 évasée de part et d'autre de sa zone centrale; autrement dit, les deux parois en regard définissant cette fente diamétrale 17 présentent chacune deux pentes convergeant, sensiblement en leur milieu, en direction de l'autre paroi à la ma- nière d'un convergent-divergent Ces deux parois forment entre elles un angle d'environ 45 à 60 ' L'extrémité intérieure 18 du ressort 16 est repliée sur elle-même de manière que le ressort contourne l'arbre 7 par l'exté- rieur, puis pénètre dans la fente diamétrale 17 en s'étendant approximativement selon la bissectrice 19 de l'angle formé par les parois, lorsque le ressort n'est pas tendu On constate que, grâce à cet agencement, l'arbre 7 dispose d'une relative liberté de mouvement en rotation par rapport au ressort 16, l'amplitude angulai- re de cette liberté étant fonction de l'inclinaison mutuelle des parois définissant la fente diamétrale 17. Par ailleurs, l'accouplement mécanique en rotation du ressort à l'arbre, lorsque le ressort est bandé, est assuré par ces mêmes moyens. A son extrémité extérieure, le ressort 16 est accouplé au carter 4 par tous moyens appropriés Par exemple, comme visible à la figure 1, le carter 4 possède un capot frontal 20, amovible pour la mise en place du ressort sur l'extrémité de l'arbre Ce capot , qui peut être positionné angulairement avec précision sur le carter 4 grâce à un ou deux doigts saillants 21 logés dans un ou deux évidements 22 du carter, présente un pion 23 parallèle à l'arbre 7 tandis que l'extrémité extérieure du ressort présente une ondulation 24 s'engageant autour du pion 23 pour assurer le blocage du ressort sur le capot 20, et donc sur le carter 4. Le ressort 16 est constitué en un matériau résistant à l'oxydation et apte à conserver ses capacités élastiques au cours d'une période de stockage prolongée ( 10 à 15 ans) à l'état bandé. La partie 25 du carter qui entoure le moteur électrique 1 et le moteur mécanique 2, ainsi qu'éven- tuellement le capot frontal 20 sont constitués en un matériau thermiquement bon conducteur et servent de dissipateur thermique ou radiateur pour évacuer la chaleur dégagée par le bobinage du stator La chaleur est ainsi évacuée vers l'avant du dispositif, à l'opposé du détecteur de position angulaire qui ne subit pas d'influence thermique défavorable à son fonctionnement correct. Enfin, le détecteur 3 de position angulaire de l'arbre 7, et donc de l'ailette, est disposé à l'arrière du moteur électrique 1 Il est du type sans contact, par exemple à transformateur rotatif différentiel variable avec calage du zéro (type dit RVDT) Comme visible aux figures 1 et 3, il comprend un rotor de détecteur 26 calé sur l'arbre 7, avec deux secteurs évasés diamétra- lement opposés, et un stator de détecteur 27 comportant quatre pôles statoriques 28 mutuellement espacés de 90 et un bobinage statorique 29. Comme déjà précisé plus haut, le détecteur 3 est isolé magnétiquement du moteur 1 par le blindage magnétique 10 a En outre, la partie arrière 30 du carter 4 est constituée en un matériau amagnétique et supporte un écran de blindage magnétique 30 a qui limite le rayonnement électromagnétique du détecteur vers l'extérieur. Le dispositif d'actionnement d'ailette conforme à l'invention présente une très grande fiabilité, supérieure à celle du dispositif antérieur, grâce au recours à un moteur électrique sans balais, en prise directe avec l'ailette (absence de contacts frottants, absence de réducteur, plus grande finesse de commande angulaire de l'ailette) Ce dispositif présente un gain de masse important par rapport au dispositif antérieur, notamment en raison de l'utilisation d'alliages légers rendue ici possible L'élimination des organes fragiles permet au dispositif de subir sans dommage les efforts élevés développés au moment du départ de l'obus. 0 o L'accouplement particulier entre l'arbre et le ressort, ainsi que la mise en prise directe du moteur électrique avec l'arbre conduisent à un élargissement de la bande passante permettant des débattements de faible amplitude de l'ailette et entraînent des performances dynamiques15 élevées Enfin, le coût du dispositif est réduit par rapport au coût du dispositif antérieur. Comme il va de soi et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réa-20 lisation qui ont été plus particulièrement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 1 1 REVENDICATIONS 1 Dispositif de déplacement d'une ailette d'un projectile, comportant: des moyens à ressort ( 2) pour déplacer l'ailette entre une position non fonctionnelle dans laquelle elle est repliée le long du projectile et une position fonctionnelle dans laquelle elle est déployée dans une position de référence, des moyens de motorisation électrique ( 1) pour faire tourner l'ailette autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à la paroi du projectile, entre deux valeurs limites de part et d'autre de ladite position de référence, pour diriger le projectile, caractérisé: en ce que les moyens de motorisation électrique ( 1) comprennent un moteur électrique sans collecteur dont le rotor ( 5) est accouplé directement à l'ailette, en ce que les moyens à ressort ( 2) comprennent un ressort spiral ( 16) dont les extrémités sont solida- risées, extérieurement, à la paroi d'un carter ( 4) entourant le dispositif et, intérieurement, au rotor ( 5) du moteur électrique, ledit ressort étant disposé en bout du rotor et approximativement coaxialement à celui-ci, et en ce que les moyens d'accouplement mécanique ( 2) entre l'extrémité intérieure du ressort ( 16) et le rotor ( 5) sont tels que le ressort bandé soit en mesure d'entraîner le rotor en rotation pour provoquer le déplacement de l'ailette entre sa position non fonctionnelle repliée et sa position fonctionnelle dépliée et que, une fois l'ailette dans sa position fonctionnelle de référence, le rotor soit libre, vis à vis du ressort, d'imprimer les déplacements angulaires souhaités à l'ailette. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor ( 5) possède un arbre de sortie ( 7) pour son accouplement à l'ailette, en ce que le ressort spiral ( 16) est enroulé autour de l'arbre ( 7) du rotor, en ce que cet arbre ( 7) possède une fente diamétrale ( 17) de réception de l'extrémité intérieure ( 18) du ressort spiral; et en ce que les deux parois en regard définissant cette fente diamétrale présentent chacune deux pentes convergeant, sensiblement en leur milieu, en direction de l'autre paroi à la manière d'un convergent-divergent, l'angle d'inclinaison mutuel des parois opposées correspondant approximativement au débattement angulaire prévu pour l'ailette. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rotor ( 5) du moteur est supporté en rotation par des paliers lisses ( 14) de grand diamètre situés aux deux extrémités dudit rotor. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant en outre des moyens ( 3) détecteurs de la position angulaire du rotor du moteur, caractérisé en ce que lesdits moyens détecteurs ( 3) sont du type électromagnétique sans contact situés en juxtaposition au moteur du côté de celui-ci opposé au ressort spiral et sont munis d'un rotor ( 26) calé sur l'arbre ( 7) du moteur. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le rotor du moteur comporte, du côté des moyens détecteurs de position ( 3), un blindage magnétique ( 10 a) isolant magnétiquement les moyens détecteurs de position vis-à-vis du moteur électrique. 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5, comportant un carter ( 4), caractérisé en ce que la partie ( 30) du carter entourant les moyens détecteurs de position comporte un blindage magnétique ( 30 a) pour limiter le rayonnement électromagnétique vers l'extérieur. 7 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, comportant un carter ( 4), caractérisé en ce que la partie ( 25) du carter entourant le stator du moteur et le ressort est constituée en un matériau thermiquement bon conducteur et formant radiateur pour le refroidissement du moteur à l'opposé des moyens détecteurs de position.