Brevet FR2713330A1 — publié le 19950609

- L'inv-ention se rapporte à des dispositifs de commande de vol pour des objets volants, en particulier des fusées, des missiles et équivalents, et plus particulièrement à un dispositif qui applique aux ailerons dont est pourvu cet appareil l'orientation souhaitée à chaque moment du vol. Les fusées, missiles et objets volants équivalents (appelés par la suite simplement fusées par souci de simplicité, bien que cela ne constitue en rien une limitation de la portée et des applications possibles de l'invention) sont pourvus de plusieurs ailerons disposés de manière symétrique et dont l'inclinaison par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'objet volant peut être modifiée pendant le vol de façon à le commander en fonction d'un plan de vol prédéterminé. Lesdits ailerons sont habituellement rétractés avant le lancement de la fusée et prennent une position sortie, à l'extérieur du corps de la fusée, lorsque celle-ci quitte l'aire de lancement. En vol, les ailerons restent orientés au voisinage d'un plan perpendiculaire à l'axe de la fusée. Ils ne sont toutefois pas fixés rigidement et leur inclinaison par rapport à ce plan peut être modifiée pendant le vol afin de réaliser le plan de vol prédéterminé. Un appareil de commande de vol programmé détermine quelle doit être l'inclinaison des ailerons à chaque instant et envoie dans ce but un signal à des moyens d'actionnement qui commandent l'orientation des ailerons. Plusieurs ailerons, quatre ou plus, sont généralement disposés de manière symétrique autour de la périphérie de la fusée et au niveau ou à proximité de la base de la fusée et ils sont actionnés afin de prendre l'inclinaison souhaitée par un mécanisme cinématique centralisé. - Les mécanismes existants destinés à commander l'inclinaison des ailerons ne sont satisfaisants pour plusieurs raisons, en particulier du fait qu'ils sont extrêmement compliqués et prennent beaucoup plus d'espace que ce qui est souhaité, considérant le fait qu'ils doivent être logés à l'intérieur de la fusée, o l'économie d'espace est une considération primordiale. Par ailleurs, leur grande complication crée la possibilité de dysfonctionnements ou même de pannes. C'est un but de cette invention que d'éliminer ces inconvénients, et plus spécialement de procurer un dispositif de commande de vol applicable à un objet volant, tel qu'une fusée, comportant des moyens destinés à appliquer aux ailerons l'inclinaison souhaitée à un moment quelconque du vol, qui est simple, peu encombrant et d'un faible coût. C'est un autre but de cette invention que de procurer un dispositif qui est efficace et exempt des risques de pannes ou de dysfonctionnements. C'est un autre but de l'invention que de procurer un dispositif qui se compose d'un minimum de parties constitutives. C'est encore un autre but de cette invention que de procurer un dispositif qui est économique et facile à assembler et faire fonctionner. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description. Le dispositif de commande de vol selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison avec une fusée, au moins un aileron monté de façon pivotante sur un pivot et porté par une base faisant corps avec la fusée, et, associé au dit aileron: un arbre principal supporté de façon rotative dans ladite base; un -cadre librement pivotant sur un axe coaxial audit arbre principal; ledit pivot étant porté par ledit cadre et s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire au dit arbre principal; des moyens de guidage actionnés par ledit arbre principal; un moteur supporté par ladite base; des moyens cinématiques reliant ledit moteur au dit arbre principal de façon à actionner celui-ci en rotation lorsque le moteur est actionné; un suiveur porté par ledit aileron et engageant lesdits moyens de guidage, afin de faire pivoter ledit aileron autour dudit pivot lorsque lesdits moyens de guidage sont actionnés par ledit moteur; ledit cadre pouvant pivoter par rapport à ladite base depuis une position inactive, dans laquelle ledit aileron est sensiblement rétracté dans une surface entourant ladite fusée, jusqu'à une position active, dans laquelle ledit aileron s'étend à l'extérieur de ladite surface; et des moyens destinés à amener ledit cadre à prendre ladite position active en l'absence de contraintes externes. Le dispositif de commande de vol complet est commandé par un système de commande électronique. Le système de commande détermine en permanence la position angulaire du moteur et de son arbre et par conséquent de l'aileron, ainsi que les moments o le moteur doit être activé ou désactivé. Ces systèmes de commande sont bien connus dans l'état de la technique et n'ont par conséquent pas besoin d'être décrits ici. Plusieurs dispositifs tels que décrits ci- dessus (quatre par exemple) sont prévus d'une manière générale afin d'actionner plusieurs ailerons disposés de -manière -symétrique autour de la périphérie de la fusée. En outre, le dispositif de commande de vol selon l'invention présente de préférence une ou plusieurs des caractéristiques préférées suivantes: - le cadre pivote sur l'arbre principal; - la surface entourant la fusée est une surface cylindrique, et de préférence une surface cylindrique circulaire, tangente à ladite partie de périphérie de base et coaxiale à la fusée (le terme " cylindrique ", tel qu'utilisé ici, ne se rapporte pas nécessairement à un cylindre circulaire mais est également applicable à une surface quelconque qui peut être générée par une ligne se déplaçant parallèlement à elle même); - le cadre comporte des éléments latéraux qui définissent entre eux un espace intérieur, au moins un desdits éléments latéraux ayant une ouverture; les moyens de guidage sont des moyens à came; de préférence, il s'agit de moyens à came rotative, clavetés sur l'arbre principal; et de préférence encore, lesdits moyens à came comportent un corps de came rotatif essentiellement cylindrique claveté sur l'arbre principal et ayant une rainure de came de forme déterminée; - le dispositif selon l'invention comporte de manière additionnelle des moyens destinés à mesurer le déplacement angulaire de l'aileron, de préférence par l'intermédiaire du déplacement angulaire des moyens à came, lorsque ceux-ci sont prévus, par rapport à une position de référence, ces moyens étant de préférence des moyens à potentiomètre coaxiaux à l'arbre principal; - la liaison cinématique entre le moteur et l'arbre principal comprend un accouplement pignon-roue dentée, l'e pignon étant de préférence claveté sur l'arbre du moteur et positionné dans l'espace intérieur du cadre et la roue dentée étant clavetée sur l'arbre principal; - l'arbre du moteur s'étend dans l'espace intérieur du cadre, et ladite ouverture dans un desdits éléments latéraux du cadre comporte de préférence une partie courbe à travers laquelle s'étend l'arbre du moteur pendant le pivotement du cadre de sa position inactive vers sa position active; - le plan perpendiculaire à l'arbre principal dans lequel s'étend ledit pivot porté par ledit cadre passe par l'axe de la fusée; - ledit pivot est monté de façon amovible dans le cadre; - le suiveur porté par l'aileron est une saillie, de préférence en forme de doigt, engageant la rainure de came; - les moyens destinés à amener le cadre à prendre sa position active en l'absence de contraintes externes sont des moyens élastiques, et comportent de préférence des ressorts reliés à la fusée et au cadre dans une relation de position telle que la force de rappel élastique produit un moment autour de l'arbre principal qui tend à faire tourner le cadre de sa position inactive vers sa position active (ce qui signifie que les deux vecteurs représentant ledit moment et ladite rotation ont le même sens et le même signe); - les contraintes mentionnées ci-dessus sont essentiellement constituées par le tube de l'aire de lancement dans lequel est logée la fusée avant d'être lancée, qui n'est pas différent des tubes d'aire de lancement connus dans l'état de la technique et couramment utilisés pour lancer des fusées. -Sur-les dessins: La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif selon une forme de réalisation de l'invention; La figure 2 est une vue partiellement en coupe, avec le moteur enlevé, du même dispositif à l'état assemblé, vu depuis un plan parallèle à l'axe de la fusée, l'aileron étant représenté dans sa position sortie; La figure 3 est une vue similaire à la figure 2, mais depuis le côté opposé, montrant l'aileron dans sa position rétractée, partiellement arrachée; La figure 4 est une vue en coupe de la figure 2 dans le plan IV-IV de la figure 2, en regardant dans le sens des flèches; La figure 5 est une vue en coupe de la figure 2 dans le plan V-V, en regardant dans le sens des flèches; La figure 6 est une vue en coupe de la figure 3, dans un plan passant par l'arbre principal et l'arbre du moteur (plan VI-VI), en regardant dans le sens des flèches, l'aileron étant omis afin de simplifier le dessin; et La figure 7 est une vue partiellement en coupe similaire à celle de la figure 2, mais montrant schématiquement un aileron replié dans la position rétractée et la partie adjacente d'un tube de lancement le retenant dans ladite position. Si l'on se réfère aux dessins, une forme de réalisation du dispositif comprend les éléments représentés sur la figure 1. A l'exception de la base, seuls les éléments coopérant avec un aileron sont illustrés et décrits, mais il est évident qu'en fait plusieurs ailerons sont répartis sur la périphérie de la-fusée et-que des éléments identiques sont associés à chacun. La référence 10 désigne la base qui est fixée au corps de fusée et est généralement commune à tous les ailerons et les dispositifs de commande associés. Dans cette forme de réalisation, ladite base, qui est fixée au corps de fusée d'une manière appropriée quelconque, par exemple au moyen de vis engageant des ouvertures taraudées 10' à la périphérie de la base 10, comprend des moyens destinés à supporter quatre ailerons et les mécanismes destinés à les actionner, comme cela sera décrit plus tard. Pour chaque aileron, il est prévu deux cloisons 11 et 12. La cloison 11 est pourvue d'un siège 18 dans lequel est monté un manchon 14 qui supporte le moteur 13 comme cela est plus particulièrement représenté sur les figures 4 et 6. Le manchon 14 possède un alésage à travers lequel passe un pignon 16 claveté sur l'arbre du moteur 13. De la même manière, la cloison 12 possède un siège 21 (figure 6) sur lequel est monté un manchon 15 supportant un potentiomètre 22. Comme cela peut se voir sur les figures 5 et 6, ledit manchon 15 possède un alésage à travers lequel passe l'arbre principal 23. L'arbre 23 est l'arbre principal du dispositif complet et aucun autre palier n'est nécessaire. Un cadre 25 est logé entre les cloisons 11 et 12. Dans la forme de réalisation décrite, le cadre 25 comporte deux plaques latérales 26 et 27 qui définissent un espace intérieur 28. Le cadre 25 pivote sur le manchon 15. La plaque latérale 26 est pourvue d'une ouverture 30, qui est sous la forme d'un quart de cercle avec son centre sur l'axe autour duquel tourne le cadre 25 de telle sorte que le cadre 25 peut tourner sans interférer avec l'arbre du moteur, et est suffisamment large pour que le pignon 16 passe à travers. L'arbre principal 23 porte un corps-de came 32 qui est un cylindre claveté sur l'arbre et ayant une rainure de came 34. Au-delà du corps de came 32, l'arbre principal 23 porte une roue dentée 17 qui est en prise avec le pignon 16. Le cadre 25 possède également des alésages 40 et 41 dans lesquels est supporté un axe 42. Un aileron 43 a sa partie principale 44 qui se trouve à l'extérieur de l'espace intérieur 28 du cadre 25 et une partie suiveuse 45 qui se trouve dans ledit espace. La partie 45 est séparée de la partie 44 par un espace 47 qui, lorsque le dispositif est monté, reçoit une plaque d'extrémité 48 du cadre 25. La partie suiveuse 45 porte un doigt suiveur 50 qui s'engage dans la rainure de came 34. L'axe 42 pénètre dans un alésage d'une patte 46 de l'aileron 43 et supporte ledit axe dans une relation pivotante par rapport au cadre 25, comme cela se voit mieux sur la figure 2. Un ressort 51, attaché en un point fixe 52 de la fusée, indiqué simplement schématiquement sur la figure 1, pousse constamment le cadre 25 vers la position active de la figure 2 et par conséquent l'aileron 43 vers sa position sortie dans laquelle il dépasse à l'extérieur de la fusée, en passant à travers une fente 54 dans la paroi cylindrique 55 de la fusée (voir la figure 7). Toutefois, lorsque la fusée est montée sur l'aire de lancement, le tube 53 de ladite aire force l'aileron à rester proche de la position totalement rétractée de la figure 3, c'est-à-dire que la pointe de l'aileron pénètre dans la fente 54 mais est retenue par le tube 53 comme cela est représenté en 56 sur la figure 7. Le cadre 25 reste par conséquent dans une position inactive proche de la position représentée sur la figure 3 o le ressort 51 est tendu. Ladite position inactive peut être définie en disant que l'aileron est sensiblement rétracté dans une surface entourant la fusée. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Lorsque la fusée est dans l'aire de lancement, le cadre 25 est dans la position inactive de la figure 7, et l'aileron 43 dans une position rétractée proche de la position représentée sur la figure 3. Aussitôt que la fusée quitte l'aire de lancement et sort du tube 53, le ressort 51 pousse le cadre 25 à basculer vers sa position active de la figure 2, et par conséquent l'aileron 43 à basculer à travers la fente 54 vers sa position sortie également représentée sur la figure 2. Jusqu'à ce point, le moteur 13 n'a pas été activé et l'aileron 43 peut être dans n'importe quelle position angulaire de départ autour de l'axe 42. Rien ne s'oppose par conséquent au pivotement libre du cadre 25 et de l'aileron 43, pendant lequel l'arbre du moteur 13 peut avoir pivoté librement ou bien la roue dentée 17 a tourné dans un mouvement planétaire autour du pignon 16. Le système de commande active alors le moteur, déterminant une position angulaire de départ de l'aileron 43 autour de l'axe 42, ladite position dépendant du point o le doigt suiveur 50 engage la rainure de came 34, qui dépend à son tour de la position angulaire de l'arbre du moteur 13. A cette position correspond un angle initial ou de référence prédéterminé de l'axe de l'aileron 43 par rapport à un plan passant par l'axe de la fusée (et perpendiculaire à celui-ci) et par l'axe géométrique de l'axe 42. Le moteur 13 reste activé pendant le vol. Tant que l'inclinaison des ailerons est correcte, le moteur avec son arbre reste bloqué dans sa position angulaire. Lorsque, au vu du plan de vol et de l'information délivrée par le potentiomètre, comme cela est expliqué ci-après, il est nécessaire de modifier l'inclinaison de l'aileron, le moteur 13 actionne le pignon 16 afin qu'il tourne, et ceci à son tour fait tourner la roue dentée 17, l'arbre principal 23 et le corps de came 33. La rainure de came 34 glisse par conséquent sur le doigt suiveur 50 et l'amène à être déplacé. La trajectoire dudit déplacement du doigt suiveur 50 est dans la réalité un arc de cercle centré sur l'axe géométrique de l'axe 42, mais du fait qu'il est relativement petit, cet arc de cercle est très proche d'une ligne droite parallèle à l'arbre principal 23. Le déplacement du doigt suiveur 50 amène l'aileron 43 à pivoter sur un petit angle autour de l'axe 42 et à changer d'inclinaison par rapport au plan de référence mentionné ci-dessus. Le potentiomètre 22 ne tourne pas avec l'arbre principal 23 et mesure l'angle sur lequel ledit arbre a été entraîné en rotation et par conséquent le déplacement angulaire de l'aileron 43. L'information délivrée par le potentiomètre est communiquée à la commande électronique du dispositif et celle-ci actionne le moteur 13 afin d'appliquer à l'aileron l'inclinaison qui est exigée par le programme de vol. Lorsque la position angulaire souhaitée a été atteinte, le moteur 13 est arrêté et bloqué, avec l'aileron, dans ladite position angulaire. Le moteur 13, lorsqu'il est commandé par le système de commande, détermine en permanence la position angulaire de l'arbre du moteur et l'inclinaison des ailerons. Il est à noter que le moteur peut être activé afin d'ajuster l'inclinaison de l'aileron, par exemple dans le but de vérifier le fonctionnement du dispositif, même si la fusée est encore dans l'aire de lancement et que les ailerons sont dans la position rétractée. Ceci est un avantage additionnel de l'invention. On vient de voir que le dispositif de l'invention est extrêmement simple, économise de l'espace et -est insensible aux pannes ou aux dysfonctionnements. Il constitue par conséquent un progrès considérable par rapport aux dispositifs de l'état de la technique.5 Bien qu'une forme de réalisation de l'invention ait été décrite à titre d'illustration, de nombreuses modifications, variations et adaptations peuvent être apportées par les gens du métier sans sortir de l'esprit de l'invention et de sa portée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de vol, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison avec un objet volant, en particulier une fusée, au moins un aileron (43) monté de façon pivotante sur un pivot (42) et porté par une base (10) faisant corps avec la fusée, et, associé au dit aileron (43): un arbre principal (23) supporté de façon rotative dans ladite base (10); un cadre (25) librement pivotant sur un axe coaxial audit arbre principal (23); ledit pivot (42) étant porté par ledit cadre (25) et s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire au dit arbre principal (23); des moyens de guidage (32, 34) actionnés par ledit arbre principal (23); un moteur (13) supporté par ladite base (10); des moyens cinématiques (16, 17) reliant ledit moteur (13) au dit arbre principal (23) de façon à actionner celui-ci en rotation lorsque le moteur (13) est actionné; un suiveur (50) porté par ledit aileron (43) et engageant lesdits moyens de guidage (32, 34), afin de faire pivoter ledit aileron (43) autour dudit pivot (42) lorsque lesdits moyens de guidage (32, 34) sont actionnés par ledit moteur (13); ledit cadre (25) pouvant pivoter par rapport à ladite base (10) depuis une position inactive, dans laquelle ledit aileron (43) est sensiblement rétracté dans une surface entourant ladite fusée, jusqu'à une position active, dans laquelle ledit aileron (43) s'étend à l'extérieur de ladite surface; et des moyens (51) destinés à amener ledit cadre (25) à prendre ladite position active en l'absence de contraintes externes. 2. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs ailerons (43) disposés de manière symétrique autour de la fusée. 3. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre (25) pivote sur l'arbre principal (23) par l'intermédiaire d'un manchon (15). 4. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur (13) est supporté sur le cadre (25) par l'intermédiaire d'un manchon (14). 5. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface entourant la fusée est une surface cylindrique tangente à ladite partie de périphérie de base et coaxiale à la fusée. 6. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre (25) comporte des éléments latéraux (26, 27) qui définissent entre eux un espace intérieur (28), au moins un desdits éléments latéraux (26, 27) ayant une ouverture (30). 7. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage (32j 34-) sont des moyens à came qui comportent un corps de came rotatif essentiellement cylindrique (32) claveté sur l'arbre principal (23) et ayant une rainure de came (34) de forme déterminée. 8. Dispositif de commande de vol selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (22) destinés à mesurer le déplacement angulaire de l'aileron (43) par rapport à une position de référence, et qui mesurent le déplacement angulaire des moyens à came par rapport à une position de référence. 9. Dispositif de commande de vol selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens destinés à mesurer le déplacement angulaire de l'aileron (43) par rapport à une position de référence comportent un potentiomètre (22) coaxial à l'arbre principal (23). 10. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison cinématique entre le moteur (13) et l'arbre principal (23) comprend un accouplement pignon-roue dentée, le pignon (16) étant claveté sur l'arbre du moteur (13) et positionné dans l'espace intérieur (28) du cadre (25) et la roue dentée (17) étant clavetée sur l'arbre principal (23). 11. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre du moteur (13) s'étend dans l'espace intérieur (28) du cadre (25), et ladite ouverture (30) dans un desdits éléments latéraux (26, 27) du cadre (25) comporte une partie courbe à travers laquelle s'étend l'arbre du moteur (13)-pendant le pivotement du cadre (25) de sa position inactive vers sa position active. 12. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan perpendiculaire à l'arbre principal (23) dans lequel s'étend ledit pivot (42) porté par ledit cadre (25) passe par l'axe de la fusée, ledit pivot (42) étant monté de façon amovible dans le cadre (25). 13. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que le suiveur (50) porté par l'aileron (43) est une saillie engageant la rainure de came (34). 14. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à amener le cadre (25) à prendre sa position active en l'absence de contraintes externes sont des moyens à ressort (51) reliés à la fusée et au cadre (25) dans une relation de position permettant de produire un moment autour de l'arbre principal (23) qui tend à faire tourner le cadre (25) de sa position inactive vers sa position active. 15. Dispositif de commande de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contraintes externes s'opposant à la rotation du cadre (25) sont essentiellement constituées par le tube (53) de l'aire de lancement dans lequel est logée la fusée avant d'être lancée.