Brevet FR2712687A1 — publié le 19950524

La présente invention concerne les systèmes de mise à feu pour projectiles. Elle s'applique spécialement, mais non exclusivement, aux armes de véhicules blindés. Normalement, les munitions portées par un véhicule blindé et destinées à son arme à feu principale ont pour mission principale la des- truction d'autres véhicules blindés e" sont donc conçues de façon à transpercer, ou à mettre hors de combat d'une autre façon, des plaques de blindage épaisses. Ces munitions peu- vent être des projectiles pleins ou des projectiles explosifs de divers types, tels que ceux contenant une charge, munis de fusées d'impact. Mais pour les cibles d'un autre genre, telles que- les véhicules à blindage mince, les troupes à découvert, ou les hélicoptères volant bas, un impact direct n'est pas indispensable et il suffit que le projectile explose dans l'atmosphère au voisinage de la cible pour lui infliger des dommages ou des accidents adéquats. En outre, il est évident que les chances de détruire ou d'endommager de telles cibles faiblement protégées sont plu& grandes si un impact direct n'est pas indispensable. On connait les dispositifs provoquant l'explosion d'un pro- jectile au voisinage d'une cible, tels que les obus munis de fusées à mécanisme d'horlogerie fonctionnant après un laps de temps prédéterminé suivant leur sortie du canon, ce laps de temps étant réglé manuellement conformément à la vitesse con- nue du projectile et à la distance prédéterminée de la cible. Mais ces projectiles sont inutilisables dans les véhicules blindés dont le canon est généralement chargé en permanence en vue d'une action imrédiate et dont le mécanisme de fusée est, de ce fait, inaccessible. On connait des fusées de pro- ximité, comportant un système radar Doppler mais, bien que convenant à la défense anti-aérienne normale, les fusées de proximité ne conviennent pas pour les cibles proches du sol du fait qu'elles sont sujettes à être actionnées par des ob- jets autres que la cible, tels que des arbres ou le sol lui- même. Un des buts de la présente invention est donc de réa- liser un autre système de mise à feu plus approprié au tir d'un véhicule blindé contre des cibles faiblement protégées. Le système de mise à feu pour projectiles explosifs selon l'invention comprend: une fusée pouvant être incorporée au projectile et comportant un détecteur de signal lumineux disposé de façon à amorcer l'explosion du projectile à récep- tion d'un signal lumineux par ce détecteur; et un organe de transmission, après un laps de temps suivant le départ du projectile et en rapport avec la vitesse connue de ce dernier et avec l'éloignement prédéterminé de la cible, d'un tel si- gnal lumineux pouvant être reçu par ledit détecteur de façon que l'explosion en question se produise, approximativement au moins, au moment o le projectile atteint la cible. La présente invention réalise également, pour l'emploi dans un système tel que défini ci-dessus, une fusée pouvant être incorporée à un projectile et comportant un détecteur de si- gnal lumineux disposé de façon à amorcer l'explosion du pro- jectile à réception d'un signal lumineux par le détecteur. La présente. invention réalise en outre, pour l'emploi dans un système tel que défini ci-dessus, un organe de transmission d'un signal lumineux à un moment, ultérieur au départ du pro- jectile, en rapport avec la vitesse connue de ce dernier et avec l'éloignement prédéterminé de la cible, ce signal lumi- naux pouvant être reçu par un détecteur inclus dans une fu- sée incorporée au projectile de façon à le faire exploser, approximativement, lorsqu'il atteint la cible. L'organe de transmission du signal lumineux pourra comporter un organe, actionnable par un signal produit par le coup de départ du projectile, engendrant ledit signal lumineux au moment précité ultérieur au coup de départ. Dans la présente description, le terme "projectile" englobe les projectiles propulsés par une charge extérieure, tels que les obus tirés par des canons, et les projectiles portant leur propre agent propulseur, tels que les projectiles-fusées, ainsi que les projectiles combinant ces deux systèmes de pro- pulsion. De préférence, le signal lumineux sera une lumière visible et, de préférence, une impulsion lumineuse provenant d'un laser. Ce laser pourra faires partie d'un télémètre à laser destiné à pointer le dispositif de lancmernt du projectile, en haut eur par exemple en réglant le pointage/d'un canon de véhicule blindé, et le système pourra comporter un organe combinant la distance ainsi déterminée avec la vitesse connue du pro- jectile pour produire un signal provoquant une émission, par le laser, d'une impulsion lumineuse au moment convenable sui- vant le départ du projectile afin de faire exploser ce der- nier lorsqu'il s'approche de la cible. Une forme connue de télémètre à laser fonctionne en dirigeant une-impulsion très brève de lumière laser sur une cible visi- ble et en chronométrant l'intervalle entre l'émission de l'impulsion et sa réflexion par la cible, c'est à dire en utilisant le principe du radar mais avec une lumière visible au lieu d'une radiation de radio- fréquence. Un des avantages de l'emploi d'un laser comme source lumineuse dans un tel télémètre est l'aptitude du laser à produire des impulsions très brèves (de l'ordre des nanosecondes) d'une lumière d'in- tensité élevée dans un faisceau étroit de rayons essentielle- ment parallèles. Mais la forme d'un tel faisceau pourra être impropre à produire en outre le signal lumineux précité amor- çant l'explosion du projectile du fait que le détecteur placé sur ce dernier - a, de nécessité, une surface réduite et peut se trouver en dehors du faisceau étroit lorsqu'il est au voi- sinage de la cible. De préférence, donc, le dispositif selon l'invention comportera un organe, tel qu'un système de len- tilles appropriées, pouvant être inséré de façon amovible dans le faisceau laser pour faire diverger le faisceau du signal lumineux. De préférence, la divergence du faisceau, par exemple la distance focale du système de lentilles, est commandée en rapport avec la distance de façon à maintenir une zone éclairée de dimensions approximativement constantes sur toutes les portées intéressantes; on pourra, par exemple, utiliser une lentille "zoom" asservie, commandée par la por- tée déterminée. Mais il n'est pas- indispensable que le laser donnant un si- gnal lumineux faisant exploser le projectile soit un laser incorporé dans un télémètre. Un laser séparé pourra être prévu pour la fonction de mise à feu et, dans ce cas, l'or- gane faisant diverger le faisceau pourra être disposé en per- manence dans son faisceau. La distance pourra également être déterminée par d'autres moyens qu'un télémètre à laser. La fusée incorporée au projectile pourra être conjointe à la fusée de percussion ou à d'autres fusées équipant ce projec- tile et, en fait, c'est un des principaux avantages de l'in- vention, comm.e on l'a expliqué plus haute de permettre de tirer un projectile explosif muni d'une fusée de percussion, déjà introduit dans le canon d'un véhicule blindé, et de le faire exploser au voisinage d'une cible sans la toucher. La fusée pourra être insérée dans le culot de l'obus ou au- tre projectile et pourra comporter un détecteur photosensible tourné vers l'arrière, produisant un signal électrique à ré- ception du signal lumineux, et un canal électronique de trai- tement de signaux disposé de façon que la réception d'un tel signal amorce l'explosion de l'obus ou autre projectile. De préférence, ce canal sera disposé de façon à ne laisser passer que des impulsions rapidement croissantes, caractéris- tiques des impulsions laser, afin que l'explosion ne soit pas provoquée par des signaux lumineux de croissance relativement faible tels que ceux produits par le soleil, les projecteurs, les lueurs de tir, les incendies, etc.. Le détecteur pourra être disposé derrière une fenêtre transparente le protégeant, ainsi que l'intérieur de la fusée, des gaz de propulsion dans le tube du canon ou autre appareil de lancement. Le détecteur ou la fenêtre pourront également être protégés par un écran se détachant du projectile quand il quitte le tube. Le dé- tecteur pourra être une photodiode à pointe ou une diode de Zener. Pour le tir à vue directe, contre des cibles à portée de vue du tireur (cas le plus courant sur les véhicules blindés) l'organe de transmission du signal lumineux sera normalement placé près du tireur, c'est à dire à bord du véhicule. Mais l'invention s'applique également au tir indirect, con- tre des cibles invisibles au tireur qui tirera selon des indications de tir reçues d'un point d'observation situé normalement en avant du tireur et placé de façon à voir la cible. Dans ce cas, l'organe de transmission du signal lu- mineux pourra être placé au point d'observation et une liai- son prévue pour que le tireur puisse transmettre les indica- tions, dont le moment du départ du projectile, indispensables pour synchroniser correctement le signal lumineux. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels: - la Figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système de mise à feu selon l'invention, applicable à un véhicule blindé; et - la Figure 2 est une coupe axiale d'une fusée selon l'inven- tion, incorporable dans un obus de véhicule blindé. Sur la Figure 1, les groupes placés dans le rectangle en trait interrompu 1 sont montés a bord du véhicule blindé tandis que les groupes placés dans le rectangle en trait interrompu 2 sont placés dans la fusée de l'obus tiré par le canon de ce véhicule, par exemple dans la fusée repré- sentée à la Figure 2. Dans le rectangle 1 on remarque un transmetteur d'impulsions laser 3, par exemple du type verre-néodyme, et un détecteur 4 devant recevoir l'impulsion de lumière laser réfléchie par une cible non représentée. Le laps de temps entre la trans- mission d'une impulsion laser (produite par le tireur) et sa réception est mesurée par le groupe 5 qui détermine ainsi la distance de la cible. Cette donnée est intro-duite.dens un le pointage groupe de commande de tir 6 et sert à commander / en hauteur du tube du canon (non représenté). Lorsque le dispositif est utilisé comme télémetre, la lentille divergente 7 est placée en 7', hors du faisceau laser. A part la lentille 7, le dispositif décrit jusqu'ici est connu. Conformément à la présente invention, les données relatives- à l'éloignement de la cible sont également introduites dans un groupe synchronisateur de fusée 8 uans lequel sont égale- ment emmagasinées les données relatives aux vitesses du ou des types de munitions explosives portées par le véhicule oDlindé et à la façon dont ces vitesses varient en fonction de la port"e et des conditions ambiantes. Le tireur peut régler le groupe 8 de façon à choisirles données appropriées au type particulier de munition utilisé. Le groupe 8 reçoit également un signal du groupe 6 au moment du tir et il cal- cule, d'après les données de distance et de vitesse précitées, le temps qui s'écoulera après le départ de l'obus pour que celui-ci atteigne la cible. A ce moment, le groupe 8 engen- dre un signal provoquant la transmission, par le laser 3, d'une seconde impulsion. En outre, entre le moment de l'é- valuation de la distance et celui du tir, la lentille 7 sera amenée mécaniquement (par exemple électromagnétiquement) dans le faisceau laser, comme représenté, sous la commande du groupe 6. Par conséquent, la seconde impulsion transmise par le laser prend la forme d'un faisceau dont les rayons lumineux ne seront plus essentiellement parallèles mais lé- gèrement divergents de façon à éclairer une zone de cible dans laquelle pourra passer le projectile. Typiquement, le rayon dangereux des fragments d'un obus ex- plosif peut être d'environ 20 m et le faisceau devra donc éclairer une zone de cible approximativement de cette dimen- sion. Donc, à une distance de 4.000 m par exemple, il con- viendra que le faisceau divergent sous-tende un angle plein d'environ 10 m de rayon, comparé à un faisceau non divergent d'environ 0,1 m de rayon. Avec une divergence angulaire fixe, les dimensions de la zone de cible éclairée dépendront de la distance de sorte que, ai la divergence est optimisée pour les courtes distances, les dimensions de la zone de cible pourront être telles, à de plu grandes distances, que La puissance laser sera anormalement diffusée et que la réception du signal lumineux deviendra dif- ficile. De même, si la divergence angulaire est optimisée pour de longues distances, la zone éclairée pourra être insuf- fisante aux courtes distances. On préférera donc une diver- gence de faisceau réglable pouvant s'adapter à la distance et maintenir la zone éclairée à des dimensions optimales à peu près constantes. Ce résultat est obtenu en constituant la lentille 7 de la Figure 1 par une lentille 'zoomu asservie à un groupe 25 commendé par le groupe de commande de tir 6 lequel, outre qu'il commande l'introduction de la lentille 7 dans le faisceau, règle en même temps la distance focale de cette dernière pour l'adapter à la distance On comprendra qu'au lieu de déplacer la lentille 7 entre deux positions, comuie le montre schématiquement la Figure 1, la lentille pourra, en pratique, être fixe ent la trajectoire du faisceau laser dirigée, de façon à la traverser, par le dé- placement d'autres éléments optiques tels que des prismes Si l'on observe maintenant les groupes contenue dans la fusée- du projectile, le faisceau divergent venant du laser 3 ost reçu par ui détecteur 9 faisant face à l'arrière, tel qu'une photodiode à pointe ou une diode de Zener. L'impulsion élec- trique ainsi produite est amplifiée par un amplificateur d'impulsions 10 dont la réponse aux fréquences passe-haut est telle que les signaux de sortie du détecteur résultant de signaux lumineux d'entrée continua, ou de signaux d'en- trée dont le temps de montée est relativement lent, seront rejetés. L'amplificateur 10 ne donnera donc de signaux ef- fectifs de sortie que lorsque le signal lumineux présentera la caractéristique de temps de montée rapide d'une impulsion laser. La brève impulsion de sortie produite par l'amplificateur 10 est étalée par un étaleur d'impulsions 11 de façon à donner une impulsion de déclenchement au circuit déclencheur 12. Le signal de sortie de ce dernier sert, de façon habituelle, à actionner un détonateur 13, un groupe de sûreté et d'armé 14, et une amorce chimique à granules 15. La Figure 2 montre la disposition mécanique de la fusée du projectile. Cette dernière comprend un corps métallique 16 se vissant dans le culot 17 du projectile par un filetage 18. A l'intérieur du corps 16 est montée le photo-détecteur 9 (une photodiode) protégé par une fenêtre transparente épaisse en matière synthétique 19. Au delà du détecteur 9 se trouve un compartiment 20 contenant les circuits électroniques 10, 11 et 12 de la Figure 1. Le compartiment 21 abrite la source d'énergie de la fusée fournissant le courant électrique aux divers circuits et comprenant, comme de coutume, une pile dont l'électrolyte est libéré au départ du projectile. Le compar- timent 22 contient les groupes habituels 13, 14 et 15 de la Figure 1, la plus grande partie de son volume étant occupée par les granules d'amorce. Quand celles-ci prennent feu, une onde de choc se propage à travers le bouchon 23 pour faire exploser, de la façon habituelle, la charge principale du projectile (non représentée). La vitre épaisse 19 protège le détecteur 9 contre la pression des gaz propulsifs et contre les dommages qu'ils pourraient causer, jusqu'à ce que le projectile quitte le tube-du canon et étanchéise également la fusée contre leur pénétration. Pour augmenter la protection au moment du départ, le culot 17 pourra être protégé par un écran métallique 24 disposé de fa- çon à être largué par le projectile dès que ce dernier aura quitté le tube Dans une- variante du mode de réalisation décrit, le laser 3 ne sert qu'à l'évaluation de la distance et un second laser séparé (non représenté) fournit le signal lumineux action- nant la fusée. Avec cette disposition, la lentille 7 peut être située en permanence dans le faisceau du second laser de sorte- que le faisceau et la lentille n'ont pas à devoir se déplacer l'un par rapport à l'autre. La portée efficace du système dépendra de la visibilité. A titre d'exemple, avec un laser au néodyme de 8 MW, une divergence de faisceau réglée comme précédemment décrit de façon à éclairer une zone de cible de 20 m de rayon, une photodiode à pointe d'une sensibilité approximative de 0,.1 ftA/mW/m2 à lalongueur d'onde laser de 1,064 A, et une. limite inférieure de courant de photodiode pour la détona- tion de 5 iA, la portée maximale pan-mauvaise visibilité ( -étant e1 coefficient d'extinction atmosphérique égal à 8 x 10 m1) sera d'environ 3.000 m, obtenue par l'équation -o-R "Puissance atteignant la zone de cible" = PT x e- dans laquelle PT est la puissance transmise et R la portée. Par bonne visibilité (telle que - = 8 x 10-5 m 1) la portée maximale sera augmentée en conséquence. Supposant une limite inférieure de courant de photodiode de de 5 pA pour la détonation, l'amplificateur pourra avoir un gain de courant d'environ 1.000 pour une impulsion de photo- 2.5 diode de 20 nanosecondes, et l'étaleur d'impulsions 11 pourra étaler l'impulsion amplifiée à 5 mA en une- impulsion de dé- clenchement de 20 isecondes pour le circuit 12. Bien que décrite en se référant à son application à l'arme- ment des véhicules blindés, l'invention n'est pas limitée à celui- ci et est applicable à d'autres systemes d'armes à feu et de lancement de projectiles. REVENDICATIONS 1. Système de mise à feu pour projectile explosif, caractérisé en ce qu'il comprend s una fusée pouvant être incorporée au projectile et comportant un détecteur de signal lumineux disposé de façon à amorcer l'explosion du projectile à ré- ception d'un signal lumineux par ce détecteur; et un organe de transmission, après un laps de temps suivant le départ du projectile et en rapport avec la vitesse connue de ce dernier et avec l'éloignement prédéterminé de la cible, d'un tel si- gnal lumineux pouvantnêtre reçu par ledit détecteur de façom que l'explosion en question seproduise,approximativement au moins, au moment o le projectile atteint la cible. 2. Système selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de transmission de, signal lumineux comprend un or- gane, actionnable par un signal produit par le coup de dé- part du projectile, engendrant ledit signal lumineux au mo- ment précité ultérieur au coup de départ. 3. Système selon la Revendication 2, caractérisé en ce que le signal lumineux est une impulsion lasew dérivée d'un laser. 4 Système selon la Revendication 3, caractérisé en ce que le laser fait partie d'un télémètre ' laser prévu pour pointer l'appareil de lancement du projectile. 5. Système selon la Revendication 4, earactérisé en ce qu'il comprend un organe combinant la distance ainsi déterminée avec la vitesse connue du projectile pour produire un si- gnal provoquant l'émission d'une impulsion lumineuse par le laser au moment approprié, suivant le départ du projec- tile, pour faire exploser ce dernier lorsqu'il atteint la cible 6. Système selon la Revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un organe amoviblement insérable dans le faisceau laser après détermination de la distance afin de faire di- verger ledit faisceau d'impulsion lumineuse. 7. Système selon la Revendication 3, caractérisé en ce que le laser ne sert qu'à produire ledit signal lumineux et com- porte un organe faisant diverger le faisceau dudit laser. 8. Système selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, , 6 ou 7, caractérisé en ce que la fusée est appropriée à être placée à l'extrémité arrière du projectile et comprend un détecteurJphotosensible faisant face à l'arrière, tel qu'une photodiode, produisant un signal électrique à réception du signal lumineux, et un canal électronique de traitement de signaux disposé de façon que la réception d'un tel signal amorce l'explosion du projectile. 9. Système selon la Revenuication 8, caractérisé en ce que le canal est disposé de façon à ne laisser passer que des im- pulsions à temps de montée rapide afin d'éviter une explo- sion provoquée par des signaux lumineux continus ou a temps de montée relativement lent. 10. Système selon une quelconque des Revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'extrémité arrière du projectile est protégée par un écran disposé de façon à se détacher du projectile après le départ. 11. Système selon une quelconque des Revendications 6, 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que l'organe produisant la diver- gence du faisceau est commandé par la distance déterminée, c'est à dire est constitué par exemple par une lentille zoom, pour maintenir une zone éclairée de dimension approximative- ment constante, pour toutes les portées de l'arme considé- rées comme intéressantes. 12. Système belon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, , 6, 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il est destiné à être utilisé sur un véhicule blindé, le projectile étant tiré par le canon dudit véhicule. 13. Système selon la Revendication 11, caractérisé en ce qu'il est destiné à être utilisé sur un véhicule blindé, le pro- jectile étant tiré par le canon dudit véhicule. 14. Fusée d'amorçage destinée à un système selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, et pouvant être incorporée à un projectile, caractérisée en ce qu'elle comporte un détecteur de signaux lumineux dis- posé de façon à provoquer l'explosion du projectile à récep- tion d'un signal lumineux par le détecteur. 15. Organe de transmission de signaux lumineux destiné à un sys- tème selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, pour transmettre un signal lumi- neux après un laps de temps, ultérieur au départ du projec- tile, en rapport avec la vitesse connue de ce dernier et l'éloignement prédéterminé de la cible, de façon que ledit signal lumineux puisse être reçu par un détecteur inclus dans la fusée incorporée au projectile de façon a faire ex- ploser ce dernier au moins approximativement au moment o il atteint la cible. 16. Organe de transmission de signaux lumineux destiné à un sys- tème selon une quelconque des Revendications 11 ou 13, pour transmettre un signal lumineux après un laps de temps, ul- térieur au départ du projectile, en rapport avec la vitesse connue de ce dernier et l'éloignement prédéterminé de la cible, de façon que ledit signal lumineux puisse être reçu par un détecteur inclus dans la fusée incorporée au projec- tile de façon à faire exploser ce dernier au moins approxi- mativement au moment o il atteint la ciole.