Brevet FR2725514A1 — publié le 19960412

La présente invention concerne un système gyroscopique pour missile en autorotation, grâce auquel on peut mesurer l'inclinaison du plan défini par les axes de rotation des cadres primaire et secondaire par rapport à l'axe de rota-5 tion de la toupie. On rappelle qu'un tel système gyroscopique est un équipement de missiles notamment, qui, d'une part, doit conserver son aptitude à fonctionner pendant la phase logistique et tactique et, d'autre part, doit fournir la référence iner-10 tielle en roulis et lacet (ou tangage) du missile pendant la phase de départ. Les informations provenant des détecteurs de roulis et de lacet permettent de conserver la position initiale du missile comme référence et sont transmises à l'élaborateur d'ordre de guidage. Ces informations sont15 ensuite utilisées pour le guidage et le pilotage du missile pendant environ 1 seconde. Par le brevet EP-O 485 264, on connaît déjà un système gyroscopique, comprenant: - une toupie ayant un centre et susceptible d'être entraînée en rotation autour d'un premier axe passant par ledit centre; - un cadre primaire sur lequel la toupie est montée de façon à pouvoir tourner autour dudit premier axe; - un cadre secondaire sur lequel ledit cadre primaire est monté de façon à pouvoir tourner autour d'un deuxième axe passant par ledit centre de la toupie et perpendiculaire audit premier axe; - un boîtier, à l'intérieur duquel sont logés ladite toupie et lesdits cadres primaire et secondaire et sur lequel ledit cadre secondaire est monté de façon à pouvoir tourner autour d'un troisième axe, passant par ledit centre de la toupie et perpendiculaire audit deuxième axe; - des moyens de marquage formés par des zones de réflecti- vités différentes et représentatifs de l'inclinaison du plan défini par lesdits deuxième et troisième axes de rotation desdits cadres primaire et secondaire par rapport audit premier axe de rotation de ladite toupie; des moyens de détection desdits moyens de marquage; et - des moyens d'exploitation des informations fournies par lesdits moyens de détection. Plus précisément, dans le cas du système gyroscopique du brevet EP-0 485 264, les moyens de marquage sont prévus sur une portion sphérique de la surface extérieure de la toupie au voisinage du plan défini par les axes de rotation des15 cadres primaire et secondaire. Si un tel système permet d'atteindre une forte résolution et une précision élevée de fonctionnement, l'emploi en est relativement délicat de ce fait même et du fait que, dans ce cas, le détecteur, associé aux moyens de marquage, doit traverser les articulations des20 cadres primaire et secondaire. Une telle complexité ne se justifie pas toujours, notamment pour des missiles en autorotation, dont le temps d'utilisa- tion est réduit, comme des missiles anti-chars à très courte portée. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et concerne un système gyroscopique de réalisation plus "rustique", tout en conservant une efficacité tout à fait acceptable, notamment dans le contexte ci-dessus indiqué. A cet effet, le système gyroscopique pour missile en autoro- tation, du type décrit ci-dessus, est remarquable, selon l'invention, en ce que lesdits moyens de marquage sont prévus sur la surface extérieure dudit cadre primaire et en ce que lesdits moyens de détection sont prévus sur ledit boîtier en regard desdits moyens de marquage. Ainsi, cet agencement permet de résoudre les problèmes de détection évoqués plus haut dans la mesure o, d'une part,5 le détecteur n'a pas à traverser les cadres primaire et secondaire et o, d'autre part, la vitesse relative du boîtier (missile) par rapport au cadre primaire est bien plus faible que la vitesse de rotation de la toupie, et les moyens de marquage (zones de réflectivités différentes)10 réalisés sur le cadre primaire peuvent être plus larges que sur la toupie. De plus, la réalisation des moyens de mar- quage est facilitée par le fait que le cadre primaire est fabriqué en alliage léger, alors que la toupie est en acier. De préférence, lesdits moyens de marquage sont formés par au moins un ensemble de traits parallèles de longueurs diffé- rentes, portés sur la surface extérieure d'au moins une portion sphérique dudit cadre primaire, centrée sur ledit centre. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite portion sphérique dudit cadre primaire présente une forme générale triangulaire et fait saillie de la bague annulaire, constituant ledit cadre proprement dit, dans le prolongement de sa surface périphérique externe. Avantageusement, deux dites portions sphériques sont prévues sur ladite bague, en étant disposées de façon angulairement espacée de 180 et en regard l'une de l'autre. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ledit ensemble de traits parallèles comporte au moins une partie dans laquelle la longueur desdits traits est successivement croissante et au moins une partie dans laquelle la longueur desdits traits est successivement décroissante. De préférence, ledit ensemble de traits est disposé de façon que celui desdits traits qui est le plus long permet de déterminer une position de référence lorsque le plan défini par les axes de rotation des cadres primaire et secondaire5 est perpendiculaire à l'axe de rotation de la toupie. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, lesdits traits parallèles portés par ladite surface extérieure sphérique sont équidistants et, par ailleurs, l'augmentation ou la diminution de longueur d'un trait par rapport au10 précédent est constante. A côté d'un agencement symétrique comme expliqué par la suite, lesdits traits parallèles peuvent être disposés en quinconce sur ladite portion sphérique de forme générale triangulaire, relativement aux extrémités desdits traits15 débouchant sur les côtés du triangle. Avantageusement, lesdits moyens de détection comprennent des moyens d'éclairement, solidaires dudit boîtier, prévus pour former une tache lumineuse sur ladite surface extérieure sphérique, et des moyens photosensibles, solidaires dudit20 boîtier, prévus pour observer ladite tache lumineuse formée par lesdits moyens d'éclairement, et lesdits moyens d'ex- ploitation comportent des moyens de comptage, associés auxdits moyens photosensibles, pour compter le nombre des traits dudit ensemble observés par lesdits moyens photosen-25 sibles au cours de la rotation dudit boîtier par rapport audit cadre primaire, liée à l'autorotation du missile. De plus, selon une application avantageuse, le système gyroscopique selon l'invention est destiné à détecter la position angulaire de l'axe de lacet ou de l'axe de tangage dudit missile par rapport à la verticale. A cet effet, ledit boîtier est fixé sur ledit missile de façon que ledit troisième axe de rotation du cadre secondaire par rapport audit boîtier soit confondu avec l'axe de roulis dudit missile. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre un mode de réalisation du système gyros- copique selon l'invention, suivant un plan de coupe passant par l'axe de rotation de la toupie et par l'axe de rotation du cadre secondaire. La figure 2 est une vue en perspective schématique du cadre primaire du système gyroscopique selon l'invention. La figure 3 est une vue de face du cadre primaire de la figure 2. La figure 4 est une vue de dessus d'une portion sphérique du cadre primaire des figures 2 et 3, illustrant de plus le15 principe de détection selon l'invention. La figure 5 est une vue semblable à la figure 4 montrant une variante de l'agencement des traits de marquage selon l'invention. L'exemple de réalisation du système gyroscopique conforme à la présente invention, montré par la figure 1, comporte un boîtier 1 d'axe longitudinal L-L', à l'intérieur duquel sont montés une toupie 2, un cadre primaire 3 et un cadre se- condaire 4. La toupie 2, dont le centre est désigné par O, est solidaire en rotation avec un arbre 5, d'axe Z-Z' destiné à fournir une référence de verticale. Les extrémités 5A et 5B de l'arbre 5 sont reliées au cadre primaire 3 par l'intermé- diaire de roulements, respectivement 6 et 7. Par ailleurs, la mise en rotation de la toupie 2 est provoquée, dans ce cas, par un ressort à lame spiralée 8, logé dans un boîtier 9 à l'extérieur du boîtier 1 et destiné à entraîner en rotation un arbre 10 solidaire, de façon débrayable, de l'arbre 5. Un tel dispositif est décrit en détail dans le brevet EP-0 489 613 auquel on se rapportera pour tout détail supplémentaire concernant ce dispositif. Le cadre secondaire 4 comporte des premiers moyeux opposés (non visibles sur la figure 1), coopérant avec des roule- ments (également non visibles) solidaires du cadre primaire 3. Ainsi, le cadre primaire 3 peut pivoter, par rapport au cadre secondaire 4, autour d'un axe Y-Y' rencontrant l'axe Z-Z' au centre O. En outre, l'axe Y-Y' est perpendiculaire à l'axe Z- Z'. De plus, le cadre secondaire 4 comporte des seconds moyeux opposés 4A et 4B, coopérant respectivement avec des roule- ments 11 et 12 reliés au boîtier 1. Les seconds moyeux 4A et 4B et les roulements 11 et 12 définissent, pour le cadre secondaire 4, un axe de rotation X-X' par rapport au boîtier 1. L'axe X-X' passe par le centre O et il est perpendi- culaire à chacun des axes Z-Z' et Y-Y'. Il est prévu, par ailleurs, des moyens de marquage qui sont représentatifs de l'inclinaison du plan défini par les axes de rotation Y-Y' et X-X' des cadres primaire 3 et secondaire 4 par rapport à l'axe de rotation Z-Z' de la toupie 2. Selon l'invention, ces moyens de marquage sont portés sur la surface extérieure 13A de deux portions sphériques 13 du cadre primaire 3, centrées sur le centre O. Comme on le voit mieux sur les figures 2 et 3, chaque portion sphérique 13 du cadre primaire 3 présente une forme générale triangulaire et fait saillie de la bague annulaire 14, constituant le cadre primaire proprement dit, dans le prolongement de sa surface périphérique externe 14A. Comme montré sur les figures 2 et 3, les deux portions sphériques 13 sont prévues sur la bague 14, en étant disposées de façon angulairement espacée de 180 et en regard l'une de l'autre. De plus, sur ces mêmes figures 2 et 3, on voit que lesdits moyens de marquage sont formés, sur chaque portion sphérique 13, par un ensemble de traits parallèles 15 de longueurs différentes, s'étendant depuis la base du "triangle" consti- tué par la portion sphérique 13 jusqu'aux côtés opposés à10 cette base. Ainsi, les traits 15 s'étendent au moins sensi- blement perpendiculairement au plan défini par l'axe de rotation Z-Z' de la toupie 2 et l'axe de rotation Y-Y' du cadre primaire 3. Dans ce contexte, le terme "trait" désigne une zone de réflectivité différente sur la surface 13A et15 peut être une fente, rainure ou gravure à fond noirci (ou un trait dans son sens usuel) réalisée sur ladite surface. En outre, comme cela est clair en regard des figures 2 à 4, l'ensemble de traits parallèles 15 comporte au moins une partie dans laquelle la longueur des traits 15 est successi-20 vement croissante et au moins une partie dans laquelle la longueur des traits 15 est successivement décroissante. De plus, l'ensemble des traits 15 est disposé de façon que celui (ou ceux, comme sur la figure 4) desdits traits qui est le plus long permet de déterminer une position de référence lorsque le plan défini par les axes de rotation Y-Y' et X-X' des cadres primaire 3 et secondaire 4 est perpendiculaire à l'axe de rotation Z-Z' de la toupie 2. Par ailleurs, lesdits traits 15 sont avantageusement équidis- tants et l'augmentation et la diminution de longueur d'un trait par rapport au précédent sont constantes. Le nombre des traits 15 peut être quelconque selon la résolution souhaitée (le nombre de traits, une vingtaine, représentés sur les figures ne doit être considéré qu'à titre indica- tif). La figure 5 montre une variante de l'agencement des traits de marquage, disposés dans ce cas en "quinconce", relati- vement aux extrémités 15A desdits traits débouchant sur les côtés du "triangle" 13 opposés à la base, et non de façon5 symétrique par rapport à l'axe X-X', comme sur la figure 4. Cet agencement permet d'obtenir un pas R plus grand des traits pour faciliter la fabrication et optimiser la résolu- tion r. En outre, des moyens de détection 16 des moyens de marquage 15 sont prévus, ainsi que des moyens d'exploitation 17 (figure 4) des informations fournies par les moyens de détection 16. Plus précisément, les moyens de détection 16, montés sur le boîtier 1 en face d'une fenêtre de celui-ci et en regard des portions sphériques 13 du cadre primaire 3,15 comme on le voit sur la figure 1, comprennent des moyens d'éclairement 18, prévus pour former une tache lumineuse sur la surface sphérique 13A, et des moyens photosensibles 19, prévus pour observer la tache lumineuse formée par les moyens d'éclairement. Les moyens d'exploitation 17 compor-20 tent des moyens de comptage, associés aux moyens photosensi- bles 19, pour compter le nombre des traits dudit ensemble observés par les moyens photosensibles au cours de la rotation du boîtier 1 par rapport au cadre primaire 3, liée à l'autorotation du missile. Ainsi, selon que l'axe longitudinal L-L' du boîtier 1 est confondu avec l'axe X-X' du cadre secondaire 4, ou que le boîtier 1 pivote autour de l'axe Y-Y', dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse, le nombre des traits comptés sera différent, en étant représentatif de l'amplitude angulaire du pivotement du boîtier 1 autour de l'axe Y-Y'. Cette manière de procéder est décrite en détail dans le brevet EP-0 485 264. Dans une application du système gyroscopique de l'invention, le boîtier 1 est fixé, par sa face 20 et grâce à des pions de centrage 21, sur un missile (non représenté), de façon que l'axe L-L' du boîtier soit confondu avec l'axe de roulis5 R-R' du missile. Dans ce cas, les moyens d'exploitation 17 fourniront, en sortie, l'inclinaison de l'axe de lacet du missile par rapport à l'axe Z-Z' de la toupie. En effet, cet axe de lacet est alors perpendiculaire au plan X-X', Y-Y'. Bien entendu, de façon analogue, le système gyroscopique de l'invention pourrait s'appliquer à la surveillance de l'axe de tangage. Pour pouvoir de plus mesurer le roulis du missile, on peut prévoir une roue de détection 22, en regard d'un détecteur 23, solidaire du cadre secondaire 4 et coaxiale à l'axe X-X'. Lors de la séquence de tir, une impulsion électrique est envoyée à l'inflammateur pyrotechnique du gyroscope. Cette impulsion déclenche le dispositif de mise en vitesse de la toupie et le déverrouillage des cadres. Le système gyrosco-20 pique est alors opérationnel (40 ms après sa mise à feu). Les détecteurs de roulis et de lacet (ou tangage) délivrent les informations obtenues, dans le dernier cas par réflexion sur les zones de réflectivités différentes. En particulier, la détection en lacet permet de mesurer l'attitude en direction en délivrant des signaux électriques engendrés par un code (ensemble de traits) gravé directement sur le cadre primaire. A titre d'exemple, on indiquera ci-après quelques données numériques concernant le système gyroscopique selon l'inven- tion: - masse + 10 ) - débattement du cadre primaire > 40 - débattement du cadre secondaire: 3600. REVENDICATIONS 1. Système gyroscopique pour missile en autorotation, comprenant: - une toupie ayant un centre et susceptible d'être entraînée en rotation autour d'un premier axe passant par ledit centre; - un cadre primaire sur lequel ladite toupie est montée de façon à pouvoir tourner autour dudit premier axe; - un cadre secondaire sur lequel ledit cadre primaire est monté de façon à pouvoir tourner autour d'un deuxième axe passant par ledit centre de la toupie et perpendiculaire audit premier axe; - un boîtier, à l'intérieur duquel sont logés ladite toupie et lesdits cadres primaire et secondaire et sur lequel ledit cadre secondaire est monté de facon à pouvoir tourner autour d'un troisième axe, passant par ledit centre de la toupie et perpendiculaire audit deuxième axe; - des moyens de marquage formés par des zones de réflectivi- tés différentes et représentatifs de l'inclinaison du plan défini par lesdits deuxième et troisième axes de rotation desdits cadres primaire et secondaire par rapport audit premier axe de rotation de ladite toupie; des moyens de détection desdits moyens de marquage; et - des moyens d'exploitation des informations fournies par lesdits moyens de détection, caractérisé en ce que lesdits moyens de marquage (15) sont prévus sur la surface extérieure (13A) dudit cadre primaire (3) et en ce que lesdits moyens de détection (16) sont prévus sur ledit boîtier (1) en regard desdits moyens de marquage (15). 2. Système gyroscopique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de marquage sont formés par au moins un ensemble de traits parallèles (15) de longueurs différentes, portés sur la surface extérieure (13A) d'au moins une portion sphérique (13) dudit cadre primaire (3), centrée sur ledit centre (0). 3. Système gyroscopique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite portion sphérique (13) dudit cadre primaire (3) présente une forme générale triangulaire et fait saillie de la bague annulaire (14), constituant ledit cadre proprement dit, dans le prolongement de sa surface périphérique externe (14A). 4. Système gyroscopique selon la revendication 3, caractérisé en ce que deux dites portions sphériques (13) sont prévues sur ladite bague (14), en étant disposées de façon angulairement espacée de 180 et en regard l'une de l'autre. 5. Système gyroscopique selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 4, caractérisé en ce que ledit ensemble de traits parallèles (15) comporte au moins une partie dans laquelle la longueur desdits traits est successivement croissante et au moins une partie dans laquelle la longueur desdits traits est succes- sivement décroissante. 6. Système gyroscopique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit ensemble de traits (15) est disposé de façon que celui desdits traits qui est le plus25 long permet de déterminer une position de référence lorsque le plan défini par les axes de rotation (Y-Y', X-X') des cadres primaire (3) et secondaire (4) est perpendiculaire à l'axe de rotation (Z-Z') de la toupie (2). 7. Système gyroscopique selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 6, caractérisé en ce que lesdits traits parallèles (15) portés par ladite surface extérieure sphérique (13A) sont équidis- tants. 8. Système gyroscopique selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'augmentation de longueur d'un trait par rapport au précédent est constante. 9. Système gyroscopique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la diminution de longueur d'un trait par rapport au précédent est constante. 10. Système gyroscopique selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 9, caractérisé en ce que lesdits traits parallèles (15) sont disposés en quinconce sur ladite portion sphérique (13) de forme générale triangulaire, relativement aux extrémités15 (15A) desdits traits débouchant sur les côtés du triangle (13). 11. Système gyroscopique selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection compren-20 nent des moyens d'éclairement (18), solidaires dudit boîtier (1), prévus pour former une tache lumineuse sur ladite surface extérieure sphérique (13A), et des moyens photosen- sibles (19), solidaires dudit boîtier (1), prévus pour observer ladite tache lumineuse formée par lesdits moyens25 d'éclairement (18), et en ce que lesdits moyens d'exploita- tion (17) comportent des moyens de comptage, associés auxdits moyens photosensibles (19), pour compter le nombre des traits dudit ensemble observés par lesdits moyens photosensibles au cours de la rotation dudit boîtier par30 rapport audit cadre primaire, liée à l'autorotation du missile. 12. Système gyroscopique selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 11, destiné à détecter la position angulaire de l'axe de lacet ou de l'axe de tangage dudit missile par rapport à la verticale,5 caractérisé en ce que ledit boîtier (1) est fixé sur ledit missile de façon que ledit troisième axe de rotation (X-X') du cadre secondaire (4) par rapport audit boîtier (1) soit confondu avec l'axe de roulis (R-R') dudit missile.