Brevet FR2753432A1 — publié le 19980320

L'invention concerne les mécanismes de poussée destinés à régler l'attitude d'un corps volants, tel qu'un engin guidé. L'invention s'applique en particulier aux systèmes d'armes guidées dits à "lancement vertical souple". L'utili- sation de cette technique de "lancement souple" comprend la propulsion verticale d'une arme guidée à partir d'un lanceur ou d'un récipient à une vitesse relativement faible (habi- tuellement comprise entre 30 et 60 m/s), puis sa manoeuvre à l'attitude convenable avant que le moteur principal de propulsion ne soit amorcé. Ce système diffère de la tech- nique plus classique de lancement vertical (par exemple celle qui est utilisée dans le système connu d'arme "Seawolf") parce que l'engin à lancement souple a une vitesse vers l'avant qui ne suffit pas pour donner des propriétés aérodynamiques au cours de la manoeuvre. Cependant, un système de lancement vertical souple supprime avantageusement la condition de l'utilisation d'un lanceur qui peut être pointé tout en gardant la possibilité de la frappe de cibles provenant de toutes les directions par l'engin. On sait déjà utiliser des organes de poussée pour régler l'attitude d'un engin (c'est-à-dire sa position en tangage et en lacet). Habituellement, plusieurs organes de poussée sont placés autour du corps de l'engin et intégrés à celui-ci comme décrit par exemple dans le document GB-A-2 287 489. Un inconvénient de cette disposition connue est que l'intégration d'un système à organes de poussée peut introduire des contraintes sur la configuration générale de l'engin. En outre, les systèmes classiques à organes de poussée nécessitent un mécanisme supplémentaire de réglage en roulis de l'engin afin que l'engin soit aligné sur la position convenable en roulis avant que les organes de poussée de réglage de tangage et de lacet puissent être amorcés. La présente invention ne nécessite pas l'alignement de l'engin en roulis avant son déploiement, d'une manière avantageuse et qui se distingue de celle des mécanismes connus à organes de poussée. Ainsi, l'invention concerne un mécanisme à organes de poussée destiné à régler l'attitude d'un corps volant qui comprend une unité de navigation, le mécanisme à organes de poussée pouvant être monté sur le corps volant et pouvant tourner autour de celui-ci et comprenant: (i) une partie de rotor qui contient au moins une unité à organe de poussée, (ii) un dispositif de mesure de la vitesse et de la position angulaires destiné à contrôler la vitesse angulaire et la position angulaire du mécanisme à organe de poussée par rapport au corps volant, et (iii) un dispositif destiné à créer un signal de tir pour amorcer le tir d'une unité à organe de poussée en fonction des signaux reçus de l'unité de navigation et du dispositif de mesure de la vitesse et de la position angulaires. De préférence, le mécanisme à organe de poussée est fixé à l'arrière du corps volant (ou de l'engin) afin que le moment de rotation soit maximal. Dans le mode de réalisation préféré, le mécanisme comporte un rotor en forme de tambour ayant plusieurs unités à organes de poussée distribuées autour des régions périphériques. Une unité à organe de poussée au moins peut avoir une configuration telle qu'elle donne un couple de rotation au rotor lors du tir. Par exemple, une ou plusieurs unités à organes de poussée peuvent avoir une configuration telle que la direction de poussée donnée est décalée par rapport à l'axe de rotation du rotor, si bien qu'un couple de rotation est appliqué au rotor. Dans une variante ou en outre, deux cartouches de rotation peuvent être placées aux deux extré- mités d'un diamètre du rotor avec une configuration telle que la direction de poussée donnée est décalée par rapport à l'axe de rotation du rotor si bien qu'un couple de rotation est appliqué au rotor. Un autre dispositif destiné à faire tourner le rotor par rapport à l'engin peut comprendre un mécanisme à ressort. Le rotor peut être fixé à un stator par des paliers. Le stator peut être fixé sur la tuyère d'échappement de l'engin, l'ensemble du mécanisme pouvant être éjecté lors du tir du moteur principal de l'engin. La vitesse et la position angulaires du rotor peuvent être contrôlées à l'aide d'un codeur optique ou mécanique d'arbre par exemple. Après le lancement de l'engin, les unités à organes de poussée sont tirées successivement afin qu'elles provoquent un changement de l'engin en tangage dans la direction nécessaire lorsque chaque unité est placée dans l'alignement par le rotor qui tourne. Comme les unités à organes de poussée peuvent avoir de nouvelles positions autour de l'axe de l'engin en vol grâce au moteur de rotation, l'invention ne nécessite pas un réglage de l'engin suivant l'axe de rotation (ou de roulis) pour diriger la poussée latérale en direction déterminée quelconque. Le rotor peut être fabriqué à partir de matières plastiques armées de verre ou d'un autre polymère résistant au point de vue mécanique et qui peut être fabriqué en grande quantité de façon peu coûteuse par une technique de coulée ou de moulage par injection par exemple. Un des avantages de l'invention est qu'elle ne nécessite que des cartouches de puissance relativement faible et de durée relativement courte pour donner la manoeuvre voulue de tangage. Par rapport à un ensemble à organe de poussée qui a une combustion continue, la teneur totale en explosif du rotor est fortement réduite. Un mécanisme à organe de poussée, ayant une construc- tion modulaire et fixé à la base de l'engin, peut ensuite être largué lorsqu'il n'est plus nécessaire. Ainsi, le mécanisme doit seulement supporter un environnement relati- vement peu sévère si on le compare à celui que supporte l'engin lui-même. Comme le mécanisme est un élément séparé, son utilisation évite une intégration à l'engin qui nécessite toujours des compromis. Comme le mécanisme à organe de poussée peut être largué après utilisation, il ne contribue pas à la masse de l'engin en vol et constitue donc un avantage supplémentaire. Ainsi, contrairement aux mécanismes classiques intégrés à organes de poussée, il augmente les performances potentielles de l'engin au point de vue de la portée et de la vitesse terminale. Un dispositif de freinage peut être incorporé au mécanisme à organe de poussée pour le réglage de sa descente après qu'il a été largué par l'engin. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un engin ayant un mécanisme à organe de poussée selon l'invention; la figure 2 est une vue en élévation latérale du méca- nisme à organe de poussée de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est un diagramme synoptique du circuit de commande du mécanisme à organe de poussée; et les figures 5a à 5e représentent une série de schémas indiquant la séquence de lancement de l'engin de la figure 1. Sur la figure 1, un module 1 à organe de poussée est représenté fixé à la partie arrière d'un engin 2. L'engin 2 est placé dans un tube 3 de lancement. Le module 1 est de préférence placé à l'arrière de l'engin afin que le moment de rotation qu'il applique à l'engin soit maximal pour une poussée déterminée. Le calibre du boîtier de l'organe de poussée est choisi afin qu'il soit suffisamment grand pour constituer une base d'obturation du tube de lancement 3. On se réfère aux figures 2 et 3; les éléments méca- niques du module du boîtier de l'organe de poussée comporte un stator 4 et un rotor 5. Le stator 4, qui est essen- tiellement un anneau, est monté sur la tuyère 6 du moteur principal de propulsion de l'engin. Le rotor 5 est essentiellement un tambour cylindrique ayant un trou central dans lequel se loge le stator 4 qui est séparé du rotor et qui est couplé à celui-ci par des paliers à aiguilles 7. Le rotor est formé d'une matière plastique armée de fibres de verre et contient neuf cartouches 8 de poussée latérale à fonctionnement unique et deux plus petites cartouches 9 de rotation. Les deux cartouches 9 de rotation sont placées symétriquement de part et d'autre d'un diamètre du rotor afin qu'elles fassent tourner le rotor 5 lorsqu'elles sont amorcées ensemble. La direction de la poussée donnée par les cartouches 8 de poussée latérale est légèrement décalée par rapport à l'axe de rotation du rotor 5 (grâce à un positionnement convenable des cartouches 8). De cette manière, un petit couple supplémentaire de rotation est donné au rotor 5 lorsque chacune des cartouches 8 de poussée latérale est amorcée. Chaque cartouche 8 de poussée latérale et chaque car- touche 9 de rotation contient un propergol 10 et possède une tuyère 11 et un dispositif indépendant d'allumage (non représenté). Le rotor 5 a aussi un codeur 12 d'arbre qui contrôle la vitesse angulaire du rotor 5 et sa position angulaire par rapport à l'engin 2. Le signal électrique de sortie du codeur 12 d'arbre est transmis à un module 13 de commande de tir logé dans le rotor et dont le fonctionnement est décrit dans la suite en référence à la figure 4. Une bague collectrice (non représentée) montée sur le rotor 5 forme l'interface du module 13 de commande de tir et d'une unité de navigation à inertie (INU) (voir figure 4) qui est transportée par l'engin 2. Le boîtier à rotor-stator dans son ensemble, représenté sur la figure 3, est destiné à être largué après le tir du moteur principal de l'engin. On se réfère maintenant à la figure 4; le-module 13 de commande de tir reçoit des données de l'unité INU 14 par l'intermédiaire d'une liaison de données numériques en série. Ces données comprennent l'attitude demandée et l'attitude obtenue pour l'engin. Le module 13 reçoit aussi les données de vitesse angulaire et de position angulaire du codeur 12. Les caractéristiques de poussée de chacune des cartouches 8 de poussée (qui n'ont pas obligatoirement toutes la même valeur) sont préalablement programmées dans le module 13. Le module 13 de commande de tir, avec le codeur 12 et l'unité 14, forme un dispositif numérique d'asservissement par adaptation à boucle semi- fermée dont le fonctionnement a pour objet la transmission d'un signal de tir, par une ligne 15, à la cartouche appropriée 8, au moment convenable afin que l'engin 2 prenne la direction voulue. Pendant le fonctionnement (voir figures Sa à 5e), l'engin 2 est expulsé du tube 3 de lancement avec une vitesse suffisante pour qu'il prenne l'altitude de retour- nement. Juste après la sortie du tube de lancement, les deux cartouches 9 de rotation sont allumées simultanément (figure 5a) par un signal de tir provenant du module de commande de tir afin que le rotor 5 tourne autour de l'axe longitudinal de l'engin. Après la mise en rotation du rotor 5, le module 13 déclenche le tir de plusieurs cartouches 8 successivement (figures 5b, 5c, 5d). Comme il n'est pas nécessaire d'assu- rer l'alignement de l'engin en roulis, la manoeuvre de retournement peut commencer presque immédiatement après la sortie du tube de lancement. Le tir des cartouches 8 pour le début de la manoeuvre de retournement a pour effet de modifier l'attitude en tangage de l'engin 2 qui prend l'attitude nécessaire deman- dée par l'unité 14. Le petit couple supplémentaire de roulis donné au rotor 5 par le tir des cartouches 8 maintient au moins ou augmente la vitesse de rotation du rotor 5. La vitesse de rotation du rotor et sa position par rapport au 10. corps de l'engin 2 sont constamment contrôlées avec le codeur 12 d'arbre. A l'aide des données du codeur 12 et des données relatives à l'attitude demandée et à l'attitude obtenue, provenant de l'unité INU 14, le module 13 de commande de tir peut compenser progressivement les erreurs S15 de lacet et assurer le maintien de la vitesse en tangage de l'engin ou la modifier (le cas échéant) par tir des organes restants de poussée 8. Lorsque des limites acceptables de vitesse de tangage, de direction, d'attitude et de temps de vol ont été obtenues, le moteur principal de l'engin peut être tire. Cette opération provoque l'éjection du boîtier du module 1 à organe de poussée si bien que le rotor 5 et le stator 4 sont tous deux largués à distance de l'engin (figure 5e). Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses élé- ments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Mécanisme (1) à organe de poussée destiné à commander l'attitude d'un corps volant (2), le mécanisme à organe de poussée étant destiné à être monté sur le corps volant et à tourner autour de celui-ci, et comprenant une partie (5) de rotor ayant au moins une unité à organe de poussée (8), et un dispositif (13) destiné à créer un signal de tir destiné à provoquer le tir d'une unité à organe de poussée (8), et caractérisé par un dispositif (12) de contrôl81e de vitesse angulaire et de position angulaire de la partie (5) de rotor par rapport au corps volant (2), afin que le dispositif (13) destiné à créer un signal de tir fonctionne à la suite de signaux reçus du dispositif (12) de contrôle de vitesse angulaire et de position angulaire et d'une unité (14) de navigation embarquée dans le corps volant (2). 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de rotor (5) possède plusieurs unités (8) à organes de poussée réparties autour de sa périphérie. 3. Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une partie (4) de stator fixée à la partie (5) de rotor par l'intermédiaire de paliers (7). 4. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une unité à organe de poussée (8) a une configuration telle que la direction de poussée qui lui est donnée est décalée par rapport à l'axe de rotation de la partie de rotor (5) de manière qu'un couple de rotation soit donné à la partie de rotor (5). 5. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de rotor (5) contient deux cartouches de rotation (9) placées de part et d'autre d'un diamètre de la partie de rotor (5) et ayant une configuration telle que la direction de poussée donnée est décalée par rapport à l'axe de rotation de la partie de rotor (5) si bien qu'un couple de rotation est donné à la partie de rotor (5) lorsque les deux cartouches de rotation (9) sont tirées. 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (12) de contrôle de vitesse angulaire et de position angulaire comporte un codeur d'arbre (12).