Brevet FR2877719A1 — publié le 20060512

L'invention concerne un capot avant pour une ogive perméable aux rayonnements d'un missile. Dans les missiles, en particulier les missiles guidés réagissant à un rayonnement infrarouge, la pointe du missile est formée par une ogive perméable aux rayonnements. A l'intérieur du missile il est disposé, derrière l'ogive, une optique de tête chercheuse et un détecteur sensible aux rayonnements, permettant au missile de détecter des cibles. De manière caractéristique, cette ogive est de forme sphérique. Ceci est dû d'une part au fait que les ogives hémisphériques peuvent être fabriquées de façon relativement simple et précise, et d'autre part au fait que lors d'un pivotement de l'optique de tète chercheuse autour du centre de la courbure de l'ogive, il ne se produit aucune action, dépendant de la position de l'optique de tête chercheuse, d'un faisceau de rayons parvenant sur l'ogive, après que celui-ci a traversé l'ogive. Même en cas de variations de l'orientation de l'optique de tête chercheuse, l'effet optique d'une ogive sphérique ou hémisphérique est donc toujours constant. Une ogive de forme sphérique donne ainsi la possibilité d'explorer des champs d'observation jusqu'à l'hémisphère, sans réduction de la qualité de la reproduction. Les ogives de forme sphérique présentent toutefois une résistance aérodynamique relativement grande. Par l'article "Precision Conformai Optics Technology Program" de Patrick A. Trotta (paru dans Proceedings of Spie, Window and Dome Technologies and Materials VII, volume 4375, avril 2001), on connaît des optiques conformes. Ces optiques conformes sont des optiques qui s'écartent de la forme classique - c'est-à-dire sphérique pour réduire la résistance aérodynamique de missiles. Au moyen d'une ogive conforme, on réduit donc la résistance aérodynamique par rapport à une ogive de forme sphérique et on accroît ainsi la vitesse du missile ou son rayon d'action. Contrairement à une ogive hémisphérique, dans une ogive conforme, son action optique sur une optique de tête chercheuse dépend toutefois de son orientation. La détection d'un champ d'observation hémisphérique n'est plus possible. Pour atténuer ces problèmes, on prévoit des optiques de correction qui permettent d'agrandir le champ visuel rétréci par l'ogive conforme. Ces optiques de correction ne peuvent toutefois supprimer ces défauts que dans un cadre très restreint. En conséquence il est possible seulement de réaliser des missiles qui n'atteignent qu'une vitesse réduite ou un court rayon d'action du fait de leur ogive de forme sphérique, mais permettent pour cela d'explorer un champ d'observation hémisphérique, ou qui atteignent io une vitesse élevée ou un grand rayon d'action du fait de leur ogive conforme, mais ne permettent que l'exploration d'un champ visuel restreint. L'invention a donc pour but d'indiquer un capot avant pour une ogive perméable aux rayonnements d'un missile, qui permette d'équiper ultérieurement un missile déjà doté d'une ogive, de manière qu'en cas de besoin on puisse l'utiliser pour des missions qui exigent aussi bien un grand rayon d'action du missile que la détection d'un certain champ visuel, pour leur bonne exécution. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que le capot avant pour une ogive perméable aux rayonnements d'un missile présente une structure extérieure perméable aux rayonnements, améliorée sur le plan aérodynamique par rapport à la forme sphérique, et qui comporte une optique de correction perméable aux rayonnements, pouvant être placée devant l'ogive. Dans une première phase, l'invention part de la découverte selon laquelle une structure extérieure améliorée sur le plan aérodynamique par rapport à la forme sphérique présente une résistance aérodynamique réduite par rapport à la forme sphérique. Une résistance aérodynamique réduite entraîne une plus grande vitesse maximale pouvant être atteinte et donc une augmentation du rayon d'action maximum qui peut être atteint par un missile. Dans une deuxième phase, l'invention part de la considération selon laquelle avec une structure extérieure perméable aux rayonnements et par une optique de correction perméable aux rayonnements, un missile est à même de détecter un certain champ visuel au moyen de son optique de tête chercheuse. Dans une phase suivante, l'invention part de la considération selon laquelle modifier l'équipement d'un missile prend du temps et est coûteux, et qu'en outre il faut planifier longtemps auparavant ou savoir exactement de quel missile un avion, par exemple, doit être équipé, afin io qu'en cas de besoin concret cet avion soit disponible aussi pour une mission avec missile. Par modification de l'équipement, on entend ici l'intervention directe dans un missile déjà fini, qui comporte au moins l'échange de son ogive d'origine. Afin qu'après échange de l'ogive origine, il soit encore possible d'explorer un certain champ visuel, dans la plupart des cas, une nouvelle optique de tête chercheuse adaptée et accordée à la forme aérodynamique plus favorable de la nouvelle ogive, ainsi qu'éventuellement d'autres éléments optiques pour la correction et le guidage du faisceau de rayons, et qui remplace l'ancienne optique de tête chercheuse, sont nécessaires. En revanche avec un capot avant qui présente une structure extérieure et comprend une optique de correction et qui peut être placé sur une ogive se trouvant déjà sur le missile, il n'est pas nécessaire de déposer l'ogive d'origine, ni de modifier le design, ni de changer totalement son optique de tête chercheuse. Grâce à l'invention, on réalise ainsi un capot avant qui permet en cas de besoin d'équiper ultérieurement des missiles anciens déjà existants comportant une ogive de forme défavorable sur le plan aérodynamique - sans grand travail ni modification complexe et coûteuse dans la zone de l'ogive d'origine et de l'optique de tête chercheuse du missile -, de manière que ces missiles puissent ensuite franchir de plus grandes distances de vol et explorer en même temps un certain champ visuel. Le capot avant avec sa structure extérieure et son optique de correction pouvant être placée devant l'ogive peut former ici ce qu'on appelle une optique zéro par rapport à l'ogive suivante et l'optique de tête chercheuse du missile. Optique zéro signifie ici que l'effet optique du capot avant reste constant dans un certain domaine du champ visuel autour du centre de la courbure de l'ogive initiale du missile, c'est-à-dire que dans ce domaine elle agit sur le missile comme si elle n'existait absolument pas. De manière avantageuse, le capot avant est largable. L'avantage de cette forme de réalisation de l'invention ressort clairement si l'on considère les différents scénarios d'utilisation des missiles. Les scénarios d'utilisation peuvent être placés ici pour l'essentiel en deux groupes. Dans l'un des groupes, la distance entre le missile et sa cible correspond approximativement au domaine du rayon d'action du missile. Dans ce scénario d'utilisation, le rayon d'action du missile est d'une très grande importance pour le succès de la mission du missile. Dans ce cas une manoeuvre d'évitement par la cible ne représente qu'une petite variation de la ligne de visée. C'est-à-dire qu'un faible pivotement seulement de l'optique de tête chercheuse est nécessaire à l'intérieur d'une petite plage angulaire autour du centre de courbure de l'ogive du missile. Il n'est donc pas nécessaire que le missile soit en mesure de détecter sans faille un champ visuel aussi grand que possible. En revanche dans l'autre groupe de scénarios d'utilisation, la distance entre le missile et sa cible est petite par rapport au rayon d'action du missile. Dans ce scénario d'utilisation, le rayon d'action du missile est donc d'une importance secondaire. Par contre il est nécessaire ici que le missile soit en mesure de détecter un champ visuel aussi grand que possible. Une manoeuvre d'évitement par la cible entraîne ici en effet des variations des lignes de visée relativement grandes. Afin donc que le missile reste orienté sur sa cible et ne la perde pas, il doit être en mesure de détecter un grand champ visuel. C'est-à-dire qu'il doit pouvoir faire pivoter son optique de tête chercheuse dans une large plage angulaire - au mieux jusqu'à l'hémisphère - autour du centre de courbure de son ogive, et assurer néanmoins ici une détection sans faille de la cible pour ne pas mettre en péril la mission du missile. Il est évident qu'après franchissement d'une certaine distance de vol, le premier scénario d'utilisation décrit passe dans le scénario d'utilisation qui vient d'être décrit. En effet dès qu'un missile se trouve sur sa cible en phase terminale du vol, il ne doit plus franchir qu'une courte distance, mais dans certaines circonstances il doit aussi être en mesure de détecter un grand champ visuel. Si le capot avant est largable, à l'approche de la cible, le rayon d'action du missile peut être étendu par utilisation du capot avant, et par éjection consécutive du capot avant en phase terminale d'arrivée sur la cible, il peut être assuré que le missile détecte sa cible et que sa mission est terminée avec succès. Un autre effet secondaire positif d'un capot avant largable réside dans le fait que pendant le vol d'approche, qui est long par rapport à la phase terminale, du missile sur sa cible, ce capot constitue en outre une protection pour l'ogive proprement dite du missile. Des endommagements du capot avant par des jets de pierre, une érosion due à la pluie ou au sable n'agissent, par exemple de cette manière, que pendant le vol porté du missile par un avion et au cours de la première phase de vol sur la cible. Du fait qu'ici une détection précise de la cible n'est toutefois pas d'une aussi grande importance que pendant la phase terminale du vol du missile sur sa cible, ces endommagements peuvent être acceptés sans que l'on doive redouter une mise en péril de la mission du missile. Au cours de la phase terminale du vol sur la cible et après éjection du capot de protection, on dispose d'une ogive intacte qui garantit une grande probabilité de détection de la cible. Les possibilités de séparation d'un capot avant sont suffisamment 30 connues de l'homme de l'art. On peut prévoir par exemple de détacher de manière pyrotechnique un dispositif de fixation du capot avant. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, l'optique de correction peut être placée sur l'ogive du missile. Une mise en place par complémentarité de formes de l'optique de correction sert à éviter des endommagements des surfaces extérieures tournées les unes vers les autres de l'optique de correction et de l'ogive, par exemple par la pénétration d'éventuelles particules de poussière. On provoque par là aussi une distribution homogène de la température sur l'ogive du missile. On obtient de ce fait une grande qualité de reproduction d'un champ visuel - en raison de la réduction de pointes de chaleur locales faussant l'image sur un détecteur réagissant aux rayonnements du missile, et on accroît par là en même temps la probabilité du succès d'une mission du missile. De manière avantageuse, la structure extérieure améliorée sur le plan aérodynamique du capot avant présente une géométrie de forme conique, ogivale ou paraboloïdale. Toutes les géométries précitées présentent un faible coefficient de résistance par rapport à une forme sphérique. Etant donné que le coefficient de résistance, dépendant de la géométrie, est directement proportionnel à la résistance aérodynamique, avec une structure extérieure de cette forme on peut réduire fortement la résistance aérodynamique d'un missile et donc influencer positivement ses propriétés de vol. Par une résistance aérodynamique réduite, le missile peut parcourir une distance relativement plus longue ou atteindre en un temps plus court une cible à même distance, en raison de sa plus grande vitesse. On accroît par là l'efficacité du missile. Par ailleurs, avec cette géométrie on peut obtenir une réduction de la signature du missile, ce qui rend plus difficile une détection adverse du missile et donc son interception ou sa destruction avant que sa cible ne soit atteinte. Ces géométries influencent par ailleurs le champ aérodynamique, de sorte qu'un échauffement aérodynamique du capot avant et de l'ogive se trouvant derrière du missile, est maintenu faible. On évite par là une réduction de la qualité de la reproduction sur un détecteur réagissant aux rayonnements, se trouvant dans le missile, par des répartitions falsifiantes de la chaleur sur le capot avant et l'ogive du missile. Il est particulièrement judicieux que la surface extérieure de l'optique de correction, tournée vers l'ogive du missile, soit concave et sphérique. Un capot avant ainsi conçu peut être placé particulièrement facilement sur un missile avec une ogive de forme hémisphérique. Par ailleurs, les surfaces extérieures sphériques peuvent être fabriquées géométriquement de façon beaucoup plus précise que par exemple les surfaces extérieures non sphériques. On garantit par là une bonne compensation de l'effet optique de la structure extérieure du capot avant par l'optique de correction sur l'ogive suivante du missile. Il est particulièrement avantageux que la structure extérieure soit fabriquée en fluorure de magnésium. Le fluorure de magnésium est un matériau qui, dans une plage de transmissions de 2 à 7,5 m, présente une transmission de 95 % pour une épaisseur de 2 mm du matériau. Outre la transmission élevée dans le domaine spectral infrarouge, le fluorure de magnésium est par ailleurs en mesure de résister aux hautes températures, pressions et endommagements mécaniques éventuels pendant la mission d'un missile. On peut imaginer en outre d'utiliser comme matériau pour la structure extérieure, par exemple les matériaux suivants transparents dans le domaine spectral infrarouge: oxyde de magnésium, sulfite de zinc, oxynitrite d'aluminium, diamant, verre au germanate, germanium, verre à l'aluminate de calcium, quartz, saphir, silicium, spinelle ou oxyde d'yttrium. Il est avantageux en outre que l'optique de correction soit une lentille au germanium. Au moyen d'une lentille au germanium on peut corriger des défauts de reproduction de la structure extérieure, dus spécialement à une aberration chromatique. On obtient par là que le capot avant avec sa structure extérieure et son optique de correction agisse sous la forme d'une lentille au germanium dans un certain domaine du champ visuel autour du centre de courbure de l'ogive du missile, en tant qu'optique zéro, et assure dans ce domaine une détection fiable de la cible. Par une forme géométrique appropriée du capot avant et par le choix du matériau il est possible d'assurer que l'effet optique du capot avant sur l'optique de tête chercheuse reste constant, dans une plage angulaire d'au moins 20 autour du centre de courbure de l'ogive du missile. De manière pratique, on peut prévoir - dans le cas de défauts de reproduction connus de l'ogive du missile et de son optique de tête io chercheuse sur un détecteur réagissant aux rayonnements - que l'optique de correction entraîne non seulement une compensation de l'influence de la structure extérieure du capot avant sur un faisceau de rayons, mais aussi une correction des défauts de reproduction de l'ogive et de l'optique de tête chercheuse. On influence par là positivement et de manière durable l'efficacité du missile. La probabilité de la détection d'une cible et de l'éventuelle destruction d'une cible repérée est ainsi accrue. Un exemple de réalisation de l'invention est décrit plus en détail à l'aide d'un dessin. La figure unique du dessin montre un capot avant 20 avec une structure extérieure améliorée sur le plan aérodynamique par rapport à la forme sphérique, et une optique de correction. Sur la figure est représenté un capot avant 10 qui est disposé sur une ogive 12 hémisphérique d'un missile. Le missile comporte à l'intérieur, derrière son ogive 12, des éléments catadioptriques 14, 15 et 16, qui sont prévus pour la reproduction d'un faisceau de rayons sur une optique de tête chercheuse 18 pouvant pivoter par rapport au centre de la courbure de l'ogive 12. Par l'optique de tête chercheuse 18 on reproduit alors un faisceau de rayons incident sur un détecteur 20 réagissant au rayonnement, se trouvant derrière celle-ci. Le capot avant 10 présente une structure extérieure 22 paraboloïde. La structure extérieure 22 est fabriquée en fluorure de magnésium. Comme optique de correction 24 on prévoit une lentille au germanium. La surface extérieure 26, tournée vers l'ogive 12, de la lentille au germanium, est concave et sphérique. De ce fait, la lentille au germanium peut être placée par complémentarité de formes sur l'ogive 12 de forme sphérique. Les valeurs précises du design de la structure extérieure 22 et de la lentille au germanium se trouvent dans le tableau suivant. Les données de la structure extérieure non sphérique sont définies par la formule suivante pour les surfaces non sphériques: cv r2 z = + adr4 + aer6 afr8 + agrlo l+ l-cv(cc+l)r2 r désigne ici le rayon de la structure extérieure 22, cv la courbure et cc lo la constante conique. ad, ae, af, ag sont des coefficients de non-sphéricité. Dans le présent exemple, les coefficients de non-sphéricité (af, ag) indiqués sont égaux à zéro. Le capot avant (10) présente une distance focale f de 67mm (2,626 pouces) pour une ouverture numérique NA de 0,4189. L'homme de l'art peut adapter de façon simple les valeurs d'étude et les matériaux utilisés pour la structure extérieure 22 et l'optique de correction 24, aux exigences d'un missile à équiper ultérieurement. Tableau: Données d'étude du capot avant 10 Rayon Epaisseur (mm) Rayon Matériau Commentaire (mm) ou d'ouverture distance (mm) (mm) Plan de Air l'objet 1 12,700 2,184 33,604 Fluorure de Structure magnésium Extérieure 22 2 12,213 22,860 33,604 Air Distance par rapport à la lentille au germanium 3 38,812 2,794 30,48 Germanium Lentille au germanium 4 36,144 30,48 Air Données de non-sphéricité (conique et polynomial) de la structure extérieure 22 CC AD AE 1 -1 2 -1 3 0,010923 0,001444 -0,000909 Io Références Capot avant 12 Ogive 14 Elément catadioptrique Elément catadioptrique 16 Elément catadioptrique 18 Tête chercheuse Détecteur 22 Structure extérieure 24 Optique de correction 26 Surface extérieure REVENDICATIONS 1. Capot avant (10) pour une ogive (12) perméable aux rayonnements d'un missile avec une structure extérieure (22) perméable aux rayonnements, améliorée sur le plan aérodynamique par rapport à la forme sphérique et avec une optique de correction (24) perméable aux rayonnements, pouvant être placée devant l'ogive (12). 2. Capot avant (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est largable. 3. Capot avant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'optique de correction (24) peut être placée par complémentarité de formes sur l'ogive (12) du missile. 4. Capot avant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure extérieure (22), améliorée sur le plan aérodynamique présente une géométrie de forme conique, ogivale ou paraboloïdale. 5. Capot avant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface extérieure (26), tournée vers 20 l'ogive (12) du missile, de l'optique de correction (24), est concave et sphérique. 6. Capot avant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à5, caractérisé en ce que la structure extérieure (22) est fabriquée en fluorure de magnésium. 7. Capot avant (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'optique de correction (24) est une lentille au germanium.