Brevet FR2892808A1 — publié le 20070504

L'invention concerne un dispositif de pilotage d'un projectile permettant par exemple de corriger les influences de balistique extérieures qui agissent sur la trajectoire du projectile ou d'effectuer un vol d'approche terminal guidé. Les dispositifs de pilotage d'un projectile du même type sont connus sous les formes les plus diverses. Il s'agit notamment • de l'exemple de réalisation relatif à la figure 3 de la demande de brevet EP 0 322 540 A2, • de l'exemple de réalisation relatif à la figure 2 du brevet DE 36 45 077 C2 • et de l'exemple de réalisation relatif à la figure 7 de la demande de brevet DE 40 24 264 Al. Le projectile comporte un nez de projectile suivi d'une enveloppe de projectile. Par ailleurs, le nez du projectile est réglable en rotation par rapport à l'enveloppe du projectile par le biais d'un dispositif de commande mécanique et/ou d'un dispositif de freinage. Enfin, le nez du projectile est muni d'un dispositif de guidage qui permet de produire une force transversale sur le projectile. En ce qui concerne la figure 3 susvisée de la demande de brevet EP 0 322 540 A2, le dispositif de guidage du nez du projectile comporte des tuyères transversales alimentées par de l'air dynamique. Par ailleurs, des ailettes en canard sont disposées sur le nez du projectile. Ces ailettes en canard permettent de mettre en rotation le nez du projectile pour pouvoir transformer cette énergie cinétique en énergie électrique. Cette réalisation donne des forces de pilotage plus importantes ainsi qu'une plus grande traînée aérodynamique. Si l'on considère la figure 2 du brevet DE 36 45 077 C2, on a une version dans laquelle le nez du projectile présente tout d'abord une première paire d'ailettes entrecroisées et est réglable en rotation par rapport à l'enveloppe du projectile par le biais d'un premier dispositif de commande mécanique et/ou d'un dispositif de freinage. Par ailleurs, on a prévu une pointe de rotor saillante dans le sens du vol avec une seconde paire d'ailettes de commande. La seconde paire d'ailettes de commande est réglable en rotation par rapport au nez du projectile par le biais d'un dispositif de commande mécanique et/ou d'un dispositif de freinage. La première paire d'ailettes de commande permet d'exercer en permanence une force transversale stable, alors qu'avec la seconde paire d'ailette de commande, on peut produire une force transversale supplémentaire de manière ciblée. Les ailettes qui dépassent du contour de rotation du nez du projectile peuvent constituer un obstacle lors de l'approvisionnement en munition ou du processus de charge. La production de la force transversale par des ailettes augmente la traînée de l'écoulement. Par ailleurs, on a le problème de l'échauffement des bords d'attaques acérés des ailettes. Lorsqu'on engage un processus de pilotage, les forces de réglage nécessaires sont importantes. Les ailettes sont en effet exposées à des forces aérodynamiques importantes de l'écoulement. Dans l'exemple de réalisation de la figure 7 de la demande de brevet DE 40 24 264 Al , le dispositif de guidage comporte un générateur de gaz pyrotechnique et des tuyères de poussée disposées perpendiculairement au sens du vol. Le générateur de gaz a besoin lui aussi d'un dispositif d'allumage. Le porteur d'énergie pyrotechnique doit être intégré dans le projectile et augmente le poids. Les réserves d'énergie sont par ailleurs limitées et seuls de brefs processus de guidage peuvent être mis en oeuvre. Lors d'un stockage à long terme de la munition, la stabilité chimique du porteur d'énergie pyrotechnique peut poser des problèmes. Enfin les tuyères latérales augmentent la traînée du projectile. L'invention a pour objet de créer un dispositif de pilotage d'un projectile de même type dans lequel le dispositif de guidage est conçu sous forme simple, peu coûteuse, n'entrave pas l'écoulement et n'empêche pas le maniement de la munition. La solution apportée est un dispositif de pilotage d'un projectile comportant un nez de projectile suivi d'une enveloppe de projectile, la position du nez du projectile étant réglable angulairement par rotation, par rapport à l'enveloppe du projectile, autour d'un axe de rotation par un mécanisme de commande mécanique et/ou un dispositif de freinage, le nez du projectile étant muni d'un dispositif de guidage qui permet de produire une force transversale sur le projectile, caractérisé en ce que le dispositif de guidage comporte la surface extérieure du nez du projectile, cette surface comportant une asymétrie par rapport à l'axe de roulis du projectile. Conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite surface extérieure est rigide, statique, c'est-à-dire qu'elle ne comporte pas de composant mobile, et régulière, c'est-à-dire qu'elle ne comporte pas de forme saillante. L'avantage de l'invention est que, sous une forme simple, le nez du projectile produit dans l'écoulement, indépendamment de son incidence dans l'espace, une force transversale utilisée pour le pilotage du projectile. En effet, la surface extérieure du nez du projectile présente une asymétrie par rapport à l'axe de roulis du projectile, qui produit à son tour la force transversale dans l'écoulement. La réalisation précitée est plus facile à fabriquer et engendre des coûts de fabrication moins importants. Les tuyères transversales alimentées par de l'air dynamique, les ailettes et le générateur de gaz alimentant des tuyères transversales n'ont plus lieu d'être. La force transversale produite aérodynamiquement ne provoque qu'une légère augmentation de la traînée. Les forces de réglage nécessaires pour introduire le processus de guidage sont beaucoup moins importantes que celles des ailettes et sont surtout découplées des forces aérodynamiques de l'écoulement. Compte tenu de l'asymétrie du nez du projectile, on n'a pas de formes à arêtes vives avec des profils minces susceptibles de provoquer des problèmes de résistance dus à l'échauffement dans le supersonique élevé. L'énergie pour la production du courant électrique n'est pas prélevée dans l'air de l'écoulement. Le réglage du sens de la force de pilotage et de sa puissance se fait uniquement par les possibilités de réglage rotatif du nez du projectile par rapport à l'enveloppe du projectile. La force de guidage est disponible pendant tout le vol. Le dispositif de guidage peut être utilisé dans le subsonique, le transsonique, le supersonique et l'hypersonique. Le dispositif de guidage peut être utilisé indépendamment du fait que la munition possède une stabilisation par rotation ou non. La surface extérieure du nez du projectile est rigide, sans composants mobiles et ne présente aucune section saillante, tel que des ailettes de pilotages en particulier. Le chargement de la munition et l'approvisionnement en munitions ne sont donc pas entravés. Conformément à une forme d'exécution de l'invention, la surface extérieure 35 du nez du projectile est une forme axisymétrique par rapport à l'axe de rotation du nez du projectile, en particulier une forme en ogive avec un méplat ou une bosse d'un côté. Il s'agit d'une forme de construction simple qui permet de produire en vol la force latérale de guidage du projectile lorsque le nez du projectile est placé dans l'écoulement amont. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, la surface extérieure du nez du projectile possède une forme axisymétrique par rapport à un axe de symétrie, cet axe de symétrie étant légèrement courbé par rapport à l'axe de rotation du projectile. II s'agit d'une alternative au modèle susvisé qui permet de produire en vol la force latérale de guidage du projectile lorsque le nez du projectile est placé dans l'écoulement amont. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, le nez du projectile est relié de manière fixe à un axe et maintenu par des coussinets de pivotement dans le corps du projectile, où il est également couplé au mécanisme de commande mécanique et/ou au dispositif de freinage. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, une fente est disposée entre le nez du projectile et l'enveloppe du projectile, et en ce que le nez du projectile ainsi que son axe sont mobiles longitudinalement, notamment sous l'effet des forces de l'accélération générées lors d'un lancement du projectile et, préférentiellement entre une première position dans laquelle le nez et l'enveloppe du projectile sont séparés par ladite fente et une seconde position ils sont l'un contre l'autre. Selon une caractéristique particulière, des moyens d'amortissement de ce déplacement longitudinal, par exemple constitués par un ressort, coopère avec l'axe du nez du projectile. Ainsi, le nez du projectile et son axe peuvent être déplacés longitudinalement en surmontant les forces d'un ressort jusqu'à ce que la fente disparaisse complètement, en particulier compte tenu des forces de l'accélération initiale. Au départ du tir, le projectile subit une accélération longitudinale, qui dépend du type d'arme, à laquelle se superposent des oscillations dont les valeurs peuvent atteindre jusqu'à 50000 fois l'accélération terrestre. Compte tenu du maintien élastique par des paliers, le nez du projectile peut s'appuyer sur l'enveloppe du projectile pendant la durée de l'accélération. La force exercée sur le coussinet de pivotement est limitée par la force élastique. Ceci permet une construction relativement compacte et facile à réaliser. Pendant la durée de l'accélération, le nez du projectile ne peut pas être déplacé par rapport à l'enveloppe du projectile. Ceci est valable aussi longtemps que le projectile se trouve dans le tube d'arme ou juste devant. Pendant tout ce temps, le nez du projectile et l'enveloppe du projectile se comportent comme un ensemble, donc comme un projectile conventionnel non guidé. Après avoir quitté le tube et après la diminution de l'accélération, le ressort permet le déplacement du nez du projectile vers l'avant, dans le sens opposé à la traînée, et l'activation de la possibilité de rotation du nez du projectile. Le guidage peut dès lors commencer. Des exemples de réalisation de l'invention sont mentionnés ci-après au regard des figures parmi lesquelles : la figure 1 montre un projectile en coupe longitudinale sous forme de schéma de principe, la figure 2 présente un autre projectile d'un autre exemple de réalisation, également en coupe longitudinale sous forme de schéma de principe. La figure 1 présente un dispositif de pilotage d'un projectile 1. Le projectile 1 comporte un nez de projectile 10 suivi d'une enveloppe de projectile 20. Le nez de projectile 10 est réglable par rotation par rapport à l'enveloppe du projectile 20 selon un axe de rotation 14 par un mécanisme de commande mécanique 21, qui est en même temps un dispositif de freinage. Par ailleurs, le nez du projectile 10 est muni d'un dispositif de guidage qui permet de produire une force transversale sur le projectile 1. Pour cela, la surface extérieure du nez du projectile 10 présente une asymétrie par rapport à l'axe de roulis du projectile 1. Cette asymétrie de la surface extérieure du nez du projectile 10 est telle que la force transversale est produite dans l'écoulement autour du nez du projectile 10. Le sens de la force transversale est donc en corrélation avec la position angulaire du nez du projectile 10. Par ailleurs, la surface extérieure du nez du projectile 10 est rigide, sans composants mobiles et ne présente aucune section saillante, telles que des ailettes de pilotage en particulier. Comme l'illustre la figure 1, la surface extérieure du nez du projectile 10 a une forme axisymétrique par rapport à l'axe de rotation 14 du nez du projectile 10, en particulier une forme en ogive avec un méplat d'un côté 11. Ce méplat 11 produit la force latérale en vol. Comme alternative au méplat 11, on pourrait également envisager une bosse. Le nez du projectile 10 est relié de manière fixe à un axe en rotation qui est maintenu par des coussinets de pivotement 22a et 22b dans l'enveloppe du projectile 20, où il est également couplé au mécanisme de commande mécanique 21 et/ou au dispositif de freinage. Entre le nez du projectile 10 et l'enveloppe du projectile, on a disposé une fente. Le nez du projectile 10 ainsi que son axe 12 peuvent être déplacés : • dans le sens longitudinal • en surmontant les forces d'un ressort 23 jusqu'à ce que la fente disparaisse complètement, en particulier compte tenu des forces de 15 l'accélération initiale. Le mécanisme de commande mécanique 21 et/ou le dispositif de freinage est un dispositif électrique. 20 Dans ce qui suit, on explique le fonctionnement général du dispositif de pilotage d'un projectile. Un capteur 13, par exemple un capteur magnétique, détermine la vitesse de rotation du nez du projectile 10 en fonction de l'écoulement et non pas en fonction de 25 l'enveloppe du projectile 20. Compte tenu du mécanisme de commande mécanique 21 et/ou du dispositif de freinage, le nez du projectile 10 est réglable en rotation par rapport à l'enveloppe du projectile 20. La possibilité de réglage en rotation signifie que la vitesse angulaire du nez du projectile 10 est réglable par rapport à l'écoulement. Du fait de la vitesse angulaire réglable, la durée de séjour de 30 l'asymétrie du nez du projectile peut être concentrée sur une position angulaire dans l'espace. En conséquence, la force latérale du nez du projectile s'exerce également principalement dans le sens de cette position angulaire. L'ensemble du projectile est mis en incidence par rapport à l'écoulement compte tenu de la force latérale s'exerçant excentriquement dans le sens longitudinal. Le projectile en incidence dans 35 l'écoulement subit désormais une force transversale appliquée sur l'enveloppe du projectile qui provoque la modification de trajectoire souhaitée. La variation maximale de la direction est obtenue lorsque le nez du projectile est maintenu dans une position d'angle de rotation constante par rapport à l'écoulement. Si on ne souhaite aucune modification de direction, l'autre extrême est obtenu lorsque le nez du projectile tourne avec une vitesse de rotation homogène par rapport à l'écoulement. Les forces transversales exercées sur le nez du projectile s'annulent avec le temps. Entre les cas limites précités, on peut régler l'importance de la variation de direction en faisant en sorte que le nez du projectile soit en rotation par rapport à l'écoulement, tout en réglant toutefois différemment le niveau de la vitesse de rotation au cours d'une rotation. En d'autres termes, une durée de séjour accrue du nez du projectile par rapport à l'espace donne les valeurs et orientations souhaitées des forces de pilotage du fait du réglage variable de la rotation. Dans ce qui suit, on va expliquer le fait que le dispositif de pilotage travaille dans toutes les plages de vitesse. Par rapport à l'axe de roulis 2 du projectile, le nez du projectile 10 est conçu de manière asymétrique. Une force transversale est ainsi exercée sur le nez du projectile 10. La force transversale s'explique par l'aérodynamique et l'effet impulsionnel de l'écoulement. La force transversale augmente avec le carré de la vitesse, mais ni sa position ni sa direction ne varient. La transition du domaine subsonique au domaine transsonique et supersonique est possible sans changement des lois de guidage. Ceci est important dans le domaine de l'artillerie où les projectiles quittent le tube à Mach 3 avec une charge maximale et s'approchent de la cible dans le transsonique à Mach 1 env. La fonction dans l'hypersonique est également assurée par la construction conforme à l'invention, même s'il faut supporter ici des pressions d'arrêt et des températures extrêmes. Ces valeurs sont maîtrisées grâce à la forme rigide du nez du projectile qui ne comporte aucun élément mobile tel que des ailettes. Etant donné que la possibilité de réglage en rotation du nez du projectile se fait par rapport à l'écoulement, le dispositif de guidage est utilisable à la fois pour un projectile gyrostabilisé et un projectile stabilisé par empennage. Dans le cas de l'enveloppe de projectile en rotation, dans la loi de guidage, il faut prendre en compte les forces de Magnus et les forces gyroscopiques en plus des forces de portance. Contrairement à l'exemple de réalisation de la figure 1, la force latérale pourrait, comme à la figure 2, également être produite en vol du fait que la surface extérieure du nez du projectile 10 possède une forme axisymétrique par rapport à un axe de symétrie 15, en particulier une forme ogivale, et que cet axe de symétrie 15 est légèrement courbé par rapport à l'axe de rotation 14 du projectile 1. Comme le montre la figure, il est utile que la surface de contact du nez du projectile soit conçue de manière inclinée pour suivre la courbure. On remarquera que dans l'exemple de réalisation de la figure 2, on utilise les mêmes références qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes composants. Revendications 1. Dispositif de pilotage d'un projectile (1) comportant un nez de projectile (10) suivi d'une enveloppe de projectile (20), la position du nez du 10 projectile (10) étant réglable angulairement par rotation, par rapport à l'enveloppe du projectile (20), autour d'un axe de rotation (14) par un mécanisme de commande mécanique (21) et/ou un dispositif de freinage, le nez du projectile (10) étant muni d'un dispositif de guidage qui permet de produire une force transversale sur le projectile (1), caractérisé en ce que 15 le dispositif de guidage comporte la surface extérieure du nez du projectile (10), cette surface comportant une asymétrie par rapport à l'axe de roulis (2) du projectile (1). 2. Dispositif de pilotage d'un projectile (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface extérieure est rigide, statique et 20 régulière. 3. Dispositif de pilotage d'un projectile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface extérieure du nez du projectile (10) comporte une forme axisymétrique par rapport à l'axe de rotation (14) du nez du projectile (10) avec un méplat ou une bosse d'un 25 côté. 4. Dispositif de pilotage d'un projectile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface extérieure du nez du projectile (10) possède une forme axisymétrique par rapport à un axe de symétrie (15) et que cet axe de symétrie (15) est légèrement courbé par 30 rapport à l'axe de rotation (14) du projectile (1). 5. Dispositif de pilotage d'un projectile (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le nez du projectile (10) est relié de manière fixe à un axe (12) en rotation et maintenu par des coussinets de pivotement (22a, 22b) dans l'enveloppe du projectile (20) où 35 il est également couplé au mécanisme de commande mécanique (21) et/ou au dispositif de freinage. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une fente (30) est disposée entre le nez du projectile (10) et l'enveloppe du projectile (20), et en ce que le nez du projectile (10) ainsi que son axe (12) sont mobiles longitudinalement, notamment sous l'effet des forces de l'accélération générées lors d'un lancement du projectile. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le nez du projectile (10) ainsi que son axe (12) sont mobiles longitudinalement entre une première position dans laquelle le nez (10) et l'enveloppe (20) du projectile sont séparés par ladite fente (30) et une seconde position ou ils sont l'un contre l'autre. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que des moyens d'amortissement de ce déplacement, par exemple constitués par un ressort, coopère avec l'axe (12) du nez du projectile (10). 9. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le mécanisme de commande mécanique (21) et/ou le dispositif de freinage est un dispositif électrique.