Brevet FR2927991A1 — publié le 20090828

Projectile gyrostabilisé et pilotable, et procédé utilisé pour son pilotage L'invention concerne un projectile gyrostabilisé et pilotable, ainsi qu'un procédé de pilotage. Généralement, les projectiles gyrostabilisés et pilotables sont équipés de moyens aérodynamiques de guidage. Ces moyens aérodynamiques de guidage sont placés sur une partie du projectile, découplée de la rotation. Pendant que le corps du projectile continue sa rotation à haute vitesse pour stabiliser la trajectoire, le culot du projectile, découplé de la rotation par l'articulation, est amené dans une position stable, ce qui permet aux moyens de guidage aérodynamiques de produire une force de guidage qui pilote le projectile sur la trajectoire souhaitée. Il est nécessaire de disposer d'une source d'énergie, entre autres afin d'amener le culot du projectile, découplé de la rotation par l'articulation, dans une position stable. Concernant la combinaison fonctionnelle et la définition du moyen de guidage, de la partie du projectile découplée de la rotation par une articulation et de la source d'énergie différents concepts sont d'ores et déjà connus. Le document DE 600 21 822 T2 présente un projectile gyrostabilisé. Dans ce cas précis, c'est le nez du projectile qui est découplé de la rotation du reste du projectile par une articulation rotative. Le nez du projectile, découplé de la rotation, présente des moyens aérodynamiques de guidage. Entre le nez du projectile, découplé de la rotation, et le corps du projectile, un générateur est inséré (paragraphe 0038, figure 8). Les moyens aérodynamiques de guidage sont conçus sous la forme d'ailettes en canard. Dans le cas de ce concept, le point d'attaque des moyens aérodynamiques se trouve à l'avant du projectile. Le projectile est sensible aux influences extérieures. On peut considérer que le comportement de vol est plutôt instable. Le document US 4 565 340 A présente un projectile qui ne peut pas être totalement considéré comme un projectile gyrostabilisé. En effet, la faible vitesse de rotation 1 prévue sur ce projectile a uniquement pour objet de faciliter l'échange de données avec la station au sol (colonne 3, lignes 48 à 52). En conséquence, les gouvernes escamotables et destinées à stabiliser le projectile sont placées au centre de celui-ci. Le culot est relié au corps du projectile par une articulation rotative. Le culot présente des moyens aérodynamiques de guidage. Les moyens aérodynamiques de guidage sont conçus sous forme d'ailettes de guidage qui peuvent basculer pour se placer dans une position stable. Entre le culot du projectile et le corps du projectile, on a placé un moteur. Le moteur entraine le culot du projectile exactement à la même vitesse de rotation que le corps du projectile, en sens inverse toutefois. Ceci permet d'obtenir un positionnement stable du culot. L'objet de cette invention est de répondre à la spécification suivante: concevoir un projectile gyrostabilisé avec un mécanisme de guidage simple. Conformément à l'idée de départ de cette invention, on obtient ce résultat en concevant un projectile gyrostabilisé comportant un culot découplé de la rotation du projectile et caractérisé en ce que ce culot présente d'une part des gouvernes déployables de manière autonome et orientées dans le même sens et aptes à réduire sa rotation et, d'autre part, des moyens aérodynamiques de guidage repliables ou déployables du projectile, et en ce que un générateur est placé entre le culot et la partie principale du projectile, ce générateur étant apte à freiner la rotation du culot pour l'amener dans une position stable. Le projectile gyrostabilisé décrit un mouvement rotatif à haute vitesse, ceci permettant de générer un important effet gyroscopique et de stabiliser le projectile. Le culot est relié au corps du projectile par une articulation rotative, cette articulation l'isole de la rotation du corps du projectile. Le culot découplé du mouvement rotatif présente des gouvernes déployables, orientées dans le même sens. Les gouvernes freinent tout d'abord le mouvement rotatif rapide du culot, puis entrainent la rotation lente du culot dans le sens inverse de celui du corps du projectile. Entre le culot du projectile et le corps du projectile, on a placé un générateur. Le générateur permet d'assurer l'alimentation électrique du projectile. Le générateur exploite le différentiel de vitesse de rotation existant entre le culot découplé du mouvement rotatif et du corps du projectile pour produire de l'électricité. Les moyens aérodynamiques de guidage déployables et repliables permettent de donner des impulsions ciblées" de guidage. Pour générer une impulsion de guidage, le culot du projectile est amené dans une position stable, grâce au générateur. Conformément à une forme de réalisation de l'invention, les moyens aérodynamiques de guidage se présentent sous la forme d'au moins une paire d'ailettes de guidage, placées en position diamétralement opposée et en sens inverse l'une de l'autre. Les ailettes de guidage sont des pièces qui ont fait leurs preuves en utilisation. On obtient une force aérodynamique de guidage élevée du fait que les ailettes sont placées en position diamétralement opposée et en sens inverse l'une de l'autre. Conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, chaque ailette de guidage est fixée par une articulation rotative au culot découplé de la rotation du projectile, chaque ailette peut être déployée et repliée. Ainsi, les mouvements de déploiement et de repliage des moyens aérodynamiques de guidage sont très simples et permettent de donner au projectile une impulsion de guidage limitée dans le temps. Conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, chaque ailette présente un verrouillage électrique qui permet de la verrouiller et de la déverrouiller en position déployée ou repliée. Le projectile étant équipé d'un générateur, on dispose d'une alimentation pour le verrouillage électrique. Conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, les ailettes de guidage sont conçues de telle manière que les ailettes passent de la position repliée à la position déployée sous l'effet de la force centrifuge. Sous l'effet des gouvernes, le culot décrit un mouvement rotatif lent, inverse à celui du corps du projectile qui est plus rapide. Ainsi on peut exploiter de manière simple la force centrifuge pour déployer les gouvernes. Conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, les ailettes de guidage sont conçues de telle manière que les ailettes passent de la position déployée à la position repliée sous l'effet de l'écoulement amont. Pendant la procédure de guidage, le culot du projectile adopte une position stable à un angle de rotation déterminé. Le culot n'est pas soumis à la force centrifuge. Ainsi, la force exercée par l'écoulement amont peut agir sur les ailettes de guidage et les replacer en position repliée. 3 Selon une autre forme de réalisation de l'invention, chaque ailette de guidage forme un segment de cercle. Une ailette de guidage de cette forme peut aisément être intégrée au culot du projectile. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, l'articulation rotative est disposée au centre du cercle, à partir duquel le segment de cercle est formé et la plage de pivotement de la gouverne est de 180°. Ceci permet de disposer d'une surface importante pour influer sur l'aérodynamique et de ne nécessiter qu'un logement d'espace réduit pour l'ailette repliée. L'invention concerne aussi une procédure de guidage consistant,après que le projectile a quitté le fût, que les gouvernes ont été déployées, que les gouvernes ont fortement réduit la vitesse de rotation du culot et que les gouvernes font tourner le culot à faible vitesse dans le sens contraire de celui du reste du projectile qui tourne à grande vitesse, en un déverrouillage électrique d'ailettes de guidage, un déploiement automatique des ailettes de guidage par l'effet de la force centrifuge, un verrouillage électrique des ailettes de guidage en position déployée, un ralentissement de la rotation du culot en position stable à l'aide d'un générateur, un maintien dans cette position stable et donc transmission de la force de direction des gouvernes sur le projectile, jusqu'à ce que celui-ci ait atteint la trajectoire théorique, un déverrouillage électrique des ailettes de guidage, un repliage automatique des ailettes de guidage par l'effet de l'écoulement amont, un verrouillage électrique des ailettes de guidage en position repliée, une suppression de l'effet de freinage. Un exemple de réalisation de l'invention est précisé ci-après à l'aide de dessins. Sont représentés sous forme de schéma de principe: - Sur la figure 1, un projectile gyrostabilisé présentant un culot découplé du mouvement rotatif; vu de face. - Sur la figure la, la vue arrière du culot du projectile découplé du mouvement rotatif en mode guidage, ailettes de guidage déployées. - Sur les figures 2aà 2d, les différentes étapes de déploiement d'une ailette de guidage. - Sur la figure 3, un diagramme sur lequel la ligne pointillée représente la vitesse de rotation du culot découplé de la rotation du corps du projectile et la ligne continue la vitesse de rotation du corps du projectile, à partir de la sortie du fût. - Sur les figures 3a à 3d, la vue arrière du culot découplé du mouvement rotatif. Chacune de ces figures se rapporte aux phases décrites dans le diagramme de la figure 3 et présente la position des gouvernes et ailettes de guidage. La figure 1 montre un projectile gyrostabilisé 1 dont le culot 8 est découplé du mouvement rotatif du reste du projectile. Le culot du projectile 8, découplé de la rotation, présente des gouvernes 10a et 10b déployables de manière autonome et orientées dans le même sens. Les gouvernes 10a et 10b freinent le mouvement rotatif rapide du culot 8 et entrainent le culot 8 dans un mouvement rotatif lent, inverse à celui du corps du projectile. Entre le culot découplé de la rotation 8 et la partie principale du projectile 1, on a placé un générateur 5 qui a aussi la capacité de freiner la rotation du culot 8 pour l'amener dans une position stable. Le culot 8 comprend également des moyens aérodynamiques de guidage qui peuvent être repliés ou déployés du projectile. Pour réaliser le guidage, le culot 8 adopte une position stable, selon un angle de rotation défini. Pour donner une impulsion de guidage, les moyens aérodynamiques de guidage restent, pour une durée définie, en position déployée. La figure la démontre comment se présente le projectile en mode de guidage, moyens de guidage en position déployée. Les moyens aérodynamiques de guidage présentent une paire d'ailettes de guidage 20a et 20b. En ce qui concerne leur apparence extérieure, les gouvernes 10a et 10b ressemblent aux ailettes de guidage 20a et 20b. La différence entre les gouvernes 10a et 10b et les ailettes de guidage 20a et 20b réside dans le fait que ces dernières sont croisées en sens inverse: placées en position stable, elles peuvent ainsi exercer une force de guidage en fonction de l'angle de rotation. Dans le cas représenté à la Figure 1 et la, la force de guidage entraine un mouvement du projectile vers le bas. En dérogation par rapport à l'exemple d'exécution présenté, il est également possible de prévoir plusieurs paires d'ailettes de guidage placées de manière diamétralement opposée et croisées en sens inverse pour augmenter la force de guidage. Les figures 2a à 2d présentent pas à pas la procédure de déploiement de l'ailette de guidage 20a. La figure 2a montre tout d'abord comment l'ailette de guidage 20a est fixée par une articulation rotative 21 au culot 8 découplé de la rotation du projectile. L'ailette de guidage 20a présente un verrouillage électrique. Au sein du système de verrouillage électrique, on trouve une goupille de verrouillage 81 actionnée par un système électrique. La figure 2a présente l'ailette de guidage 10a en position repliée et verrouillée. La goupille de verrouillage 22 vient se placer dans le perçage arrière de verrouillage 81. Sous l'effet de la force centrifuge, l'ailette 20a peut passer de la position repliée à la position déployée. La force centrifuge est due au fait que le culot découplé de la rotation (8, figure 1) est en rotation lente, dans le sens inverse de celui du corps du projectile. Cet effet est obtenu par les gouvernes (10a et 10b, figure la). Cet aspect fera l'objet d'explications détaillées plus avant dans le texte. Pour déployer l'ailette de guidage 20a, la goupille de verrouillage 22 est tout d'abord retirée du perçage arrière de verrouillage 81, comme cela est montré à la figure 2b. Etant donné que, comme on peut le voir à la figure 2b, le centre de gravité 23 de l'ailette de guidage 20a se situe en avant du point de rotation de l'articulation déployable 21, l'accélération centrifuge génère un couple de rotation qui déploie l'ailette de guidage 20a à partir de sa position actuelle et la fait tourner dans l'écoulement amont, comme on peut le voir à la figure 2c. Une fois que la position déployée a été atteinte, la goupille de verrouillage 22 est poussée par un système électrique dans le perçage avant 82, comme cela est montré en figure 2d. Puis le culot (8, figure 1) est freiné pour être placé en position stable à l'aide du générateur (5, figure 1), la phase de guidage commence. Une fois la phase de guidage terminée, la goupille de verrouillage 22 est retirée du perçage avant 82 par un système électrique. Toutefois, le culot (8, figure 1) maintient sa position stable. Par l'effet des forces de l'écoulement amont, l'ailette de guidage 10a passe de sa position déployée en position repliée. En position repliée, le verrouillage électrique est mis en place grâce à la goupille de verrouillage 22. Les gouvernes croisées font en sorte que le culot tourne à une vitesse réduite. Le générateur produit de l'électricité. Comme on peut le voir aux figures 2a à 2d, le système est de construction compacte : en effet l'ailette de guidage 20a forme un segment de cercle. Sur cette ailette de guidage, l'articulation rotative 21 est placée au milieu du cercle à partir duquel le segment de cercle est formé. La plage de pivotement de l'ailette de guidage 20a est de 180°. La conception des ailettes de guidage ayant été expliquée en détails, l'objet du paragraphe suivant est de revenir sur le procédé de guidage d'un projectile 6 gyrostabilisé en s'appuyant sur le diagramme de la figure 3 et les figures 3a à 3d représentant les différentes positions des ailettes. En phase a, le projectile se trouve dans le tube d'arme. II y est soumis à une accélération. La rotation du culot, illustrée par la ligne pointillée, est en augmentation constante. Il en va de même de la rotation du corps du projectile, représenté par la ligne continue. Comme cela est illustré par la figure 3a, les ailettes de guidage et les gouvernes sont en position repliée. Une fois que le projectile a quitté le tube d'arme, les gouvernes 10a et 10b se déploient comme représenté en figure 3b, la phase b débute. Au cours de la phase b, les gouvernes 10a et 10b réduisent la vitesse de rotation du culot jusqu'à une valeur nulle. Puis les gouvernes entrainent le culot dans un mouvement rotatif à basse vitesse, inverse à celui du corps du projectile. La différence de rotation est utilisée par le générateur pour produire de l'électricité. La transition vers la phase c du guidage est introduite par le déverrouillage électrique des ailettes de guidage 20a et 20b, par le déploiement automatique des ailettes de guidage 20a et 20b à l'aide de la force centrifuge et par le verrouillage électrique des ailettes de guidage 20a et 20b en position déployée. Le ralentissement du mouvement rotatif du culot 8 pour l'amener en position stable est réalisée par le générateur 5. Le culot reste ensuite dans cette position stable. La force de guidage des gouvernes 10a et 10b s'applique au projectile 1, jusqu'à ce qu'il atteigne la trajectoire nominale. Ensuite, les gouvernes 10a et 10b sont déverrouillées par système électrique. Les gouvernes 10a et 10b sont repliées automatiquement, sous l'effet des forces de l'écoulement amont. Les gouvernes 10a et 10b sont ensuite verrouillées par système électrique en position fermée. L'effet de décélération produit par le générateur est supprimé et le culot quitte sa position stable. Durant la phase d, les ailettes de guidage sont repliées. Le générateur fonctionne. Les gouvernes entrecroisées font en sorte que le culot décrive un mouvement rotatif lent, inverse à celui du corps du projectile. 7 La phase c du guidage et la phase d de production d'électricité peuvent alterner en permanence. Liste des références 5 1 Projectile Générateur 8 culot gyrostabilisé 81 perçage arrière 10 82 perçage avant 10a première gouverne 10b deuxième gouverne 15 20a première ailette de guidage 20b deuxième ailette de guidage 21 articulation rotative 22 goupille de verrouillage 23 Centre de gravité 8 Revendications 1. Projectile gyrostabilisé (1) comportant un culot (8) découplé de la rotation du projectile et caractérisé en ce que ce culot (8) présente d'une part des gouvernes (10a, 10b) déployables de manière autonome et orientées dans le même sens et aptes à réduire sa rotation et, d'autre part, des moyens aérodynamiques de guidage repliables ou déployables du projectile, et en ce que un générateur est placé entre le culot (8) et la partie principale du projectile, ce générateur étant apte à freiner la rotation du culot (8) pour l'amener dans une position stable. 2. projectile gyrostabilisé (1) selon la revendication 1, caractérisé en, ce que les moyens aérodynamiques de guidage sont des ailettes de guidage (20a et 20b), ces ailettes se trouvant en position diamétralement opposée et étant orientées dans un sens contraire l'une à l'autre. 3. projectile gyrostabilisé (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque ailette de guidage (20a et 20b) est reliée au culot découplé de la rotation (8) par une articulation rotative (21) et peut être déployée ou repliée. 4. projectile gyrostabilisé selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque ailette 20 de guidage (20a, 20b) présente un système çie verrouillage électrique qui permet de verrouiller et de déverrouiller l'ailette en position déployée ou repliée. 5. projectile gyrostabilisé (1) selon l'une des revendications 3 ou 4, sur lequel les ailettes de guidage (20a, 20b) sont définies de manière à ce que les ailettes de 25 guidage (20a, 20b) passent de la position repliée à la position déployée sous l'effet de la force centrifuge. 6. projectile gyrostabilisé (1) selon l'une des revendications 3 à 5, sur lequel les ailettes de guidage (20a, 20b) sont définies de manière à ce que les ailettes de guidage (20a, 30 20b) passent de la position déployée à la position repliée sous l'effet de l'écoulement amont.. Projectile gyrostabilisé (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que chaque ailette de guidage (20a, 20b) forme un segment de cercle. 8. Projectile gyrostabilisé (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'articulation rotative (21) est disposée au centre du cercle à partir duquel le segment de cercle est formé et la plage de pivotement de l'ailette de guidage (20a, 20b) est de 180°. 9. Procéde de guidage d'un projectile gyrostabilisé (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte, après que le projectile (1) a quitté le fût, que les gouvernes (10a, 10b) ont été déployées, que les gouvernes ont fortement réduit la vitesse de rotation du culot (8) et que les gouvernes font tourner le culot à faible vitesse dans le sens contraire de celui du reste du projectile qui tourne à grande vitesse, les étapes suivantes : • Déverrouillage électrique des ailettes de guidage (20a et 20b), • Déploiement automatique des ailettes de guidage (20a et 20b) par l'effet de la force centrifuge, • Verrouillage électrique des ailettes de guidage (20a et 20b) en position déployée, 20 • Ralentissement de la rotation du culot (8) en position stable à l'aide du générateur (5), • Maintien dans cette position stable et donc transmission de la force de direction des gouvernes (10a et 10b) sur le projectile (1), jusqu'à ce que celui-ci ait atteint la trajectoire théorique, 25 • Déverrouillage électrique des ailettes de guidage (10a et 10b), • Repliage automatique des ailettes de guidage (10a et 10b) par l'effet de l'écoulement amont, • Verrouillage électrique des ailettes de guidage (10a et 10b) en position repliée, • Suppression de l'effet de freinage. 10