[0001] La présente invention a pour objet un système de guidage d'un vecteur à l'aide de
tuyères orientables, alimentées en continu par un générateur de gaz.
[0002] On entend ici par vecteur tout engin volant guidé, propulsé ou non. On entend par
ailleurs par guidage, par extension, aussi bien un guidage du centre de gravité du
vecteur que son pilotage autour de son centre de gravité.
[0003] On connaît différents systèmes de guidage, aérodynamiques ou pyrotechniques.
[0004] Les systèmes aérodynamiques présentent différentes limitations tenant notamment à
leur complexité, leur temps de réponse et leur variabilité en fonction de la vitesse
du vecteur.
[0005] Les systèmes pyrotechniques sont de plusieurs types : les impulseurs discrets ou
continus, les barreaux explosifs, les systèmes utilisant une commutation des jets
de tuyères multiples et, enfin, les systèmes utilisant l'orientation du jet de la
tuyère du propulseur principal.
[0006] Le premier système (impulseurs) consiste à disposer d'un ensemble d'impulseurs, chacun
étant susceptible de délivrer une impulsion d'intensité pré-établie et dont la durée
est soit continue, soit également prédéfinie. Ceci implique que le vecteur soit constamment
en rotation autour de son axe de roulis ou bien piloté par un système complémentaire
en roulis ; une solution alternative consiste à piloter le bloc d'impulseurs lui-même
en roulis ; cette nécessité constitue bien entendu un inconvénient. De plus, quels
que soient la disposition et le nombre des impulseurs, le nombre de corrections possibles
est limité.
[0007] La solution consistant à utiliser des barreaux explosifs présente des inconvénients
et limitations du même type que ceux des impulseurs précédents. De plus, ce genre
de dispositif fournit des impulsions très intenses et très brèves, du type choc,
qui peuvent ne pas convenir à tous les types de vecteurs.
[0008] La commutation de jets est par principe discontinue ; la valeur moyenne de la force
de guidage est obtenue par modulation dans le temps, ce qui implique des vitesses
de commutation élevées par rapport au temps de réponse du vecteur ; ces vitesses de
commutation sont difficiles à réaliser mécaniquement. De plus, un commutateur est
toujours une source d'excitations mécaniques de la structure du vecteur. Enfin, le
nombre minimum de tuyères qui permet d'obtenir simultanément tangage, lacet et roulis
est de six, ce qui est élevé et implique complexité et poids.
[0009] La dernier système, qui consiste à orienter le jet du propulseur principal du vecteur,
utilise soit une ou plusieurs gouvernes dans le flux de gaz chaud au niveau du divergent
de la tuyère, soit des moyens de braquage de la ou des tuyères elles-mêmes. La principale
limitation de ce système est qu'il nécessite la présence d'un moteur principal en
fonctionnement pendant toute la durée de la phase guidée.
[0010] La présente invention a pour objet un système de guidage qui permette d'éviter les
inconvénients et limitations précédents par l'utilisation d'un nombre réduit (trois)
de jets de gaz continus et orientables autour d'un axe sensiblement parallèle à celui
du vecteur, dans un mode de réalisation, et dont le débattement peut être limité à
± 60°.
[0011] Plus précisément, l'invention a pour objet un système de guidage d'un vecteur tel
que défini par la revendication 1.
[0012] D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description
suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées,
qui représentent :
- la figure 1, un schéma explicatif du système de guidage selon l'invention ;
- la figure 2, le schéma d'un mode de réalisation d'une tuyère utilisée dans le système
de guidage selon l'invention.
[0013] Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
[0014] La figure 1 est donc un schéma explicatif du système de guidage selon l'invention.
[0015] Sur cette figure, on a représenté l'enveloppe extérieure V du vecteur, vue en coupe
radiale, ou transversale (c'est-à-dire coupe réalisée perpendiculairement à l'axe
longitudinal du vecteur), et par exemple en forme de cercle, la trace de l'axe longitudinal
du vecteur étant le centre O du cercle. Selon l'invention, le vecteur est guidé par
trois et seulement trois tuyères orientables, disposées sensiblement à 120° dans un
même plan transversal (celui de la figure), à la périphérie du vecteur. Ces tuyères
sont orientables autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du vecteur,
c'est-à-dire que, alimentées par un générateur de gaz, elles sont susceptibles de
fournir un jet de gaz continu sensiblement dans le plan de la figure, dans une direction
quelconque à l'intérieur de limites prédéfinies formant l'angle de débattement de
la tuyère. La poussée de chacune des tuyères résulte en forces appliquées sur le vecteur,
repérées F₁, F₂ et F₃ ; les points d'application de ces forces sur l'enveloppe du
vecteur sont repérés T₁, T₂, T₃. La force (F₁-F₃) produite par chacune des tuyères
fait avec les rayons OT₁, OT₂ et OT₃ un angle ϑ₁, ϑ₂ et ϑ₃, respectivement, qui est
fonction de l'orientation des tuyères. Ces trois forces ont une résultante R
F qui fait un angle φ avec un rayon de référence OX.
[0016] La résultante de ces trois forces dans les plans tangage, lacet et roulis s'écrivent
de la façon suivante :
avec : a = R
F/F
b = C/R.F
F = F₁ = F₂ = F₃
R étant la distance des points d'application des poussées des tuyères à l'axe longitudinal
du vecteur, c'est-à-dire le rayon du vecteur, et C le couple de roulis.
[0017] La résolution de ce système d'équations montre que, quelle que soit la valeur de
φ comprise entre 0 et 2¶, la force résultante R
F a une valeur égale à F pour un débattement limité pour chacune des tuyères à ± 60°.
Il apparaît donc que la commande couplée de trois tuyères permet de réaliser simultanément
tangage, lacet et roulis avec l'intensité et le sens désirés.
[0018] Plus précisément, on montre que lorsque le guidage en tangage et lacet est nul, la
valeur du couple maximum en roulis est de ± 3 FR pour un débattement de ± 90°. Lorsque
le pilotage en roulis est nul, la valeur maximum de la force de manoeuvre de guidage
est voisine de 2,7 F pour un angle φ égal à :
⅓ +
pour un débattement angulaire des tuyères de ± 90°. Enfin, cette force est voisine
de 2F pour un débattement angulaire des tuyères limité à ± 60° et pour un angle φ
égal à :
⅓ +
[0019] Ce dernier cas est particulièrement intéressant sur le plan technologique, du fait
de la limitation de l'angle de débattement des tuyères à ± 60° : en effet, un angle
allant jusqu'à ± 90° oblige à prendre certaines précautions pour que le jet de la
tuyère n'endommage pas le vecteur.
[0020] La figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation d'une tuyère orientable
susceptible d'être utilisée dans le système selon l'invention.
[0021] Sur cette figure, on a représenté, vu en coupe longitudinale, un bloc tuyère 1 terminé
par le divergent 2 de la tuyère ; l'ensemble est susceptible d'un mouvement de rotation
autour de son axe longitudinal ZZ par rapport à une partie fixe 52 à l'aide d'un moteur
3, par exemple électrique, par l'intermédiaire d'un axe 4 ; l'ensemble est tenu entre
des paliers 50 et 51. L'axe de rotation ZZ est disposé de préférence aussi près que
possible du centre de poussée, de façon à minimiser le couple parasite résultant d'une
distance entre centre de poussée et axe de rotation.
[0022] En fonctionnement, les gaz parcourent le bloc tuyère longitudinalement (flèche 10)
et sont éjectés par le divergent (flèche 11), donnant ainsi naissance à la poussée
F dirigée selon l'axe YY du divergent, c'est-à-dire, sur la figure, normalement à
l'axe ZZ.
[0023] Il est à noter que l'axe de rotation (ZZ) de chaque tuyère n'est pas nécessairement
parallèle à l'axe longitudinal du vecteur. Il peut faire un angle avec ce dernier,
de quelques degrés jusqu'à 45° par exemple, de façon à ce que les tuyères fournissent
une composante de poussée constante sur l'axe du vecteur ; cela permet, par exemple,
de compenser la traînée aérodynamique du vecteur ou l'attraction terrestre.
[0024] Plus généralement, l'axe YY peut ne pas être normal à l'axe ZZ ou la tuyère ne pas
être mobile en rotation autour de son axe ZZ mais autour d'un deuxième axe, faisant
un angle avec le précédent. Dans tous ces cas, les tuyères fournissent alors, outre
les composants utiles au guidage dans un plan transversal décrites ci-dessus, une
composante de poussée constante dans l'axe du vecteur.
[0025] Par ailleurs, ce système de trois tuyères peut être disposé dans un plan contenant
ou non le centre de gravité.
[0026] En outre, le système de guldage selon l'invention est utilisable également pour un
vecteur en autorotation (roulis). A cet effet, l'ensemble des trois tuyères est monté
sur une partie plus ou moins libre en rotation par rapport au vecteur, permettant
le contrôle du couplage en roulis du système avec le vecteur.
[0027] On a décrit ci-dessus un système de guidage utilisant trois tuyères orientables,
qui présente notamment les avantages suivants :
- la rusticité : ce système nécessite trois moteurs et trois blocs tuyères dont les
tolérances de fabrication n'ont pas à être rigoureuses ;
- une masse réduite : les moteurs utilisés peuvent être petits, contrairement au cas
d'un guidage aérodynamique, d'où gain de poids, d'encombrement et de coût ;
- une continuité du guidage : on évite ainsi les chocs, les difficultés de temps de
commutation et la limitation du nombre de corrections des systèmes pyrotechniques
discrets ou commutés ;
- la simplicité : les moteurs assurent une orientation des tuyères en continu ; leur
réalisation et leur utilisation ne posent pas de problème particulier.
1. Système de guidage d'un vecteur en tangage, lacet et roulis à l'aide de jets de
gaz continus, caractérisé par le fait qu'il comporte un générateur de gaz et trois
tuyères susceptibles d'être alimentées en continu par le générateur de gaz, les tuyères
étant disposées sensiblement à 120° dans un même plan transversal du vecteur, à la
périphérie du vecteur, chacune des tuyères étant mobile en rotation autour d'un premier
axe de sorte que la poussée qu'elle fournit ait au moins une composante dans le plan
transversal, dans une direction contenue dans un angle de débattement prédéfini de
la tuyère.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des tuyères
est disposée et est mobile de sorte que la poussée qu'elle fournit est sensiblement
située dans le plan transversal.
3. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que
les tuyères comportent chacune un bloc tuyère ayant un deuxième axe de révolution
et un divergent ayant un troisième axe de révolution, sensiblement normal au deuxième
axe.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le centre de poussée
de chacune des tuyères est sensiblement sur le premier axe.
5. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les troisièmes axes
des trois tuyères sont sensiblement contenus dans le plan transversal.
6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que
le premier axe est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du vecteur.
7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que
l'angle de débattement de chacune des tuyères est sensiblement limité à ± 60°.