Dispositif de stabilisation gyroscopique pour un organe de manoeuvre de projectile

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif de stabilisation gyroscopique servant à conserver une référence axiale pour un organe de manoeuvre d'un projectile, destiné à modifier la trajectoire de ce dernier. Elle concerne plus particulièrement un tel dispositif monté dans une roquette.

[0002] Un tir de roquette, à partir d'un avion ou d'un hélicoptère, s'effectue à grande distance de l'objectif. L'aéronef prend comme repère un point initial et, par conséquent, sa position par rapport à l'objectif est bien déterminée. Ce mode de tir est pratiqué avec des bombes lisses. Il permet à l'avion d'effectuer une ressource devant l'objectif, où il est à l'abri des défenses adverses.

[0003] Une roquette classique, arrive au sol suivant un angle d'incidence très faible par rapport à l'horizontale. Dans ces conditions, la sensibilité concernant le point d'impact est très mauvaise. Par conséquent, le tir est imprécis.

[0004] La solution pour améliorer la précision du tir consiste à infléchir la fin de trajectoire de la roquette, de façon à ce qu'elle arrive vers l'objectif avec un angle d'incidence important. On applique donc une force latérale sur la roquette, ladite force étant obtenue au moyen d'un organe de manoeuvre. Ce dernier peut être un impulseur latéral ou une gouverne aérodynamique.

[0005] Pour infléchir la trajectoire de la roquette dans le plan désiré, généralement le plan vertical, il est nécessaire que l'organe de manoeuvre soit positionné dans ce plan.

[0006] Une solution consisterait à utiliser un gyroscope procurant des informations à un asservissement qui, en réponse, positionnerait l'organe de manoeuvre dans le bon plan. La roquette devrait alors emporter tout le mécanisme d'asservissement, ainsi qu'une source d'énergie pour l'alimenter. Un dispositif de ce genre est décrit dans le brevet FR-A- 2.418.922. Il est caractérisé en ce que le gyroscope possède une double boucle d'asservissement destiné à maintenir l'axe de rotation propre du gyroscope dans un plan de référence et une armature de la partie tournante dans un plan horizontal. Un tel dispositif est complexe et coûteux et on le réserve, de préférence, pour des engins plus sophistiqués, dont les trajectoires doivent être plus longues et les destinations encore plus précises.

[0007] Pour s'affranchir de la nécessité d'un asservissement par rapport à un organe de référence il a été imaginé de disposer des organes de manoeuvre constitués par des impulseurs à jet de gaz tout autour d'un projectile que l'on ne cherche pas à stabiliser en roulis. La référence de verticale est fournie par un senseur et l'on mesure la position en roulis du projectile par rapport à la verticale pour allumer un impulseur donnant au projectile une inclinaison dans un plan vertical. Le brevet FR-A- 2.425.049 est un exemple de réalisation de ce type

[0008] Il décrit un projectile dans lequel la référence de verticale est un senseur 11 constitué d'une masselote en matériau dense raccordée par fil aux deux extrêmités d'un diamètre d'une partie du projectile, libre en roulis par rapport au reste du projectile. La position de roulis du projectile est repérée par rapport à la position de la section libre en roulis par des senseurs de type magnétique électromagnétique, optiques photosensibles radiosensibles...

[0009] La fonction de la section libre en roulis est d'assurer en coordination avec la masselotte 11 la référence de verticale, la fonction des senseurs est de connaître par rapport à cette verticale la position angulaire en roulis du reste du projectile.

[0010] Un objet de la présente invention consiste à prévoir un dispositif de type gyroscopique pour conserver ledit organe de manoeuvre dans le bon plan, qui soit simple et spécialement adapté à des engins, tels que des roquettes, dont le trajet et, par conséquent, la durée de ce dernier, sont relativement courts.

[0011] Selon l'invention, la stabilité gyroscopique est utilisée directement, c'est -à- dire qu'il existe une liaison mécanique rigide entre le gyroscope et l'organe de manoeuvre.

[0012] Ledit dispositif est formé par un tronçon libre en rotation sur lui-même par rapport au projectile, un cadre interne couplé suivant un de ses axes médians audit tronçon, et libre en rotation autour dudit axe, lequel est radial par rapport au tronçon, et, monté dans ledit cadre, une toupie dont l'axe de rotation rencontre perpendiculairement l'axe de rotation dudit cadre, ledit organe de manoeuvre du projectile étant porté par ledit tronçon lui permettant ainsi de rester dans une position angulaire fixe par rapport à un repère fixe au sol. En bref, le tronçon et le cadre interne constituent un montage à la Cardan.

[0013] La toupie étant mise en rotation à grande vitesse, dès le début de la trajectoire, son moment cinétique la stabilise dans sa position initiale. Le tronçon est lié à la toupie, autour de l'axe de symétrie, ou axe de roulis, du projectile, par l'axe dudit cadre interne. Le tronçon est donc lui aussi stabilisé en roulis dans sa position initiale et il est situé dans une position angulaire fixe par rapport à un repère fixe au sol.

[0014] Tout mouvement d'ensemble du projectile autour de son axe de symétrie fait apparaître des couples de frottement au niveau des liaisons entre le tronçon et les parties avant et arrière. De préférence, lesdites liaisons sont des roulements pour réduire le plus possible les couples de frottement.

[0015] Ceux-ci sont traduits, par l'effet gyroscopique, en une précession du cadre interne. Sa dérive en précession limite le fonctionnement du dispositif à une courte durée, cependant suffisante pour une telle munition.

[0016] Ainsi, le tronçon du projectile conserve sa position en roulis tout au long de la trajectoire et la conservation d'une référence axiale permet, en fin de trajectoire, de faire agir l'organe de manoeuvre dans une direction prédéterminée. Généralement, ledit organe agira dans le plan vertical de la trajectoire et, par conséquent, il se trouvera dans le plan défini par l'axe de roulis du projectile et l'axe de rotation dudit cadre interne. Dans le même plan, pourra également être prévu un capteur de cible.

[0017] Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture des revendications, et de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :

• la figure 1 est un diagramme montrant la trajectoire d'une roquette pourvue d'un dispositif selon l'invention,
• la figure 2 est une vue en perspective d'une telle roquette, une partie de sa paroi externe étant montrée découpée pour laisser apparaître le dispositif selon l'invention, et
• la figure 3 est une vue agrandie, avec des coupes partielles de certains éléments, de la partie de la roquette de la figure 2, dans laquelle se trouve ledit dispositif.

[0018] Dans le diagramme de la figure 1, sont portées, en mètres, l'altitude en ordonnées et la distance en abscisses. La courbe T représente la trajectoire d'une roquette pourvue d'un dispositif selon l'invention, lancée à partir d'un avion ou d'un hélicoptère. Comme on le voit, la longueur de la trajectoire est relativement courte, 5000 m dans le cas présent. L'intervalle de temps entre le lancement et l'impact est donc très court. D'autre part, afin d'être protégé des défenses adverses, l'aéronef effectue son tir à très faible altitude, de l'ordre de 100 m, et la trajectoire du projectile est très tendue et très peu inclinée par rapport à l'horizontale puisqu'elle culmine à environ 400 m, à une distance de 4200 m du point de départ. Il est donc essentiel, comme on l'a expliqué précédemment, d'infléchir la fin de trajectoire vers le sol pour avoir une bonne précision.

[0019] La roquette représentée aux figures 2 et 3 comporte une partie arrière 1, un tronçon 2 et une partie avant ou tête 3, de révolution autour d'un axe longitudinal ou axe de roulis X-X.

[0020] La queue de la partie arrière 1 comporte un empennage 4 composé, par exemple de quatre ailerons. La partie arrière 1 renferme le propulseur, la charge proprement dite du projectile pouvant se placer en avant ou en arrière du tronçon.

[0021] Le tronçon 2 est un élément du dispositif de l'invention. Ses extrémités avant et arrière sont reliées respectivement à la tête 3 et à la partie 1, par l'intermédiaire de roulements 5 et 6 qui apparaissent clairement à la figure 3. Ainsi, le tronçon 2 est libre en rotation autour de l'axe de roulis X-X par rapport à la partie arrière 1 et à la tête 3 du projectile.

[0022] Le tronçon 2 a été fixé de cette manière pour diminuer l'influence des efforts aérodynamiques sur le projectile. En effet, les efforts aérodynamiques s'exerçant en grande majorité, sur la partie avant du projectile, le positionnement du tronçon 2 sur la partie avant du projectile pourrait perturber la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention mais cette réalisation peut être envisagée.

[0023] A l'intérieur du tronçon 2, se trouve un cadre rectangulaire 7 dont les montants 8 et les traverses 9 sont des flasques qui lui confèrent une certaine profondeur. Les faces externes des traverses 9 portent en leur milieu des axes 10 alignés sur l'axe médian longitudinal Z-Z du cadre 7. Les axes 10 sont engagés dans des paliers 11 solidaires du tronçon 2. Entre les axes 10 et les paliers 11, sont prévus des roulements 12 pour réduire le plus possible les couples de frottement. L'axe Z-Z rencontre perpendiculairement l'axe de roulis X-X.

[0024] Ainsi, le cadre interne 7 et le tronçon 2 forment un montage à la Cardan avec une liberté autour de l'axe de roulis X-X et l'autre liberté autour de l'axe Z-Z.

[0025] Dans le cadre 7, est monté un gyrostat ou toupie 13. La toupie 13 est formée d'une couronne externe à section rectangulaire 14, reliée à un moyeu cylindrique 15 par une couronne intermédiaire 16 de faible épaisseur. Dans le moyeu 15, passe un axe 17 porté dans des paliers qui se trouvent au milieu des montants 8 du cadre 7. Le moyeu 15 est monté sur l'axe 17 au moyen de roulements 18. L'axe 17 est aligné selon Y-Y, figure 3, Y-Y étant perpendiculaire à Z-Z et passant par le point de rencontre de Z-Z et de X-X.

[0026] D'un côté du cadre 7, il est prévu un moyen d'entraînement en rotation de la toupie 13. A la figure 3, ce moyen est par exemple une turbine 19 qui s'accouple à un moyen moteur de l'aéronef porteur pour imprimer un mouvement de rotation à la toupie 13 dans le sens, figure 3.

[0027] D'autre part, le tronçon 2 porte un organe de manoeuvre 20. L'organe 20 peut être un impulseur ou une gouverne aérodynamique. Il se trouve dans le plan défini par l'axe de roulis X-X et l'axe Z-Z. Dans le même plan, le tronçon 2 pourra comporter également un capteur de cible, non représenté. On choisira généralement un capteur proximétrique classique.

[0028] La roquette est portée par un avion ou un hélicoptère avec la toupie 13 dirigée selon l'axe longitudinal X-X du projectile. Elle est maintenue dans cette position par la turbine 19 accouplée au moyen moteur de l'aéronef. Par conséquent, l'axe Y-Y est perpendiculaire à l'axe X-X. L'axe Z-Z est dans le plan vertical passant par l'axe X-X.

[0029] En opération, juste avant le tir, l'aéronef effectue une ressource vers l'objectif. La toupie 13 est mise en rotation à grande vitesse. Son axe de rotation est donc perpendiculaire au plan vertical de la trajectoire que va suivre la roquette. Ainsi, après le lancement, la toupie 13 est stabilisée dans cette position et, par conséquent, le tronçon 2 est également stabilisé, l'organe de manoeuvre se trouvant dans le plan vertical de la trajectoire. Tout mouvement ultérieur en roulis de la partie avant 1 et de la tête 3 font alors apparaître des couples de frottement au niveau des roulements 5 et 6. Ces couples sont traduits en une précession du cadre interne 7 autour de l'axe Z-Z. Comme la durée entre le lancement de la roquette et son impact est très courte, la dérive en précession du cadre interne 7 ne devient pas suffisamment importante pour affecter le fonctionnement du dispositif et, en fin de trajectoire, l'organe de manoeuvre est encore correctement positionné. Quand il entre en service, il agit donc dans le bon plan et infléchit la trajectoire vers le sol, en direction de l'objectif.

[0030] La roquette arrive donc au sol selon un fort angle d'incidence et avec toute son énergie cinétique. Ses capacités de pénétration sont importantes et permettent son utilisation contre des objectifs durs. D'autre part, le fort angle d'incidence permet d'augmenter l'efficacité de la charge militaire dont la gerbe d'éclat est alors horizontale. On bénéficie du même avantage en équipant des fusées de proximité faisant exploser la charge en altitude.

[0031] La conservation d'une référence de verticale permet de fixer un capteur et une charge focalisée vers le bas. Lorsque le projectile associé survole une cible prédéfinie, le capteur repère sa présence et déclenche une charge attaquant ainsi la cible par le dessus. L'avantage premier est d'attaquer les cibles suivant leur attitude de vulnérabilité maximale.

[0032] On remarquera que ce principe d'attaque "par le toit" est déjà utilisé avec des missiles. L'avantage du dispositif de l'invention est de s'affranchir des asservissements utilisés pour orienter la charge vers le bas, dans le plan de la verticale. Ce procédé de tronçon gyrostabilisé selon l'invention est adaptable aux roquettes d'infanterie, aux roquettes aéronautiques et aux projectiles à tir tendu en général. La charge focalisée peut être une charge creuse, une charge galette ou autre.

[0033] De telles munitions seront particulièrement efficaces contre des cibles comme des chars, des véhicules blindés et, d'une manière générale, des objectifs ponctuels faiblement protégés sur le dessus.

Revendications

1. Dispositif de stabilisation gyroscopique servant à conserver une position angulaire fixe par rapport à un repère fixe au sol pour un organe de manoeuvre d'un projectile, formé par un tronçon (2) du projectile libre en rotation sur lui-même par rapport au projectile, un cadre interne (7) couplé suivant un de ses axes médians (Z-Z) audit tronçon (2), et libre en rotation autour dudit axe, et, monté dans ledit cadre (7), une toupie (13) dont l'axe de rotation (Y-Y) rencontre perpendiculairement l'axe de rotation (Z-Z) du cadre (7), ledit organe de manoeuvre (20) étant porté par ledit tronçon (2) lui permettant ainsi de rester dans sa position angulaire fixe.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon (2) est couplé respectivement de part et d'autre aux parties avant (3) et arrière (1) du projectile.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les liaisons entre le tronçon (2) et les parties avant et arrière (1, 3) sont des roulements (5, 6).

4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre (20) est un impulseur.

5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre (20) est une gouverne aérodynamique.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe de manoeuvre (20) est dans le plan défini par l'axe de roulis (X-X) du projectile et l'axe de rotation (Z-Z) du cadre interne (7).

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le tronçon (2) comporte un capteur permettant un repérage d'une cible.

Ansprüche

1. Drallstabilisierungseinrichtung für ein Raketen-Lenkorgan zur Beibehaltung einer festen Winkelstellung relativ zu einer festen Bezugsmarke am Boden, bestehend aus einem Teilstück (2) der Rakete, das sich relativ zur Rakete frei um sich selbst dreht, einem inneren Rahmen (7), der mit dem Teilstück (2) entlang einer seiner Mittelachsen (Z-Z) gekoppelt ist und sich um diese Achse frei drehen kann, und einem im Rahmen (7) montierten Kreisel (13), dessen Drehachse (Y-Y) senkrecht zur Drehachse (Z-Z) des Rahmens (7) verläuft, wobei das Lenkorgan (20) von dem Teilstück (2) getragen wird, so daß es in seiner festen Winkelposition verharren kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilstück (2) mit seinen beiden Seiten an den vorderen (3) bzw. hinteren Abschnitt (1) der Rakete gekoppelt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen dem Teilstück (2) und den vorderen und hinteren Abschnitten (1, 3) aus Roll-Lagern (5, 6) bestehen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkorgan (20) ein Impulsgeber ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1,m 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkorgan (20) ein aerodynamisches Ruder ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Lenkorgan (20) in der durch die Rollachse (X-X) der Rakete und die Drehachse (Z-Z) des inneren Rahmens (7) definierten Ebene befindet.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilstück (2) einen Sensor zur Erfassung eines Zielobjekts aufweist.

Claims

1. A gyroscopic stabilization device serving to maintain a fixed angular position relative to a fixed reference on the ground for a control member of a missile, formed by a missile section (2) which is free to rotate about itself relative to the missile, by an internal frame (7) which is coupled along one of its middle axes (Z-Z) to said section (2) and is free to rotate about said axis, and, mounted in said frame (7), by a gyrator (13) whose axis of rotation (Y-Y) intersects at a right angle the axis of rotation (Z-Z) of the frame (7), said control member (20) being carried by said section (2) so as to enable it to remain in its fixed angular position.

2. A device according to claim 1, characterized in that the section (2) is coupled on both sides to the front portion (3) and rear portion (1) respectively of the missile.

3. A device according to claim 2, characterized in that the linkages between the section (2) and the front and rear portions (1, 3) are rotary elements (5, 6).

4. A device according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that the control member (20) is a pulser.

5. A device according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that the control member (20) is an aerodynamic controller.

6. A device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the control member (20) is disposed in the plane defined by the roll axis (X-X) of the missile and the rotation axis (Z-Z) of the internal frame (7).

7. A device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the section (2) includes a sensor allowing to detect a target.

Dessins