CH645458A5 - Arme pour detruire une cible sous-marine. - Google Patents

Description

La présente invention se rapporte à des armes sous-marines et elle a trait plus particulièrement à une arme qui peut être dirigée au-dessus de l'eau jusqu'au voisinage d'un sous-marin ou d'une cible semblable et qui, après pénétration dans l'eau, se propulse d'elle-même en direction de la cible.

Les problèmes d'armements anti-sous-marins (ASW) ont été étudiés depuis longtemps par les Etats-Unis d'Amérique et de nombreuses autres nations. Les possibilités de défense contre une attaque par d'autres nations dépendent en partie de la protection des navires marchands et des bateaux de guerre contre des attaques par des sous-marins ennemis. Les techniques de détection de sous-marins ennemis ont été perfectionnées jusqu'à un niveau très sophistiqué. Cependant, la possibilité de faire parvenir une torpille jusqu'en un point où la destruction du sous-marin est virtuellement assurée n'est pas parfaitement assurée.

Depuis la Seconde Guerre mondiale, la portée effective des armes sous-marines a été étendue par l'incorporation de systèmes de propulsion par réaction, qui ont pour but de diriger l'arme jusqu'en un point plus éloigné du navire de lancement. Bien que cela produise une extension de la portée, et par conséquent une augmentation de la sécurité du navire de lancement, ces armes doivent encore tomber presque directement sur le sous-marin ennemi pour qu'on soit assuré de sa destruction. Des armes plus sophistiquées de lutte contre les sous-marins ont été mises au point sous la forme de torpilles anti-sous-marins ayant la capacité de détecter un sous-marin et de se diriger vers lui après que la torpille est placée dans l'eau. Le système de fusées anti-sous-marins (ASROC) a été mis au point pour permettre le lancement dans l'air et la retombée d'une torpille au voisinage d'un sous-marin, la torpille pénétrant alors dans l'eau et détectant ensuite le sous-marin pour venir le percuter afin d'assurer sa destruction.

De tels systèmes sont très complexes et très coûteux, le coût actuel d'une seule arme de ce genre étant de l'ordre de 500000 à 750000 dollars. En outre, de telles armes sont vulnérables à des contre-mesures exercées par le sous-marin et, en outre, elles sont assez inefficaces dans de l'eau peu profonde (profondeur inférieure à 183 m), ou bien contre des sous-marins naviguant en surface. Cela signifie que des sous-marins ennemis peuvent opérer avec une très grande impunité en surface ou dans de très grandes zones le long des rivages continentaux, en entravant la navigation côtière et intercontinentale dans lesdites zones. Il est clair qu'il est extrêmement important de pouvoir disposer d'une arme anti-sous-marins qui soit d'une utilisation plus efficace, en particulier pour des sous-marins naviguant en surface et dans des eaux côtières peu profondes, tout en étant également moins coûteuse grâce à une simplification et à une réduction de prix de la fabrication et de l'utilisation.

On a effectué différentes tentatives pour mettre au point des armes utilisables dans la lutte anti-sous-marins. Un exemple est constitué par l'arme ASROC mentionnée ci-dessus, qui se compose d'une torpille ou charge de profondeur MK 46, d'un moteur à réaction et d'un parachute. Lors de la pénétration dans l'eau, la torpille se sépare des autres composants de manière à se diriger vers le sous-marin. Cependant, la détection du sous-marin est limitée à des systèmes de détection par observation vers l'avant, qui ne sont pas capa5

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bles de détecter un sous-marin qui s'est déplacé latéralement depuis le point de pénétration dans l'eau, à moins que la torpille ne soit initialement dirigée suivant un mode de poursuite en vue d'encercler et de rechercher le sous-marin. Un autre exemple est constitué par une arme qui est lancée par fusée ou par canon de manière à pénétrer dans l'eau et à chercher ensuite à intercepter le sous-marin. Elle ne comporte pas de système de propulsion sous-marine, mais il est prévu une commande de direction sur la cible opérant en réponse à une détection acoustique du bruit engendré par le sous-marin.

On a également proposé dans le domaine connu différents types de systèmes de commande et de détection opérant en radiofré-quence, ainsi que différents types de véhicules sous-marins et de systèmes de propulsion correspondants, dont certains comprennent des têtes de percussion ou de choc et des mécanismes de commande, notamment des torpilles.

En dépit du grand nombre de tentatives faites pour résoudre les problèmes se rapportant à la lutte anti-sous-marins, spécifiquement en ce qui concerne la propulsion et la détection sous-marines,

aucune solution n'a été trouvée jusqu'à maintenant et la présente invention a pour but de résoudre ce problème.

La présente invention a donc pour objet une arme utilisable pour détruire une cible sous-marine et comprenant un carter, une tête de percussion montée à l'intérieur du carter à proximité de son extrémité avant, des moyens de direction pour diriger l'arme sous l'eau en réponse à des signaux de commande de direction produits par des moyens de recherche de la cible, et un mécanisme de propulsion par hydro-impulsions pour produire une série d'hydro-impulsions successives et comprenant une chambre disposée à l'intérieur du carter à proximité de son extrémité arrière, une tuyère de génération de jet d'eau faisant saillie de l'extrémité arrière de la chambre, des moyens pour assurer périodiquement l'admission d'eau de mer dans la chambre et des moyens pour provoquer l'expulsion d'eau de mer de la chambre par l'intermédiaire de ladite tuyère avec une force substantielle pour produire une poussée de propulsion de l'arme.

Elle est caractérisée en ce que lesdits moyens de recherche de la cible comprennent un ensemble de deux dispositifs sonar, chaque dispositif étant agencé pour émettre des impulsions sonar et pour engendrer lesdits signaux de commande de direction, destinés à diriger l'arme vers la cible, en fonction des signaux acoustiques reçus réfléchis par la cible, au moins l'un des dispositifs sonar comprenant un processeur de signaux agencé pour provoquer l'émission des impulsions sonar seulement pendant des intervalles de temps séparant des hydro-impulsions, lorsque la vitesse de l'arme sous l'eau tombe en dessous d'une vitesse à laquelle un bruit propre bloquerait la réception des signaux acoustiques indiquant des réflexions sur la cible.

L'arme peut être utilisable contre des sous-marins, des mines et des cibles semblables. Elle peut comporter des systèmes à la fois passifs et actifs pour détecter la cible sous l'eau et pour commander l'arme en direction de la cible, tandis que le mécanisme de propulsion sous-marine, simple mais efficace, peut entraîner l'arme sous l'eau à des vitesses permettant efficacement d'intercepter une cible mobile à l'intérieur d'une portée raisonnable de l'arme. L'arme objet de la présente invention est particulièrement efficace comme arme anti-sous-marins et elle sera décrite dans la suite dans un tel contexte. Cependant, il va de soi qu'elle n'est pas limitée à une telle application et qu'elle peut aussi être particulièrement efficace contre des mines sous-marines, à savoir des mines flottantes et des mines amarrées, dans la portée de profondeur efficace (183 m) de l'arme. Des armes conformes à la présente invention sont plus efficaces qu'une charge de profondeur du fait qu'elles comportent à la fois des systèmes de guidage et de propulsion et qu'en outre elles sont bien moins compliquées que la torpille, qui a été mise au point en tenant compte de principes de conception et d'objectifs différents.

Dans un agencement particulier, l'arme comprend un moteur à réaction servant à propulser l'arme dans l'air depuis un navire de lancement jusqu'au voisinage de la cible. A cet effet, la chambre du mécanisme de propulsion par hydro-impulsions est utilisée comme chambre de réacteur. Après pénétration dans l'eau, le mécanisme de propulsion par hydro-impulsions entraîne l'arme sous l'eau de manière à intercepter la cible. Le mécanisme à hydro-impulsions fonctionne par un remplissage répété de la chambre avec de l'eau, puis par expulsion de l'eau à grande vitesse par l'intermédiaire de la s tuyère placée en arrière de l'arme, à l'aide d'une série de générateurs de gaz qui sont successivement mis à feu. Pendant la combustion d'un des générateurs de gaz, qui provoque l'expulsion de l'eau hors de la chambre de manière à accélérer l'arme pour qu'elle intercepte la cible, il se produit un bruit propre important. Cependant, pendant io les intervalles entre impulsions, pendant que l'arme ralentit, le bruit propre est minimal et des détecteurs acoustiques actifs ou passifs installés sur l'arme sont capables de déceler un bruit provenant du sous-marin; la commande directionnelle est alors assez simple, en particulier lorsque le sous-marin se déplace. Dans un second agence-15 ment particulier, l'arme est agencée pour être larguée par un hélicoptère ou un autre avion de lutte anti-sous-marins (ASW) au voisinage de la cible. Dans cet agencement, elle ne comporte pas de moteur à réaction.

Des modes de réalisation de la présente invention ont été conçus 20 en particulier pour être utilisés en coopération avec des systèmes de lancement existants, tels que ceux employés pour le lancement de charges de profondeur à propulsion par réacteur. A cet égard, on peut citer à titre d'exemples le système de lancement Terne III Rail Launcher, le système LIMBO à mortier MK 10, le système de lance-25 ment de fusées Bofors 375 et le système Squid. Des modes de réalisation de la présente invention sont commodément adaptables pour un lancement à l'aide de l'équipement de lancement déjà installé sur des navires existants de lutte anti-sous-marins (ASW) possédés par les nations affiliées à l'OTAN et à l'Alliance de l'océan Pacifique. 30 Lorsque les armes selon l'invention sont utilisées avec un desdits systèmes, qui assure la mise à feu de ce qui constitue essentiellement une charge de profondeur sans propulsion sous-marine, il est possible d'augmenter la portée de plus de 450 m par rapport à la portée » du système sans propulsion sous-marine. En outre, et ce qui est plus 35 important, l'arme selon la présente invention permet efficacement l'interception d'un sous-marin mobile et l'établissement d'un contact réel avec le sous-marin en vue de faire exploser la tête de percussion directement contre la coque, ce qui compense ainsi des erreurs d'appréciation de portée et de croisement de trajectoire lors du lancement des charges de profondeur par les systèmes mentionnés ci-dessus, lancement qui se traduit souvent par des dommages faibles ou nuls du sous-marin, du fait que la distance de lancement est trop grande. En conséquence, on obtient un taux d'impact nettement amélioré. L'arme conforme à l'invention est utilisable avec des systè-45 mes existants déjà installés sur des navires pour le lancement des charges de profondeur de type connu et, également, avec des systèmes de sonar, de commande de mise à feu et de lancement qui sont installés sur des navires de lutte anti-sous-marins et qui servent à détecter le sous-marin et à commander le lancement de l'arme. 50 Lorsque l'arme est portée par des hélicoptères et des avions de lutte anti-sous-marins, on utilise également des systèmes de détection classiques avant le largage de l'arme.

Une autre utilisation particulièrement intéressante de l'arme 55 selon l'invention concerne la défense contre un sous-marin poursuivant. Une série d'armes de ce genre peuvent être déposées sur le trajet d'un sous-marin poursuivant par un navire de surface ou un sous-marin de défense. A l'aide de systèmes de synchronisation ou de détection appropriés, les armes peuvent être enclenchées, après 60 que le navire de largage est hors de portée, pour localiser et intercepter le sous-marin poursuivant. On obtient un avantage particulier grâce aux possibilités de l'arme selon l'invention, puisqu'on ne fait pas intervenir la combinaison d'une vitesse et d'une portée pour rejoindre un navire de surface ou un sous-marin naviguant à vitesse 65 modérément élevée. En conséquence, le navire de largage est protégé d'une manière sûre contre un contact avec ses propres armes. (On sait que des torpilles peuvent changer de course et revenir sur le sous-marin par lequel elles ont été lancées, en le détruisant.)

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Du fait de la simplicité de conception des armes selon l'invention, de leur construction intégrée, de la robustesse des systèmes de propulsion, de détection et de commande qui sont utilisés et des possibilités d'utiliser la même structure à la fois pour une propulsion sous-marine et une propulsion en surface, ces armes nouvelles sont relativement simples et d'une fabrication peu coûteuse. Le coût d'une seule arme selon l'invention est, par exemple, de 2 à 5% du coût d'une arme correspondante.

D'autres avantages et particularités de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

la flg. 1 est une représentation schématique montrant plusieurs modes d'utilisation de l'arme conforme à la présente invention;

la fig. 2 est une représentation schématique montrant la détection d'une cible et le guidage d'une arme conforme à l'invention en direction de cette cible après son entrée dans l'eau;

la fig. 3 est une vue en coupe d'un agencement particulier de l'arme conforme à la présente invention;

la fig. 4 est une vue en bout de l'arme de la fig. 3;

la fig. 5 est une vue en coupe d'un agencement légèrement différent de l'arme conforme à la présente invention;

la fig. 6 est un graphique donnant les conditions initiales de fonctionnement de l'arme selon l'invention;

la fig. 7 est un graphique donnant le profil de vitesse d'une arme selon l'invention pendant sa propulsion sous-marine;

la fig. 8 est un schéma synoptique montrant le système de détection et de guidage qui est utilisé dans l'arme selon l'invention, et la fig. 9 est un schéma synoptique d'une partie particulière du circuit de la fig. 8.

La fig. 1 montre schématiquement le lancement d'une arme sous-marine 10 conforme à l'invention et destinée à détruire un sous-marin 12. Le largage à partir d'un navire 14 ou d'un hélicoptère 16 a été mis en évidence sur cette fig. 1. Le lancement de l'arme 10 à partir du navire 14 jusqu'au voisinage du sous-marin 12 est effectué suivant la trajectoire balistique à l'aide d'un des systèmes cités ci-dessus et servant au lancement de charges de profondeur propulsées par fusée ou par réacteur. Le navire 14 amorce la mise à feu de la fusée ou du réacteur lors de la détection du sous-marin 12 au voisinage du navire 14, en faisant appel à des techniques de détection acoustique du type sonar ou passif. Une fois que l'arme 10 est dans l'eau, le système de détection, de guidage et de propulsion sous-marine entre en action et l'arme 10 est dirigée et propulsée de manière à venir percuter le sous-marin 12 pour assurer sa destruction. La tête de percussion de l'arme 10, qui contient 70 kg d'explosif, peut provoquer la rupture d'une coque, même d'un sous-marin moderne à double coque, lorsqu'elle entre en contact avec celui-ci.

Lorsque l'arme 10 est larguée à partir d'un avion, tel que l'hélicoptère 16 ou un autre avion de lutte anti-sous-marins (ASW), l'arme 10 est larguée à proximité du sous-marin et elle assure alors la destruction indépendante du sous-marin 12 afin de se diriger vers lui pour l'amorçage de la tête de percussion. L'hélicoptère ou l'avion ASW 16 qui porte l'arme 10 peut être dirigé jusqu'au voisinage du sous-marin 12 par un navire de surface, ou bien il peut localiser la cible à l'aide de bouées acoustiques, par immersion d'un sonar ou bien par détection d'une anomalie magnétique. Le cas échéant, on peut utiliser un parachute (non représenté), par exemple semblable à celui utilisé pour les armes ASROC, pour ralentir la descente de l'arme avant sa pénétration dans l'eau. Le parachute est détaché avant l'immersion totale. Dans le mode à chute libre dans l'air, l'arme 10 peut être portée et larguée par un hélicoptère ou un avion de lutte anti-sous-marins (ASW) qui est équipé de façon à transporter des torpilles classiques. Du fait de ses dimensions et de sa configuration, il est capable d'utiliser les mêmes bandes de suspension de torpilles que celles fixées sur les casiers à bombes classiques d'avions transporteurs de torpilles, sans modifications spéciales. Le largage dans l'air de l'arme 10 peut être enclenché par traction exercée sur un fil de largage qui sert à activer la batterie primaire, en excitant ainsi les systèmes électroniques. L'armement de la tête de percussion est empêché par le mécanisme de sécurité et d'alarme qui est associé au détonateur 44 (fig. 3) jusqu'à ce que l'arme vienne toucher l'eau. Avec les techniques disponibles à l'heure actuelle, le sous-marin 12 peut être localisé et l'arme 10 placée dans l'eau, à l'aide de l'hélicoptère 16, à moins de 90 à 360 m de la cible. En variante, lorsqu'elle est lancée à partir du navire 14, l'arme 10 peut à nouveau être placée dans l'eau dans une portée équivalente. Il rentre ensuite dans les capacités de portée de l'arme 10 de détecter acoustiquement la cible et de se diriger sur elle, à l'aide du système de propulsion par hydroimpulsions, en vue de l'interception du sous-marin.

Après pénétration dans l'eau (fig. 2), l'arme 10 décélère rapidement jusqu'à sa profondeur nominale de plongée, avec une attitude approximativement verticale. Des freins hydrauliques (comme indiqué sur la fig. 5) peuvent être utilisés pour ralentir l'arme et permettre son déplacement dans des eaux peu profondes, la profondeur pouvant être réduite à 30 m.

L'arme 10 est ensuite dirigée vers la cible par actionnement de ses gouvernails de commande en réponse à une détection de cible. Une fois que la cavité d'entrée dans l'eau (bulle) s'aplatit, des transducteurs sonar montés latéralement émettent et reçoivent des signaux pour déceler la cible. Les transducteurs montés latéralement balaient un volume d'eau de forme torique qui entoure l'arme 10 et qui s'étend jusqu'à la limite de portée du système de détection. Du fait que l'arme est initialement orientée dans une attitude approximativement verticale, la capacité de détection de cible est omnidirec-tionnelle et permet d'obtenir une discrimination Doppler jusqu'à 2,5 nœuds de vitesse de cible, à la différence de la capacité de détection d'une torpille qui doit être pointée vers sa cible pour la détection. L'enveloppe 18 des faisceaux d'acquisition produits par les transducteurs montés latéralement a été mise en évidence sur la fig. 2, de même que l'enveloppe 20 des faisceaux de guidage actifs qui sont émis par un transducteur sonar séparé installé dans le nez de l'arme et qui entre enjeu pour déterminer activement des corrections de direction vers la cible. L'arme 10 se déplace sous l'eau à une vitesse moyenne de 30 nœuds et sur une portée d'environ 450 m. On suppose que la vitesse maximale de cible est comprise entre 5 et 7 nœuds dans une eau de faible profondeur, comprise entre environ 30 et 60 m. Lorsque des sous-marins ayant des vitesses supérieures doivent être attaqués, on peut larguer l'arme en avant de la cible.

Après la pénétration de l'arme 10 dans l'eau, on laisse la chambre du mécanisme de propulsion se remplir d'eau de mer. Un générateur de gaz chauds est alors mis à feu pour expulser l'eau par l'intermédiaire d'une tuyère et pour exercer une poussée. En assurant alternativement un remplissage et une expulsion d'eau, on produit une propulsion de l'arme 10 dans la masse d'eau.

Les fig. 3 et 4 sont respectivement une vue en coupe transversale et une vue en bout d'un agencement particulier de l'arme conforme à la présente invention. Comme le montre en particulier la fig. 3,

l'arme 10 est généralement divisée en quatre sections principales: une section à transducteur avant et à émetteur-récepteur 30, une tête de percussion 32, un système de propulsion 34 et un système de commande directionnelle 36.

La section avant 30 contient un groupe en mosaïque de transducteurs acoustiques 40 qui sont montés dans le nez, ainsi qu'un émetteur-récepteur associé constituant un système de poursuite à mono-impulsions de grande puissance. L'émetteur, le récepteur et un fusible de contact pour la tête de percussion sont montés dans le bloc 42 en arrière des transducteurs.

La tête de percussion 32 contient de préférence 70 kg d'explosifs remplissant pratiquement la chambre de cette tête, ainsi qu'un détonateur de sécurité et de protection 44 qui est disposé à l'arrière de la tête de percussion. Un tube (non représenté) est prévu pour le passage du câblage entre le processeur 82 et le nez en vue d'une liaison avec l'émetteur et le récepteur.

Le système de propulsion 34 remplit une double fonction. Son composant principal est constitué par la chambre 46 délimitée par un carter 48. Pour la propulsion par réacteur, la chambre 46 contient une ou plusieurs unités de combustion 50 et plusieurs tuyères

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d'échappement de gaz 52. Le système de propulsion par réaction sert à entraîner l'arme 10 depuis le point de lancement placé sur le pont du navire et le point de pénétration dans l'eau au voisinage d'une cible, comme indiqué sur la fig. 1. Les unités de combustion 50 sont complètement épuisées au moment où l'arme 10 pénètre dans l'eau. En ce point, les tuyères d'échappement de gaz 52 sont obturées à l'aide d'une plaque tournante 54 comportant plusieurs trous correspondant aux orifices des tuyères d'échappement de gaz 52. La plaque 54 est entraînée en rotation jusqu'à ce que ses trous ne soient plus alignés avec les orifices de tuyères, à l'aide d'un mécanisme à engrenages 56 et d'un moteur électrique 58. En conséquence, les tuyères d'échappement de gaz 52 sont obturées, en laissant subsister comme seule ouverture à l'extrémité arrière de la chambre 46 une tuyère de génération de jet d'eau 60.

Pour la propulsion sous-marine, la chambre 46 peut se remplir d'eau, puis un générateur de gaz est mis à feu pour propulser l'eau vers l'extérieur par l'intermédiaire de la tuyère 10, en engendrant ainsi une hydro-impulsion de poussée. De l'eau de mer pénètre dans la chambre 46 par l'intermédiaire des passages d'admission 62 et des valves 64. Les valves sont commandées par des solénoïdes 66 et des timoneries associées 68. Plusieurs générateurs de gaz 70, communiquant avec la chambre 46 par l'intermédiaire de tubes 72, sont répartis circonférentiellement autour de l'axe longitudinal de l'arme 10 et sont mis à feu successivement afin d'engendrer une série d'hydro-impulsions servant à propulser l'arme dans l'eau.

Il est également prévu dans la zone située entre la chambre 46 et la tête de percussion 32 plusieurs transducteurs acoustiques 80, montés latéralement et qui sont utilisés pour localiser initialement la cible sous-marine, ainsi qu'une batterie primaire et un processeur de signaux 81, montés dans le bloc central 82.

La section arrière 36 contient le système de direction du véhicule, qui comprend les gouvernails de direction 90, les organes d'action-nement 92 et les systèmes électroniques de commande et associés, qui sont montés à l'intérieur des blocs 94.

Sur la fig. 5, on a représenté un autre mode de réalisation de l'invention. L'arme 10A de la fig. 5 est spécifiquement conçue pour être larguée dans l'air à partir d'un hélicoptère ou d'un autre avion de lutte anti-sous-marins (ASW) et, en conséquence, on a supprimé le moteur de propulsion par réaction intervenant dans l'arme de la fig. 3. Cette arme 10A est essentiellement semblable à l'arme 10 des fig. 3 et 4, la différence principale consistant dans l'absence d'un système de propulsion par réaction dans la chambre 46A. Cette chambre est pourvue d'une seule tuyère de sortie 60A permettant la sortie du jet d'eau de mer qui est propulsé hors de la chambre 46A sous l'action des générateurs 70, de la même manière que la partie à hydro-impulsions du système de propulsion 34 du véhicule 10 de la fig. 3. Comme indiqué ci-dessus, les générateurs de gaz sont mis à feu séquentiellement à intervalles commandés par le microprocesseur 81 du bloc central 82, à chaque fois que la vitesse de l'arme tombe à un niveau prédéterminé et que la chambre 46A s'est remplie d'eau, cela étant détecté par des détecteurs de vitesse 83 et des flotteurs 84.

Une autre différence avec l'arme 10 de la fig. 3 consiste dans la prévision de freins hydrauliques 96 dans l'arme 10A. Ces freins peuvent être montés sur ou dans des compartiments 98 et ils peuvent être sortis extérieurement pour ralentir l'arme 10A et permettre d'opérer à une profondeur plus faible. Une fois que la vitesse d'entrée a été dissipée, les freins hydrauliques 96 peuvent être rétractés à l'intérieur des compartiments de rangement 98. En variante, les freins 96 peuvent être sortis lors du détachement de l'arme 10A par rapport à l'avion de largage, auquel cas ils servent à la fois de freins aérodynamiques et de freins hydrauliques. Les freins 96 peuvent éventuellement être détachés de l'arme 10A aussitôt qu'ils l'ont ralentie pour sa pénétration dans l'eau, de sorte qu'ils n'exercent ultérieurement plus de traînée pendant la propulsion de l'arme en direction de la cible.

La fig. 6 est une représentation graphique mettant en évidence un fonctionnement initial typique du système de propulsion par hydroimpulsions exercées sur l'arme lors de son entrée initiale dans l'eau. La fig. 6 montre la trajectoire de l'arme à partir de la pénétration dans l'eau sous un angle d'entrée de 53° et à une vitesse de 180 m/s. Au bout de lA s après la pénétration dans l'eau, la vitesse a baissé à 22,6 m/s et, au bout de 1 s après la pénétration, la vitesse a diminué jusqu'à 12 m/s et, à ce moment, la cavité en forme de bulle entourant l'arme s'écrase, de sorte qu'un contact est établi entre les transducteurs acoustiques et l'eau. Pendant les 2 s suivantes, la direction de la cible sous-marine est détectée à l'aide des transducteurs 80 montés latéralement, et la chambre d'hydropropulsion est remplie d'eau. Ensuite, le premier générateur de gaz 70 est mis à feu pour engendrer la première hydro-impulsion. Cela accélère l'arme et lui permet de progresser dans la direction de la cible. Eventuellement, l'arme peut être orientée dans la direction de la cible avant la première hydro-impulsion. A la suite de la première hydro-impulsion, le véhicule ralentit et reçoit une information de guidage, tandis que sa chambre de propulsion est à nouveau remplie d'eau de mer. Ensuite, un second générateur de gaz est mis à feu pour produire une seconde hydro-impulsion qui assure à nouveau l'accélération de l'arme et sa propulsion en direction du sous-marin. La séquence est répétée jusqu'à ce que le sous-marin soit détruit ou jusqu'à ce que les générateurs de gaz soient épuisés, l'arme étant alternativement ralentie pendant qu'elle reçoit une information de guidage et propulsée en direction de la cible.

La fig. 7 est une représentation graphique du profil de vitesse de l'arme. Ce graphique montre que la vitesse varie entre environ 10,5 et 21 m/s pendant des hydro-impulsions successives, la vitesse moyenne étant d'environ 15 m/s ou de 30 nœuds. Cette vitesse est appropriée pour la plupart des cibles sous-marines, en particulier dans les conditions de faibles profondeurs d'eau pour lesquelles l'arme est conçue. Lorsque le sous-marin avance, le système de largage peut faire tomber l'arme dans l'eau en avant du sous-marin, ce qui lui donne l'avance nécessaire pour intercepter le sous-marin et assurer sa destruction.

Du fait de ce mode opératoire, l'arme selon l'invention permet de résoudre correctement tous les problèmes posés par la détection de cible sous-marine pendant sa propulsion vers la cible. La fonction du système de guidage est de localiser la cible et d'engendrer des commandes de direction. Le système de guidage doit résoudre des problèmes de bruit propre, de réflexion sur une surface et sur le fond et d'acquisition de données concernant la cible. Des armes sous-marines, telles que des torpilles à guidage acoustique utilisant un système de guidage acoustique, ont des performances habituellement limitées par le bruit propre. Si elle se déplace lentement, le sonar acoustique peut mesurer la position de la cible, la vitesse et d'autres paramètres nécessaires avec un grand rapport signal/bruit et, en conséquence, avec une précision améliorée. Cependant, une cible se déplaçant à grande vitesse a une meilleure chance de s'échapper. Plus la vitesse de l'arme est élevée, plus le bruit propre est élevé et, pour une vitesse d'environ 35 nœuds, le guidage devient limité par le bruit et les performances du système sont altérées. Ce bruit de limitation est imputable à la propulsion de l'arme et au bruit d'écoulement.

Cependant, l'arme selon l'invention permet de résoudre correctement ce problème. Le mécanisme de propulsion par hydro-impul-sions établit pour l'arme un profil de vitesse variable, la vitesse étant inférieure à 35 nœuds pendant une partie substantielle du temps. Pendant cette période, le système acoustique est activé et il fonctionne dans un environnement exempt de bruit propre, en effectuant les mesures d'erreur nécessaires. Cette technique d'observation de la cible seulement lorsque le bruit propre est faible permet de résoudre le problème posé par ce bruit propre.

Pour permettre d'obtenir des temps de remplissage appropriés et des pressions rationnelles dans la chambre, le cycle de commande synchronisée du mécanisme est de l'ordre de 3,5 s par impulsion. En utilisant la période calme à basse vitesse pour des mesures acoustiques sur la cible, on limite le temps de correction des erreurs pour chaque impulsion du mécanisme à environ 0,3 à 1 observation par seconde. Bien que cette fréquence d'acquisition de données relative5

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ment faible pour le système de guidage puisse créer un retard dans le guidage sur la cible, en particulier quand on se rapproche latéralement de celle-ci, ce retard améliore la probabilité d'impact du fait que l'arme est rapprochée de la zone la plus vulnérable qui est située en arrière du centre du sous-marin. Un autre facteur associé à la vitesse variable de l'arme consiste dans la relation non linéaire qui existe entre les forces de direction et la vitesse de rotation angulaire. Cette variable dynamique est traitée par un micro-ordinateur incorporé au système auxiliaire de guidage.

La détection et la poursuite d'un sous-marin en eau peu profonde nécessite une qualité du niveau signal/écho qui soit suffisante pour satisfaire aux impératifs de précision de détection, d'élimination d'alarme erronée et de guidage. Les facteurs essentiels ayant une influence sur le niveau de réflexion sont les suivants: enveloppe de faisceau de transducteur, conditions de la surface de la mer, angle d'incidence sur surface, conditions de la surface du fond, angle d'incidence sur fond et fréquence de fonctionnement.

Une impulsion d'énergie acoustique produit une sonorisation de la masse d'eau et des surfaces de délimitation. A mesure qu'une onde progresse vers l'avant, elle produit des réflexions sur les lisières et sur la cible. Les angles d'incidence, les angles avec la surface et la distance par rapport aux zones sonorisées varient en fonction du temps. De plus grandes enveloppes de faisceau provoquent la sonorisation d'une plus grande zone, en créant plus d'écho. Finalement, l'influence de la distance devient prédominante et provoque la cessation de l'écho. L'écho à un instant donné est défini par l'intégrale calculée pour l'ensemble des surfaces. L'évaluation de cette intégrale pour des profils géométriques typiques fait ressortir des coefficients de rétrodispersion d'écho qui sont compris entre environ —15 et —10 dB pour une fréquence de 100 kHz et pour des largeurs de faisceau de 40°. Pour des cibles d'un coefficient supérieur à environ —5 dB, on peut disposer d'un rapport cible/écho qui soit suffisant pour une bonne qualité de détection et de poursuite sur la base d'une impulsion unique. En général, des armes conformes à la présente invention permettent d'obtenir une portée de détection de cible d'environ 450 m.

Les fig. 8 et 9 représentent, sous la forme d'un schéma synoptique, le sous-système de guidage qui est incorporé à des armes conformes à la présente invention. Comme le montre en particulier la fig. 8, il est prévu deux systèmes sonar, à savoir un pour l'acquisition (ou la recherche) et un pour la poursuite. Ces systèmes respectifs comportent des processeurs de signaux qui sont adaptés à des applications spécifiques.

Le système d'acquisition comprend huit transducteurs 80 montés latéralement et reliés à un sélecteur de transducteur 102. Les transducteurs en mosaïque 40 du système de poursuite sont reliés au commutateur acquisition/poursuite 104 qui effectue la sélection entre les systèmes d'acquisition et de poursuite grâce à sa liaison additionnelle avec un sélecteur d'émission/réception 106, qui est lui-même couplé avec le sélecteur de transducteur 102 du système d'acquisition. Les sélecteurs 102,104,106 sont connectés de manière à recevoir des signaux de commande provenant d'un microprocesseur de commande et de synchronisation 108 qui applique également un signal à un émetteur 110 pour le déclencher, cet émetteur étant connecté de façon à fournir son signal de sortie au sélecteur 104. Des signaux provenant du sélecteur 106 sont dirigés vers un récepteur d'acquisition 112, puis vers un processeur d'acquisition 114 qui est relié au microprocesseur 108.

Le récepteur du système sonar de poursuite comprend quatre hydrophones 120, montés à l'intérieur de l'ensemble à mosaïque 40. Les hydrophones 120 sont reliés à une unité arithmétique 122 qui fournit un signal de sommation plus des signaux différentiels d'azimut et d'élévation à un récepteur de mono-impulsions 124. Ce récepteur 124 fournit des signaux de sortie à des processeurs de somme et de différence 126, 128, qui appliquent à leur tour des signaux à un processeur d'erreur 130, lequel établit les commandes de direction appliquées aux éléments de commande 92 (fig. 3). Le microprocesseur 108 est également relié aux processeurs 126, 128 et 130 et il assure la commande de l'ensemble du système de guidage.

La fig. 9 met en évidence des étages particuliers intervenant dans le récepteur d'acquisition 112. Dans le circuit de la fig. 9, deux amplificateurs de retard 150 sont branchés en série avec des étages de sommation 152 répartis. Un signal additionnel d'entrée provenant de chaque amplificateur 150 est appliqué à l'étage de sommation suivant 152 afin d'assurer l'annulation de réflexions d'échos. Chaque étage du circuit de la fig. 9 opère en retardant la position de l'impulsion reçue de l'inverse de la fréquence de répétition d'impulsions (PRR) dans l'étage 150, puis en soustrayant l'impulsion suivante de retour dans l'étage de sommation 152. Cette opération est ensuite répétée pour la troisième impulsion dans le second étage. Si l'amplitude et la phase de l'impulsion de retour ne changent pas considérablement dans les trois impulsions, comme c'est le cas pour des réflexions d'échos, on obtient des valeurs très petites après les soustractions.

On va maintenant décrire le fonctionnement du système suivant le mode d'acquisition. Dans le mode d'acquisition ou de recherche, après l'entrée en contact avec l'eau (et aussitôt que la bulle formée à l'entrée s'écrase et établit un contact entre l'eau et le transducteur), le mode d'acquisition est amorcé et une puissance acoustique de 50 W est rayonnée par chacun des huit transducteurs montés latéralement. L'impulsion ainsi émise est appliquée successivement, par l'intermédiaire des sélecteurs 104,106 et 102, de manière à exciter simultanément les huits transducteurs 80 en vue d'une distribution égale dans tous les azimuts. Cela produit l'enveloppe de faisceau d'acquisition 18 indiquée sur la fig. 2 pour l'arme 10, immédiatement après sa pénétration dans l'eau. Après transmission de l'impulsion, les huit transducteurs 80 sont analysés séquentiellement pour les signaux de retour. La fréquence d'analyse est suffisamment grande pour que chacun des huit transducteurs soit interrogé une fois dans chaque cellule ou créneau temporel de résolution de portée. En utilisant une impulsion de 60 ms, et pour une fréquence de répétition d'impulsions de 1,5 impulsion par seconde, la forme d'onde résultante est non ambiguë dans une portée d'environ 503 m. La fréquence d'analyse d'azimut décompose l'impulsion de 60 ms en huit segments, ce qui permet à un récepteur de traiter une largeur de bande de 200 Hz par canal. Il suffit d'utiliser six canaux Doppler pour tenir compte de vitesses de cible jusqu'à approximativement 18 nœuds.

Pendant le processus d'acquisition, au moins trois impulsions sont émises. Les réflexions d'écho sont partiellement contrebalancées (réduites de 35 dB) par le compensateur de trois impulsions (cf. fig. 9 et description faite ci-dessus) prévu dans le récepteur d'acquisition (et qui est constitué par un filtre d'adaptation optimale pour trois impulsions avec écho à distribution gaussienne).

Les signaux d'acquisition provenant du récepteur 112 sont traités dans le processeur 114 de façon à déterminer la présence d'une cible. Les huit directions sont multiplexées temporellement par le sélecteur de transducteur 102 par l'intermédiaire du récepteur unique 112 et du processeur 114, l'impulsion de 60 ms étant divisée en huit éléments temporels de 7,5 ms. On ne fait intervenir aucune intégration. Le seuil de détection d'une cible dans un élément temporel multi-plexé spécifique fournit à la fois une information de portée et une information angulaire au microprocesseur 108, c'est-à-dire qu'il précise celui des huit transducteurs qui reçoit des signaux de la cible. Les données concernant la portée sont examinées et vérifiées comme une commande initiale de direction, puis une transition ultérieure sur le mode de poursuite est amorcée. Le système d'acquisition est agencé de façon à assurer la détection, à l'aide des informations de portée et d'angle, pour un signal de cible de —5 dB, pour une portée de 450 m, en 2,75 s (lorsque la limite de bruit est inférieure à 53 dB).

On va maintenant décrire le fonctionnement du système dans le mode de poursuite. Pendant que l'arme est en train de se diriger vers la cible, comme cela a été déterminé par le système d'acquisition mis en évidence par le diagramme de la fig. 8, le sous-système de guidage est commuté sur le mode de poursuite. Avant la terminaison de

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l'orientation, le système de poursuite (c'est-à-dire une partie du système de la fig. 8), commence à émettre des impulsions pour effectuer une recherche en élévation à l'aide d'un faisceau de poursuite de ±22,5°. Cela correspond à l'enveloppe de faisceau de guidage actif 20 qui a été indiquée au centre de la fig. 2 pour l'arme 10, représentée dans la position d'orientation vers le sous-marin 12. En commençant la poursuite approximativement au milieu de la course, on effectue une recherche en élévation entre —60 et +30°. Une fois que le système de poursuite a décelé la cible, le mouvement d'orientation est arrêté et le mécanisme de propulsion est activé.

Le sonar de poursuite utilise la pleine puissance de 500 W de l'émetteur 110 pour améliorer la précision de guidage. Cette énergie est transmise par l'intermédiaire du sélecteur 104 à l'ensemble-mosaïque des transducteurs 40. Les transducteurs 40 peuvent opérer à une puissance de 500 W jusqu'à 100 kHz, avec une largeur de faisceau de 45°, sans qu'il se produise de cavitation. L'ensemble de transducteurs utilise le concept d'un système à inversion de phase pour établir une surface de grande étendue permettant d'obtenir une grande largeur de faisceau. Le phasage des transducteurs individuels 40 dudit ensemble est entièrement déterminé par leurs positions physiques, et par conséquent ledit ensemble présente une largeur de bande appropriée et est d'un faible coût.

Le récepteur des impulsions de poursuite comprend les quatre hydrophones 120 de la fig. 8. Les signaux de sortie de ces hydrophones sont combinés dans l'unité arithmétique 122 de manière à produire les deux signaux d'erreur angulaire (azimut et élévation) et un signal de sommation. Ces signaux sont produits, pour le signal d'erreur d'azimut, en soustrayant le signal d'hydrophone de gauche du signal d'hydrophone de droite et, pour l'erreur d'élévation, en soustrayant le signal d'hydrophone inférieur du signal d'hydrophone supérieur. Le signal de sommation est égal à la somme des signaux produits par les quatre hydrophones.

La largeur d'impulsion émise est de 10 ms. Le processeur de poursuite, qui comprend le récepteur de mono-impulsions 124 et les processeurs 126, 128, 130, utilise une largeur de bande de 130 Hz pour obtenir une information Doppler par détermination des échos 5 sur surface et sur fond et des vitesses de cible jusqu'à moins de 0,96 m/s. Le processeur Doppler est incorporé au canal de sommation 126. Après détection, le microprocesseur 108 oblige le processeur d'erreur 130 à effectuer une division des canaux de différence par le canal de sommation et les signaux résultant d'erreur angulaire io normalisée sont utilisés pour les commandes de direction.

La capacité initiale du mécanisme de propulsion par hydroimpulsions de l'arme selon l'invention a été mise en évidence par un essai effectué sur un modèle miniature et par une simulation par ordinateur. On a utilisé pour le modèle d'essai une chambre présentant 15 un diamètre d'environ 75 mm et une longueur d'environ 125 mm et on a employé une tuyère de 3,2 mm de diamètre produisant une poussée de 3,4 kg pour une pression interne de 26,25 kg/cm2.

Du fait de la simplicité de conception et de réalisation pratique des sous-systèmes individuels intervenant dans l'arme selon l'inven-20 tion et de leur intégration sous la forme d'un ensemble unitaire, on obtient une très grande fiabilité de l'arme pour une dépense très faible. Il n'a pas été nécessaire d'effectuer des essais réels de l'arme, qui auraient provoqué des dommages ou des dégâts importants. En outre, l'utilisateur peut maintenir une haute rentabilité du fait que le 25 coût de l'arme est suffisamment bas pour permettre son emploi lors d'opérations d'entraînement. Une tête de percussion contenant une charge d'explosif de 70 kg est suffisante pour produire une rupture de la coque d'un sous-marin lors de son impact sur celle-ci. En conséquence, on peut réduire au minimum le poids total de l'arme, et il 30 en résulte une augmentation de la capacité des hélicoptères ou des avions de lutte anti-sous-marins en ce qui concerne le nombre d'armes transportées.

4 feuilles dessins

Claims (11)

1. 645 458

   2

   REVENDICATIONS

   1. Arme pour détruire une cible sous-marine, comprenant un carter, une tête de percussion (32) montée à l'intérieur du carter à proximité de son extrémité avant, des moyens de direction (36) pour diriger l'arme sous l'eau en réponse à des signaux de commande de direction produits par des moyens de recherche de la cible, et un mécanisme de propulsion (34) par hydro-impulsions pour produire une série d'hydro-impulsions successives et comprenant une chambre (46) disposée à l'intérieur du carter à proximité de son extrémité arrière, une tuyère de génération de jet d'eau (60) faisant saillie de l'extrémité arrière de la chambre, des moyens (62, 64) pour assurer périodiquement l'admission d'eau de mer dans la chambre et des moyens (70) pour provoquer l'expulsion d'eau de mer de la chambre par l'intermédiaire de ladite tuyère (60) avec une force substantielle pour produire une poussée de propulsion de l'arme, caractérisée en ce que lesdits moyens de recherche de la cible comprennent un ensemble de deux dispositifs sonar, chaque dispositif étant agencé pour émettre des impulsions sonar et pour engendrer lesdits signaux de commande de direction, destinés à diriger l'arme vers la cible, en fonction des signaux acoustiques reçus réfléchis par la cible, au moins l'un des dispositifs sonar comprenant un processeur de signaux (108) agencé pour provoquer l'émission des impulsions sonar seulement pendant des intervalles de temps séparant des hydro-impulsions, lorsque la vitesse de l'arme sous l'eau tombe en dessous d'une vitesse à laquelle un bruit propre bloquerait la réception des signaux acoustiques indiquant des réflexions sur la cible.
2. 2. Arme selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un desdits dispositifs sonar comprend un ensemble d'acquisition comportant plusieurs transducteurs (80) montés latéralement et répartis spatialement autour des côtés de l'arme en vue d'émettre et de recevoir des signaux acoustiques dans un champ latéral entourant l'arme (10).
3. 3. Arme selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ensemble d'acquisition comprend un sélecteur de transducteur (102) commandé par le processeur de signaux (108) pour appliquer une impulsion d'émetteur successivement aux transducteurs (80), afin qu'ils émettent les impulsions sonar.
4. 4. Arme selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'ensemble d'acquisition comprend des moyens (112,114) pour répondre aux signaux reçus en provenance d'un transducteur donné et fournir un signal de commande aux moyens de direction afin de diriger l'arme en direction de la cible détectée.
5. 5. Arme selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'autre de ces dispositifs sonar comprend un ensemble de poursuite pourvu de moyens (40, 120) d'émission et de réception d'impulsions sonar qui sont montés au voisinage du nez de l'arme.
6. 6. Arme selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'ensemble d'acquisition comprend des moyens (104) pour transférer la fonction de commande de l'arme de l'ensemble d'acquisition à l'ensemble de poursuite.
7. 7. Arme selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que l'ensemble de poursuite comprend un générateur d'impulsions (110) dont l'application aux transducteurs de l'ensemble d'acquisition et aux moyens d'émission de l'ensemble de poursuite est contrôlée et minutée par le processeur de signaux (108), et en ce que ses moyens d'émission et de réception sont constitués respectivement d'un générateur de signaux acoustiques (40) et d'un récepteur (120) qui sont montés dans le nez de l'arme pour transmettre des impulsions sonar sous l'eau et pour recevoir des signaux réfléchis.
8. 8. Arme selon la revendication 7, caractérisée en ce que le générateur de signaux acoustiques comprend un ensemble en mosaïque de transducteurs (40) qui sont orientés de façon à engendrer un faisceau de forme générale conique vers l'avant depuis le nez de l'arme.
9. 9. Arme selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que le récepteur comprend plusieurs hydrophones (120) orientés de manière à recevoir les signaux réfléchis et à engendrer des signaux électriques représentant la direction d'une cible.
10. 10. Arme selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens répondant aux signaux reçus comprennent un circuit (150, 152) pour effectuer une discrimination entre des signaux de cible et des signaux d'écho, par annulation de signaux indésirables de réflexion d'échos.
11. 11. Arme selon la revendication 10, caractérisée en ce que le circuit comprend deux étages de retard branchés en tandem, chaque étage de retard comprenant des moyens pour combiner un signal reçu par l'étage avec un signal de sortie de cet étage en opposition de phase.