EP0064433A1 - Projectile guidé - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
- F42B10/60—Steering arrangements
- F42B10/66—Steering by varying intensity or direction of thrust
- F42B10/663—Steering by varying intensity or direction of thrust using a plurality of transversally acting auxiliary nozzles, which are opened or closed by valves
Definitions
- the invention relates to a guided projectile, the flight path of which can be modified by the controlled ejection of lateral gas jets in the flight plans.
- a guided projectile such as a missile, comprises in particular propulsion means, guidance means intended to measure the deviations from the trajectory relative to the position of the targeted target and piloting means making it possible to reduce these deviations for the purpose minimize its passing distance to the right of the target.
- Control of the flight path of a guided projectile can be accomplished by the application of a lateral thrust force supplied by jets of material whose flow and direction can be changed.
- a thrust force can be obtained from numerous energy sources, such as liquid propellants or compressed gases which supply suitable control means.
- control means are relatively simple and flexible because they can be activated or deactivated intermittently, without danger to the projectile, they have, more or less, the disadvantage of excessive weight, a certain sensitivity at temperature and, above all, to be difficult to store over long periods of time.
- the source of energy necessary for piloting in direction and jointly with maintaining the flight speed is it constituted by a solid propellant whose combustion provides a continuous flow of gas.
- An inherent difficulty in using a solid propellant is that once combustion has started, it must be maintained at substantially constant pressure, which implies a gas flow which varies within low limits.
- the projectile comprises a gas generator, of the solid propellant type, which feeds a pair of diametrically opposite fixed nozzles.
- a single valve comprising a pallet pivoting around a axis, located on the longitudinal axis of the projectile, perpendicular to the pilot plane containing the two nozzles.
- the configuration of the means for adjusting the relative flow rate of the through gas flows, particularly suitable for piloting in a single plane has many advantages, in particular the flow rate of the gas flow is kept within very narrow limits, the pivoting pallet is balanced by the gas pressure forces acting on its lateral faces and the means for positioning the pallet are simple to produce
- the object of the invention is a guided projectile of the type described above in which lateral gas jets can be ejected in two mutually orthogonal independent planes.
- the invention proposes to produce a guided projectile comprising two pairs of ejection nozzles will cry out according to two mutually orthogonal control planes, each of the nozzles being provided with a valve for adjusting the relative flow rate of the gas flows. crossing; these valves having a pallet pivoting balanced, about its pivot axis, under the action of the pressure forces of the gas flow passing through; the pivot axes of these four valves being located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the projectile, the pivoting vanes are physically connected in pairs to the end parts of two fixed jacks.
- Another object of the invention is a guided projectile, the two positioning jacks of the valves for adjusting the relative flow rate of the gas jets are mutually nested in their middle part.
- Another object of the invention is a guided projectile in which the control means are combined with the propulsion means.
- Another object of the invention is a guided projectile in which the total effective passage section of the nozzles is kept constant while the unitary passage section of the nozzles is modified.
- Figure 1 relates to the prior art. It represents, in partial view, a projectile equipped with a piloting section using lateral gas jets.
- This piloting section 1 comprises a pair of diametrically opposite fixed ejection nozzles 2 located in the piloting plane of the projectile. These ejection nozzles are supplied with gas by divergent conduits 3 whose common inlet constitutes the nozzle throat and receives a continuous flow of gas supplied by a primary source of energy.
- the means for adjusting the relative flow rate of gases passing through the nozzles comprise a single valve positioned by a pneumatic cylinder.
- the adjustment valve essentially comprises a pivoting vane 5, of triangular shape, articulated around an axis 6 perpendicular to the plane containing the nozzles.
- This pivoting blade is partially engaged in the nozzle throat 4 and the side faces 7 are one of the walls of the ducts iver- gents, it is provided with a lug 8 which is housed in a recess 9 formed in the piston of the actuator 10.
- the position of the actuator is controlled by a servovalve 11 comprising an air inlet 12 for supply and electromagnets excited by electrical signals representative of the control commands.
- FIG. 2 represents, in a schematic form, the basic concepts of a guided projectile according to the invention.
- This projectile includes, in particular, a piloting section proper, in which are arranged two pairs of fixed nozzles T 1 , T 3 and T 2 , T 4 respectively , all identical.
- the thrust forces F 1 to F 4 supplied by the ejection nozzles converge at the same point P located on the longitudinal axis XX 'of the projectile, this point P being substantially coincident with the center of gravity G of the projectile .
- Each pair of diametrically opposite nozzles is located in the corresponding control plane, both piloting plans being advantageously orthogonal.
- Each of the nozzles is supplied through divergent conduits 20, of rectangular section, by a gas source (not shown) which provides a continuous gas flow resulting from the combustion of a solid propellant placed in a combustion chamber;
- the gas source may comprise two substantially identical gas generators arranged on either side of the piloting section and operating in parallel, by means of gas conduits arranged parallel to the axis XX ' of the projectile and between the nozzles.
- Each of the four nozzles; and more precisely each of the divergent conduits 20 is provided with a valve for adjusting the flow rate of gas passing through; these valves being essentially constituted by a pivoting pallet 30, one of the lateral faces 31 of which supplies, at least partially, one of the walls of these divergent conduits.
- the pivot axes 32 of these pallets are located in the same plane perpendicular to the longitudinal axis XX 'of the projectile.
- the diametrically opposite pallets are physically joined by an articulated mechanism forming a deformable parallelogram whose transverse branch 40 constitutes the driving element; the longitudinal branches 41 constitute the connecting elements, the fourth branch 42, shown in dotted lines and passing through the pivot axes of the pallets, being provided by the structure itself of the projectile.
- the ejection nozzles are inclined more or less on the longitudinal axis of the projectile, to create a thrust force F whose components provide longitudinal thrust forces F L and transverse F T allowing respectively d '' maintain the flight speed of the projectile and modify its flight direction.
- the transverse branches 40 of the operating mechanism of the pallets are made concurrent by nesting their middle part.
- Figures 3a to 3d show an embodiment of the piloting section of a guided projectile according to the invention.
- the four ejection nozzles are oriented towards the rear of the projectile to provide a longitudinal thrust component and the positioning cylinders of the gas flow adjustment valves are nested in their middle part.
- FIG. 3a represents a front view of the piloting section; this section comprises two elements: a first element la including the four nozzles provided with their respective valves and a second element 1b carrying the positioning cylinders of the valves.
- FIG 3a are indicated the relative positions of the two pairs of nozzles, respectively T 1 , T 3 and T 2 , T 4 which are arranged at the periphery of the first element 1a of the piloting section.
- These nozzles all identical, have a rectangular section and the divergent conduits 20 open onto convergent conduits 21 which constitute the gas flow inlets.
- the pivot axes 32 of the pivoting pallets are located in the same plane and are parallel to the larger walls of the nozzles.
- FIG. 3a also shows the gas passage conduits 50 ensuring the connection between the gas generators located on either side of the pilot section.
- one of the pallets is shown in the open position and the other in the closed position; however, it should be understood that these pallets can occupy all the intermediate symmetrical positions.
- the cylinder body has two gas inlets E1 and E ' l connected to the outlet of a servovalve not shown. The pneumatic energy necessary for the operation of the cylinders can be borrowed from the gas flow supplied by the gas generators.
- Figure 3c shows, in a sectional view, the elements that make up the control means according to the second control plane. These elements are essentially identical to those described in the previous figure, only, differs the embodiment 'of the piston 40 of the pneumatic cylinder for positioning the corresponding pivoting pallets.
- This piston 40 is a cylindrical part in the middle part of which is formed an opening 40d authorizing the free movement of translation of the cylindrical element 40c already described in FIG. 3b.
- the gas inlets E 2 and E ' 2 are connected to a second control solenoid valve, not shown.
- Figure 3d shows an embodiment of the pallet 30 aimed at reducing its inertia; for this purpose, the non-active parts of the pallet are hollowed out to leave only a stiffening "wing" 35 in which the notch 33 is formed.
- the parts subjected to the action of the gases must be carried out in a refractory material and resistant to erosion, for example, graphite or molybdenum.
- the invention is not strictly limited to the embodiment described and shown; for example, the notch 33, formed in the pallets 30, can be transferred to the pistons 40 of the pneumatic cylinders and the rods 41 can be integral with the pallets.
- the pistons 40 can comprise a rack driven by a bidirectional rotary motor of the electric or pneumatic type and means can be provided on these pistons for coupling a position sensor.
- the profiles of the nozzles, gas conduits and vanes have been given only by way of nonlimiting illustration. Finally, it is by no means essential that the center of thrust P of the ejection nozzles be confused with the center of gravity G of the projectile.
- the invention applies, in particular, to missiles stabilized in roll or in autorotation.
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Abstract
Description
- L'invention concerne un projectile guidé dont la trajectoire de vol peut être modifiée par l'éjection contrôlée de jets de gaz latéraux dans les plans de pilotage.
- Un projectile guidé, tel qu'un missile, comprend notamment des moyens de propulsion, des moyens de guidage destinés à mesurer les écarts de trajectoire par rapport à la position de la cible visée et des moyens de pilotage permettant de réduire ces écarts dans le but de minimiser sa distance de passage au droit de la cible. Le contrôle de la trajectoire de vol d'un projectile guidé, ce terme recouvrant notamment les missiles, les roquettes, les engins, etc ... , peut être accompli par l'application d'une force de poussée latérale fournie par des jets de matière dont le débit et la direction peuvent être modifiés. Une force de poussée peut être obtenue à partir de nombreuses sources d'énergie, telles que des propergols liquides ou des gaz comprimés qui alimentent des moyens de pilotage adaptés. Tandis que ces moyens de pilotage sont relativement simples et souples du fait qu'ils peuvent être activés ou désactivés de façon intermittente, sans danger pour le projectile, ils présentent, plus ou moins, l'inconvénient d'un poids excessif, une certaine sensibilité à la température et, surtout, d'être difficilement stockables sur de longues périodes de temps. Aussi, dans le projectile guidé considéré ici, la source d'énergie nécessaire au pilotage en direction et conjointement au maintien de la vitesse de vol, est-elle constituée par un propergol solide dont la combustion fournit un flux de gaz continu. Une difficulté inhérente à l'utilisation d'un propergol solide est qu'une fois la combustion amorcée, elle doit se maintenir à pression substantiellement constante, ce qui implique un débit gazeux qui varie dans de faibles limites. En effet, un accroissement du débit des gaz conduirait à l'extinction de la combustion et inversement une réduction de ce débit conduirait à une augmentation prohibitive de la pression de combustion avec, pour conséquence, l'explosion de la chambre de combustion. Un autre problème qui se pose, lors de la conception d'un projectile guidé mettant en oeuvre des tuyères d'éjection de gaz est d'obtenir que les directions des forces de poussées élémentaires concourent en un seul point avantageusement situé au voisinage du centre de gravité du projectile.
- On connaît déjà, notamment par la demande de brevet français n° 77 10755, déposée le 8 Avril 1977, au nom de la Demanderesse, un projectile guidé dans lequel la trajectoire de vol est modifié par l'éjection de jets de gaz latéraux. Selon un mode de réalisation décrit, correspondant au pilotage dans un plan unique, le projectile comprend un générateur de gaz, du type à propergol solide, qui alimente une paire de tuyères fixes diamétralement opposées. Pour modifier le débit relatif des gaz traversant ces deux tuyères, il est proposé de disposer, à la sortie de la source de gaz et placée dans les conduits divergents d'alimentation des deux tuyères, une unique vanne comportant une palette pivotante autour d'un axe, située sur l'axe longitudinal du projectile, perpendiculairement au plan de pilotage contenant les deux tuyères. La configuration des moyens de réglage du débit relatif des flux de gaz traversants, particulièrement adaptés au pilotage dans un seul plan présente de nombreux avantages, notamment le débit du flux de gaz est maintenu dans des limites très étroites, la palette pivotante est équilibrée par les forces de pression des gaz agissant sur ses faces latérales et les moyens de positionnement de la palette sont de réalisation simple
- Le but de l'invention est un projectile guidé du type décrit cl- dessus dans lequel des jets de gaz latéraux peuvent être éjectés dans deux plans mutuellement orthogonaux indépendants.
- Pour atteindre ce but, l'invention propose de réaliser un projectile guidé comprenant deux paires de tuyères d'éjection criera tées selon deux plans de pilotage mutuellement orthogonaux, chacune des tuyères étant munie d'une vanne de réglage du débit relatif des flux de gaz traversant ; ces vannes comportant une palette pivotante équilibrée, autour de son axe de pivotement, sous l'action des forces de pression du flux de gaz traversant ; les axes de pivotements de ces quatre vannes étant situées dns un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du projectile, les palettes pivotantes sont physiquement reliées par paires aux parties extrêmes de deux vérins fixes.
- Un autre objet de l'invention est un projectile guidé dont les deux vérins de positionnement des vannes de réglage du débit relatif des jets de gaz sont mutuellement imbriqués dans leur partie médiane.
- Un autre objet de l'invention est un projectile guidé dans lequel les moyens de pilotage sont combinés aux moyens de propulsion.
- Un autre objet de l'invention est un projectile guidé dans lequel la section de passage effective totale des tuyères est maintenue constante alors que la section de passage unitaire des tuyères est modifiée.
- D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation d'un projectile guidé selon l'invention, faite en regard des figures annexées ; sur ces figures :
- - la figure 1 représente, selon l'art antérieur, un projectile guidé équipé d'une section de pilotage par jets de gaz latéraux,
- - la figure 2 représente, sous une forme schématique, les concepts de base d'un projectile guidé selon l'invention,
- - les figures 3a à 3d représentent un mode de réalisation d'une section de pilotage d'un projectile guidé conforme à l'invention,
- - la figure 3a représente, selon une vue frontale, la disposition des principaux éléments qui constituent les moyens de pilotage
- - la figure 3b représente, selon une vue en coupe, les détails de réalisation des éléments correspondants à un premier plan de pilotage,
- - la figure 3c représente, selon une vue en coupe, les détails de réalisation des éléments correspondant au second plan de pilotage,
- - la figure 3d représente, selon une vue en perspective, une variante de réalisation de la palette d'une vanne de réglage du débit de gaz.
- La figure 1 se rapporte à l'art antérieur. Elle représente, en vue partielle, un projectile équipé d'une section de pilotage mettant en oeuvre des jets de gaz latéraux. Cette section de pilotage 1 comprend une paire de tuyères d'éjection fixes 2 diamétralement opposées et situées dans le plan de pilotage du projectile. Ces tuyères d'éjection sont alimentées en gaz par des conduits divergents 3 dont l'entrée commune constitue le col de tuyère et reçoit un flux de gaz continu fourni par une source primaire d'énergie. Les moyens permettant de régler le débit relatif des gaz traversant les tuyères comprennent une vanne unique positionnée par un vérin pneumatique. La vanne de réglage comprend essentiellement une palette pivotante 5, de forme triangulaire, articulée autour d'un axe 6 perpendiculaire au plan contenant les tuyères. Cette palette pivotante est engagée partiellement dans le col de tuyère 4 et ses faces latérales 7 constituent l'une des parois des conduits diver- gents, elle est munie d'un ergot 8 qui est logé dans une échancrure 9 ménagée dans le piston du vérin 10. La position du vérin est commandée par une servovalve 11 comportant une entrée d'air 12 d'alimentation et des électroaimants excités par des signaux électriques représentatifs des ordres de pilotage.
- La figure 2 représente, sous une forme schématique, les concepts de base d'un projectile guidé selon l'invention. Ce projectile comprend, notamment, une section de pilotage proprement dite, dans laquelle sont disposées deux paires de tuyères fixes respectivement T1, T3 et T2, T4, toutes identiques. Par construction, les forces de poussée F1 à F 4 fournies par les tuyères d'éjection convergent en un même point P situé sur l'axe longitudinal X-X' du projectile, ce point P étant sensiblement confondu avec le centre de gravité G du projectile. Chaque paire de tuyères diamétralement opposées est située dans le plan de pilotage correspondant, les deux plans de pilotage étant avantageusement orthogonaux. Chacune des tuyères est alimentée à travers des conduits divergents 20, de section rectangulaire, par une source de gaz non représentée qui fournit un flux de gaz continu résultant de la combustion d'un propergol solide placé dans une chambre de combustion ; selon l'invention, la source de gaz peut comporter deux générateurs de gaz sensiblement identiques disposés de part et d'autre de la section de pilotage et opérant en parallèle, par l'intermédiaire de conduits de gaz disposés parallèlement à l'axe X-X' du projectile et entre les tuyères.
- Chacune des quatre tuyères; et plus précisément chacun des conduits divergents 20 est muni d'une vanne de réglage du débit de gaz traversant ; ces vannes étant essentiellement constituées par une palette pivotante 30 dont l'une des faces latérales 31 fournit, tout au moins partiellement, l'une des parois de ces conduits divergents. Les axes de pivotement 32 de ces palettes sont situés dans un même plan perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X' du projectile.
- Les palettes diamétralement opposées sont solidarisées physiquement par un mécanisme articulé formant un parallélogramme déformable dont la branche transverse 40 constitue l'élément moteur ; les branches longitudinales 41 constituent les éléments de liaison, la quatrième branche 42, représentée en pointillé et passant par les axes de pivotement des palettes, étant fournie par la structure elle-même du projectile.
- Selon un mode de réalisation préféré, les tuyères d'éjection sont inclinées plus ou moins sur l'axe longitudinal du projectile, pour créer une force de poussée F dont les composantes fournissent des forces de poussée longitudinale FL et transversale FT permettant respectivement d'entretenir la vitesse de vol du projectile et de modifier la direction de vol de celui-ci.
- Selon une variante de réalisation, les branches transverses 40 du mécanisme de fonctionnement des palettes sont rendues concourantes par imbrication de leur partie médiane.
- Les figures 3a à 3d représentent un mode de réalisation de la section de pilotage d'un projectile guidé conforme à l'invention. Selon ce mode de réalisation, les quatre tuyères d'éjection sont orientées vers l'arrière du projectile pour fournir une composante de poussée longitudinale et les vérins de positionnement des vannes de réglage des débits de gaz sont imbriqués dans leur partie médiane.
- La figure 3a représente une vue frontale de la section de pilotage ; cette section comprend deux éléments : un premier élément la incluant les quatre tuyères munies de leurs vannes respectives et un second élément lb portant les vérins de positionnement des vannes.
- Sur cette figure 3a sont indiquées les positions relatives des deux paires de tuyères, respectivement T1, T3 et T2, T4 lesquelles sont disposées à la périphérie du premier élément la de la section de pilotage. Ces tuyères, toutes identiques, ont une section rectangulaire et les conduits divergents 20 débouchent sur des conduits convergents 21 qui constituent les entrées du flux de gaz. Les axes de pivotement 32 des palettes pivotantes sont situés dans un même plan et sont parallèles aux parois de plus grande dimension des tuyères.
- Sur cette figure 3a, on a aussi représenté les conduits 50 de passage de gaz assurant la liaison entre les générateurs de gaz situés de part et d'aure de la section de pilotage.
- La figure 3b représente, selon une vue en coupe, les éléments qui composent les moyens de pilotage selon un. premier plan de pilotage. Disposés dans le premier élément la de la section de pilotage 1, on trouve :
- - les deux tuyères T1 et T 3 diamétralement opposées et leurs conduits divergents 20 et 21,
- - les deux palettes pivotantes 30 articulées sur leur axe de pivotement 32, la face latérale 31 de ces palettes constitue l'une des parois des conduits divergents 20 ; la position de l'axe de pivotement 32 est telle que la direction de la résultante des forces s'exerçant sur la face latérale 31 passe sensiblement par cet axe de pivotement; les palettes sont munies d'une échancrure 33 destinée au logement d'une tige de liaison 41 avec le vérin de commande correspondant.
- Disposés dans le second élément lb de la section de pilotage 1, on trouve :
- - un vérin fixe à double effet dont le piston 40 est logé dans un corps de vérin 45 ; ce corps de vérin comporte deux ouvertures 46a et 46b permettant le libre mouvement de translation des tiges de liaison 41 et deux bouchons de fermeture 47a et 47b servant conjointement de butée au piston 40 ; le piston 40 comprend deux éléments cylindriques 40a et 40b solidarisés par un élément cylindrique 40c, de plus faible diamètre.
- Sur cette figure 3b, l'une des palettes est représentée en position ouverte et l'autre en position fermée ; toutefois, il faut comprendre que ces palettes peuvent occuper toutes les positions symétriques intermédiaires. En outre, le corps de vérin comporte deux entrées de gaz E1 et E'l reliées à la sortie d'une servovalve non représentée. L'énergie pneumatique nécessaire au fonctionnement des vérins peut être empruntée au flux de gaz fourni par les générateurs de gaz.
- La figure 3c représente, selon une vue en coupe, les éléments qui composent les moyens de pilotage selon le second plan de pilotage. Ces éléments sont essentiellement identiques à ceux décrits à la figure précédente, seul, diffère le mode de réalisation ' du piston 40 du vérin pneumatique de positionnement des palettes pivotantes correspondantes. Ce piston 40 est une pièce cylindrique dans la partie médiane de laquelle est ménagée une ouverture 40d autorisant le libre mouvement de translation de l'élément cylindrique 40c déjà décrit à la figure 3b. Les entrées de gaz E2 et E'2 sont reliées à une seconde électrovalve de commande non représentée.
- La figure 3d représente un mode de réalisation de la palette 30 visant à réduire son inertie ; à cet effet, les parties non actives de la palette sont évidées pour ne laisser qu'une "aile" de raidissement 35 dans laquelle est ménagée l'échancrure 33. Les pièces soumises à l'action des gaz doivent être réalisées en un matériau réfractaire et résistant à l'érosion, par exemple, en graphite ou en molybdène.
- On voit maintenant plus clairement les avantages et les caractéristiques de l'invention. En plus de la caractéristique selon laquelle les direction des forces de poussée élémentaires crées par les tuyères convergent en un seul point, le projectile peut être piloté indépendamment dans deux plans de pilotage. D'autre part, le mécanisme de réglage des débits de gaz est extrêmement robuste et compact.
- L'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation décrit et représenté ; par exemple, l'échancrure 33, ménagée dans les palettes 30, peut être reportée sur les pistons 40 des vérins pneumatiques et les tiges 41 peuvent être solidaires des palettes. Selon une variante de réalisation, les pistons 40 peuvent comporter une crémaillère entraînée par un moteur rotatif bidirectionnel du type électrique ou pneumatique et des moyens peuvent être prévus sur ces pistons pour accoupler un capteur de position. De même, les profils des tuyères, des conduits de gaz et des palettes n'ont été donnés qu'à titre illustratif non limitatif. Enfin, il n'est nullement indispensable que le centre de poussée P des tuyères d'éjection soit confondu avec le centre de gravité G du projectile.
- L'invention s'applique, notamment, aux missiles stabilisés en roulis ou en autorotation.
Claims (4)
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