FR2762080A1

FR2762080A1 - MICRO-GOVERNOR DEVICE FOR CORRECTION OF ROTATION-STABILIZED AMMUNITION TRAJECTORY

Info

Publication number: FR2762080A1
Application number: FR9704603A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Frehaut; Jean Paul Labroche; Pascal Tarayre
Original assignee: TDA Armements SAS
Current assignee: TDA Armements SAS
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-16
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: EP0872704A1; EP0872704B1; FR2762080B1; DE69809996T2; DE69809996D1

Abstract

Le dispositif s'applique à la correction de trajectoire de munition stabilisée par rotation du type comportant une fusée de proximité ayant une ogive (1) mobile en rotation relativement au corps (5) de la munition. Il comprend des bossages (14, 15) en matériaux souples, déployables, disposés sur l'ogive (1) pour permettre, en position déployée une stabilisation fixe de l'ogive (1) par rapport à des repères fixes de l'espace pour créer une force aérodynamique transversale.Application : Guidage d'obus.The device applies to the correction of trajectory of ammunition stabilized by rotation of the type comprising a proximity fuse having a warhead (1) movable in rotation relative to the body (5) of the ammunition. It comprises bosses (14, 15) made of flexible, deployable materials, arranged on the ogive (1) to allow, in the deployed position, a fixed stabilization of the ogive (1) with respect to fixed marks in the space for create a transverse aerodynamic force.Application: Guidance of shells.

Description

La présente invention concerne un dispositif de peau intelligente pour laThe present invention relates to a smart skin device for

correction de trajectoire de munition stabilisée par rotation. Elle s'applique notamment à la réalisation de fusées de proximité. Les écarts entre le point d'impact d'un obus et sa cible sont définis habituellement en termes d'erreurs de précision et d'erreurs de justesse mesurées dans les directions de déplacement longitudinale et transversale de l'obus. L'erreur de précision correspond à des dispersions aléatoires inhérentes aux systèmes d'armes. Cette erreur qui ne peut être compensée par le pointage de l'arme intervient principalement sur les écarts de portée. L'erreur de justesse correspond à des écarts identiques pendant un court intervalle de temps, elle est due aux perturbations atmosphériques et aux erreurs de pointage. Cette erreur qui peut être corrigée par un changement de pointage de l'arme, correction of trajectory of ammunition stabilized by rotation. It applies in particular to the production of proximity rockets. The deviations between the point of impact of a shell and its target are usually defined in terms of precision and accuracy errors measured in the longitudinal and transverse directions of movement of the shell. The precision error corresponds to random dispersions inherent in weapon systems. This error which cannot be compensated by the aiming of the weapon intervenes mainly on the range deviations. The accuracy error corresponds to identical deviations during a short time interval, it is due to atmospheric disturbances and pointing errors. This error which can be corrected by a change in aiming of the weapon,

est caractérisée à la fois par des écarts latéraux et de portée. is characterized by both lateral and span deviations.

Cependant, une correction par simple dépointage de l'arme n'est généralement pas suffisante pour compenser les effets de perturbations rencontrées par l'obus. Des solutions à ce problème ont été envisagées mettant en oeuvre par exemple un système de jupe déployable en forme de pétales tel que représenté à la figure 1 ou encore un système à base de canard tel que représenté à la figure 2. Le système de jupe déployable permet de contrôler la trajectoire de l'obus par augmentation de la traînée, en ouvrant les pétales à un instant opportun de la trajectoire. L'inconvénient majeur de ce système réside dans le fait qu'il ne permet d'effectuer une correction que sur l'erreur de portée, les écarts latéraux dus aux vents et aux erreurs de pointage ne sont pas corrigés. Le système à base de canard a l'avantage sur le précédent de corriger les écarts de portée et latéraux par création d'une force dans un plan fixe par des ailettes braqués à l'avant de l'obus et qui sont découplés en rotation. Il présente également l'avantage qu'il permet d'exploiter le mouvement relatif du canard par rapport à la fusée pour actionner un générateur de courant électrique pour l'alimentation de circuits électroniques nécessaire à l'actionnement du canard. Un inconvénient majeur du pilotage par canard est qu'il nécessite de placer un empennage calé à l'arrière de l'obus, ce qui rend l'obus incompatible avec les systèmes de chargement dans les canons actuellement existants. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, I'invention a pour objet un dispositif de microgouverne pour la correction de la trajectoire de munition stabilisée par rotation du type comportant une fusée de proximité ayant une ogive mobile en rotation relativement au corps de la munition, caractérisé en ce qu'il comprend des bossages en matériaux souples déployables disposés sur l'ogive pour permettre une stabilisation fixe de l'ogive par rapport à des repères fixes de l'espace et pour créer une force aérodynamique transversale lorsque les bossages sont déployés sur l'ogive. Selon une autre caractéristique de l'invention, les bossages sont déployés au moyen de barrettes piézo-électriques pivotantes autour However, a correction by simple deflection of the weapon is generally not sufficient to compensate for the effects of disturbances encountered by the shell. Solutions to this problem have been envisaged using, for example, a deployable skirt system in the form of petals as shown in FIG. 1 or a duck-based system as represented in FIG. 2. The deployable skirt system allows to control the trajectory of the shell by increasing the drag, by opening the petals at an opportune moment of the trajectory. The major drawback of this system lies in the fact that it only makes it possible to make a correction on the range error, the lateral deviations due to winds and pointing errors are not corrected. The duck-based system has the advantage over the previous one of correcting the range and lateral differences by creating a force in a fixed plane by fins deflected at the front of the shell and which are decoupled in rotation. It also has the advantage that it makes it possible to exploit the relative movement of the duck relative to the rocket to activate an electric current generator for the supply of electronic circuits necessary for actuating the duck. A major drawback of piloting by duck is that it requires placing a stabilized stabilizer at the rear of the shell, which makes the shell incompatible with the loading systems in currently existing guns. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks. To this end, the subject of the invention is a micro-control device for correcting the trajectory of ammunition stabilized by rotation of the type comprising a proximity rocket having a warhead movable in rotation relative to the body of the ammunition, characterized in that it comprises bosses made of deployable flexible materials arranged on the warhead to allow fixed stabilization of the warhead relative to fixed marks in space and to create a transverse aerodynamic force when the bosses are deployed on the warhead. According to another characteristic of the invention, the bosses are deployed by means of piezoelectric bars pivoting around

d'un axe situé à la surface de l'ogive. an axis located on the surface of the warhead.

L'invention a principalement pour avantage qu'elle permet d'améliorer à la fois la précision et la justesse des tirs par un contrôle de la traînée et de la portance en modifiant l'obliquité d'équilibre. Pour augmenter la portée, il suffit de placer la gouverne formée par les bossages dans une position telle que l'obliquité d'équilibre soit dirigée vers le haut ce qui augmente le coefficient de portance. Elle a également l'avantage qu'elle peut être mise en oeuvre dans une fusée interchangeable par rapport à l'obus en restant compatible avec les systèmes de chargement des munitions dans les canons puisque la géométrie externe de la fusée reste inchangée, ce qui permet de la monter sur des obus instables statiquement, c'est-à-dire dépourvus d'empennage. Enfin, comme les barrettes sont réalisées en un matériau piézo-électrique, leur actionnement est très simple, relativement aux The main advantage of the invention is that it makes it possible to improve both the precision and the accuracy of the shots by controlling the drag and the lift by modifying the skew of balance. To increase the range, it suffices to place the control surface formed by the bosses in a position such that the equilibrium skew is directed upwards, which increases the lift coefficient. It also has the advantage that it can be implemented in an interchangeable rocket with respect to the shell while remaining compatible with the systems for loading ammunition into the barrels since the external geometry of the rocket remains unchanged, which allows to mount it on statically unstable shells, that is to say devoid of empennage. Finally, as the bars are made of a piezoelectric material, their actuation is very simple, relative to the

systèmes d'actionnement connus de gouvernes par moteur électrique. known actuation systems for control surfaces by electric motor.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Other characteristics and advantages of the invention

apparaîtront dans la description qui suit faite en regard des dessins will appear in the following description made with reference to the drawings

annexés qui représentent: - la figure 1, une fusée à jupe déployable selon l'art antérieur, - la figure 2, une fusée munie de canard selon l'art antérieur, - la figure 3, un exemple d'architecture de fusée selon l'invention, -la figure 4, une vue suivant la coupe aa de la fusée représentée à la figure 3, - la figure 5, un mode de réalisation simplifié d'une articulation d'un bilame d'une microgouverne selon l'invention, attached which represent: - Figure 1, a rocket with deployable skirt according to the prior art, - Figure 2, a rocket provided with duck according to the prior art, - Figure 3, an example of rocket architecture according to l invention, FIG. 4, a view along the section AA of the rocket shown in FIG. 3, FIG. 5, a simplified embodiment of an articulation of a bimetallic strip of a micropilot according to the invention,

- la figure 6, un mode de réalisation d'un bilame. - Figure 6, an embodiment of a bimetallic strip.

L'exemple d'architecture de fusée selon l'invention qui est représenté à la figure 3 comprend une ogive 1 de forme tronconique mobile en rotation autour de son axe de symétrie XX' à l'extrémité 2 d'un axe 3 dont l'autre extrémité filetée 4 est engagée à l'avant conique d'un obus 5. La rotation de l'ogive 1 sur l'axe 3 est assurée par un palier à roulement 6. L'ogive 1, renferme un système de positionnement par satellite 7, encore connu sous l'abréviation anglo-saxonne GPS de " global positioning system ", associé éventuellement à un indicateur de verticale ou d'horizontale 8 composé par exemple par une centrale inertielle et un système de guidage 9 avec calculateur pour calculer et corriger les erreurs de trajectoire. Un bloc récepteur et/ou transmetteur radio, non représenté, est incorporé au système de guidage 9 pour assurer le transfert des données de vol pendant le tir entre le système de guidage 9 et une station au sol. Pour assurer un fonctionnement correct du système de positionnement par satellite 7 et du bloc radio, l'enveloppe de l'ogive 1 est réalisée en un matériau transparent aux The example of rocket architecture according to the invention which is represented in FIG. 3 comprises a warhead 1 of frustoconical shape movable in rotation about its axis of symmetry XX 'at the end 2 of an axis 3 whose another threaded end 4 is engaged at the conical front of a shell 5. The rotation of the warhead 1 on the axis 3 is ensured by a rolling bearing 6. The warhead 1, contains a satellite positioning system 7, also known by the English abbreviation GPS for "global positioning system", possibly associated with a vertical or horizontal indicator 8 composed for example by an inertial unit and a guidance system 9 with calculator for calculating and correcting trajectory errors. A radio receiver and / or transmitter unit, not shown, is incorporated into the guidance system 9 to ensure the transfer of flight data during the firing between the guidance system 9 and a ground station. To ensure correct operation of the satellite positioning system 7 and the radio unit, the shell of the warhead 1 is made of a material transparent to the

ondes électromagnétiques.electromagnetic waves.

La position angulaire de la fusée par rapport aux repères terrestres (horizontale ou verticale) est contrôlée par deux barrettes 10 et 11 qui sont disposées de part et d'autre du fuselage de l'ogive 1 et composées chacune d'un bilame piézo-céramique flexible. Celles-ci pivotent en sens inverse l'une de l'autre depuis une position repliée à la surface de l'ogive 1 jusqu'à une position déployée respectivement autour d'axes fixes de déploiement 12 et 13 orientés dans une direction perpendiculaire à l'axe de symétrie XX'. Les axes de déploiement 12 et 13 sont situés sur le fuselage de l'ogive 1 à des distances différentes relativement à l'avant de l'ogive 1. Une toile référencée respectivement 14 et 15 entoure hermétiquement chaque barrette 10, 11 afin d'assurer une géométrie continue de la surface externe de l'ogive 1 et une butée au mouvement des barrettes lorsque celles-ci sont déployées. Du fait du décalage des axes 12 et 13, les bossages 14 et 15 présentent également des bords arrondis 14a et 15a décalés l'un par rapport à l'autre relativement à l'avant de l'ogive 1 qui créent des forces des forces de portances de sens opposés dans la direction transversale de l'ogive 1. Ces forces sont modulées en fonction de la tension électrique appliquée sur les barrettes piézo-électriques pour ajuster le centre de The angular position of the rocket relative to the landmarks (horizontal or vertical) is controlled by two bars 10 and 11 which are arranged on either side of the fuselage of the warhead 1 and each composed of a piezo-ceramic bimetal strip flexible. These pivot in opposite directions from one another from a folded position on the surface of the warhead 1 to a deployed position respectively around fixed deployment axes 12 and 13 oriented in a direction perpendicular to the 'axis of symmetry XX'. The deployment axes 12 and 13 are located on the fuselage of the warhead 1 at different distances relative to the front of the warhead 1. A fabric referenced respectively 14 and 15 hermetically surrounds each bar 10, 11 in order to ensure a continuous geometry of the external surface of the warhead 1 and a stop for the movement of the bars when they are deployed. Due to the offset of the axes 12 and 13, the bosses 14 and 15 also have rounded edges 14a and 15a offset relative to each other relative to the front of the warhead 1 which create forces of the forces of opposite directions in the transverse direction of the warhead 1. These forces are modulated according to the electric voltage applied to the piezoelectric bars to adjust the center of

poussée de la munition relativement à son centre de gravité. thrust of the munition relative to its center of gravity.

Lors du tir de l'obus, les barrettes 10 et 11 et leurs toiles enveloppantes 14 et 15 sont plaquées au corps de l'ogive 1 et sont déployées au cours du vol lorsqu'une correction de trajectoire est à effectuer. En position déployée, celles-ci forment avec les toiles 14 et 15 deux bossages sur le corps de l'ogive 1 comme montré selon le plan de coupe aa de la figure 4. Un système de vrillage des barrettes 10 et 11, représenté à la figure 5, permet par déformation des toiles enveloppantes de contrôler la position en roulis des bossages. Ce système est réalisé au moyen de deux bilames à axes de déploiement perpendiculaires, un premier bilame étant articulé autour d'un axe de déploiement 12 ou 13, le deuxième étant articulé autour d'un axe 16 fixé perpendiculairement sur une feuille du premier permet d'effectuer un vrillage des bilames 10 et 11. Ces bilames sont constitués de façons connue par deux feuilles 17, 18 de PZT-54 piézo-céramiques collées de When firing the shell, the bars 10 and 11 and their enveloping webs 14 and 15 are pressed against the body of the warhead 1 and are deployed during the flight when a trajectory correction is to be made. In the deployed position, these form, with the fabrics 14 and 15, two bosses on the body of the warhead 1 as shown according to the cutting plane aa of FIG. 4. A system for twisting the bars 10 and 11, shown in the Figure 5, allows by deformation of the enveloping fabrics to control the roll position of the bosses. This system is carried out by means of two bimetallic blades with perpendicular deployment axes, a first bimetal being articulated around a deployment axis 12 or 13, the second being articulated around an axis 16 fixed perpendicularly on a sheet of the first allows '' twist the bimetallic strips 10 and 11. These bimetallic strips consist in known manner of two sheets 17, 18 of PZT-54 piezo-ceramic bonded with

part et d'autre d'une feuille de bronze 19, comme montré à la figure 6. on either side of a bronze sheet 19, as shown in Figure 6.

Cet empilement des bilames permet d'avoir des mouvements de déformation des bossages suivant la tension électrique appliquée sur chacun des bilames avec une amplitude de ces mouvements pouvant This stacking of bimetallic strips makes it possible to have deformation movements of the bosses according to the electric voltage applied to each of the bimetallic strips with an amplitude of these movements which can

être relativement importante.to be relatively large.

Un générateur de courant électrique, sous forme d'un alternateur constitué par un stator 20 fixé à l'ogive 1 et d'un rotor 21 fixé à l'extrémité de l'axe 3 permet d'alimenter en électricité l'ensemble An electric current generator, in the form of an alternator constituted by a stator 20 fixed to the warhead 1 and a rotor 21 fixed to the end of the axis 3 makes it possible to supply electricity to the assembly.

des circuits électriques de l'ogive 1. electrical circuits of the warhead 1.

Le principe de fonctionnement du système consiste, à partir d'une cible dont la position connue a priori est transmise par voie radio au système de guidage 9, à détecter via le système de navigation par satellite 7 ou la centrale inertielle 8 des erreurs de trajectoire suffisamment tôt pour avoir le temps d'intégrer des forces de petites amplitudes. Le calculateur du système de guidage 9 ou de la station au sol donne l'instant de déclenchement du système de correction et le plan de correction. La durée de la correction représente le paramètre qui module l'amplitude de la correction. Un découpleur pyrotechnique, non représenté, déverrouille au moment opportun les barrettes 10 et 11 qui se déploient par effet centrifuge. L'amplitude du mouvement de celles-ci est limitée par la toile les recouvrant. Le système de gouverne qui est ainsi constitué engendre un couple d'amortissement en roulis qui découple en roulis l'ogive 1 de l'obus 5 par freinage de la rotation de l'ogive 1 et stabilise en position fixe l'ogive 1 par rapport à des repères fixes de l'espace terrestre. Ceci permet d'une part, d'éliminer les forces centrifuges néfastes aux mécanismes internes à l'ogive et d'autre part, permet de contrôler la direction de la force transversale de correction The operating principle of the system consists, from a target whose position known a priori is transmitted by radio to the guidance system 9, to detect via the satellite navigation system 7 or the inertial unit 8 trajectory errors early enough to have time to integrate forces of small amplitudes. The computer of the guidance system 9 or of the ground station gives the instant of triggering of the correction system and the correction plan. The duration of the correction represents the parameter which modulates the amplitude of the correction. A pyrotechnic decoupler, not shown, unlocks at the appropriate time the bars 10 and 11 which deploy by centrifugal effect. The amplitude of the movement of these is limited by the canvas covering them. The steering system which is thus formed generates a roll damping torque which decouples the warhead 1 of the shell 5 in roll by braking the rotation of the warhead 1 and stabilizes the warhead 1 in a fixed position with respect to to fixed landmarks in the Earth's space. This allows on the one hand, to eliminate the centrifugal forces harmful to the internal mechanisms of the warhead and on the other hand, allows to control the direction of the transverse correction force

obtenue par rapport aux repères terrestres. obtained in relation to terrestrial landmarks.

Claims

1. Micro-control device for correcting the trajectory of ammunition stabilized by rotation of the type comprising a proximity rocket having a warhead (1) movable in rotation relative to the body (5) of the ammunition, characterized in that it comprises bosses (14, 15) made of flexible, deployable materials, disposed on the warhead (1) to allow in the deployed position a fixed stabilization of the warhead (1) with respect to fixed marks in space and to create a

transverse aerodynamic force.

2. Device according to claim 1 characterized in that the bosses (14, 15) are deployed by means of piezoelectric bars

(10, 11) pivoting about an axis (12, 13) on the surface of the warhead (1).

3. Device according to claim 2, characterized in that the piezoelectric bars (10, 11) are formed by two sheets (17, 18) of a piezo-ceramic material bonded on either side of a sheet of

bronze (19).

4. Device according to any one of claims 2 to 3,

characterized in that it comprises a system for twisting the piezoelectric bars (10, 11) for controlling the roll position of the

bosses (14, 15).

5. Device according to any one of claims 1 to 4,

characterized in that it comprises, integrated in the warhead (1), a satellite positioning system (7), a vertical indicator (8) and a guidance system (9) coupled to a computer for calculating after firing the trajectory errors of the munition and determine the instant of deployment of the bosses (14, 15) by pivoting the piezoelectric bars (10, 11) to

the surface of the warhead (1).

6. Device according to claim 5, characterized in that the guidance system (9) comprises a radio receiver and / or transmitter unit for transmitting the flight data between the guidance system and

a ground station.