Dispositif de visée et de commande de tir arrière pour avion de combat
L'invention a pour objet un dispositif de visée et de commande de tir arrière pour avion de combat.
Ce dispositif permet au pilote de viser et de tirer alternativement et à son choix, avec le même type de viseur et, soit avec les mêmes armes qu'en tir avant, soit avec des armes supplémentaires fixes, sur des adversaires se trouvant tant devant que derrière lui; le passage de la visée et du tir avant à ceux arrière se produisant en un temps très court, de l'ordre d'une seconde, et les réflexes du pilote restant les mêmes qu'en tir avant.
Dans les avions multiplaces équipés de tourelles de tir mobiles, télécommandées ou non par le pilote, l'invention facilite la visée sur les avions poursuivants et permet au pilotetcommandant de bord de régler et de conjuguer les manoeuvres de l'avion et des tourelles pour concentrer le tir et le rendre plus efficace.
Jusqu'à maintenant tous les avions monoplaces de combat ont toujours été équipés uniquement d'armes fixes tirant vers l'avant, dans la direction du vol.
Lorsque le pilote d'un tel avion aperçoit un adversaire se trouvant derrière lui, ou bien s'il est attaqué par lui, il est obligé de fuir ou de manoeuvrer de manière à se placer à son tour derrière son attaquant. La fuite n'est pas toujours possible, la manoeuvre exige un certain temps qui profite à l'ennemi.
Le dispositif selon l'invention remédie à ces inconvénients; il laisse au pilote attaqué le choix entre les manoeuvres classiques de dégagement, I'utilisation du tir arrière, ou les deux combinés.
En outre, et cela constitue un des avantages majeurs de l'invention, avec les vitesses actuelles des avions de une supériorité balistique très nette qui permet de rester en dehors de la portée pratique du tir du poursuivant, tout en le maintenant sous son propre feu.
En effet, un projectile ou un missile tiré vers l'arrière sur un adversaire qui suit le tireur sensiblement à la même vitesse, a un parcours réel par rapport au sol bien plus court et subit une résistance de l'air bien moindre que ce ne serait le cas en tir avant à la même distance avec les mêmes armes et toutes choses égales d'ailleurs.
En outre, au moment de l'impact la vitesse restante du projectile s'ajoute à la vitesse propre du but, alors qu'elle s'en retranche dans le tir avant, d'où une pénétration considérablement accrue.
Enfin, l'effet psychologique sur les occupants d'un tir de plein fouet est bien plus prononcé que celui d'un tir en poursuite.
L'ensemble de ces facteurs confère au tir arrière une efficacité, une précision, une portée pratique et des effets sur le but très supérieurs à ceux du tir avant.
La différence entre les propriétés balistiques des tirs avant et arrière exige pour son évaluation précise des calculs assez complexes dans chaque cas concret. Elle peut cependant être illustrée sur un ou deux exemples.
Imaginons deux avions se poursuivant en ligne droite à une distance de 200 mètres, les deux ayant la même vitesse, correspondant à un nombre de Mach de 1,5.
Supposons qu'ils tirent l'un sur l'autre des obus explosifs de 30 m/m, ayant une finesse d'ogive (= rapport longueur au diamètre) de 2, un poids de 200 grammes et une vitesse initale correspondant à Mach 3.
combat, le tir arrière présente par rapport au tir avant
a) A une altitude de combat de 5000 mètres, les durées de trajet et les vitesses effectives d'impact calculées sont les suivantes:
Durée de trajet Rapport Vitesses d'impact Rapport
Tir avant : 0,34 seconde 321m/seconde 1
1,5
Tir arrière: 0,22 seconde 860 seconde 2,68
La précision et l'efficacité du tir (= pourcentage de coupe au but dans une rafale) varient toutes les deux sensiblement comme l'inverse du carré de la durée de trajet; elles seront donc 2,4 fois supérieures en tir arrière.
La puissance de pénétration, et donc l'effet destructeur, sont proportionnels au carré de la vitesse à l'impact; ils seront donc accrus 7,2 fois en tir arrière.
b) Si l'on répète les mêmes calculs à l'altitude de 10000 mètres, au lieu de 5000, on trouve:
Durée de trajet Rapport Vitesses effectives Rapport
Tir avant : 0,27 seconde 441m/seconde 1
1,5
Tir arrière: 0,208 seconde 862 m/seconde 1,955
Dans cet exemple la précision et l'efficacité sont encore à l'avantage du tir arrière dans la proportion de 1,7 environ et la puissance de pénétration de 3,8 fois.
On peut montrer facilement que ce n'est que lorsque la résistance de l'air est nulle que les durées de trajet et les vitesses effectives d'impact deviennent égales pour les tirs avant et arrière. On va maintenant décrire, à titre d'exemple, des formes de réalisation de l'invention en se référant au dessin annexé.
Selon une forme de réalisation, de l'invention, la visée et le tir arrière sont réalisés, pour la visée avec armes arrière tirant dans l'axe de l'avion, au moyen d'un dispositif comprenant:
1. Un ou plusieurs miroirs concaves, convenablement placés a l'intérieur de l'habitacle pilote, soit dans le ou au voisinage de son plan de symétrie, ou bien latéralement de part et d'autre du pilote, et fournissant des images réelles et inversées du but.
2. Des lames à faces parallèles semi-réfléchissantes qui sont intercalées sur les trajets des faisceaux lumineux provenant du but et reçus dans l'oeil du pilote après réflexions dans les miroirs. Ces lames sont fixes par rapport à leurs miroirs respectifs, mais peuvent être rendues escamotables, ou être fixées sur la coupole mobile de l'habitacle pour faciliter l'entrée et la sortie du pilote.
3. La lame semi-réfléchissante à faces parallèles.
utilisée habituellement pour la visée avant et montée sur le viseur de tir avant; celle-ci est rendue mobile sur son support autour de l'axe vertical optique du viseur, en même temps que son inclinaison est rendue variable, à deux positions fixées à l'avance; en position de tir arrière, elle sera orientée de manière à renvoyer l'image du point de mire dans la lame associée au miroir unique, ou dans l'une ou l'autre des lames, au choix du tireur, s'il y a deux miroirs.
- Les orientations de la lame semi-réfléchissante du viseur et de celles associées aux miroirs seront déterminées en fonction de leurs positions respectives de manière que, lorsque les armes arrière sont correctement pointées, l'image du point de mire et celle du but données par le miroir coïncident, aux corrections de tir près.
- L'ensemble optique constitué par le viseur, sa lame semi-réfléchissante, celle associée au miroir utilisé et le miroir lui-même, forme alors une image inversée du point de mire dans le plan focal du miroir, sensiblement à la distance d'accommodation normale (20 à 30 cm) de l'oeil du pilote, voir fig. 1 et 2.
En même temps, lorsque l'adversaire se trouve dans le voisinage de la ligne de vol, donc le tir, de l'avion tireur, son image dans le miroir, également inversée, se formera au même point; le pilote pourra alors viser et tirer exactement dans les mêmes conditions qu'en tir avant, sauf pour l'inversion de l'image; celle-ci n'est pas gênante, la silhouette de la cible gardant la même forme générale.
La rotation de la lame réfléchissante du viseur de la position de tir avant à la position de tir arrière peut être soit accomplie directement à la main par le pilote, ou bien provoquée par un bouton de télécommande, placé sur la poignée de pilotage ou dans l'habitacle.
Dans tous les cas, lorsque les mêmes armes sont utilisées pour les tirs avant et arrière, cette rotation provoquera la rotation simultanée des armes de 1800 sur leurs supports de l'avant vers l'arrière par une télécommande.
Dans le cas d'armes arrière fixes, séparées, aucune manoeuvre de celles-ci ne sera nécessaire.
La fig. 1 représente un exemple de réalisation de l'invention avec visée dans un seul miroir dans le ou au voisinage du plan vertical de symétrie de l'avion.
Dans la fig. 1, le miroir 1 est monté devant le pilote, à la position du rétroviseur usuel, un peu en dessus du viseur de tir avant, 4.
L'inclinaison du miroir 1 sur l'horizontale sera réglée de façon à permettre la surveillance de l'espace aérien arrière en majeure partie au-dessus et en faible partie en dessous du plan horizontal, et de manière à éviter au pilote d'y voir sa propre image.
Le rayon de courbure du miroir sera déterminé en fonction de sa distance à l'oeil pour produire un diamètre apparent de l'image voisin de celui de l'objet en vision directe.
Ainsi, à 40 cm de distance entre l'oeil du pilote et la surface du miroir, ce rayon aurait comme valeur idéale 40 cm.
Il n'y a pas d'inconvénient grave cependant dans une certaine réduction de la grandeur de l'image, au bénéfice de l'augmentation du champ de surveillance, puisque l'image des cercles de mire sera réduite simultanément dans les mêmes proportions que celle du but.
La lame semi-réfléchissante 2 est montée derrière le miroir 1.
Pour le tir arrière la lame semi-réfléchissante à faces parallèles 3 du viseur de tir 4 est relevée d'un certain angle comme indiqué sur la fig. 1. L'image du point de mire, au lieu d'être projetée vers l'oeil du pilote, est alors renvoyée vers la lame 2. Celle-ci la réfléchit vers le miroir 1, qui en forme l'image dans son plan focal au point où se forme aussi l'image du but 5.
Pendant le tir arrière, le pilote peut continuer à surveiller le ciel devant lui, mais ne voit plus l'image du point de mire dans la lame 3. L'absence de cette image l'empêche d'oublier la manoeuvre du viseur et des armes lorsqu'il revient au tir avant et inversement.
Du fait de l'augmentation d'inclinaison de la lame 3 du viseur en tir arrière, la brillance de l'image du point de mire sera augmentée, ce qui compensera la double réflexion supplémentaire sur la lame 2 et le miroir 1.
La présence d'obstacles à la vision arrière dans l'axe de l'avion, tels que dérive, dossier blindé, etc., pourra gêner dans certains cas le montage du miroir unique dans le plan de symétrie de l'avion, comme représenté à la fig. 1.
Celui-ci pourra alors être décalé latéralement de quelques centimètres. La lame 3 du viseur devra alors, pour le tir arrière, être aussi tournée d'un certain angle autour de l'axe vertical optique 6 du viseur, en même temps que changée d'inclinaison, de façon à renvoyer l'image du point de mire vers la lame 2 et le miroir 1.
Naturellement la partie arrière de la coupole 7 de l'habitacle devra avoir des formes et des structures telles qu'elle laisse passer l'image du but sans la déformer, ni la masquer. Elle sera exécutée par exemple en polyester travaillé optiquement et plan de préférence, tout au moins dans le voisinage de la direction de tir.
l'invention avec visée dans deux miroirs latéraux, de part
La fig. 2 représente un exemple de réalisation de et d'autre du pilote et armes tirant dans l'axe arrière de l'avion.
Dans cette variante les deux miroirs, le gauche lb et le droit la, sont montés latéralement dans l'habitacle, à gauche et à droite du plan vertical de symétrie. Ils sont réglés de manière que leurs champs de vision latéraux se recouvrent vers le centre de quelques degrés dans ce plan, ils ont chacun leur lame semi-réfléchissante 2b et 2a.
Suivant le côté par lequel se présente d'abord l'adversaire, le pilote commence et continue la visée, la poursuite arrière et le tir dans l'un ou dans l'autre des miroirs; il pourra passer au besoin de l'un à l'autre en manoeuvrant la lame 3 du viseur 4, qui peut renvoyer l'image du point de mire, soit vers le miroir 1 a ou vers le miroir lb.
Les lames 2a et 2b sont orientées au montage pour renvoyer vers les miroirs respectifs l'image du point de mire transmise par la lame 3, de manière que l'image finale de ce point dans le plan focal du miroir utilisé se trouve superposée à l'image du but dans le même plan en position de tir, c'est-à-dire lorsque les armes sont pointées sur le but.
La disposition à deux miroirs latéraux permet d'éviter certains angles morts de visée vers l'arrière, constitués par la ou les dérives, le blindage, etc. de voir dans certains cas en arrière et au-dessous du fuselage et d'augmenter sensiblement le champ total de surveillance arrière.
Elle présente les inconvénients d'une complexité plus grande du dispositif et du passage obligé de la visée d'un miroir à l'autre dans certains cas, par exemple lorsque le but a une composante de vitesse apparente transversale par rapport au tireur.
Avec un dispositif de visée avec armes tirant dans l'axe arrière, l'utilisation du viseur avant pour le tir arrière pourrait présenter dans certains cas des difficultés ou des inconvénients.
Les lames semi-réfléchissantes 2a, 2b qui matérialisent dans les miroirs la, lb, les directions des lignes de visée pourraient alors être remplacées par de petits viseurs réflex, semblables comme construction au viseur 4, et placés à demeure aux emplacements des lames, c'est-à-dire au voisinage des plans conjugués des yeux du pilote par rapport aux miroirs; la position transversale et celle dans le plan vertical de la ligne de visée étant déterminées de manière que la plus grande partie du champ de vision dans le miroir respectif se trouve latéralement à l'extérieur de l'image du point de mire et verticalement au-dessus de celui-ci, dans des proportions de 2 à 1 ou de3 à ] environ pour les deux champs ci-dessus.
Ces viseurs produiront chacun une image à l'infini du point et des cercles de mire, image renvoyée par une lame à faces parallèles, inclinées à 450 sur l'axe du viseur et montée sur ce dernier, vers le miroir respectif.
L'image finale des cercles de mire se formera alors dans le plan focal de chaque miroir devant les yeux du pilote exactement comme dans le premier exemple de réalisation ci-dessus, mais sans avoir à utiliser le viseur de tir avant.
La fig. 3 représente un troisième exemple de réalisation du dispositif de visée avec armes tirant dans l'axe arrière. La fig. 3 correspond à l'utilisation d'armes télécommandées, mais elle pourrait aussi bien s'appliquer à des avions équipés d'armes fixes tirant dans l'axe arrière.
I1 suffirait de supprimer la télécommande des armes, le calculateur de liaison aux miroirs et de laisser ces derniers fixes, calés à l'angle réalisant la coïncidence de l'image du but avec celle du point de mire lorsque le but se trouve dans le prolongement arrière de la ligne de vol.
Cette troisième variante permet la construction et le montage le plus compact et le plus précis du dispositif de visée et le rend relativement indépendant de l'espace disponible dans l'habitacle.
Quelle que soit la variante du dispositif de visée parmi les trois décrites ci-dessus on peut: soit avoir des armes séparées et fixes, orientées en
permanence dans l'axe arrière pour le tir arrière; - ou bien on peut utiliser les mêmes armes qu'en tir
avant, en les faisant tourner avec leurs munitions
de 1800 pour le tir arrière, comme décrit ci-après.
Cette deuxième solution permet d'économiser du poids sur l'armement et sur les munitions à emporter et de gagner en souplesse d'emploi selon les circonstances.
Si on utilise les mêmes armes pour le tir avant et arrière, celles-ci pourraient être montées avec leurs munitions, projectiles ou missiles sur une plate-forme circulaire horizontale, disposée à la partie inférieure du fuselage et à l'intérieur de celui-ci. La rotation de 1800 de cette plate-forme vers l'arrière ou vers l'avant étant réalisée au moyen de moteurs électriques ou hydrauliques attaquant par des pignons une couronne dentée circulaire solidaire de la plate-forme et concentrique de celle-ci; les moteurs hydrauliques pourraient être aussi réalisés sous forme de vérins entraînant par des biellettes la plate-forme de la position avant à la position arrière et vice versa.
La rotation de la plate-forme serait télécommandée par le pilote en même temps que la mise en action ou en position de visée arrière de l'un des dispositifs de visée décrits précédemment à titre d'exemples.
On va maintenant décrire un exemple de fonctionnement de la visée et du tir arrière dans le cas d'un miroir unique, fig. 1, et d'utilisation des mêmes armes pour le tir avant et arrière.
1. Le pilote aperçoit et identifie dans le miroir l'avion ennemi derrière lui.
2. Au moyen d'une télécommande, il provoque le relèvement de la lame 3 du viseur de tir avant et simultanément la rotation des armes de 1800 vers l'arrière.
3. L'image du point et des cercles de mire apparaît dans le miroir, en même temps que l'image du but, qui s'y trouvait déjà.
4. Le pilote manoeuvre l'avion en regardant dans le miroir comme si le but se trouvait devant lui, en essayant d'amener l'image de ce dernier sur celle du point de mire. I1 conserve les mêmes réflexes qu'en visée avant, en ce sens que si le but apparaît au-dessus du point de mire il fait cabrer l'avion et s'il le voit à droite dans le miroir il fait virer l'avion à droite; on vérifie facilement qu'il amène ainsi les armes arrière à pointer sur le but.
5. Lorsque l'image du but dans le miroir se superpose à celle du point de mire, il déclenche le tir des armes, en maintenant la superposition par la manoeuvre de l'avion.
6. Pendant toutes les phases ci-dessus, le pilote continue à voir le ciel devant lui et ses instruments de bord en vision indirecte .
7. Lorsque l'engagement est terminé, le pilote ramène les armes à la position de tir avant et la lame 3 du viseur à la position de visée avant, ou bien il les laisse à leurs positions arrière , suivant les circonstances.
Le fonctionnement dans le cas de deux miroirs, fig. 2, avec utilisation alternative des mêmes armes en tir avant et arrière est le suivant:
Dans ce cas le pilote apercevra le but dans Fan des miroirs d'abord. II fera alors relever la lame 3 du viseur avant et la fera tourner dans la direction de ce miroir, en même temps qu'il fait tourner les armes de 1800 vers l'arrière.
La suite des opérations reste après cela la même que dans le cas d'un miroir unique décrite ci-dessus.
Cependant si le but a un mouvement transversal apparent pendant la visée, le pilote pourra être amené dans certains cas à passer d'un miroir à l'autre; il fera alors tourner la lame 3 pour projeter l'image du point de mire sur le deuxième miroir et continuer la visée avec ce dernier.
Lorsque les mêmes armes sont utilisées pour le tir avant et arrière et qu'on ne se sert pas du viseur avant (deuxième et troisième exemples de réalisation de la visée décrite ci-dessus), l'allumage des images des points de mire dans les viseurs arrière sera de préférence accompagné de l'extinction de l'image du point de mire dans le viseur avant et vice versa. Le pilote sera ainsi toujours averti de la position de ses armes arrière ou avant .
Qu'il y ait un miroir ou deux, leurs dimensions, formes et positions dans l'habitacle seront déterminées de manière que le pilote conserve une bonne vue vers l'avant, qu'il ne voie pas dans les miroirs sa propre image, et que sa vision du ciel arrière soit d'angle d'ouverture maximum au voisinage du plan vertical de symétrie et au-dessus de l'axe de vol.
On va maintenant décrire des exemples de réalisation de l'invention dans des avions équipés avec des tourelles de tir télécommandées. Dans cette variante de réalisation, voir fig. 3 et fig. 4, le ou les miroirs concaves utilisés pour la surveillance du ciel arrière et pour la visée arrière sont placés et orientés sensiblement comme sur fig. 1 et 2.
Pour matérialiser la ligne de visée arrière, on place immédiatement contre chaque miroir et du côté opposé à celui vu par le pilote un petit viseur 6, fixe; ce viseur est agencé de manière à produire une image réelle du point et des cercles de mire en 5, dans le plan focal du miroir correspondant.
Pour permettre la fonnation de cette image, une portion circulaire de la surface réfléchissante du miroir est rendue semi-transparente, voir partie hachurée 8 sur l'image agrandie du miroir 1, à droite de la fig. 3. Le miroir (ou les miroirs, s'il y en a plusieurs) ne sont plus fixes, mais peuvent tourner chacun autour de trois axes rectangulaires ayant leurs origines pour chaque miroir au voisinage des points où le rayon lumineux central venant du viseur 6 vers l'image du point de mire en 5 traverse la surface réfléchissante de chaque miroir.
Les rotations du ou des miroirs autour de ces axes sont commandées par un calculateur; celui-ci reçoit comme éléments d'entrée:
1. Les caracténstiques balistiques des projectiles ou des missiles utilisés.
2. Les propriétés, mesurées ou calculées, de l'espace extérieur, soit: altitude, température, pression, densité de l'air ambiant, vitesse de l'avion tireur.
3. Les amplitudes, vitesses et accélérations angulaires de l'avion tireur par rapport à trois axes rectangulaires fixes dans l'espace et ayant leur origine au centre de gravité de l'avion tireur; ces grandeurs sont mesurées au moyen d'une plate-forme inertielle dans le calculateur.
stabilisés par des gyroscopes par rapport à la terre.
4. La distance du but, mesurée au moyen d'un radar ou d'un télémètre à laser par exemple, et ses variations.
5. Les composantes des vitesses et des accélérations relatives de l'avion-but par rapport aux mêmes axes que ceux mesurant les mouvements angulaires de l'avion tireur par rapport à la plate-forme inertielle mentionnée ci-dessus.
6. Les amplitudes, vitesses et accélérations angulaires.
réelles par rapport à l'avion tireur de chaque groupe d'armes des tourelles; les angles des rotations S étant mesurés au moyen de transmetteurs-indicateurs électriques synchrones montés dans chaque tourelle, un pour chaque axe de rotation des armes.
7. Les amplitudes, vitesses et accélérations angulaires des mouvements de la poignée de télécommande 10 des armes, le pilote agissant sur celles-ci comme expliqué plus loin.
Le calculateur détermine à chaque instant et de manière continue comme éléments de sortie: - d'une part les valeurs théoriques des amplitudes, des
vitesses et des accélérations angulaires de chaque
groupe d'armes et de chaque tourelle par rapport à
l'avion-tireur, valeurs transmises aux régulateurs des
moteurs de commande des tourelles et des armes; - d'autre part les valeurs des amplitudes, des vitesses
et des accélérations angulaires de chaque miroir
autour de ses trois axes de rotation. Ces trois axes
peuvent coïncider avec les axes de roulis, de tangage
et de lacet de l'avion-tireur ou en être distincts.
Les relations entre les éléments d'entrée et les grandeurs calculées de sortie du calculateur seront telles que:
a) Lorsque le pilote poursuit de manière continue l'image du but dans l'un des miroirs, en essayant de l'amener en coïncidence avec l'image (fixe) du point de mire par les manoeuvres de la poignée de télécommande des armes 10, et qu'il y arrive, toutes les armes télécommandées soient correctement pointées sur ce même but, c'est-à-dire qu'en tenant compte des caractéristiques balistiques des projectiles, des vitesses, des distances et des mouvements relatifs de deux avions, des propriétés de l'espace extérieur, etc., ces projectiles arrivent au but.
b) L'ensemble à contre-réaction (ou feedback ) constitué par le dispositif de visée, le miroir, le pilote, la télécommande, les armes et l'avion tireur reste stable, c'est-à-dire que lorsque l'image du but s'écarte légèrement de l'image du point de mire dans le miroir (angle A S m dans la fig. 4), le mouvement de la poignée de commande, qui devra être - pour conserver les mêmes réflexes qu'en tir avant - dans le même sens que le déplacement angulaire apparent de l'image du but dans le miroir (voir liaisons schématiques poignée-arme, fig. 3 et 4) et d'une amplitude proportionnelle à l'amplitude de l'écart, tendra à ramener l'image du but sur celle du point de mire et la direction des armes sur l'orientation de pointage correct pour atteindre ce but (angle A S a dans la fig. 4).
c) Le temps de réponse de l'ensemble ci-dessus - à l'exclusion du pilote lui-même - à une manceuvre de la poignée 10 soit bien inférieur au temps de réponse résultant de la vitesse des réflexes du pilote.
d) La sensibilité et la précision de la visée autour des positions de tir dans toute la zone où celui-ci est possible restent comparables à celles d'un avion de chasse équipé d'armes fixes identiques tirant vers l'avant.
e) La résistance de la poignée de télécommande aux manoeuvres du pilote reste faible tant que celles-ci sont lentes, mais qu'elle augmente avec la rapidité et l'accélération des déplacements de la poignée. Cette poignée sera montée à côté du siège du pilote, du côté de la main la moins sollicitée en vol. Si l'avion comporte deux pilotes côte à côte, elle sera placée entre les deux sièges, de façon à pouvoir être utilisée par l'un ou l'autre des pilotes; dans le cas de deux miroirs latéraux, chaque pilote l'utilisera lorsque le but se présentera dans le champ de vision du miroir se trouvant de son côté.
La poignée sera mobile en rotation d'une part vers l'avant ou vers l'arrière, d'autre part à droite ou à gauche, les deux mouvements étant utilisés respectivement lorsque l'image du but monte ou descend ou s'écarte latéralement dans le miroir de l'image du point de mire.
Les déplacements angulaires des miroirs autour des trois axes seront réalisés par exemple au moyen de triples suspensions à la cardan et de petits moteurs électriques synchrones attaquant des secteurs dentés centrés sur chacun des axes et situés dans des plans perpendiculaires à ceux-ci. Les rotations de chaque miroir autour de la position médiane correspondant à un but se présentant dans l'axe arrière de l'aviontireur, seront limitées à 25-300 autour de celui-ci.
Lorsque les mouvements apparents du but feront sortir l'image de ces limites, le pilote manoeuvrera l'avion en même temps que les armes, de façon à ramener le but dans les champs de visée et dans les champs de tir des armes télécommandées.
Il en sera de même si le but pénètre dans l'une des zones de vision arrière masquées par des parties du fuselage ou des gouvernes, ou dans des zones d'interdiction de tir de certaines armes qui risqueraient de toucher par leurs projectiles l'avion-tireur.
Il est à remarquer que par suite de la fixité de la ligne de visée produite par le viseur 6, le pilote n'aura pas besoin de bouger la tête, quels que soient les mouvements apparents du but, de même que dans la visée vers l'avant avec armes fixes et viseurs courants avant.
Lorsque l'un des groupes d'armes tendra à se rapprocher d'une zone de tir interdite, les images des cercles de mire pourront recevoir des changements de coloration avertissant le pilote.
Si par exemple l'avion-tireur est équipé de deux tourelles placées latéralement sur les côtés droit et gauche du fuselage et que les armes de la tourelle gauche s'approchent d'une zone de tir interdite, la moitié gauche de l'image des cercles de mire pourrait prendre une coloration rouge et inversement pour la tourelle droite et le côté droit des cercles de mire. Les tourelles télécommandées pourront être prévues avec ou sans tireurs individuels; dans le premier cas le rôle de ceux-ci pourra se borner à réapprovisionner et a désenrayer les armes, ou bien s'étendre à participer aux manoeuvres de la tourelle dans laquelle ils se trouvent ; le pilote décidant des objectifs ennemis prioritaires pour concentrer le tir de toutes les tourelles sur ceux-ci etlou pour passer d'un objectif à un autre.
Si certaines tourelles ont un champ de vision particulièrement vaste et dégagé, telles que des tourelles placées dans la queue du fuselage, celles-ci seront utilisées de préférence pour la mesure des distances du but au moyen de radars ou des télémètres, manoeuvres manuellement s'il s'y trouve un membre de l'équipage, ou automatiquement dans le cas contraire.
Lorsque l'invention sera appliquée à des avions avec tourelles télécommandées sans tireurs, elle permettra d'assurer la défense arrière avec une importante économie de moyens et de poids.
En effet, les tourelles pourront être beaucoup plus petites, plus simples et plus compactes et d'une manoeu- vre beaucoup plus rapide que si elles doivent recevoir un tireur.
D'autre part, toute la puissance de feu arrière se trouvera sous la commande du pilote et permettra des concentrations instantanées sur un seul objectif, selon les circonstances du combat.
Rear sighting and control device for combat aircraft
The subject of the invention is a rear sighting and control device for a combat aircraft.
This device allows the pilot to aim and shoot alternately and at his choice, with the same type of sight and, either with the same weapons as in front firing, or with fixed additional weapons, on opponents located both in front and behind him; the change from aiming and firing forward to rear ones occurring in a very short time, of the order of one second, and the pilot's reflexes remaining the same as in firing before.
In multi-seat airplanes equipped with mobile firing turrets, remotely controlled or not by the pilot, the invention facilitates sighting on pursuing airplanes and allows the pilot and flight commander to adjust and combine the maneuvers of the airplane and the turrets in order to concentrate. shooting and make it more efficient.
Until now all single-seat combat aircraft have always been equipped only with fixed weapons firing forward, in the direction of flight.
When the pilot of such an airplane sees an adversary behind him, or if he is attacked by him, he is obliged to flee or to maneuver so as to place himself behind his attacker. Escape is not always possible, the maneuver requires a certain time which benefits the enemy.
The device according to the invention overcomes these drawbacks; it leaves the attacked pilot the choice between the classic escape maneuvers, the use of rear fire, or both combined.
In addition, and this constitutes one of the major advantages of the invention, with the current speeds of the planes of a very clear ballistic superiority which makes it possible to remain outside the practical range of the pursuer's fire, while keeping it under its own fire. .
Indeed, a projectile or a missile fired towards the rear on an adversary which follows the shooter at approximately the same speed, has an actual course relative to the ground much shorter and undergoes a resistance of the air much less than this one. would be the case in forward firing at the same distance with the same weapons and all other things being equal.
In addition, at the moment of impact, the remaining speed of the projectile is added to the speed of the goal itself, while it is subtracted from it in the forward shot, resulting in considerably increased penetration.
Finally, the psychological effect on the occupants of a full-whip shot is much more pronounced than that of a pursuit shot.
Taken together, these factors give back fire efficiency, accuracy, practical range, and effect on goal far greater than front fire.
The difference between the ballistic properties of front and rear shots requires for its precise evaluation quite complex calculations in each specific case. It can however be illustrated on one or two examples.
Imagine two planes chasing each other in a straight line at a distance of 200 meters, both having the same speed, corresponding to a Mach number of 1.5.
Suppose they fire explosive shells of 30 m / m at each other, having a warhead fineness (= length to diameter ratio) of 2, a weight of 200 grams and an initial speed corresponding to Mach 3 .
combat, rear fire present compared to front fire
a) At a combat altitude of 5000 meters, the calculated travel times and effective impact speeds are as follows:
Travel time Report Impact speeds Report
Forward shot: 0.34 seconds 321m / second 1
1.5
Back fire: 0.22 seconds 860 seconds 2.68
The accuracy and efficiency of the shot (= percent cut on goal in a burst) both vary substantially as the inverse of the square of the travel time; they will therefore be 2.4 times greater in rear firing.
The penetrating power, and therefore the destructive effect, are proportional to the square of the speed at impact; they will therefore be increased 7.2 times in rear firing.
b) If we repeat the same calculations at an altitude of 10,000 meters, instead of 5,000, we find:
Travel time Report Actual speeds Report
Forward shot: 0.27 seconds 441m / second 1
1.5
Back fire: 0.208 seconds 862 m / second 1.955
In this example, precision and efficiency are still to the advantage of rear fire in the proportion of approximately 1.7 and the penetrating power of 3.8 times.
It can easily be shown that it is only when the air resistance is zero that the travel times and the effective impact speeds become equal for the forward and rear shots. Embodiments of the invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawing.
According to one embodiment of the invention, sighting and rear firing are carried out, for sighting with rear weapons firing in the axis of the aircraft, by means of a device comprising:
1. One or more concave mirrors, suitably placed inside the pilot cockpit, either in or near its plane of symmetry, or laterally on either side of the pilot, and providing real images and reversed from goal.
2. Slats with semi-reflecting parallel faces which are inserted on the paths of the light beams coming from the goal and received in the pilot's eye after reflections in the mirrors. These slats are fixed with respect to their respective mirrors, but can be made retractable, or be fixed on the mobile dome of the cockpit to facilitate entry and exit of the pilot.
3. The semi-reflective blade with parallel faces.
usually used for foresight and mounted on the front firing sight; the latter is made movable on its support around the optical vertical axis of the viewfinder, at the same time as its inclination is made variable, at two positions fixed in advance; in the rear firing position, it will be oriented so as to reflect the image of the target point in the blade associated with the single mirror, or in one or the other of the blades, at the choice of the shooter, if there is two mirrors.
- The orientations of the semi-reflecting blade of the sight and those associated with the mirrors will be determined according to their respective positions so that, when the rear weapons are correctly pointed, the image of the point of sight and that of the goal given by the mirror coincide, except for shooting corrections.
- The optical assembly consisting of the viewfinder, its semi-reflecting blade, that associated with the mirror used and the mirror itself, then forms an inverted image of the target point in the focal plane of the mirror, substantially at the distance of normal accommodation (20 to 30 cm) of the pilot's eye, see fig. 1 and 2.
At the same time, when the adversary is in the vicinity of the line of flight, therefore the shot, of the gunner plane, its mirror image, also inverted, will be formed at the same point; the pilot will then be able to aim and fire in exactly the same conditions as in firing before, except for the inversion of the image; this is not a problem, the silhouette of the target keeping the same general shape.
The rotation of the reflective blade of the sight from the front firing position to the rear firing position can either be accomplished directly by hand by the pilot, or alternatively caused by a remote control button, placed on the pilot handle or in the interior.
In any case, when the same guns are used for both front and rear fire, this rotation will cause the 1800 guns to rotate simultaneously on their mounts from front to back by a remote control.
In the case of fixed, separate rear weapons, no maneuvering thereof will be necessary.
Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the invention with sighting in a single mirror in or in the vicinity of the vertical plane of symmetry of the airplane.
In fig. 1, the mirror 1 is mounted in front of the pilot, in the usual rear-view mirror position, a little above the front firing sight, 4.
The inclination of mirror 1 to the horizontal will be adjusted so as to allow surveillance of the rear airspace mostly above and a little below the horizontal plane, and so as to avoid the pilot there see its own image.
The radius of curvature of the mirror will be determined as a function of its distance from the eye to produce an apparent diameter of the image close to that of the object in direct vision.
Thus, at a distance of 40 cm between the pilot's eye and the surface of the mirror, this radius would have an ideal value of 40 cm.
There is no serious drawback, however, in a certain reduction in the size of the image, to the benefit of the increase in the surveillance field, since the image of the target circles will be reduced simultaneously in the same proportions as that of the goal.
The semi-reflecting blade 2 is mounted behind the mirror 1.
For rear firing, the semi-reflecting blade with parallel faces 3 of the firing sight 4 is raised by a certain angle as shown in fig. 1. The image of the focal point, instead of being projected towards the pilot's eye, is then returned to the blade 2. This reflects it towards the mirror 1, which forms the image in its plane. focal point where the image of the goal is also formed 5.
During the rear firing, the pilot can continue to watch the sky in front of him, but no longer sees the image of the target point in blade 3. The absence of this image prevents him from forgetting the maneuver of the sight and the sights. weapons when it returns to forward fire and vice versa.
Due to the increased inclination of blade 3 of the sight in rear firing, the brightness of the focal point image will be increased, which will compensate for the additional double reflection on blade 2 and mirror 1.
The presence of obstacles to rear vision in the axis of the aircraft, such as rudder, armored backrest, etc., may in certain cases hamper the mounting of the single mirror in the plane of symmetry of the aircraft, as shown. in fig. 1.
This can then be laterally offset by a few centimeters. The blade 3 of the sight should then, for the rear firing, also be rotated by a certain angle around the optical vertical axis 6 of the sight, at the same time as changed tilt, so as to return the image of the point sight to slide 2 and mirror 1.
Naturally, the rear part of the dome 7 of the passenger compartment must have shapes and structures such as to allow the image of the goal to pass without deforming it or masking it. It will be made, for example, in optically worked and preferably flat polyester, at least in the vicinity of the firing direction.
the invention with sight in two side mirrors, on the part
Fig. 2 shows an exemplary embodiment of the pilot and the other side of the arms pulling in the rear axis of the airplane.
In this variant the two mirrors, the left 1b and the right 1a, are mounted laterally in the passenger compartment, to the left and to the right of the vertical plane of symmetry. They are adjusted so that their lateral fields of vision overlap towards the center by a few degrees in this plane, they each have their semi-reflecting plate 2b and 2a.
Depending on the side from which the opponent first presents himself, the pilot begins and continues aiming, chasing back and firing in one or the other of the mirrors; it will be able to switch from one to the other if necessary by operating the blade 3 of the viewfinder 4, which can return the image of the focal point, either to the mirror 1a or to the mirror lb.
The plates 2a and 2b are oriented during the assembly to return to the respective mirrors the image of the target point transmitted by the plate 3, so that the final image of this point in the focal plane of the mirror used is superimposed on it. image of the goal in the same shot in firing position, that is, when the weapons are pointed at the goal.
The arrangement with two side mirrors makes it possible to avoid certain blind angles of sight towards the rear, constituted by the fin (s), the armor, etc. to see in some cases behind and below the fuselage and to significantly increase the total field of rear surveillance.
It has the drawbacks of a greater complexity of the device and of the compulsory passage of the sighting from one mirror to another in certain cases, for example when the goal has an apparent speed component transverse to the shooter.
With a sighting device with weapons firing in the rear axis, the use of the front sight for rear firing could in certain cases present difficulties or disadvantages.
The semi-reflecting blades 2a, 2b which materialize in the mirrors 1a, 1b, the directions of the lines of sight could then be replaced by small reflex sights, similar as a construction to the sight 4, and placed permanently at the locations of the blades, c 'that is to say in the vicinity of the conjugate planes of the pilot's eyes with respect to the mirrors; the transverse position and that in the vertical plane of the line of sight being determined so that the greater part of the field of view in the respective mirror lies laterally outside the image of the point of view and vertically above above this, in proportions of 2 to 1 or 3 to] approximately for the two fields above.
These sights will each produce an infinite image of the point and circles of sight, image returned by a blade with parallel faces, inclined at 450 on the axis of the sight and mounted on the latter, towards the respective mirror.
The final image of the sight circles will then form in the focal plane of each mirror in front of the pilot's eyes exactly as in the first example embodiment above, but without having to use the front firing sight.
Fig. 3 shows a third embodiment of the sighting device with weapons firing in the rear axis. Fig. 3 corresponds to the use of remote-controlled weapons, but it could equally well apply to airplanes equipped with fixed weapons firing in the rear axis.
It would be enough to remove the remote control of the weapons, the calculator of connection to the mirrors and to leave the latter fixed, wedged at the angle achieving the coincidence of the image of the goal with that of the focal point when the goal is in the extension. back of the flight line.
This third variant allows the most compact and precise construction and assembly of the sighting device and makes it relatively independent of the space available in the passenger compartment.
Whatever the variant of the sighting device among the three described above, it is possible: either to have separate and fixed weapons, oriented in
permanence in the rear axle for rear firing; - or we can use the same weapons as in shooting
before, spinning them with their ammunition
of 1800 for rear fire, as described below.
This second solution makes it possible to save weight on the armament and on the ammunition to carry and to gain in flexibility of use according to the circumstances.
If the same weapons were used for both front and rear firing, they could be mounted with their ammunition, projectiles or missiles on a horizontal circular platform, arranged at the lower part of the fuselage and inside it. . The 1800 rotation of this platform backwards or forwards being carried out by means of electric or hydraulic motors driving by pinions a circular toothed ring integral with the platform and concentric with the latter; the hydraulic motors could also be made in the form of jacks driving the platform by connecting rods from the front position to the rear position and vice versa.
The rotation of the platform would be remotely controlled by the pilot at the same time as the putting into action or in the rear sighting position of one of the sighting devices described previously by way of example.
We will now describe an example of the operation of sighting and rear firing in the case of a single mirror, FIG. 1, and using the same guns for front and rear firing.
1. The pilot sees and identifies in the mirror the enemy aircraft behind him.
2. By means of a remote control, it causes the raising of blade 3 of the front firing sight and simultaneously the rotation of the weapons 1800 backwards.
3. The image of the dot and the circles of sight appears in the mirror, along with the image of the goal, which was already there.
4. The pilot maneuvers the airplane by looking in the mirror as if the target were in front of him, trying to bring the image of the latter to that of the target. It retains the same reflexes as foresight, in the sense that if the goal appears above the crosshairs it makes the aircraft pitch up and if it sees it on the right in the mirror it turns the aircraft around. right; one can easily verify that he thus brings the rear weapons to point at the goal.
5. When the image of the goal in the mirror is superimposed on that of the focal point, it triggers the firing of the weapons, maintaining the superposition by the maneuver of the plane.
6. During all of the above phases, the pilot continues to see the sky in front of him and his onboard instruments in indirect vision.
7. When the engagement is complete, the pilot returns the weapons to the forward firing position and the sight blade 3 to the forward sighting position, or he leaves them in their rear positions, depending on the circumstances.
The operation in the case of two mirrors, fig. 2, with alternative use of the same weapons in front and rear firing is as follows:
In this case the pilot will see the goal in Fan des mirrors first. He will then raise the blade 3 of the front sight and make it rotate in the direction of this mirror, at the same time as he rotates the 1800 weapons backwards.
The sequence of operations after that remains the same as in the case of a single mirror described above.
However, if the goal has an apparent transverse movement during aiming, the pilot may be required in certain cases to pass from one mirror to another; he will then turn the blade 3 to project the image of the focal point on the second mirror and continue aiming with the latter.
When the same weapons are used for the front and rear firing and the front sight is not used (second and third examples of the sighting described above), the lighting of the images of the sights in the rear sights will preferably be accompanied by the extinction of the image of the focal point in the front sight and vice versa. The pilot will thus always be warned of the position of his rear or front weapons.
Whether there is a mirror or two, their dimensions, shapes and positions in the cockpit will be determined in such a way that the pilot maintains a good view forward, that he does not see his own image in the mirrors, and that its vision of the rear sky is of maximum opening angle in the vicinity of the vertical plane of symmetry and above the flight axis.
Examples of embodiments of the invention will now be described in airplanes equipped with remote-controlled firing turrets. In this variant embodiment, see fig. 3 and fig. 4, the concave mirror (s) used for monitoring the rear sky and for the rear sight are placed and oriented approximately as in FIG. 1 and 2.
To materialize the line of rear sight, one places immediately against each mirror and on the side opposite to that seen by the pilot a small sight 6, fixed; this viewfinder is arranged so as to produce a real image of the point and of the sight circles at 5, in the focal plane of the corresponding mirror.
To allow the formation of this image, a circular portion of the reflecting surface of the mirror is made semi-transparent, see hatched part 8 on the enlarged image of mirror 1, to the right of FIG. 3. The mirror (or the mirrors, if there are several) are no longer fixed, but can each rotate around three rectangular axes having their origins for each mirror in the vicinity of the points where the central light ray coming from the viewfinder 6 towards the image of the target point at 5 passes through the reflecting surface of each mirror.
The rotations of the mirror (s) around these axes are controlled by a computer; this receives as input elements:
1. The ballistic characteristics of the projectiles or missiles used.
2. The properties, measured or calculated, of the external space, namely: altitude, temperature, pressure, density of the ambient air, speed of the firing plane.
3. The angular amplitudes, speeds and accelerations of the gunner airplane with respect to three rectangular axes fixed in space and having their origin at the center of gravity of the gunner airplane; these quantities are measured by means of an inertial platform in the computer.
stabilized by gyroscopes with respect to the earth.
4. The distance to the goal, measured by means of a radar or a laser rangefinder for example, and its variations.
5. The components of the relative speeds and accelerations of the target aircraft with respect to the same axes as those measuring the angular movements of the firing aircraft with respect to the inertial platform mentioned above.
6. Angular amplitudes, speeds and accelerations.
actual compared to the gunner of each group of turret weapons; the angles of the rotations S being measured by means of synchronous electrical transmitters-indicators mounted in each turret, one for each axis of rotation of the weapons.
7. The amplitudes, speeds and angular accelerations of the movements of the remote control handle 10 of the weapons, the pilot acting on them as explained below.
The computer determines at any time and continuously as output elements: - on the one hand the theoretical values of the amplitudes,
angular velocities and accelerations of each
group of weapons and each turret compared to
the gunner aircraft, values transmitted to the regulators of
turret and weapon control motors; - on the other hand the values of the amplitudes, the speeds
and angular accelerations of each mirror
around its three axes of rotation. These three axes
may coincide with the roll, pitch axes
and yaw of the gunner or be distinct.
The relations between the input elements and the calculated output quantities of the computer will be such as:
a) When the pilot continuously pursues the image of the goal in one of the mirrors, trying to bring it into coincidence with the (fixed) image of the target point by the maneuvers of the remote control handle of the weapons 10, and that it succeeds, all remotely controlled weapons are correctly pointed at this same goal, that is to say that by taking into account the ballistic characteristics of the projectiles, the speeds, the distances and the relative movements of two planes, properties of outer space, etc., these projectiles reach their goal.
b) The feedback unit consisting of the sighting device, the mirror, the pilot, the remote control, the weapons and the gunner plane remains stable, that is to say that when the goal image deviates slightly from the image of the target point in the mirror (angle AS m in fig. 4), the movement of the control handle, which should be - to maintain the same reflexes as when shooting forward - in the same direction as the apparent angular displacement of the goal image in the mirror (see schematic hilt-weapon links, fig. 3 and 4) and of an amplitude proportional to the amplitude of the deviation, will tend to bring the image of the goal back to that of the crosshairs and the direction of the weapons to the correct aiming orientation to reach this goal (angle AS a in fig. 4).
c) The response time of the above assembly - excluding the pilot himself - to a maneuver of the handle 10 is much less than the response time resulting from the speed of the pilot's reflexes.
d) The sensitivity and precision of aiming around firing positions in the whole area where it is possible remain comparable to those of a fighter aircraft equipped with identical fixed weapons firing forward.
e) The resistance of the remote control handle to pilot maneuvers remains low as long as these are slow, but increases with the speed and acceleration of the movements of the handle. This handle will be mounted next to the pilot's seat, on the side of the hand least used in flight. If the airplane has two pilots side by side, it will be placed between the two seats, so that it can be used by either pilot; in the case of two side mirrors, each pilot will use it when the goal is in the field of vision of the mirror on his side.
The handle will be movable in rotation on the one hand forwards or backwards, on the other hand to the right or to the left, the two movements being used respectively when the image of the goal rises or falls or deviates laterally in the mirror of the focal point image.
Angular displacements of the mirrors around the three axes will be achieved for example by means of triple gimbal suspensions and small synchronous electric motors attacking toothed sectors centered on each of the axes and located in planes perpendicular to them. The rotations of each mirror around the median position corresponding to a goal occurring in the rear axis of the gunner, will be limited to 25-300 around it.
When the apparent movements of the goal cause the image to move beyond these limits, the pilot will maneuver the aircraft along with the weapons, so as to bring the goal back into the fields of view and into the ranges of the remote weapons.
It will be the same if the goal enters one of the rear vision zones masked by parts of the fuselage or the control surfaces, or in zones where firing of certain weapons which would risk hitting the plane with their projectiles. -shooter.
It should be noted that owing to the fixity of the line of sight produced by the sight 6, the pilot will not need to move his head, whatever the apparent movements of the goal, as well as in the aim towards the target. 'front with fixed weapons and front sights.
When one of the weapon groups tends to approach a no-fire zone, the sights of the circles of sight may receive color changes warning the pilot.
If, for example, the gunner's aircraft is equipped with two turrets placed laterally on the right and left sides of the fuselage and the weapons in the left turret are approaching a no-fire zone, the left half of the image of the sight circles could take on a red coloration and vice versa for the right turret and the right side of the sight circles. Remote-controlled turrets may be provided with or without individual shooters; in the first case, the role of the latter may be limited to restocking and disengaging the weapons, or else extend to participating in the maneuvers of the turret in which they are located; the pilot deciding priority enemy objectives to concentrate the fire of all the turrets on them and / or to move from one objective to another.
If certain turrets have a particularly wide and clear field of view, such as turrets placed in the tail of the fuselage, these will be used preferably for the measurement of the distances of the goal by means of radars or rangefinders, maneuvers manually s' there is a member of the crew there, or automatically in the opposite case.
When the invention is applied to airplanes with remote-controlled turrets without shooters, it will make it possible to ensure rear defense with a significant saving in resources and weight.
In fact, the turrets could be much smaller, simpler and more compact and much faster to maneuver than if they had to accommodate a gunner.
On the other hand, all the rear firepower will be under the pilot's control and will allow instantaneous concentrations on a single objective, depending on the circumstances of the fight.