CH629308A5 - Capteur de vitesse angulaire pour corps tournant sur lui-meme. - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet un capteur de vitesse angulaire destiné à être fixé, par sa base, à un corps tournant autour d'un axe de rotation, notamment à un missile, comprenant un moyen magnétique et une bobine produisant un signal de mesure, et agencés pour pivoter l'un par rapport à l'autre.

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De nombreux missiles sont conçus pour qu'une vitesse de roulis soit volontairement induite et entretenue autour de leur axe longitudinal en cours de vol. Ces missiles présentent des avantages importants et pratiques sur les cellules à roulis stabilisé. Ce concept des cellules «roulantes» a été appliqué aussi bien aux missiles lancés par les avions qu'aux missiles lancés de la terre ou de la mer. Ces missiles peuvent initialement être mis en rotation sur eux-mêmes par le lanceur et faire appel à des gouvernes pour conserver une vitesse de roulis prédéterminée.

Avec une vitesse de roulis d'environ 5 à 15 révolutions par seconde, il est possible de faire appel à un seul plan de commande pour guider le missile suivant les trois axes liés à la terre.

Dans une application type de ce concept, une installation de commande selon la technique antérieure ne fait appel qu'à deux gouvernes à incidence variable pour dirigerle missile autour du plan de commande pour une orientation de rotation instantanée choisie, sur la commande d'un signal d'instruction de guidage. Ainsi, un tel missile évoluant avec une attitude de vol horizontale, pour faire monter le missile, l'amplitude d'un signal d'instruction de guidage doit obligatoirement varier à ime fréquence égale à la vitesse de roulis du missile. Par exemple, dans le plan vertical, le signal d'instruction de guidage aurait une forme d'onde généralement sinusoïdale qui induirait un redressement de trajectoire à mesure que le plan de commande du véhicule se rapproche de la verticale de la terre, et une inclinaison de la trajectoire vers le bas après que la gouverne a tourné et est le plus proche d'une demi-révolution par rapport à l'inclinaison verticale, en produisant ainsi une variation de l'angle d'attaque vers le haut. Cet angle d'attaque produit une portance et modifie la course du missile qui, d'horizontale, devient ascensionnelle. De même, une variation de la course vers la droite serait provoquée par un signal sinusoïdal décalé de 900 du signal requis pour une modification verticale de la course. Cela procure une installation de commande simplifiée ayant pour résultat une diminution du prix de revient et ime augmentation de la fiabilité pour les cellules de missile roulantes, par rapport aux cellules de missile stabilisées.

Là présente invention a été conçue et mise au point en vue de l'utilisation dans une installation de commande à pilote automatique qui a été récemment mise au point pour les cellules de missile roulantes. Jusqu'à présent, on ne disposait d'aucun dispositif de commande adéquat pour ces installations à pilote automatique pour cellules de missile roulantes.

Il est donc souhaitable de disposer de capteurs de vitesse angulaire convenables qui soient simples et efficaces pour être utilisés dans les installations à pilote automatique pour les cellules de missile roulantes.

Le capteur de vitesse angulaire faisant l'objet dé la présente invention est caractérisé en ce que la bobine est montée sur la base dé manière à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement et à tourner avec la base autour de l'axe de rotation du corps tournant, en ce que l'axe de pivotement fait un angle déterminé avec l'axe de rotation, en ce que le moyen magnétique est fixé à la base de manière à tourner avec elle, en ce que le signal de mesure est produit par le mouvement oscillant de la bobine autour de l'axe de pivotement en réponse à un changement de l'orientation de l'axe de rotation et de la rotation simultanée dudit corps, et en ce qu'un moyen d'amortissement est prévu pour amortir le mouvement de pivotement de la bobine.

La présente invention a aussi pour objet une utilisation du capteur de vitesse angulaire, qui est caractérisée en ce que le capteur est monté dans la cellule d'un corps volant auquel un mouvement de roulis déterminé a été imprimé, la base étant fixée à la cellule et la bobine pouvant pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de roulis de la cellule.

Le dessin représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du capteur:

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La figure 1 est une vue en perspective d'un missile type comportant le capteur à bobine mobile selon l'invention;

la figure 2 est une vue schématique représentant l'orientation du capteur dans le missile;

la figure 3 est une vue de devant du capteur, sur laquelle une 5 " partie du couvercle est découpée ;

la figure 4 est une vue en élévation de côté, partiellement arrachée, du capteur de la figure 3 ;

la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4; et 10

la figure 6 est une vue de devant d'un capteur, sur laquelle le couvercle est découpé, représentant une autre forme de réalisation de l'ensemble bobine-aimant.

La figure 1 représente un exemple type d'une cellule roulante sous la forme d'un missile. Cette cellule roulante comprend 15 un corps cylindrique 10 de forme générale allongée, ayant un nez aérodynamique 12 et une queue 14 de laquelle se développe la poussée d'un moteur-fusée. Le corps est muni près de sa queue d'un certain nombre d'empennages 16 inducteurs de roulis, pour induire et/ou entretenir un roulis dans le corps autour 20 de son axe longitudinal. Le corps est également muni de deux gouvernes 18 de stabilisation horizontale à incidence fixe, et de deux autres gouvernes 20 de stabilisation horizontale à incidence variable. Les gouvernes 20 peuvent être mises sur des angles d'incidence positifs et négatifs par une installation de commande 25 convenable connue dans la technique. Les gouvernes 20 commandent l'attitude du missile dans un plan passant par l'axe longitudinal du missile et perpendiculaire à l'axe de rotation des gouvernes. Ce plan est appelé «plan de commande». Le haut et le bas du plan de commande sont considérés par rapport à la 30 direction du missile. L'installation de commande de la cellule comporte un capteur 22 de vitesse angulaire et un accéléromètre 24.

Les empennages 16 inducteurs de roulis, conjointement à l'effet du lanceur qui met initialement le missile en rotation sur 35 lui-même, provoquent une vitesse de roulis, autour de l'axe longitudinal, d'environ 10 révolutions par seconde. On réalise la commande de direction de la cellule en faisant varier de manière cyclique l'incidence des gouvernes 20 de façon qu'elle corresponde à la position instantanée du plan de commande. Par 40 exemple, si le missile «négocie» une trajectoire de vol horizontale et si l'on veut faire prendre au missile une trajectoire incurvée vers la gauche, on met les gouvernes 20 sur un angle d'attaque positif qui atteint un maximum lorsque la partie haute du plan de commande se trouve dans les 180° de gauche de la 45 rotation. Compte non tenu du retard de la réaction de commande, l'angle d'incidence positif atteint un maximum au moment où le plan de commande se trouve à l'horizontale de la terre (la partie haute, par rapport au véhicule, du plan de commande vers la gauche). Sur les 900 suivants de la rotation, l'incidence positi-50 ve de la gouverne est réduite à zéro, et sur les 90 ° suivants de la rotation cette incidence devient un angle d'attaque négatif en atteignant un maximum lorsque le plan de commande se trouve de nouveau à l'horizontale, la partie haute, par rapport au missile, se trouvant à gauche. Le déplacement des gouvernes 20 cor- 55 respond à une variation sinusoïdale dont la fréquence est égale à la vitesse de roulis et dont la phase relative est déterminée par le sens de la correction voulue.

La figure 2 représente un capteur 22 de vitesse angulaire et un accéléromètre 24 montés sur une cellule de missile. L'accélé- 60 romètre 24 est monté sur la cellule de telle sorte que son axe «sensible» se trouve dans le plan de commande, mais retourné par rapport à la verticale de la cellule, si bien que l'accéléromèt-re produit un signal correspondant à l'accélération dans le plan de commande, mais de sens contraire. 65

Comme le montrent le mieux les figures 3 à 5, le capteur 22 de vitesse angulaire comprend, conformément à la forme de réalisation préférée de l'invention, une base 25 faite d'un matériau convenable quelconque. Cette base comporte deux éléments espacés 26 et 28 de support de tourillons permettant le montage des paliers de support d'une bobine à induction montée pivotante qui est désignée dans son ensemble par le repère numérique 30. L'élément 32 de support d'aimants a de préférence la forme générale d'un H, avec deux fentes sensiblement rectangulaires pour recevoir les éléments 26 et 28 de support de tourillons. L'élément 32 de support d'aimants est fait d'un acier magnétique et forme un chemin à faible réluctance entre les aimants permanents 34 et 36. Les aimants permanents 34 et 36 sont liés à l'élément de support d'aimants comme le montre la figure 3. Le couvercle 87 est fait d'un matériau magnétique qui, outre qu'il protège le capteur: 1) contribue à assurer une grande densité de flux dans l'entrefer entre les aimants et le couvercle et 2) forme un écran magnétique pour le capteur. L'élément de support d'aimants peut être fixé à la base d'une manière convenable quelconque, par exemple au moyen de vis 38, comme sur les dessins.

La bobine exploratrice ou à induction 30 comprend un élément 40 en forme générale de bobine annulaire portant un certain nombre de spires de fil 42. Cette bobine peut être faite d'un matériau convenable quelconque tel que l'aluminium.

L'ensemble du capteur de vitesse angulaire est conçu pour tourner avec la cellule du missile, l'axe géométrique du capteur étant, dans une forme de réalisation préférée, parallèle à l'axe géométrique de la cellule. Ainsi, la bobine pivotante mobile peut être considérée comme un rotor. Cette bobine est montée pivotante autour d'un axe qui coupe à 900 l'axe géométrique de commande du corps tournant.

La bobine 30 est montée sur des pivots sur les éléments 26 de support de tourillons, au moyen de deux paliers 44 et 46,

dont les coussinets sont formés par des pierres dures, et qui sont montés dans des éléments filetés 48 et 50 qui sont eux-mêmes vissés dans les supports de tourillons 26 et 28. Deux broches réglables 56 et 58, comportant des pointes coniques destinées à s'engager dans des renfoncements coniques des paliers 44 et 46, sont montées, grâce à des éléments filetés ou vis convenables 60 et 62, dans la bobine 40.

La bobine 30 entoure l'aimant, et un courant électrique y est induit par déplacement de la bobine par rapport à l'aimant. Le courant qui passe dans la bobine est conduit, par des conducteurs 64 et 66, à des pinces 68 et 70 qui sont fixées sur des éléments d'espacement 72 et 74. Des conducteurs flexibles à boudin 76 et 78 sont montés entre les pinces 68 et 70 et entre les pinces 80 et 82 sur les éléments d'espacement respectifs 81 et 83, ces pinces étant reliées à des conducteurs 84 et 86 qui se prolongent à l'extérieur du logement. Les éléments d'espacement 72,74,81 et 83 sont filetés et jouent le rôle de contre-écrous sur les vis respectives. On réalise l'équilibrage statique du rotor dans trois plans en lestant les côtés du rotor, et on annule la torsion des conducteurs flexibles 76 et 78 en faisant tourner de manière appropriée les pinces à ressort 68 et 80 et 70 et 82. Le mécanisme est enfermé par le couvercle 87, qui peut être fixé à la base 25 par des filets de vis 88.

La bobine pivotante 30 joue le rôle d'un rotor tournant avec la cellule du missile. En cas de modification de l'attitude de l'axe géométrique longitudinal ou de roulis du missile, cette bobine pivotante joue le rôle d'un gyroscope, en prenant un mouvement de précession par rapport à l'aimant, et en engendrant ainsi une tension proportionnelle à la vitesse à laquelle les lignes de force magnétiques sont coupées par la bobine et en phase avec la rotation du corps. De la sorte, la bobine 30 oscille autour de son axe de pivotement à la fréquence de rotation du corps. La force électromotrice débitée par le capteur est directement proportionnelle à la vitesse angulaire de rotation de la cellule. L'interaction du rotor fait d'un matériau conducteur de l'électricité (l'aluminium) et du champ magnétique a pour effet d'amortir le rotor ou la bobine. Il est possible de régler les paramètres de

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l'appareil sur la sensibilité voulue et nécessaire pour la cellule particulière ou pour une autre application.

La figure 6 représente une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle une base 90 porte une bobine magnétique, désignée dans son ensemble par le repère 92, qui est montée pivotante de façon à pouvoir se déplacer par rapport à un électroaimant fixe 94. L'électro-aimant 94 est fixé d'une manière convenable à la base 90 et comporte le noyau habituel sur lequel sont enroulées des spires 96 et 98. Le passage d'un courant électrique dans les spires 96 et 98 crée un champ magnétique qui est coupé par le déplacement de la bobine 92. Dans cette forme de réalisation, la bobine 92 a une forme générale carrée ou rectangulaire, comprenant des spires de fil enroulées sur un cadre 100, lequel est fait d'un matériau convenable tel que l'aluminium et est porté par des paliers, comme déjà décrit, sur deux éléments 102 et 104 de support de tourillons, qui sont fixés à la base 90 et en partent vers le haut. Le cadre 100 est porté par des broches 106 enfilées dans des paliers dans des vis 108 et 110 qui sont montées dans les éléments 102 et 104 de support de tourillons. La conduction du courant sortant du cadre 100 est assurée par la connexion de conducteurs 112 et 114 à des pinces 116 et 118, qui sont elles-mêmes connectées, au moyen de fils conducteurs à boudin 120 et 122, à des pinces 124 et 126 qui sont connectées à des conducteurs de sortie, comme

5 dans la forme de réalisation précédente. Il est possible de faire varier le courant qui alimente l'électro-aimant en fonction de l'accélération, de la vitesse, de la position, de la température, du temps, de l'altitude (pression), etc., pour corriger ou compenser les erreurs.

io II est possible de faire varier l'amortissement en modifiant les dimensions du matériau conducteur de la bobine qui porte les spires, ou bien en changeant le matériau, par exemple en prenant du cuivre. Cela ferait varier l'amortissement des courants de Foucault à spires court-circuitées qui existe dans le

15 dispositif. Etant donné que l'ensemble de l'appareil est enfermé par un couvercle 128, semblable à celui de la forme de réalisation précédente, tout l'ensemble peut éventuellement être empli d'un liquide d'amortissement convenable, pour que l'amortissement soit meilleur.

Claims (13)

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   REVENDICATIONS

   1. Capteur de vitesse angulaire destiné à être fixé, par sa base, à un corps tournant autour d'un axe de rotation, comprenant un moyen magnétique et une bobine produisant un signal de mesure, et agencés pour pivoter l'un par rapport à l'autre, 5 caractérisé en ce que la bobine (30,92) est montée sur la base (25,30) de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe de pivotement et à tourner avec la base (25,30) autour de l'axe de rotation du corps tournant (10), en ce que l'axe de pivotement fait un angle déterminé avec l'axe de rotation, en ce que le 10 moyen magnétique (32,34,36 ; 94,96,98) est fixé à la base (25, 30) de manière à tourner avec elle, en ce que le signal de mesure est produit par le mouvement oscillant de la bobine (30,92)

   autour de l'axe de pivotement en réponse à un changement de l'orientation de l'axe de rotation et de la rotation simultanée 15 dudit corps, et en ce qu'un moyen d'amortissement est prévu pour amortir le mouvement de pivotement de la bobine (30,

   92).
2. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen magnétique (32,34,36) est constitué par un aimant 20 permanent.
3. 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen magnétique (94,96,98) est constitué par un électro-aimant.
4. 4. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé 25 en ce que la bobine (30,92) entoure le moyen magnétique (32, 34,36; 94,36,98).
5. 5. Capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bobine (30,92) est circulaire.
6. 6. Capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé 30 en ce que la bobine (30,92) est rectangulaire.
7. 7. Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'axe de la base (25,90) coïncide avec l'axe de rotation du corps tournant (10).
8. 8. Capteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé 35 en ce que l'axe de pivotement de la bobine (30) coupe l'axe de rotation du corps (10) à angle droit.
9. 9. Capteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moyen d'amortissement comprend un matériau conducteur porté par la bobine (30,92).
10. 10. Capteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la bobine (30,92) est équilibrée statiquement autour desdits axes de pivotement et de rotation.
11. 11. Capteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par des conducteurs électriques souples (76,78) pour condui-45 re le courant de la bobine (30,92) au-delà de tourillons (26,28) deux éléments d'espacement non conducteurs (72,81 ; 74, 83) venant engager les côtés opposés de chacun des tourillons, une pince à ressort conductrice (68,80 ; 82,70) venant respectivement engager chacun des éléments d'espacement et étant con- 50 nectée à l'une des extrémités de l'un desdits conducteurs (76, 78), un conducteur reliant la bobine (30,92) à l'une des pinces (68,70) et un conducteur externe (84,86) étant relié à l'autre pince (80,82).
12. 12. Capteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que 55 les éléments d'espacement (72, 81 ; 74, 83) sont en forme de disque et montés coaxialement aux tourillons.
13. 13. Capteur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est enfermé dans une enveloppe (87) en matériau magnétique à faible réluctance.

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