CH646250A5 - Mecanisme de propulsion par hydro-impulsions d'une arme destinee a operer sous l'eau. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un mécanisme de propulsion d'une arme sous-marine par hydro-impulsions.

Par le passé, différentes tentatives ont été faites pour engendrer une poussée de propulsion d'un véhicule à l'aide de générateurs de poussée sous-marine, dont certains fonctionnent suivant les principes des systèmes de propulsion de fusées par réaction dans l'air. Un grand nombre de ces dispositifs sont conçus pour des systèmes hybrides, tels qu'un bateau ou un navire, dans lequel le mécanisme de propulsion d'eau est nécessairement placé à proximité de la surface de l'eau. Certains systèmes font intervenir des vitesses extrêmement élevées dans l'eau ou sur l'eau pour produire un effet de jet de poussée.

Lors de la conception d'un nouveau type d'arme anti-sous-marine qui soit autopropulsée et qui soit en particulier destinée à la destruction des sous-marins dans de l'eau relativement peu profonde, c'est-à-dire un domaine qui a par le passé posé des problèmes qui ont empêché une utilisation très efficace des armes anti-sous-marines de types connus, il est nécessaire de faire intervenir un type particulier de système de propulsion sous-marine en vue de faire progresser l'arme à une vitesse moyenne raisonnable tout en permettant de réduire la vitesse à intervalles périodiques pour satisfaire aux conditions imposées par un système efficace de détection et de poursuite du type sonar. La présente invention permet de satisfaire à cet impératif. Les réalisations de types connus qui ont été mentionnées ci-dessus ne permettent pas de remplir cette condition du fait que les générateurs de poussée de types connus nécessitent soit une coopération avec un véhicule en surface, soit une grande vitesse constante excessive.

La présente invention a donc pour objet un mécanisme de propulsion, par hydro-impulsions, d'une arme destinée à opérer sous l'eau contre des cibles entièrement ou partiellement immergées, le mécanisme comprenant une chambre, une tuyère de génération de jet d'eau qui fait saillie de l'arrière de la chambre, des moyens pour assurer périodiquement l'admission d'eau de mer dans la chambre et des moyens pour expulser ensuite l'eau de mer de la chambre par l'intermédiaire de la tuyère, avec une force substantielle pour produire une poussée servant à la propulsion de l'arme, qui est caractérisé en ce que les moyens d'expulsion d'eau comprennent un ensemble de plusieurs générateurs de gaz montés en avant de la chambre et reliés chacun à la chambre par des tubes pour conduire du gaz brûlé à une pression élevée, des moyens de mise à feu électrique reliés aux générateurs de gaz pour allumer séparément les générateurs de gaz et des moyens de contrôle activant sélectivement les moyens de mise à feu pour qu'ils allument séparément les générateurs de gaz à des intervalles de temps successifs pouvant être sélectés de manière que l'arme développe, durant au moins une portion de l'intervalle de marche sur l'erre séparant les mises à feu, une vitesse qui est inférieure à la vitesse pour laquelle des détecteurs acoustiques embarqués sont rendus inopérants par le bruit d'écoulement.

Suivant un mode particulier de réalisation de l'invention, les moyens d'admission de l'eau de mer comprennent des conduits d'eau pourvus de valves d'ouverture et de fermeture servant à l'admission périodique d'eau dans la chambre. Dans une forme d'exécution particulière, les valves des conduits d'eau comprennent des éléments chargés par ressorts et qui fonctionnent automatiquement, en ouvrant les conduits d'eau quand une hydro-impulsion précédente se rapproche de la terminaison et en fermant de façon étanche les conduits d'eau lors de l'amorçage d'un générateur de gaz en vue de la production de l'hydro-impulsion suivante.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la chambre du mécanisme de propulsion par hydro-impulsions constitue la même chambre que celle utilisée par un moteur de fusée précédemment mis à feu pendant l'acheminement sur l'eau de l'arme jusqu'au voisinage de la cible. Il est prévu un nombre limité de générateurs de gaz de façon à limiter la portée du mécanisme de propulsion en relation avec la capacité limite de détection de cible du dispositif associé.

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

la fig. 1 représente schématiquement un agencement particulier du mécanisme de propulsion réalisé conformément à la présente invention,

la fig. 2 est une vue en bout de l'agencement de la fig. 1,

la fig. 3 est une vue en plan et en coupe d'un type particulier

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d'arme anti-sous-marine comportant un mécanisme de propulsion selon l'invention,

la fig. 4 représente une autre arme anti-sous-marine particulière comportant un autre mécanisme de propulsion selon l'invention,

la fig. 5 est une représentation graphique indiquant le mode initial de fonctionnement d'une arme anti-sous-marine utilisant le mécanisme de propulsion de l'invention,

la fig. 6 est une autre représentation graphique montrant le profil de vitesse d'une arme anti-sous-marine utilisant le mécanisme de propulsion selon l'invention, et la fig. 7 est un schéma illustrant de façon générale l'utilisation d'une arme anti-sous-marine comportant le mécanisme de propulsion selon l'invention.

Les fig. i et 2 représentent schématiquement un agencement particulier d'un mécanisme 10 de génération d'hydro-impulsions qui est agencé conformément à la présente invention. Ce mécanisme comprend une chambre 11, une tuyère 12, des conduits d'eau 13 et des générateurs de gaz 14. Chacun des conduits d'eau 13 est équipé d'une valve 15 servant à ouvrir et à fermer les conduits. Les valves

15 sont individuellement poussées vers la position d'ouverture par des ressorts associés 16. Chaque générateur de gaz 14 est relié à la chambre 11 par l'intermédiaire d'un passage 17. Des fils électriques 18 relient les générateurs de gaz 14 à un système de commande associé (non visible sur la fig. 1), de façon à amorcer les générateurs de gaz successivement et à des intervalles de temps sélectionnés en relation avec le mode de fonctionnement du mécanisme à hydroimpulsions dans une arme anti-sous-marine.

En fonctionnement, après la mise à l'eau de l'arme anti-sous-marine contenant le mécanisme à hydro-impulsions 10 (fig. 7), la chambre 11 se remplit d'eau par l'intermédiaire des conduits d'admission 13. Ensuite, le premier générateur de gaz 14 est amorcé, en produisant dans la chambre 11 une pression substantielle qui oblige les valves 15 à fermer les conduits 13 et à refouler l'eau vers l'arrière de la chambre 11 par l'intermédiaire de la tuyère de sortie 12 avec une force élevée, en vue d'engendrer une poussée importante servant à propulser l'arme. Après combustion du générateur de gaz particulier qui a été amorcé, la pression engendrée dans la chambre 11 diminue à mesure que l'eau est expulsée par l'intermédiaire de la tuyère de sortie 12. Lorsqu'on se rapproche de la condition d'équilibre avec la pression d'eau régnant dans les conduits 13, les ressorts

16 provoquent l'ouverture des valves 15 et le mouvement d'avancement de l'arme, qui est maintenant en ralentissement, sert à remplir à nouveau la chambre 11 avec de l'eau. Ensuite, à un instant présélectionné, qui est déterminé par le système de commande associé en fonction de la vitesse de l'arme et d'autres facteurs qui peuvent être en relation avec la vitesse de cible, les paramètres des systèmes de détection et de poursuite sonar, etc., le générateur de gaz suivant 14 est amorcé de façon à répéter le cycle de fermeture de la valve 15, et d'expulsion de l'eau par l'intermédiaire de la tuyère 12 pour produire une poussée servant à nouveau à accélérer l'arme, etc.

La fig. 3 est une vue schématique montrant d'une façon générale un type particulier d'arme anti-sous-marine à laquelle est incorporé le mécanisme selon l'invention. Comme le montre en particulier la fig. 3, l'arme 19 est généralement divisée en quatre sections principales: une section formant transducteur d'avance et émetteur-récepteur 30, une tête de percussion 32, un mécanisme de propulsion 34 et un système de commande directionnelle 36.

La section d'avance 30 comporte un réseau en mosaïque de transducteurs acoustiques 40 qui sont montés dans le nez et qui sont associés à un émetteur-récepteur constituant un système de poursuite à mono-impulsions de grande puissance. L'émetteur, le récepteur et un fusible de contact pour la tête de percussion sont montés dans le bloc 42, en arrière des transducteurs.

Une tête de percussion 32 contient de préférence de 70 à 115 kg d'explosif, lequel remplit pratiquement la chambre de la tête de percussion, en même temps qu'un détonateur protégé 44 qui a été représenté à l'arrière de la tête de percussion. Un tube (non représenté)

est prévu pour permettre le passage du câblage entre le détonateur 44 et le nez en vue d'une liaison avec le fusible de contact.

Le mécanisme de propulsion 34 selon l'invention remplit, dans ce mode particulier de réalisation, une double fonction. Son composant principal est constitué par la chambre 46 qui est délimitée par un carter 48. Pour la propulsion par réaction, la chambre 46 contient une ou plusieurs unités de combustion 50 et une pluralité de tuyères d'échappement de gaz 52. Le système de propulsion par réaction sert à entraîner l'arme 19 depuis un poste de lancement à partir d'un navire jusqu'à l'entrée dans l'eau au voisinage de la cible. Les unités de combustion 50 sont complètement consommées au moment où l'arme 19 pénètre dans l'eau. A cet instant, les tuyères d'échappement de gaz 52 sont obturées à l'aide d'une plaque tournante 54 comportant plusieurs trous qui correspondent aux orifices des tuyères à gaz 52. La plaque 54 est déplacée par rotation jusqu'à ce que ces trous ne soient plus alignés avec les orifices de tuyères à l'aide d'un mécanisme à engrenages 56 et d'un moteur électrique 58. En conséquence, les tuyères à gaz 52 sont obturées, en laissant comme seul orifice à l'extrémité arrière de la chambre 46 une tuyère 60 de génération de jet d'eau.

Pour la propulsion en dessous de l'eau, la chambre 46 peut se remplir d'eau et ensuite un générateur de gaz est amorcé pour refouler l'eau vers l'extérieur par l'intermédiaire de la tuyère 60, en engendrant ainsi une hydro-impulsion de poussée. L'eau de mer pénètre dans la chambre 46 par l'intermédiaire des passages d'entrée 62 et des valves 64. Les valves sont commandées par des solénoïdes 66 et par des timoneries associées 68. Plusieurs générateurs de gaz, communiquant avec la chambre 46 par l'intermédiaire de tubes 72, sont répartis circonférentiellement autour de l'axe longitudinal de l'arme 19 et sont mis à feu successivement afin de produire une série d'hydro-impulsions servant à propulser l'arme dans l'eau.

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

La section arrière 36 contient le système de direction de l'arme, comprenant les gouvernails de direction 90, des organes d'actionne-ment 92 et des systèmes électroniques de commande et associés qui sont montés à l'intérieur des blocs 94.

On a représenté sur la fig. 4 un autre mode de réalisation de l'invention. L'arme 19A de la fig. 4 est spécifiquement conçue pour être larguée dans l'air à partir d'un hélicoptère ou d'un autre avion ASW et, en conséquence, elle ne comporte pas le moteur de propulsion par réaction de l'arme de la fig. 3. Cette arme 19A est essentiellement semblable à l'arme 19 de la fig. 3, la différence principale constituant en l'absence d'un système de propulsion par réaction dans la chambre 46A. Cette chambre est pourvue d'une seule tuyère de sortie 60A permettant la sortie du jet d'eau de mer qui est propulsé hors de la chambre 46A à l'aide des générateurs de gaz 70, de la même manière que la partie de génération d'hydro-impulsions du système de propulsion 34 de l'arme 19 de la fig. 3. Comme indiqué ci-dessus, les générateurs de gaz 70 sont mis à feu séquentiellement et à intervalles commandés par le microprocesseur 81 du bloc central 82 à chaque fois que la vitesse de l'arme tombe à un niveau prédéterminé et que la chambre 46A s'est remplie d'eau, cela étant détecté par des détecteurs de vitesse 83 et des flotteurs 84.

La fig. 5 est une représentation graphique montrant le fonctionnement initial typique du mécanisme de propulsion d'arme par hydro-impulsions lors de l'entrée initiale de ladite arme dans l'eau. La fig. 5 montre la trajectoire de l'arme à partir de son entrée dans l'eau suivant un angle de pénétration qui est typiquement de 53°et à une vitesse qui est de 177 m/s. Au bout de 'A s après la pénétration dans l'eau, la vitesse est tombée à 22,8 m/s et, 1 s après l'entrée dans l'eau, la vitesse est tombée à 12 m/s, et à ce moment la cavité en forme de bulle entourant l'arme s'aplatit de sorte que de l'eau entre en contact avec les transducteurs acoustiques. Pendant les 2 s suivantes, la direction de la cible sous-marine est détectée à l'aide des transduc5

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teurs 80 montés latéralement, et la chambre à hydro-impulsions est remplie d'eau. Ensuite, le premier générateur de gaz 70 est mis à feu pour engendrer la première hydro-impulsion. Cela produit une accélération de l'arme et lui permet de tourner dans la direction de la cible. Après la première hydro-impulsion, l'arme ralentit et reçoit une information de guidage pendant que sa chambre de propulsion est à nouveau remplie d'eau de mer. Ensuite un second générateur de gaz est mis à feu pour produire une seconde hydro-impulsion qui assure à nouveau l'accélération de l'arme et qui la propulse en direction du sous-marin. La séquence est répétée jusqu'à ce que le sous-marin soit détruit ou que les générateurs de gaz soient épuisés,

l'arme opérant alternativement de manière à ralentir pendant qu'elle reçoit une information de guidage et à se propulser d'elle-même en direction de la cible.

La fig. 6 est une représentation graphique donnant le profil de vitesse de l'arme. Ce graphique montre que la vitesse varie approximativement entre 10,5 et 21 m/s pendant des hydro-impulsions successives, la vitesse moyenne étant d'environ 15,3 m/s, ou 30 nœuds. Cette valeur convient pour la plupart des cibles sous-marines, en particulier dans des eaux peu profondes pour lesquelles l'arme est spécifiquement conçue. Dans la zone d'opération du sous-marin, le système de largage peut faire tomber l'arme dans l'eau en avant du sous-marin, en vue de lui donner l'avance nécessaire pour l'interception et la destruction.

Du fait de son mode opératoire, le mécanisme de propulsion par hydro-impulsions conforme à la présente invention permet d'adapter l'arme anti-sous-marine associée aux difficultés de détection de cible sous-marine qui sont rencontrées pendant la propulsion vers la cible. La fonction du système de guidage est de localiser la cible et d'engendrer des commandes de direction. Le système de guidage doit remédier aux inconvénients de bruit propre, de réflexion sur la surface et sur le fond de la mer et de détection de cible. Les armes sous-marines, à la façon des torpilles utilisant un guidage acoustique, ont des performances habituellement limitées par des bruits propres. Si les armes se déplacent lentement, le sonar acoustique peut mesurer la position de cible, la vitesse et d'autres paramètres nécessaires avec un grand rapport signal/bruit, et par conséquent avec une précision améliorée. Cependant, une cible se déplaçant à vitesse assez grande a une meilleure chance de s'échapper. Plus la vitesse de l'arme est grande, plus le bruit propre devient grand jusqu'à ce que, pour une vitesse d'environ 35 nœuds, le guidage soit limité par le bruit et que les performances du système deviennent insatisfaisantes. Ce bruit limite est dû à la propulsion de l'arme et au bruit d'écoulement.

Cependant, l'arme utilisant le mécanisme de propulsion selon la présente invention permet de résoudre efficacement le problème mentionné ci-dessus. Le mécanisme à hydro-impulsions établit un profil de vitesse variable pour l'arme, en lui donnant une vitesse inférieure à 35 nœuds pendant une période importante. Au cours de cette période, le système acoustique est activé et il opère dans un environnement exempt de bruit propre en effectuant les mesures nécessaires sans erreurs. Cette technique d'observation de la cible seulement lorsque le bruit propre est faible permet de résoudre le problème posé par ce bruit propre.

Pour permettre d'obtenir des temps de remplissage appropriés et des pressions rationnelles dans la chambre, le cycle de fonctionnement chronométrique du mécanisme a été choisi de l'ordre de 3,5 s par impulsion. En utilisant la période calme à basse vitesse pour effectuer des mesures acoustiques sur la cible, on limite le temps de correction d'erreur pour chaque impulsion du mécanisme à environ 0,3 à 1 examen par seconde. Bien que cette fréquence relativement basse d'acquisition des données pour le système de guidage puisse créer un retard dans la poursuite de la cible, en particulier lorsque l'arme se rapproche latéralement de la cible, ce retard améliore la probabilité de destruction en faisant en sorte que l'arme vienne toucher la zone plus vulnérable qui est placée en arrière du centre du sous-marin. Un autre facteur associé à la vitesse variable de l'arme correspond à la relation non linéaire existant entre les forces de direction et la vitesse angulaire de rotation. Cette variable dynamique est définie à l'aide d'un micro-ordinateur incorporé au système de guidage.

Plus particulièrement, la fig. 6 donne le profil de vitesse d'une arme ayant la configuration indiquée sur la fig. 4 et d'un poids brut de 72 kg. La portée sous-marine est de 456 m pour un mécanisme à huit impulsions ayant un profil de poussée de 1,7 s d'enclenchement et de 1,8 s de coupure. La poussée par impulsion est de 158 kg. La vitesse moyenne sur la portée de 456 m est de 15,5 m/s (30,8 nœuds). Une telle arme est agencée pour utiliser les bandes de suspension de torpilles, telles que la bande désignée par le symbole MK 78 MOD O, pour fixer l'arme sur un dispositif de largage de bombés standard d'un avion ou hélicoptère anti-sous-marin (ASW). Grâce à la simplicité et à la fiabilité de cette arme, il n'est pas nécessaire d'établir une interface électrique entre l'avion et l'arme. L'arme est initialisée au moment du largage à l'aide d'un fil de mise à feu classique. Pour la sécurité finale, les circuits électroniques de l'arme ne sont pas activés tant que la batterie primaire (située dans le bloc 82 de la fig. 4) n'a pas été initialisée par traction du fil de mise à feu. Cela provoque une activation du circuit de fusible de contact. Cependant, la mécanisme de sécurité d'alarme de tête de percussion, qui est associé au détonateur 44 (fig. 4), ne peut pas assurer l'armement de la tête de percussion jusqu'au choc avec l'eau. Egalement, l'armement de la tête de percussion est amorcé par une minuterie de 40 s (non représentée) qui sert à assurer la détonation de la tête de percussion si l'arme n'a pas touché la cible ou le fond de la mer au bout de cet intervalle de temps. Pendant cet intervalle, le mécanisme de propulsion a utilisé toutes les unités génératrices de gaz chauds 70.

La fig. 7 montre d'une façon générale la manière dont une arme utilisant un mécanisme de propulsion par hydro-impulsions conforme à la présente invention peut être larguée au voisinage d'un sous-marin puis dirigée pour toucher celui-ci en vue de sa destruction. Lorsque des armes doivent être lancées d'un navire, on utilise une arme 19 correspondant à l'agencement indiqué sur la fig. 3. Lors de la détection du sous-marin 100 par un sonar ou un autre moyen installé sur le navire 102, le moteur de propulsion correspondant à la chambre 34 est mis à feu et l'arme est propulsée à la façon d'une fusée, suivant une course balistique 104, jusqu'en un point A situé au voisinage du sous-marin 100 et où elle pénètre dans l'eau.

En variante, lorsque l'arme doit être larguée à partir d'un hélicoptère 106 ou d'un autre avion ASW, on utilise une arme correspondant à la structure de la fig. 4. Une telle arme est transportée par hélicoptère 106 jusqu'au voisinage du sous-marin 100, qui a été détecté par des bouées acoustiques, par immersion d'un sonar ou par une détection d'anomalie magnétique, et elle est larguée pour pénétrer dans l'eau au point B.

Dans l'un ou l'autre cas, lors de la pénétration de l'arme dans l'eau, le mécanisme de propulsion selon l'invention est activé et il fonctionne comme décrit ci-dessus pour faire déplacer l'arme le long d'une trajectoire 105 ou 109 afin qu'elle vienne toucher le sous-marin 100 et assure sa destruction.

Du fait de la simplicité de conception et de réalisation pratique du mécanisme de propulsion par hydro-impulsions de l'arme et de son intégration à d'autres systèmes secondaires prévus dans l'ensemble de l'unité, on obtient une très grande fiabilité de l'arme avec une dépense très faible.

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   REVENDICATIONS

   1. Mécanisme de propulsion, par hydro-impulsions, d'une arme destinée à opérer sous l'eau contre des cibles entièrement ou partiellement immergées, le mécanisme comprenant une chambre, une tuyère de génération de jet d'eau qui fait saillie de l'arrière de la chambre, des moyens pour assurer périodiquement l'admission d'eau de mer dans la chambre et des moyens pour expulser ensuite l'eau de mer de la chambre par l'intermédiaire de la tuyère, avec une force substantielle pour produire une poussée servant à la propulsion de l'arme, caractérisé en ce que les moyens d'expulsion d'eau comprennent un ensemble de plusieurs générateurs de gaz (14; 70) montés en avant de la chambre (11 ; 46) et reliés chacun à la chambre (11 ; 46) par des tubes (17 ; 72) pour conduire du gaz brûlé à une pression élevée, des moyens de mise à feu électrique reliés aux générateurs de gaz (14; 70) pour allumer séparément les générateurs de gaz (14; 70), et des moyens de contrôle activant sélectivement les moyens de mise à feu pour qu'ils allument séparément les générateurs de gaz (14; 70) à des intervalles de temps successifs pouvant être sélectés de manière que l'arme (19) développe, durant au moins une portion de l'intervalle de marche sur l'erre séparant les mises à feu, une vitesse qui est inférieure à la vitesse pour laquelle des détecteurs acoustiques embarqués (40) sont rendus inopérants par le bruit d'écoulement.
2. 2. Mécanisme de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle sont agencés de manière que les intervalles de temps entre les mises à feu sont d'environ 3,5 s.
3. 3. Mécanisme de propulsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque générateur de gaz (14; 70) peut être actionné de façon à développer une pression pour expulser l'eau de mer à travers la tuyère (12; 60) pendant environ 1,7 s suivi d'un intervalle de marche sur l'erre d'environ 1,8 s de manière à imprimer à l'arme (19) une vitesse inférieure à 35 nœuds pendant une partie de chaque cycle.
4. 4. Mécanisme de propulsion selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'admission de l'eau de mer comprennent des passages d'admission (13; 62) vers la chambre (11; 46) équipés des valves (15; 65) et en ce que des moyens sont couplés à chaque valve (15; 64) pour ouvrir et fermer alternativement le passage d'admission associé (13; 62).
5. 5. Mécanisme de propulsion selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens couplés à chaque valve comprennent un ressort (16) sollicitant la valve (15) vers une position ouvrant le passage d'admission (13) tout en permettant à la valve (15) de se fermer lorsque la pression est développée dans la chambre (11) pour en expulser l'eau.
6. 6. Mécanisme de propulsion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre (46) comprend un moteur de propulsion à fusée pour exercer une poussée de propulsion avant l'entrée de l'arme (19) dans l'eau, cela pour propulser l'arme (19) depuis une plate-forme de lancement, à travers l'air, jusqu'à un point présumé d'entrée dans l'eau au voisinage d'une cible, le moteur de propulsion à fusée comprenant un ensemble de plusieurs tuyères (52) s'étendant vers l'arrière depuis la chambre (46).
7. 7. Mécanisme de propulsion selon la revendication 6, caractérisé par des moyens (54) pour fermer les tuyères (52) du moteur de propulsion à fusée après la combustion du carburant de fusée.