EP0352161B1 - Dispositif de guidage-pilotage d'un engin comportant une tuyère mobile - Google Patents

Dispositif de guidage-pilotage d'un engin comportant une tuyère mobile Download PDF

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EP0352161B1
EP0352161B1 EP89401888A EP89401888A EP0352161B1 EP 0352161 B1 EP0352161 B1 EP 0352161B1 EP 89401888 A EP89401888 A EP 89401888A EP 89401888 A EP89401888 A EP 89401888A EP 0352161 B1 EP0352161 B1 EP 0352161B1
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guiding
nozzle
steering device
steering
nozzle unit
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René Thouron
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Thomson Brandt Armements SA
Original Assignee
Thomson Brandt Armements SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/60—Steering arrangements
    • F42B10/66—Steering by varying intensity or direction of thrust
    • F42B10/663—Steering by varying intensity or direction of thrust using a plurality of transversally acting auxiliary nozzles, which are opened or closed by valves

Definitions

  • the invention relates to a device for guiding-piloting by gas jets by means of at least one nozzle movable in rotation in order to create one or more thrust forces allowing the guiding of a machine in a determined direction.
  • a guided vehicle comprises in particular propulsion means operating on all or part of the trajectory of the vehicle, means intended to measure the deviations of the trajectory of this vehicle relative to the position of a designated objective and guide means. steering to correct discrepancies.
  • the correction of the trajectory deviations of a guided machine can be obtained by the application at a determined point of the machine, of a pushing force; this thrust force can be created by aerodynamic devices or by pyrotechnic devices such as gas jets.
  • a device for guiding-piloting by gas jets intended to modify the trajectory of a machine comprises a source of energy which generates a flow of gas, a set of one or more nozzles distributed over the body of the machine and a means allowing to direct the gas flow in accordance with piloting orders available on board the craft so as to create a resulting thrust force of determined size and direction.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks.
  • German patent application DE-A-3 108 283 which describes a device for guiding and / or piloting a machine according to the preamble of claim 1.
  • This solution consists in using several nozzles. adjustable adjusters fixed on cylindrical sleeves which are mounted on a gas pipe. central so as to be able to pivot around axes perpendicular to the axis of the machine.
  • the invention overcomes the aforementioned drawbacks by proposing a guidance-piloting device allowing a thrust force, coming from a continuous gas flow inside a fixed nozzle, on a nozzle block, obtain, through the rotation of the nozzle, through the nozzle block rotating about an axis parallel to that of the machine, different movements of the machine according to the orientation of the force of thrust, the latter having at least one radial component, that is to say located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the machine.
  • the invention therefore relates to a device for guiding and / or piloting a machine, as defined in the claims.
  • FIG. 1 represents a longitudinal section of a machine equipped with the guidance-piloting device according to the invention.
  • This device is generally placed near a gas generator which feeds the rotating movable nozzles, it can be placed, depending on the desired effect, at the front, in the center of gravity or at the rear of the machine, the device carrying out guidance when a change of trajectory is made and control when a stabilization is carried out around the center of gravity.
  • the guidance-piloting device is carried by a support body 1; this support body 1 is, for example, an annular block provided with one or more movable nozzle blocks 2 as well as with the rotation device (s); it is placed opposite the gas generator not shown in this figure.
  • the movable nozzle block 2 consists of three elements (a nozzle block, one or more seals, a rotation device) not visible in this figure, but which will be detailed in FIG. 2.
  • This nozzle block is in rotation with a control piston 3 by means of the rotation.
  • This control piston 3 is perpendicular to the nozzle block and allows it to be rotated by means of the rotation device. Indeed, the angular clearance obtained is of great amplitude (close to 180 °) thus allowing great freedom of guidance.
  • This control piston 3 has at each of its ends chambers 18, for example, cylindrical with or without seals; the latter, after operating an energy source, are at a determined pressure which can vary thanks to distributors 6 placed on each side of the chambers of the control pistons 3.
  • These distributors 6 make it possible to create a vacuum by venting of one or other of the chambers of the control piston 3 which is then driven in a translational movement driving the nozzle block in the desired position thanks in particular to a rack 22 whose piston control 3 is provided and with the device for rotating between the nozzle block and the control piston.
  • These distributors 6 are, for example, one-way distributors with mechanical closure and opening by control of a coil. It is possible to control this coil by a servo loop in relation to position sensors, not shown in this figure but fixed to the rear of the support body 1, making it possible to detect the portion of the nozzle block 2 and to position the nozzle block 2 with respect to an opening angle chosen by the guidance-piloting mode for the orientation of the thrust force.
  • the rotation device described above is a pneumatically controlled device, but an electric motor can be used which rotates the nozzle block either directly or through a gear system to eliminate parasitic torques due to mounting or a mechanical control connecting several nozzles to the same electric or pneumatic actuator.
  • the guidance-control device located around the main axis of the machine allows the use of a load military, for example a hollow charge, since the latter surrounds the free space 10.
  • the nozzle block of the guidance-piloting device is rotated about an axis parallel to the longitudinal axis of the machine, but this guidance-piloting device can be produced using planes of different inclinations for the nozzle block or for the nozzle fixed to the nozzle block, the main characteristic being the fixed position of the nozzle on the nozzle block.
  • FIG. 2 represents a section A according to FIG. 1, of the guidance-piloting device according to the invention.
  • the support body 1 supports the nozzle block 2 composed of several elements. These elements are shown in isolation in Figure 3.
  • the nozzle block 2 is a stepped cylinder with a central blind hole 8 which allows the flow of gas from, for example, a gas generator to a nozzle 14 thanks to a neck 9 of the nozzle 14; this neck 9 of the nozzle can be cylindrical or oblong for reasons of space.
  • the nozzle 14 is fixed to the nozzle block 2 in connection with the blind central hole 8 to avoid the sealing problems caused by the use of a pivoting nozzle.
  • a rotation device constituted, for example, by a toothed wheel 11 mounted on the nozzle block 2 by a fixed link; this toothed wheel 11 allows the connection with the control piston 12 forming the pneumatic control device described above.
  • the device provided with an electric motor 13 is also shown in dotted lines in this FIG. 3, it is obvious that the two devices are not used at the same time.
  • a needle stopper 4 whose role is to absorb the force due to the pressure of the gas generator which is exerted on the nozzle block when the generator is started. gas.
  • a position sensor 7 is placed at the rear of the support body 1 to make it possible to detect the position of the nozzle 14 and to create or not a control loop to obtain a progressive rotation.
  • the guidance-piloting device can also be used from stop to stop with angle openings, for example, of 10 °, 20 °, 30 °, 60 °, 90 °, 120 ° not requiring a control loop but directly given by a mechanism developed according to the guidance-piloting chosen. In all of this guidance-piloting device, it is preferable to use seals having different functions. One of them 15 makes it possible, thanks to its extensibility, to let the gases coming from the gas generator pass, others, not shown, isolate the leaks and the pressure losses towards the nozzle and the control part of the nozzle block .
  • a filter 5 is placed in the gas distribution system. It is shown in the diagram in FIG. 4 and makes it possible to retain the particles existing in the gas, the dimensions of which can compromise the operation of the solenoid valves.
  • the gases are brought inside the filter 5, for example made of porous ceramic, through the end 19. Outlets 20 allow the gas flow to continue on its path and to be recovered, filtered, at the end 21 after passing through various pipes.
  • FIG. 5 shows a cross section C of Figure 1 of a distributor 6 allowing the passage or not of a gas stream from a gas generator.
  • This distributor 6 is equipped with a ball 17 which, when the distributor coil is excited by an order from the on-board pilot is drawn into the distributor 6.
  • a free space is then produced and causes an escape of a gas flow outwards creating a dispersion inside one of the chambers of the control piston which moves in translation. This movement triggers a rotational movement of the nozzle block in a determined position, the order of end of excitation of the coil given by the on-board pilot via position sensors.
  • This guiding-piloting device allows a continuous flow of the gas flow inside the nozzle because of the displacement of the nozzle without sealing its neck thus allowing the gas flow to pass.
  • This continuous flow gives an orientation (of the machine) capable of being smooth and avoids the "jackhammer” phenomenon encountered in other mechanisms.
  • the guiding-piloting device can be used according to the guiding-piloting law with one or more nozzle blocks making it possible to effect yaw and pitch movements with or without roll. The difference between these control systems being obtained by the number of nozzle blocks used, but also by the opening angle given to these nozzle blocks. It is possible to envisage the application of this piloting device in fields other than that of armaments, for example, the space field where orientation problems are frequent and difficult to achieve.

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Description

  • L'invention concerne un dispositif de guidage-pilotage par jets de gaz par l'intermédiaire d'au moins une tuyère mobile en rotation afin de créer une ou plusieurs forces de poussée permettant le guidage d'un engin dans une direction déterminée.
  • Un engin guidé comprend notamment des moyens de propulsion opérant sur tout ou partie de la trajectoire de l'engin, des moyens destinés à mesurer les écarts de trajectoire de cet engin par rapport à la position d'un objectif désigné et des moyens de guidage-pilotage permettant de corriger les écarts. La correction des écarts de trajectoire d'un engin guidé peut être obtenue par l'application en un point déterminé de l'engin, d'une force de poussée ; cette force de poussée peut être créée par des dispositifs aérodynamiques ou par des dispositifs pyrotechniques tels que des jets de gaz. Un dispositif de guidage-pilotage par jets de gaz destiné à modifier la trajectoire d'un engin comprend une source d'énergie qui génère un flux de gaz, un jeu de une ou plusieurs tuyères réparties sur le corps de l'engin et un moyen permettant d'aiguiller le flux de gaz en accord avec des ordres de pilotage disponibles à bord de l'engin de façon à créer une force de poussée résultante de grandeur et de direction déterminées.
  • On connaît déjà des solutions qui atteignent les objectifs précités :
    • utilisation d'une (ou plusieurs) tuyère(s) fixe(s) dans laquelle un flux de gaz est le cas échéant dirigé et dont la position correspond à la manoeuvre souhaité ; cette solution conduit à la réalisation du dispositif de commutation du flux de gaz très complexe dont la difficulté de réalisation croît avec l'importance de la force de poussée exercée par le flux de gaz ;
    • utilisation d'une tuyère qui pivote autour d'une rotule située sur un axe parallèle à l'axe de l'engin ; dans ce cas, des problèmes d'étanchéité au niveau de la liaison entre la tuyère et la rotule apparaissent ;
    • utilisation d'une seule tuyère fixe avec positionnement de l'engin de telle sorte que l'axe de cette tuyère se trouve correctement orientée ; cette solution entraîne une manoeuvre de l'engin préliminaire à l'application de la force souhaitée, ce qui peut conduire, en particulier, à des temps de réaction incompatibles avec les lois de guidage utilisées ;
    • utilisation d'une tuyère pivotant autour d'un point généralement situé sur l'axe de l'engin à proximité des propulseurs de l'engin avec un débattement angulaire très faible ; dans ce cas, les forces utilisées sont prélevées sur la force de poussée du moteur ce qui entraîne d'une part une modification de la direction des forces et d'autre part un guidage et pilotage limités à la période de fonctionnement du moteur principal.
  • Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients.
  • Une autre solution est connue de la demande de brevet allemand DE-A-3 108 283, qui décrit un dispositif de guidage et/ou pilotage d'un engin selon le préambule de la revendication 1. Cette solution consiste à utiliser plusieurs tuyères. de réglage orientables fixées sur des manchons cylindriques qui sont montés sur un conduit de gaz. central de façon à pouvoir pivoter autour d'axes perpendiculaires à l'axe de l'engin.
  • Cette solution a cependant pour inconvénient de nécessiter pour le montage une rallonge de tuyère principale de diamètre notablement plus étroit que celui de l'engin. D'autre part, aucune disposition n'est prévue pour assurer la possibilité de rotation des tuyères lorsque la pression de gaz s'applique.
  • L'invention remédie aux inconvénients précités en proposant un dispositif de guidage-pilotage permettant à une force de poussée, provenant d'un flux de gaz continu à l'intérieur d'une tuyère fixe, sur un bloc tuyère, d'obtenir, grâce à la mise en rotation de la tuyère, par l'intermédiaire du bloc tuyère tournant autour d'un axe parallèle à celui de l'engin, des mouvements différents de l'engin suivant l'orientation de la force de poussée, cette dernière ayant au moins une composante radiale c'est-à-dire située dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'engin.
  • L'invention a donc pour objet un dispositif de guidage et/ou pilotage d'un engin, tel que défini dans les revendications.
  • L'invention et ses caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et qui est illustrée par les figures suivantes représentant :
    • La figure 1 : une coupe longitudinale d'un engin équipé du dispositif de guidage-pilotage selon l'invention ;
    • La figure 2 : Une coupe A selon la figure 1 du dispositif de guidage-pilotage selon l'invention ;
    • La figure 3 : un schéma des éléments du dispositif de guidage-pilotage et des dispositifs de mise en rotation ;
    • La figure 4 : une coupe B selon la figure 1 du filtre placé dans le système de distribution de gaz.
    • la figure 5 : une coupe transversale C de la figure 1 d'un distributeur à bobine pouvant permettre le passage d'un flux de gaz.
  • La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un engin équipé du dispositif de guidage-pilotage selon l'invention. Ce dispositif est en général disposé à proximité d'un générateur de gaz qui alimente les tuyères mobiles en rotation, il peut être placé, suivant l'effet désiré, à l'avant, au centre de gravité ou à l'arrière de l'engin, le dispositif effectuant du guidage lorsque l'on réalise un changement de trajectoire et du pilotage lorsque l'on réalise une stabilisation autour du centre de gravité. Le dispositif de guidage-pilotage est porté par un corps support 1 ; ce corps support 1 est, par exemple, un bloc annulaire muni d'un ou plusieurs blocs tuyères mobiles 2 ainsi que du ou des dispositifs de mise en rotation ; il est placé en regard du générateur de gaz non représenté sur cette figure. Le bloc de tuyère mobile 2 se compose de trois éléments (un bloc tuyère, un ou des joints d'étanchéités, un dispositif de mise en rotation) non visible sur cette figure, mais qui seront détaillés sur la figure 2. Ce bloc tuyère est en rotation avec un piston de commande 3 par l'intermédiaire du dispositif de mise en rotation. Ce piston de commande 3 est perpendiculaire au bloc tuyère et permet de le faire tourner grâce au dispositif de mise en rotation. En effet, le débattement angulaire obtenu est de grande amplitude (proche de 180°) permettant ainsi une grande liberté de guidage. Ce piston de commande 3 dispose à chacune de ses extrémités de chambres 18, par exemple, cylindriques avec ou sans joints d'étanchéité ; ces dernières, après mise en fonctionnement d'une source d'énergie, se trouvent à une pression déterminée qui peut varier grâce à des distributeurs 6 placés de chaque côté des chambres des pistons de commande 3. Ces distributeurs 6 permettent de créer une dépression par une mise à l'air libre de l'une ou l'autre des chambres du piston de commande 3 qui est animé alors d'un mouvement de translation entraînant le bloc tuyère dans la position désirée grâce notamment à une crémaillère 22 dont le piston de commande 3 est muni et au dispositif de mise en rotation entre le bloc tuyère et le piston de commande. Ces distributeurs 6 sont, par exemple, des distributeurs une voie avec fermeture mécanique et ouverture par commande d'une bobine. Il est possible de commander cette bobine par une boucle d'asservissement en relation avec des capteurs de position, non représentés sur cette figure mais fixés à l'arrière du corps support 1, permettant de détecter la portion du bloc tuyère 2 et de positionner le bloc tuyère 2 par rapport à un angle d'ouverture choisi par le mode de guidage-pilotage pour l'orientation de la force de poussée. Le dispositif de mise en rotation décrit précédemment est un dispositif à commande pneumatique mais l'on peut utiliser un moteur électrique qui effectue la mise en rotation du bloc tuyère soit directement, soit au travers d'un système d'engrenage pour éliminer des couples parasites dus au montage ou encore une commande mécanique reliant plusieurs tuyères a un même actionneur électrique ou pneumatique. Comme nous le montre le schéma de la figure 1, le dispositif de guidage-pilotage situé autour de l'axe principal de l'engin autorise l'utilisation d'une charge militaire, par exemple une charge creuse, puisque ce dernier entoure l'espace libre 10.
  • Dans l'exemple décrit, le bloc tuyère du dispositif de guidage-pilotage est mis en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de l'engin mais on peut réaliser ce dispositif de guidage-pilotage en utilisant des plans d'inclinaisons différents pour le bloc tuyère ou pour la tuyère fixée sur le bloc tuyère, la caractéristique principale étant la position fixe de la tuyère sur le bloc tuyère.
  • La figure 2 représente une coupe A selon la figure 1, du dispositif de guidage-pilotage selon l'invention. Le corps support 1 supporte le bloc tuyère 2 composé de plusieurs éléments. Ces éléments sont représentés isolément sur la figure 3. Sur cette figure 3, le bloc tuyère 2 est un cylindre étagé avec un trou central borgne 8 qui permet le passage du flux de gaz provenant, par exemple, d'un générateur de gaz vers une tuyère 14 grâce à un col 9 de la tuyère 14 ; ce col 9 de la tuyère pouvant être cylindrique ou oblong pour des raisons d'encombrement. La tuyère 14 est fixée sur le bloc tuyère 2 en liaison avec le trou central borgne 8 pour éviter les problèmes d'étanchéité causés par l'utilisation d'une tuyère pivotante. A l'arrière du bloc tuyère 2, il y a un joint d'étanchéité ou pas et surtout un dispositif de mise en rotation constitué, par exemple, par une roue dentée 11 montée sur le bloc tuyère 2 par une liaison fixe ; cette roue dentée 11 permet la liaison avec le piston de commande 12 formant le dispositif à commande pneumatique décrit précédemment. Le dispositif muni d'un moteur électrique 13 est également représenté en pointillé sur cette figure 3, il est bien évident que les deux dispositifs ne sont pas utilisés en même temps. Il existe également à l'arrière du bloc tuyère 2 une butée à aiguille 4 dont le rôle est d'absorber l'effort dû à la pression du générateur de gaz qui s'exerce sur le bloc tuyère lors de la mise en marche du générateur de gaz. Un capteur de position 7 est placé à l'arrière du corps support 1 pour permettre de détecter la position de la tuyère 14 et de créer ou pas une boucle d'asservissement pour obtenir une rotation progressive. Le dispositif de guidage-pilotage peut être utilisé également de butée à butée avec des ouvertures d'angle, par exemple, de 10°, 20°, 30°, 60°, 90°, 120° ne nécessitant pas de boucle d'asservissement mais directement donnée par un mécanisme élaboré en fonction du guidage-pilotage choisi. Dans tout ce dispositif de guidage-pilotage, il est préférable d'utiliser des joints d'étanchéité ayant des fonctions différentes. L'un d'eux 15 permet, grâce à son extensibilité, de laisser passer les gaz provenant du générateur de gaz, d'autres, non représentés, isolent les fuites et les pertes de charge vers la tuyère et la partie commande du bloc tuyère.
  • Pour faciliter le fonctionnement des électrovalves permettant le passage des gaz du distributeur à bobine aux chambres du piston de commande, un filtre 5 est placé dans le système de distribution de gaz. Il est représenté sur le schéma de la figure 4 et permet de retenir les particules existantes dans le gaz dont les dimensions peuvent compromettre le fonctionnement des électrovalves. Les gaz sont amenés à l'intérieur du filtre 5, par exemple réalisé en céramique poreuse, par l'extrémité 19. Des sorties 20 permettent au flux de gaz de poursuivre son cheminement et d'être récupéré, filtré, à l'extrémité 21 après le passage dans diverses canalisations.
  • La figure 5 représente une coupe transversale C de la figure 1 d'un distributeur 6 autorisant le passage ou non d'un flux de gaz provenant d'un générateur de gaz. Ce distributeur 6 est équipé d'une bille 17 qui, lorsque la bobine du distributeur est excité par un ordre venant du pilote de bord est attiré dans le distributeur 6. Un espace libre est alors réalisé et entraîne un échappement d'un flux de gaz vers l'extérieur créant une dispersion à l'intérieur d'une des chambres du piston de commande qui se déplace en translation. Ce déplacement déclenche un mouvement de rotation du bloc tuyère dans une position déterminée, l'ordre de fin d'excitation de la bobine étant donné par le pilote de bord par l'intermédiaire de capteurs de position.
  • Ce dispositif de guidage-pilotage permet un écoulement continu du flux de gaz à l'intérieur de la tuyère du fait du déplacement de la tuyère sans obturation de son col laissant passer ainsi le flux de gaz. Cet écoulement continu donne une orientation (de l'engin) susceptible d'être sans à coups et évite le phénomène du "marteau-piqueur" rencontré dans les autres mécanismes. Le dispositif de guidage-pilotage peut être utilisé suivant la loi de guidage-pilotage avec un ou plusieurs blocs tuyères permettant d'effectuer les mouvements de lacet et tangage avec ou sans roulis. La différence entre ces systèmes de pilotage étant obtenu par le nombre de blocs tuyères utilisés, mais également par l'angle d'ouverture donné à ces blocs tuyères. Il est possible d'envisager l'application de ce dispositif de pilotage dans d'autres domaines que celui de l'armement, par exemple, le domaine spatial où les problèmes d'orientation sont fréquents et difficiles à réaliser.

Claims (9)

  1. Dispositif de guidage et/ou pilotage d'un engin comprenant au moins une tuyère (14) par laquelle s'exerce une force de poussée engendrée par le passage continu d'un flux de gaz provenant d'un générateur à jet de gaz continu, ladite tuyère (14) étant fixée sur un bloc tuyère cylindrique (2) à l'intérieur duquel s'écoule le flux de gaz continu vers la tuyère (14) et animé d'un mouvement de rotation grâce à un dispositif de mise en rotation, ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'axe du mouvement de rotation est un axe parallèle à l'axe longitudinal de l'engin et en ce qu'un palier de butée (4) est positionné à l'arrière du bloc tuyère pour absorber l'effort dû à la pression du générateur de gaz tout en autorisant la rotation dudit bloc.
  2. Dispositif de guidage et/ou pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de mise en rotation du bloc tuyère est un dispositif à commande pneumatique.
  3. Dispositif de guidage et/ou pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif à commande pneumatique comprend un piston de commande (3, 12) muni d'une crémaillère (22) et, à chacune de ses extrémités, d'une chambre cylindrique (18).
  4. Dispositif de guidage et/ou pilotage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la crémaillère (22) est au contact d'une roue dentée (11) donnant le mouvement de rotation au bloc tuyère.
  5. Dispositif de guidage et/ou pilotage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque chambre cylindrique (18) est en rotation avec un distributeur (6) permettant de créer une dépression dans l'une des chambres cylindriques (18) du piston de commande (3) et donc de donner un mouvement de translation audit piston (3).
  6. Dispositif de guidage et/ou pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bloc tuyère mobile (2) a un débattement angulaire de grande amplitude.
  7. Dispositif de guidage et/ou pilotage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le débattement angulaire peut varier sensiblement de 0 à 180°.
  8. Dispositif de guidage et/ou pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs tuyères dont le nombre est déterminé suivant une loi de guidage-pilotage pour obtenir une meilleure stabilisation.
  9. Engin guidé, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de guidage-pilotage selon l'une quelconque des revendications précédentes.
EP89401888A 1988-07-22 1989-06-30 Dispositif de guidage-pilotage d'un engin comportant une tuyère mobile Expired - Lifetime EP0352161B1 (fr)

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