EP0454539A1 - Système de commande de mise à feu avec retards programmables pour projectile comportant au moins une charge militaire - Google Patents

Système de commande de mise à feu avec retards programmables pour projectile comportant au moins une charge militaire Download PDF

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EP0454539A1
EP0454539A1 EP91401001A EP91401001A EP0454539A1 EP 0454539 A1 EP0454539 A1 EP 0454539A1 EP 91401001 A EP91401001 A EP 91401001A EP 91401001 A EP91401001 A EP 91401001A EP 0454539 A1 EP0454539 A1 EP 0454539A1
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projectile
impact
target
firing
incidence
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Joel Bansard
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Thomson Brandt Armements SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C11/00—Electric fuzes
    • F42C11/06—Electric fuzes with time delay by electric circuitry
    • F42C11/065—Programmable electronic delay initiators in projectiles

Definitions

  • the present invention relates to a firing control system with programmable projectile delays comprising at least one military charge.
  • any device moving towards a target and carrying at least one military charge intended to damage or destroy the target such as shell, guided shell, missile, munition or submunition, bomb , etc. . . dropped or fired by cannon, mortar or lookout for example.
  • the object of the present invention is to take into account additional information in real time in order to optimally determine the delays in igniting the charges and therefore to program or modify them. Indeed, the Applicant has found that the optimal delay values for obtaining the best effectiveness of a projectile vary depending in particular on the speed of the projectile at the time of impact on the target, on the angle of incidence of the projectile on the target. or the type of target considered according to determinable laws.
  • An object of the invention is therefore an improved firing control system making it possible to program the firing delays of the charge (s).
  • the delay T AV is made up of constant delays such as delay in setting explosive regime, delay in operating the primer, time for electronic processing of the signal from an impact sensor, and a variable delay t AV optimized according to the invention as a function of the speed V of the projectile at the time of impact of the projectile on the target and of the angle of incidence I of the projectile on the target.
  • the function f can for example be determined experimentally so as to obtain a table of values of t AV and therefore of T AV for the various pairs of values V and I.
  • the delay T AR is made up of constant delays similar to those mentioned for T AV and of a variable delay t AR optimized according to the invention as a function of the angle of incidence I of the projectile on the target and of the type of target C.
  • the function f ′ can, like the function f, be determined experimentally.
  • Such a system has multiple advantages. It significantly improves the efficiency of the tandem charges by allowing the charges to be ignited at optimal times in each case. It allows you to adapt to any new target.
  • Figure 1 shows schematically the structure of a tandem charge P projectile incorporating a firing control system according to the invention and Figure 2 is a block diagram of this system.
  • the projectile P carries a preload 2 with its firing device 3 and a main charge 4 with its firing device 5.
  • the preload 2 and the charge 4 are arranged in line and can for example be hollow charges.
  • M the point of impact of the projectile P on the target (not shown)
  • My represents the normal to the surface of the target at point M and the angle that My makes with the X′X axis of the projectile is the angle of incidence I of the projectile on the target.
  • the projectile P also includes an inertial unit 6 which makes it possible to obtain the speed of the projectile at the time of impact.
  • the speed V could also be determined from a decelerometric sensor, by integration of the acceleration information provided, or by any other known means.
  • the processing of the signals from the detectors 1 and from the central unit 6 to obtain the parameters To, V and I is carried out by a computer 7 which, from these parameters, deduces therefrom the optimal delay values T AV and T AR on switching on. of the precharge 2 and the main charge 4 and sends the corresponding control signals to the ignition devices 3 and 5.
  • An energy supply 8 supplies the various elements 1, 3, 5, 6, 7 of the system.
  • FIG. 3 represents a first embodiment of the computer 7 of the system according to the invention.
  • This computer essentially comprises a read only memory 71, for example of the erasable type EEPROM, in which are stored the tables of optimal delay values for the different values of the parameters V, I and C.
  • a processor 70 receiving the signals from the impact detectors 1 and the inertial unit 6 calculates the impact speed V and the angle of incidence I and deduces therefrom an address for the memory 71 which then provides the optimal delay T AV .
  • This delay in digital form is loaded into a downcounter circuit 72.
  • the downcounter circuit 72 will start to count down at the rate of a clock 75 as soon as the firing order signal MAF received from the processor 70 and emitted as soon as the impact time To has been detected.
  • the clock pulses to be counted are supplied by an AND gate 73, one input of which is connected to the clock 75 and the other input of which is connected to the output Q of a flip-flop 74 of type D.
  • This flip-flop has an input D at the high level and a clock input receiving the MAF command. Upon receipt of this order, the Q output starts the high state and remains there, authorizing the transfer of the clock pulses by the gate 73 towards the down-counter.
  • This one initially loaded as we have seen at a digital value corresponding to the delay T AV , taking into account the frequency of the clock, will therefore count down a number of pulses corresponding to the optimal delay until it passes through zero where a signal appears on its end-of-countdown output ("ripple output" in Anglo-Saxon literature).
  • This signal amplified by the amplifier 76 constitutes the signal for controlling the firing of the preload 2.
  • a sequencer 77 provides the command to read from memory 71 and the command to load the down-counter 72.
  • the memory 71 can also contain the table of values T AR .
  • the processor 70 is designed to receive on an input 701 the target type parameter C which can be introduced manually before the mission or which can be provided by an image analysis processor located on board or preferably on the ground (in the case of a wire-guided projectile, for example).
  • the down-counter 72 is then loaded at the new delay value T AR , the same circuits being used and the firing control signal then being routed to the firing circuit 5. It is also possible to provide any other equivalent architecture, reusing for example only the processor 70 and the memory 71, the control means (down-counter, flip-flop, etc.) being specific to the main load.
  • FIG. 4 represents another embodiment of the computer 7, fairly close to the previous one.
  • the same reference numbers refer to the same elements as in FIG. 3. We find the same control means 72 to 76.
  • the optimal delay is calculated by the processor 70 ′, from signals coming from the impact detectors 1 and from the inertial unit 6. This delay is transmitted to a random access memory (RAM) 71 ′ via a bidirectional serial link 700 with its transceivers 79 and a universal asynchronous serial circuit (UART) 78 which performs in particular the series-parallel conversion of the data.
  • the optimal delay is loaded into the memory 71 ′ then into the down-counter 72 under the control of the sequencer 77 ′.
  • the determination of the optimal delays could also depend on additional parameters compared to those indicated. It is clear in particular that the optimal delay in the operation of the preload may also depend on the type of the target C.

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Abstract

L'invention concerne un système de commande de mise à feu avec retards programmables pour projectile comportant au moins une charge militaire.Ce système comprend, dans un projectile P portant des charges explosives 2, 4 avec leur dispositif de mise à feu 3, 5, des détecteurs d'impact 1, une centrale inertielle 6 et un calculateur 7. Le calculateur 7 détermine, à partir des signaux des détecteurs 1, l'instant d'impact To et l'angle d'incidence I du projectile sur la cible et, à partir des signaux de la centrale inertielle 6, la vitesse V du projectile au moment de l'impact. A partir des données V, I et du type de cible C, le calculateur 7 détermine, en temps réel, le retard optimal par rapport à l'instant To pour la mise à feu de chaque charge et applique ce retard à l'ordre de mise à feu.L'invention s'applique à tout type de projectile à une ou plusieurs charges en ligne.

Description

  • La présente invention se rapporte à un système de commande de mise à feu avec retards programmables pour projectile comportant au moins une charge militaire.
  • Par projectile, on entendra dans toute la description et les revendications tout dispositif se déplaçant vers une cible et portant au moins une charge militaire destinée à endommager ou détruire la cible, tel que obus, obus guidé, missile, munition ou sous-munition, bombe, etc . . . largué ou tiré par canon, mortier ou affût par exemple.
  • Pour améliorer l'efficacité de certains projectiles (bombes anti-piste, etc ... ) il est connu que l'on doit déclencher la mise à feu de la charge militaire à une profondeur de pénétration déterminée du projectile dans la cible. Par ailleurs, l'attaque de cibles équipées de nouveaux blindages dits actifs a nécessité la mise au point de projectiles à double charge militaire, dits à charge tandem, dans lesquels une première charge ou précharge est mise à feu pour neutraliser la protection active du blindage et une seconde charge ou charge primaire est ensuite mise à feu. Le délai de fonctionnement entre charges est déterminant pour l'efficacité du dispositif.
  • Jusqu'à maintenant le délai de mise à feu des charges était déterminé préalablement et donc fixe. Il résultait de compromis entre un certain nombre de facteurs liés aux caractéristiques du projectile, aux paramètres présumés de celui-ci lors de l'impact avec la cible et/ou à la nature de la cible. Il s'ensuivait des performances globales non optimisées en fonction des missions.
  • La présente invention a pour but de prendre en compte des informations supplémentaires en temps réel pour déterminer de manière optimale les retards à la mise à feu des charges et donc les programmer ou les modifier. En effet, la demanderesse a constaté que les valeurs de retard optimales pour obtenir la meilleure efficacité d'un projectile varient en fonction en particulier de la vitesse du projectile au moment de l'impact sur la cible, de l'angle d'incidence du projectile sur la cible ou du type de cible considéré selon des lois déterminables.
  • Un objet de l'invention est donc un système de commande de mise à feu amélioré permettant de programmer les retards de mise à feu de la ou des charges.
  • Selon l'invention, il est donc prévu un système de commande de mise à feu avec retards programmables pour projectile comportant au moins une charge militaire, caractérisé en ce que ledit système comprend :
    • des premiers moyens de détermination de l'instant d'impact To dudit projectile sur une cible ;
    • des moyens de fourniture d'informations caractéristiques du type de cible ainsi que du projectile et de son mouvement à l'instant d'impact ;
    • des moyens de traitement pour déterminer, à partir des informations fournies par lesdits moyens de fourniture, le retard optimal pour la commande de mise à feu de ladite charge ; et
    • des moyens de commande pour commander la mise à feu de ladite charge sous le contrôle desdits moyens de traitement.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où :
    • la figure 1 représente schématiquement un projectile montrant la répartition des divers éléments et fonctions du système selon l'invention ;
    • la figure 2 est un schéma fonctionnel du système selon l'invention ;
    • la figure 3 montre le schéma d'un premier mode de réalisation d'une partie du système selon l'invention ; et
    • la figure 4 est le schéma d'un autre mode de réalisation de la même partie du système que sur la figure 3.
  • A titre d'exemple, on va décrire l'invention dans le cadre de son application à un projectile à charge tandem, sans que cela soit en rien limitatif de l'invention.
  • Comme on l'a déjà expliqué, pour une efficacité maximale les délais de fonctionnement des charges sont déterminants.
  • On appelle To l'instant d'impact du projectile sur la cible, qui sert d'instant d'origine. A partir de cet instant, on détermine les retards TAV et TAR de fonctionnement de la charge avant ou précharge et de la charge arrière ou charge principale.
  • Le retard TAV est constitué de retards constants tels que délai de mise en régime explosif, délai de fonctionnement de l'amorce, temps de traitement électronique du signal d'un capteur d'impact, et d'un retard variable tAV optimisé selon l'invention en fonction de la vitesse V du projectile au moment de l'impact du projectile sur la cible et de l'angle d'incidence I du projectile sur la cible.
  • On choisit donc: t AV = f(V, I)
    Figure imgb0001
  • La fonction f peut être par exemple déterminée expérimentalement de façon à obtenir un tableau de valeurs de tAV et donc de TAV pour les divers couples de valeurs V et I.
  • De même, le retard TAR est constitué de retards constants semblables à ceux évoqués pour TAV et d'un retard variable tAR optimisé selon l'invention en fonction de l'angle d'incidence I du projectile sur la cible et du type de la cible C.
  • On choisit donc: t AR = f′(I, C)
    Figure imgb0002
  • La fonction f′ peut, comme la fonction f, être déterminée expérimentalement.
  • Un tel système a de multiples avantages. Il améliore notablement l'efficacité des charges tandem en permettant la mise à feu des charges aux instants optimaux dans chaque cas de figure. Il permet de s'adapter à toute nouvelle cible.
  • Il a aussi l'avantage de la discrétion puisque les délais sont réalisés sous forme logicielle et non pas matérielle ainsi qu'on le verra ci-dessous.
  • La figure 1 montre schématiquement la structure d'un projectile P à charge tandem incorporant un système de commande de mise à feu selon l'invention et la figure 2 est un schéma fonctionnel de ce système.
  • Le projectile P porte une précharge 2 avec son dispositif de mise à feu 3 et une charge principale 4 avec son dispositif de mise à feu 5. La précharge 2 et la charge 4 sont disposées en ligne et peuvent être par exemple des charges creuses.
  • Si l'on appelle M le point d'impact du projectile P sur la cible (non représentée), My représente la normale à la surface de la cible au point M et l'angle que fait My avec l'axe X′X du projectile est l'angle d'incidence I du projectile sur la cible.
  • Le projectile P comporte une série de détecteurs d'impact 1, par exemple des capteurs piézoélectriques, répartis par exemple selon une couronne dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe XX′, bien que d'autres dispositions puissent être envisagées. L'utilisation de ces détecteurs d'impact permet deux mesures :
    • d'une part en déterminant l'instant où un premier signal d'un détecteur 1 (le plus proche du point d'impact M) dépasse un seuil prédéterminé, on obtient l'instant d'impact To ; pour éviter les détections intempestives, les signaux des détecteurs sont filtrés et comparés audit seuil ;
    • d'autre part en comparant les instants de détection de l'impact par les divers détecteurs, on peut en déduire l'angle d'incidence I (à la manière d'un réseau d'antennes déterminant la direction angulaire d'une onde reçue ).
  • Le projectile P comporte encore une centrale inertielle 6 qui permet d'obtenir la vitesse du projectile à l'instant de l'impact.
  • La vitesse V pourrait aussi être déterminée à partir d'un capteur décélérométrique, par intégration de l'information d'accélération fournie, ou par tout autre moyen connu.
  • Le traitement des signaux des détecteurs 1 et de la centrale 6 pour obtenir les paramètres To, V et I est effectué par un calculateur 7 qui, à partir de ces paramètres, en déduit les valeurs de retard optimal TAV et TAR à la mise à feu de la précharge 2 et de la charge principale 4 et envoie les signaux de commande correspondants aux dispositifs de mise à feu 3 et 5. Une alimentation en énergie 8 alimente les divers éléments 1, 3, 5, 6, 7 du système.
  • La figure 3 représente un premier mode de réalisation du calculateur 7 du système selon l'invention. Ce calculateur comprend essentiellement une mémoire morte 71, par exemple du type effaçable EEPROM, dans laquelle sont stockés les tableaux de valeurs de retard optimal pour les différentes valeurs des paramètres V, I et C. Un processeur 70 recevant les signaux des détecteurs d'impact 1 et de la centrale inertielle 6 calcule la vitesse V d'impact et l'angle d'incidence I et en déduit une adresse pour la mémoire 71 qui fournit alors le retard optimal TAV. Ce retard sous forme numérique est chargé dans un circuit décompteur 72. Le circuit décompteur 72 va commencer à décompter au rythme d'une horloge 75 dès l'apparition du signal d'ordre de mise à feu MAF reçu du processeur 70 et émis dès que l'instant d'impact To a été détecté. Les impulsions d'horloge à décompter sont fournies par une porte ET 73 dont une entrée est reliée à l'horloge 75 et dont l'autre entrée est reliée à la sortie Q d'une bascule 74 de type D. Cette bascule à une entrée D au niveau haut et une entrée d'horloge recevant l'ordre MAF. Dès réception de cet ordre la sortie Q se met à l'état haut et y demeure, autorisant le transfert des impulsions d'horloge par la porte 73 vers le décompteur. Celui-ci, initialement chargé comme on l'a vu à une valeur numérique correspondant au retard TAV, compte tenu de la fréquence de l'horloge, va donc décompter un nombre d'impulsions correspondant au retard optimal jusqu'à son passage par zéro où un signal apparaît sur sa sortie de fin de décomptage ("ripple output" dans la littérature anglo-saxonne ). Ce signal amplifié par l'amplificateur 76 constitue le signal de commande de mise à feu de la précharge 2.
  • Un séquenceur 77 assure la commande de lecture dans la mémoire 71 et la commande de chargement du décompteur 72.
  • La mémoire 71 peut contenir également le tableau des valeurs TAR. Dans ce cas, le processeur 70 est prévu pour recevoir sur une entrée 701 le paramètre type de cible C qui peut être introduit manuellement préalablement à la mission ou qui peut être fourni par un processeur d'analyse d'image situé à bord ou de préférence au sol (cas d'un projectile filoguidé par exemple). Le décompteur 72 est alors chargé à la nouvelle valeur de retard TAR, les mêmes circuits étant utilisés et le signal de commande de mise à feu étant alors aiguillé vers le circuit de mise à feu 5. On peut aussi prévoir toute autre architecture équivalente, réutilisant par exemple uniquement le processeur 70 et la mémoire 71, les moyens de commande (décompteur, bascule ... ) étant propre à la charge principale.
  • La figure 4 représente un autre mode de réalisation du calculateur 7, assez voisin du précédent. Les mêmes numéros de référence renvoient aux mêmes éléments que sur la figure 3. On retrouve les mêmes moyens de commande 72 à 76.
  • Ici, le retard optimal est calculé par le processeur 70′, à partir des signaux venant des détecteurs d'impact 1 et de la centrale inertielle 6. Ce retard est transmis à une mémoire vive (RAM) 71′ par l'intermédiaire d'une liaison bidirectionnelle série 700 avec ses émetteurs/récepteurs 79 et d'un circuit série asynchrone universel (UART) 78 qui effectue notamment la conversion série-parallèle des données. Le retard optimal est chargé dans la mémoire 71′ puis dans le décompteur 72 sous le contrôle du séquenceur 77′.
  • On pourrait aussi prévoir de supprimer la mémoire 71′ et de charger directement le retard dans le décompteur.
  • Il est clair que l'on peut imaginer de nombreuses autres solutions pour appliquer à l'ordre de mise à feu des retards programmables de façon à en déduire des signaux de commande de mise à feu.
  • Bien que le système selon l'invention ait été décrit dans le cadre d'un projectile à charge tandem, il faut noter qu'un tel système s'applique aussi bien à un projectile à charge unique, dans lequel la charge est mise à feu après pénétration d'une profondeur optimale dans la cible, qu'à un projectile à charges multiples disposées en ligne, dans lequel le système déterminerait le retard optimal pour chaque charge.
  • Il faut noter que la détermination des retards optimaux pourrait dépendre aussi de paramètres supplémentaires par rapport à ceux indiqués. Il est clair notamment que le retard optimal de fonctionnement de la précharge peut dépendre également du type de la cible C.
  • Bien entendu donc, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention.

Claims (12)

  1. Système de commande de mise à feu avec retards programmables pour projectile comportant au moins une charge militaire, caractérisé en ce que ledit système comprend :
    - des premiers moyens (1, 7 ; 1, 70) de détermination de l'instant d'impact To dudit projectile sur une cible ;
    - des moyens (1, 6, 7 ; 1, 6, 70, 701) de fourniture d'informations caractéristiques du type de cible (C) ainsi que du projectile et de son mouvement à l'instant d'impact (I, V) ;
    - des moyens de traitement (7 ; 70, 71, 77 ; 70′, 700, 79, 78, 71′, 77′) pour déterminer, à partir des informations fournies par lesdits moyens de fourniture, le retard optimal pour la commande de mise à feu de ladite charge ; et
    - des moyens de commande (7 ; 72 à 76) pour commander la mise à feu de ladite charge sous le contrôle desdits moyens de traitement.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de fourniture d'informations comprennent :
    - des seconds moyens (1, 7 ; 1, 70) de détermination de l'angle d'incidence I dudit projectile sur la surface de ladite cible où l'impact se produit ;
    - des troisièmes moyens (6, 7 ; 6, 70) de détermination de la vitesse V dudit projectile à l'instant d'impact To ;
    - des quatrièmes moyens (701) pour fournir auxdits moyens de traitement une information C sur le type de cible sur laquelle doit s'effectuer l'impact dudit projectile.
  3. Système selon la revendication 2, pour un projectile comportant plusieurs charges militaires en ligne, caractérisé en ce que ledit retard optimal est déterminé par lesdits moyens de traitement en fonction de ladite vitesse V et dudit angle d'incidence I pour la première desdites charges et en ce que lesdits retards optimaux pour les autres charges sont déterminés par lesdits moyens de traitement en fonction dudit angle d'incidence I et du type de cible C.
  4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de stockage (71) des valeurs de retard optimal pour les diverses valeurs possibles de vitesse, d'angle d'incidence et de type de cible et des moyens d'adressage (70, 77) pour adresser lesdits moyens de stockage en fonction des informations fournies par au moins certains desdits seconds, troisièmes et quatrièmes moyens.
  5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de stockage sont constitués par une mémoire morte (71) dans laquelle les valeurs de retard inscrites ont été obtenues expérimentalement et en ce que lesdits moyens d'adressage comprennent un processeur ( 70).
  6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent un processeur (70′) pour déterminer ledit retard optimal, et des moyens de transfert (700, 79, 78, 71′) pour transférer ledit retard optimal auxdits moyens de commande.
  7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de transfert comprennent un circuit série émetteur récepteur asynchrone universel ( 78) et une mémoire vive ( 71′).
  8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un circuit décompteur (72) ayant des entrées de chargement reliées auxdits moyens de traitement pour charger dans le circuit décompteur la valeur dudit retard optimal et des cinquièmes moyens (73 à 75) pour appliquer audit circuit décompteur des impulsions d'horloge à partir de l'apparition d'un ordre de mise à feu fourni par lesdits moyens de traitement, le signal de commande de mise à feu appliqué auxdites charges étant constitué par le signal de fin de décomptage du circuit décompteur amplifié par un amplificateur (76).
  9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits cinquièmes moyens comprennent une porte ET (73) ayant une entrée connectée à un circuit d'horloge (75) et son autre entrée reliée à la sortie d'une bascule (74) de type D dont l'entrée D est au niveau haut et dont l'entrée d'horloge reçoit ledit ordre de mise à feu.
  10. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds moyens comprennent des détecteurs d'impact (1) répartis autour de la structure dudit projectile, ledit instant d'impact étant déterminé par ledit processeur (70 ; 70′) à partir du premier signal d'un détecteur d'impact supérieur, après filtrage, à un seuil prédéterminé et ledit angle d'incidence étant obtenu par traitement des instants d'arrivée des signaux des divers détecteurs d'impact après l'instant d'impact.
  11. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens comprennent une centrale inertielle (6), ladite vitesse étant déterminée par ledit processeur (70, 70′) à partir des informations fournies par ladite centrale inertielle.
  12. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens comprennent un capteur décélérométrique, ladite vitesse étant déterminée par ledit processeur (70 ; 70′) par intégration des informations fournies par ledit capteur.
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