FR2911174A1

FR2911174A1 - Dispositif de positionnement angulaire d'un organe pivotant

Info

Publication number: FR2911174A1
Application number: FR0700149A
Authority: FR
Inventors: Patrick Balbo
Original assignee: Nexter Systems SA
Current assignee: Nexter Systems SA
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-07-11
Anticipated expiration: 2027-01-10
Also published as: FR2911174B1

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif (9) de positionnement angulaire d'un organe (5) monté pivotant par rapport à un axe (8) sensiblement horizontal, dispositif comprenant au moins un premier moyen moteur (12), tel un vérin, qui forme une liaison à longueur variable interposée entre un support fixe (2) et l'organe pivotant (5). Ce dispositif est caractérisé en ce que le vérin (12) est lié à l'organe (5) et/ou au support fixe (2) par l'intermédiaire d'une structure comprenant au moins un polygone (15) déformable par l'action d'un second moyen moteur (22), la déformation du polygone conduisant à une modification de la longueur (D) de la liaison entre le support et l'organe.Application au pointage en site de systèmes d'artillerie.

Description

1 Le domaine technique de l'invention est celui des dispositifs permettant

de commander le positionnement angulaire d'un organe monté pivotant par rapport à un axe sensiblement horizontal.

Un problème rencontré lors d'un tel mouvement de pivotement est celui du balourd de l'organe à pivoter. En effet lorsqu'on fait pivoter un organe autour d'un axe horizontal l'effort qui commande le pivotement doit s'opposer au couple de pivotement engendré par la masse de l'organe lui-même. La solution la plus simple pour limiter les efforts est de centrer l'organe sur son pivot. Cependant il n'est généralement pas possible de centrer ainsi l'organe car il est souvent fonctionnellement nécessaire de disposer d'une certaine flèche de l'organe par rapport à son pivot.

Une autre solution habituelle est d'équilibrer la masse de l'organe à l'aide d'un contre poids. C'est la solution qui est par exemple mise en oeuvre au niveau des grues de travaux publics. On peut ainsi ramener le centre de gravité au niveau du pivot, ce qui permet de soulager les efforts demandés à l'actionneur pour faire pivoter l'organe. Cette solution n'est cependant pas toujours satisfaisante car elle alourdit globalement l'organe et ajoute des inerties de pivotement. Dans le domaine de l'armement il est en particulier nécessaire de pouvoir faire pivoter le tube d'une arme par rapport à ses tourillons horizontaux de façon à assurer un pointage en site. La masse pivotante est généralement très importante (de l'ordre de 3 t pour un système d'arme de gros calibre de 120mm). Il n'est pas acceptable d'ajouter des masses complémentaires à la masse du tube de l'arme. Par ailleurs il est nécessaire de pouvoir pointer ces tubes d'armes d'une façon très précise afin d'assurer la précision du tir. On se trouve donc confronté à des exigences contradictoires. L'importance de l'effort de pivotement conduit à mettre en oeuvre des vérins hydrauliques, mais ces derniers ne peuvent pas assurer la précision souhaitée pour le pointage.

2 Des moteurs électriques associés à des systèmes de mesure de l'angle de pointage permettraient d'assurer la précision mais ils n'ont pas la puissance nécessaire permettant d'assurer le pivotement du tube de l'arme dans le cas d'un balourd important. Pour résoudre ce problème on a déjà proposé dans le brevet FR2824896 un montage à double tourillonnement permettant de donner une capacité de pointage en site complémentaire au tube en le logeant à l'intérieur d'une cage qui est elle-même pivotable en site par un autre moyen moteur. Cependant une telle solution est complexe à mettre en œuvre. C'est le but de l'invention que de proposer un dispositif de conception simple permettant d'assurer un pivotement précis d'un organe tout en assurant une facilité de commande malgré un balourd important. Ainsi, l'invention a pour objet un dispositif de positionnement angulaire d'un organe monté pivotant par rapport à un axe sensiblement horizontal, dispositif comprenant au moins un premier moyen moteur, tel un vérin, qui forme une liaison à longueur variable interposée entre un support fixe et l'organe pivotant, dispositif caractérisé en ce que le vérin est lié à l'organe et/ou au support fixe par l'intermédiaire d'une structure comprenant au moins un polygone déformable par l'action d'un second moyen moteur, la déformation du polygone conduisant à une modification de la longueur de la liaison entre le support et l'organe. Selon une caractéristique, le second moyen moteur est un moteur électrique qui est couplé à des moyens électroniques permettant d'assurer un pilotage du pivotement angulaire de l'organe. Le second moyen moteur pourra être solidaire d'un sommet du polygone et entraîner en rotation une tige filetée qui s'engrènera avec un écrou solidaire d'un autre sommet du polygone, la rotation de la tige filetée provoquant la déformation du polygone.

Selon un mode de réalisation de l'invention le polygone déformable peut ainsi être un losange, le second moyen moteur étant disposé au niveau d'une diagonale du losange et de façon à modifier la longueur de cette diagonale.

Avantageusement, une extrémité du vérin pourra être fixée au support (ou à l'organe) par l'intermédiaire d'une première articulation, l'autre extrémité du vérin étant fixée à un premier sommet du polygone déformable par une deuxième articulation, un deuxième sommet du polygone déformable étant fixé à l'organe (ou au support) par une troisième articulation, le premier et le deuxième sommets du polygone étant disposés de part et d'autre de la diagonale portant le second moyen moteur. Selon un autre mode de réalisation, le polygone déformable pourra être un triangle, le second moyen moteur étant disposé au niveau d'une base du triangle et de façon à modifier la longueur de cette base. Plus particulièrement, une extrémité du vérin pourra être fixée au support (ou à l'organe) par l'intermédiaire d'une première articulation, l'autre extrémité du vérin étant fixée à un premier sommet du triangle déformable par une deuxième articulation sur laquelle pivotent deux biellettes formant deux côtés de longueur fixe du triangle déformable, une première biellette étant par ailleurs fixée à l'organe (ou au support) par une troisième articulation, le second moyen moteur étant solidaire de l'organe (ou du support) et commandant le déplacement d'une douille filetée sur laquelle est fixée une extrémité de la deuxième biellette L'invention a également pour objet l'application de ce 30 dispositif à la commande du pivotement d'une arme en site sur ses tourillons. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : 35 - la figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un système d'artillerie permettant de localiser les principaux éléments et de préciser leurs possibilités de mouvement, - la figure 2 est une vue de principe schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue de principe schématique d'une variante de ce premier mode de réalisation, - la figure 4 est une vue de principe schématique d'un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue de principe schématique d'une variante de ce second mode de réalisation. La figure 1 montre de façon schématique un système d'artillerie 1 de type connu comportant une tourelle 2 qui est montée pivotante sur un véhicule 3. La tourelle porte une arme (ou artillerie) comportant un tube 4 d'axe 4a qui est monté coulissant dans un berceau 5. Le tube 4 porte à sa partie arrière un manchon de culasse 6 (représenté ici en pointillés). Tube 4 et manchon de culasse 6 constituent ce que l'on appelle la masse reculante dans le domaine de l'artillerie. La masse reculante peut coulisser sur des glissières (non représentées) solidaires du berceau 5. Cette masse reculante est reliée au berceau par des moyens hydrauliques (freins de tir et récupérateur) qui rie sont pas représentés sur la figure. Ces moyens sont bien connus de l'Homme du Métier. Ils permettent lors du tir de freiner le mouvement de recul de la masse reculante 4-6 par rapport au berceau 5 (rôle du frein de tir). Après le tir, le récupérateur ramène la masse reculante 4-6 à sa position initiale pour permettre un nouveau tir. Le berceau 5 est fixé à la tourelle 2 par une fourche 7 30 portant des tourillons 8 qui matérialisent un axe de pivotement horizontal. Le berceau 5 portant la masse reculante 4-6 constitue ce que l'on appelle dans le domaine de l'artillerie la masse oscillante. En effet, lorsque le berceau 5 pivote sur ses 35 tourillons 8, il entraîne également dans son pivotement la masse reculante pour assurer un pointage en site du tube 4 de l'artillerie. Ce pivotement en site est commandé par un dispositif de positionnement 9 qui comprend un ou plusieurs vérins hydrauliques. Le dispositif de positionnement est monté entre un point de fixation 9a sur la tourelle 2 et un point de fixation 9b sur le berceau 5. On remarque sur la figure que le centre de gravité G de 5 la masse oscillante 4-6-5 est disposé en avant des tourillons 8. Le système présente donc un certain balourd que le dispositif de positionnement 9 doit compenser. Concrètement pour un système d'artillerie de calibre 120 mm, la masse totale de la masse oscillante est de l'ordre de Io 3 tonnes. compte tenu des contraintes d'encombrement, le dispositif de positionnement 9 doit généralement développer un effort de l'ordre de 10 000 à 100 000 N suivant le balourd imposé par la tourelle. 1l est donc nécessaire d'avoir recours à des vérins hydrauliques. 15 La tourelle 2 portant la fourche 7 et l'ensemble de la masse oscillante peut par ailleurs tourner autour d'un axe vertical 10 et permet ainsi d'assurer un positionnement en gisement de l'artillerie. Le pivotement de la tourelle est commandé par un moteur 11 qui entraîne par exemple un pignon 20 engrenant sur une couronne dentée circulaire (non représentée) solidaire de la tourelle 2. Le dispositif de positionnement en gisement ne fait pas l'objet de la présente invention. Il n'est donc pas nécessaire de le décrire en détails. 25 Les autres figures vont maintenant permettre de préciser différents modes de réalisation du dispositif de positionnement 9. Même si l'invention est plus particulièrement décrite dans son application au positionnement en site d'un tube 30 d'arme (ou d'artillerie), il est bien entendu qu'elle peut s'appliquer au positionnement angulaire de tout type d'organe monté pivotant par rapport à. un support et autour d'un axe sensiblement horizontal. Dans tous les cas, l'invention permettra d'assurer une capacité de positionnement angulaire 35 dynamique très précis couplée au positionnement statique par un vérin hydraulique assurant la force nécessaire pour compenser un balourd important.

6 On a représenté sur la figure 2 un tourillon 8 ainsi que l'axe 4a du tube de l'artillerie. Le dispositif de positionnement 9 assure le positionnement angulaire S (ou pivotement) d'un organe qui est ici le berceau 5 (portant la masse reculante), berceau qui est monté pivotant par rapport à l'axe des tourillons 8 qui est sensiblement horizontal. Le dispositif 9 est fixé d'une part à un support fixe qui est ici la tourelle 2 (ou la fourche 7) et d'autre part au Io berceau 5. Le dispositif 9 comprend au moins un premier moyen moteur 12 qui est ici un vérin hydraulique. Une extrémité du vérin 12 est fixée à la tourelle 2 par l'intermédiaire d'une première articulation 13 et l'autre extrémité du vérin 12 est 15 fixée à un premier sommet Al d'un polygone déformable 15 par une deuxième articulation 14. Un deuxième sommet A2 du polygone déformable 15 est par ailleurs fixé au berceau 5 par une troisième articulation 16. On voit clairement sur la figure 2 que le déplacement du 20 piston 17 du vérin 12 permet de faire varier la distance D entre les articulations 13 et: 16. Le vérin 12 forme donc une liaison à longueur variable qui se trouve interposée entre la tourelle 2 fixe et le berceau pivotant 5. 25 Le fonctionnement du vérin 12 fait donc pivoter le berceau 5 sur les tourillons 8. On remarque sur la figure qu'un polygone déformable 15 est interposé entre le vérin 12 et le berceau 5. Ce polygone (ici un losange) comprend quatre bras 18,19,20 et 21. 30 Les deux bras 18 et 19 sont articulés entre eux au niveau de la première articulation 14 également liée au vérin 12. Les deux bras 20 et 21 sont par ailleurs articulés entre eux au niveau de la deuxième articulation 16 qui est aussi liée au berceau 5. 35 Conformément à l'invention le polygone 15 est déformable par l'action d'un second moyen moteur 22. Le second moyen moteur 22 est disposé au niveau d'une diagonale du losange 15 entre les sommets A3 et A4. Les premier et deuxième sommets (Al et A2) du polygone sont donc disposés de part et d'autre de cette diagonale portant le second moyen moteur 22. Le second moyen moteur 22 est ici un moteur électrique à courant continu qui est fixé à une de ses extrémités au niveau d'une articulation 27 qui relie les bras 18 et 21 (sommet A3 du losange 15). Le moteur 22 entraîne en rotation une tige filetée 23 qui engrène avec une douille taraudée 24 disposée au niveau du sommet A4 du losange 15. Io Concrètement la douille 24 est fixée aux bras 19 et 20 respectivement par des articulations 25 et 26. Il est clair que la rotation de la tige 23 entraînée par le second moteur 22 va entraîner le déplacement de la douille 24 par rapport à la tige 23, donc une modification de la 15 longueur 1 de la diagonale A3A4 du losange 15. Grâce aux articulations 14,16,25,26,27, la modification de la longueur de la diagonale 1 (A3A4) du losange entraîne également une modification de la longueur d de l'autre diagonale AlA2 du losange. 20 Indépendamment de tout mouvement du vérin 12, la rotation du second moteur 22 provoque donc une modification de la longueur D c'est à dire un pivotement en site du berceau 5. Le second moyen moteur 22 est couplé à des moyens électroniques 28 permettant d'assurer un pilotage du 25 pivotement angulaire dynamique précis du berceau 5. Ces moyens électroniques seront couplés à un moyen de mesure du pivotement angulaire du berceau, par exemple un codeur incrémental 29 coaxial aux tourillons 8. Après un pivotement grossier obtenu grâce au vérin 12, 30 les moyens 28 assureront la commande finale du second moteur 22 avec la précision souhaitée, le codeur 29 permettant de connaître l'orientation réelle du berceau 5. On dispose donc de deux moyens moteurs complémentaires pour assurer un positionnement en site du berceau 5. Le vérin 35 hydraulique 12 permet d'obtenir un pointage grossier mais en mettant en œuvre un moyen ayant la puissance mécanique nécessaire pour entraîner une masse oscillante à balourd élevé. Le second moteur 22 permet d'obtenir un pointage final précis grâce à la commande électrique. On notera par ailleurs que, du fait du positionnement du second moteur 22 au niveau de la diagonale A3A4 du losange 15, les efforts demandés à ce moteur pour déplacer le berceau 5 en site sont plus faibles que ceux demandés au vérin 12. En effet d'une part le losange déformable joue le rôle d'amplificateur d'efforts, et d'autre part l'effort pour réduire la longueur 1 de la diagonale A3A4 est obtenu par une liaison vis écrou 2324 qui peut être adaptée en fonction des efforts pour que le couple délivré par le moteur 22 soit suffisant (on pourra d'ailleurs mettre en oeuvre un réducteur entre moteur 22 et vis 23). On note par ailleurs que la force nécessaire pour raccourcir la diagonale A3A4 est liée à l'effort à appliquer au berceau 5 par un coefficient trigonométrique (le cosinus du demi-angle entre les bras 20 et 21) qui réduit donc également sa valeur. La figure 2 est bien entendu très schématique et a pour seul but d'expliciter les moyens et le fonctionnement de l'invention. Cette figure ne donne pas les proportions exactes des différents organes et ne donne notamment pas les angles réels à donner au losange 15. A titre de variante il est bien entendu possible de 25 disposer le losange déformable 15 entre le vérin 12 et la tourelle 2. La figure 3 montre une telle variante. Le fonctionnement est bien entendu identique et il n'est pas nécessaire de le décrire à nouveau en détails. Les différents repères de 30 référence portés sur la figure 3 correspondent aux même éléments décrits en référence à la figure 2. L'avantage de cette variante de la figure 3 est de faciliter l'intégration d'un tel système à l'intérieur d'une tourelle en liant les éléments de précision (système de 35 pointage électrique) à la carapace de la tourelle. La figure 4 montre un autre mode de réalisation d'un dispositif de positionnement selon l'invention.

Là encore un vérin hydraulique 12 est lié par une première articulation 13 à la tourelle 2 et il est lié au berceau 5 par l'intermédiaire d'une structure comprenant un polygone déformable 15.

Le polygone 15 est ici un triangle. Une extrémité du vérin 12 est fixée à un premier sommet B1 du triangle déformable par une deuxième articulation 14 sur laquelle pivotent deux biellettes 30 et 31 qui forment deux côtés de longueur fixe du triangle déformable. Io Une première biellette 30 est fixée au berceau 5 par une troisième articulation 32 (sommet B2). Une deuxième biellette 31 est fixée par une articulation 33 sur une douille taraudée 34(sommet B3). Conformément à ce mode de réalisation le second moyen 15 moteur 22 est solidaire du :berceau 5 et son arbre de sortie entraîne en rotation une tige filetée 35 qui engrène dans la douille taraudée 34. L'extrémité de la tige filetée 35 est montée pivotante dans un pallier 36 fixé au berceau 5 et sur lequel est fixée 20 la troisième articulation 32. Ainsi la rotation de la tige filetée 35 entraînée par le second moyen moteur 22 provoque une modification de la longueur m séparant les deux sommets B2 et B3 du triangle déformable 15 (m est la base du triangle B1B2B3). 25 Les biellettes 30 et 31 étant fixées par des articulations 14,32,33 et ayant des longueurs fixes, il est clair que la modification de la longueur m conduit également à une modification de la distance d (hauteur du triangle 15), donc également de la distance D entre la tourelle 2 et le 30 berceau 5. La rotation du second moteur 22 conduit donc également à un pivotement en site S du berceau 5 sur les tourillons 8. Bien entendu, là encore, le second moteur 22 est commandé grâce à un moyen électronique 28 permettant d'assurer un 35 pilotage du pivotement angulaire du berceau 5. Le moyen électronique est couplé à un moyen de mesure du pivotement angulaire du berceau, par exemple un codeur incrémental 29 coaxial aux tourillons 8.

Le fonctionnement de ce dispositif est analogue à celui du mode de réalisation précédent. Le vérin hydraulique 12 permet d'avoir un positionnement grossier en site mais en mettant en oeuvre un moyen ayant la puissance mécanique nécessaire pour entraîner une masse oscillante à balourd élevé. Le second moteur 22 permet d'obtenir un pointage final précis grâce à la commande électrique qui permet d'avoir un positionnement en site plus précis. Comme dans le mode de réalisation précédent, la liaison vis écrou 34-35 permet de réduire l'effort demandé au moteur électrique 22 (effort pouvant être encore diminué avec un réducteur). L'effort nécessaire pour raccourcir le côté B2B3 est par ailleurs inférieur à celui nécessaire pour déplacer suivant D le sommet B1. Le triangle déformable 15 joue en effet lui aussi le rôle d'un amplificateur d'efforts. Bien entendu il est là encore possible de disposer le triangle déformable 15 entre le vérin 12 et la tourelle 2. La figure 5 montre une telle variante. Dans ce cas le moteur 22 est solidaire de la tourelle 2. Le fonctionnement est bien entendu identique et il n'est pas nécessaire de le décrire à nouveau en détails. Les différents repères de référence portés sur la figure 5 correspondent aux même éléments décrits en référence à la figure 4. L'avantage de cette variante de la figure 5 est de faciliter l'intégration d'un tel système à l'intérieur d'une tourelle en liant les éléments de précision (système de pointage électrique) à la carapace de la tourelle. Comme cela a déjà été précisé, il est bien entendu possible de mettre en oeuvre l'invention pour d'autres types d'applications que pour la commande de pivotement en site d'une artillerie. On pourra par exemple mettre en oeuvre l'invention pour tout système possédant un balourd important et nécessitant une précision de positionnement dynamique importante.35

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif (9) de positionnement angulaire d'un organe (5) monté pivotant par rapport à un axe (8) sensiblement horizontal, dispositif comprenant au moins un premier moyen moteur (12), tel un vérin, qui forme une liaison à longueur variable interposée entre un support fixe (2) et l'organe pivotant (5), dispositif caractérisé en ce que le vérin (12) est lié à l'organe (5) et/ou au support fixe (2) par l'intermédiaire d'une structure comprenant au moins un Io polygone (15) déformable par l'action d'un second moyen moteur (22), la déformation du polygone (15) conduisant à une modification de la longueur (D) de la liaison entre le support (2) et l'organe (5).

2. Dispositif de positionnement selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que le second moyen moteur (22) est un moteur électrique qui est couplé à des moyens électroniques (28) permettant d'assurer un pilotage du pivotement angulaire de l'organe (5).

3. Dispositif de positionnement selon une des 20 revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le second moyen moteur (22) est solidaire d'un sommet (A3, B2) du polygone (15) et entraîne en rotation une tige filetée (23, 35) qui s'engrène avec un écrou (24, 34) solidaire d'un autre sommet (A4, B3) du polygone (15), la rotation de la tige filetée 25 (23, 35) provoquant la déformation du polygone (15).

4. Dispositif de positionnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polygone déformable (15) est un losange, le second moyen moteur (22) étant disposé au niveau d'une diagonale (A3, A4) du losange et de façon à modifier la 30 longueur (1) de cette diagonale.

5. Dispositif de positionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une extrémité du vérin (12) est fixée au support (2) ou à l'organe (5) par l'intermédiaire d'une première articulation (13), l'autre extrémité du vérin (12) 35 étant fixée à un premier sommet (A1, A2) du polygone déformable par une deuxième articulation (14), un deuxième sommet (A2, A1) du polygone déformable (15) étant fixé à l'organe (5) ou au support (2) par une troisième articulation 12 (16), le premier et le deuxième sommets (A1, A2) du polygone (15) étant disposés de part et d'autre de la diagonale portant le second moyen moteur (22).

6. Dispositif de positionnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polygone déformable (15) est un triangle, le second moyen moteur (22) étant disposé au niveau d'une base (35) du triangle et de façon à modifier la longueur (m) de cette base.

7. Dispositif de positionnement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une extrémité du vérin (12) est fixée au support (2) ou à l'organe (5) par l'intermédiaire d'une première articulation (13), l'autre extrémité du vérin étant fixée à un premier sommet (B1) du triangle déformable par une deuxième articulation (14) sur laquelle pivotent deux biellettes (30, 31) formant deux côtés de longueur fixe du triangle déformable (15), une première biellette (30) étant par ailleurs fixée à l'organe (5) ou au support (2) par une troisième articulation (B2), le second moyen moteur (22) étant solidaire de l'organe (5) ou du support (2) et commandant le déplacement d'une douille filetée (34) sur laquelle est fixée une extrémité de la deuxième biellette (31).

8. Application du dispositif selon une des revendications 1 à 7 à la commande du pivotement d'une arme en site sur ses 25 tourillons.