FR3028099A1 - Dispositif d'orientation d'un element mobile du type plateau d'antenne - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif (10) d'orientation d'un élément mobile, comportant : un bâti (12), un élément (16) mobile par rapport au bâti, au moins trois articulations (22, 46, 48) reliées à l'élément mobile, et au moins deux actionneurs linéaires (26, 28) comprenant chacun un corps (30, 32) et une tige (34, 36) mobile, une première extrémité de chaque tige étant reliée à l'une des trois articulations, chaque corps étant monté en rotation (38, 40) sur le bâti. Deux des actionneurs linéaires sont des moteurs linéaires à tige traversante et une seconde extrémité (50, 52) de chaque tige est apte à se déplacer à l'intérieur d'une cavité (42, 44) ménagée dans le bâti.

Description

Dispositif d'orientation d'un élément mobile du type plateau d'antenne La présente invention concerne un dispositif d'orientation d'un élément mobile, du type comportant : un bâti comprenant une première surface externe ; un élément mobile par rapport au bâti, ledit élément mobile comprenant une deuxième surface externe disposée en vis-à-vis de la première surface externe ; au moins trois articulations reliées à la deuxième surface externe de l'élément mobile ; et au moins deux actionneurs linéaires, chacun desdits actionneurs linéaires comprenant un corps et une tige mobile à l'intérieur dudit corps, une première extrémité de la tige de chacun desdits actionneurs linéaires étant reliée à l'une desdites trois articulations, le corps de chacun desdits actionneurs linéaires étant monté en rotation sur le bâti. L'invention s'applique particulièrement aux radars aéroportés de projectiles guidés. L'invention peut être utilisée plus généralement dans les applications optroniques et radars, ainsi que dans tout domaine nécessitant l'orientation angulaire d'un élément mobile.

Les radars aéroportés comportent une antenne supportée par un plateau. Ledit plateau est mobile en rotation selon trois degrés de liberté, afin d'orienter l'antenne dans toutes les directions angulaires possibles. Les solutions existantes pour la rotation du plateau d'antenne sont basées sur l'utilisation de moteurs rotatifs et de mécanismes de transmission du mouvement rotatif vers le plateau. Ce type de système présente des limitations telles que l'encombrement, la complexité de certaines pièces mécaniques, la masse des motorisations et le coût global. Il est connu du document US 2013-0169495 de faire pivoter une antenne au sol, au moyen de deux actionneurs linéaires. Un dispositif tel que décrit dans le document US 2013-0169495 est toutefois difficile à adapter à un système embarqué, en raison de l'encombrement et des contraintes mécaniques de ce type d'actionneurs. La présente invention a pour but de proposer un dispositif d'orientation d'un élément mobile avec plusieurs degrés de liberté, une dynamique élevée et précise, ainsi qu'un débattement angulaire assez important.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'orientation du type précité, dans lequel deux des actionneurs linéaires sont des moteurs linéaires à tige traversante, et une seconde extrémité de la tige de chacun desdits moteurs linéaires à tige traversante est apte à se déplacer à l'intérieur d'une cavité ménagée dans le bâti et ouvrant sur la première surface externe.

Un moteur linéaire est un moteur électrique de type asynchrone dont le « rotor » a été « déroulé », de sorte qu'au lieu de produire un couple, il produise une force linéaire sur sa longueur en installant un champ électromagnétique de déplacement. Le terme « moteur linéaire à tige traversante » indique que le moteur comporte un corps et une tige mobile en translation à l'intérieur du corps, chacune des deux extrémités de la tige étant située à l'extérieur du corps. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le dispositif d'orientation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniques possibles : - l'une des trois articulations reliées à la deuxième surface externe est également reliée à un mât solidaire du bâti et s'étendant entre les première et deuxième surfaces externes ; - le dispositif comprend trois actionneurs linéaires, chacun desdits actionneurs linéaires comprenant un corps et une tige mobile à l'intérieur dudit corps, une première extrémité de la tige de chacun desdits actionneurs linéaires étant reliée à l'une des trois articulations reliées à la deuxième surface externe, le corps de chacun desdits actionneurs linéaires étant monté en rotation sur le bâti ; - tous les actionneurs linéaires sont des moteurs linéaires à tige traversante, et une seconde extrémité de la tige de chaque moteur linéaire à tige traversante est apte à se déplacer à l'intérieur d'une cavité ménagée dans le bâti et ouvrant sur la première surface externe ; - le dispositif comprend des moyens de mise en mouvement des tiges par rapport aux corps en fonction d'un basculement souhaité de la deuxième surface externe de l'élément mobile par rapport à la première surface externe du bâti ; - l'élément mobile est un plateau d'antenne. L'invention se rapporte en outre à un radar aéroporté comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus, une antenne dudit radar aéroporté étant supportée par le plateau d'antenne, les moyens de mise en mouvement étant reliés à ladite antenne afin de déplacer les tiges par rapport aux corps en fonction d'un basculement souhaité de ladite antenne par rapport à la première surface externe du bâti. L'invention se rapporte en outre à un projectile comprenant un radar aéroporté tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : la figure 1 est une vue partielle, en perspective, d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue schématique partielle, en perspective, d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une vue schématique d'un élément du dispositif de la figure 2; les figures 4 et 5 sont des vues schématiques du dispositif de la figure 2, de face, dans deux configurations différentes. Le dispositif d'orientation 10 représenté à la figure 1 est un dispositif pour radar aéroporté, destiné à équiper l'avant d'un projectile guidé (non représenté).

On considère une base orthonormée (X, Y, Z), un axe principal du projectile guidé étant parallèle à la direction X. Le dispositif 10 comprend un bâti 12, solidaire du projectile guidé. Le bâti 12 comprend une première surface externe 14, sensiblement disposée dans un plan (Y, Z). Le dispositif 10 comprend en outre un plateau d'antenne 16. Le plateau 16 supporte une antenne radar 17 du radar aéroporté équipé du dispositif 10. Le plateau d'antenne 16 a sensiblement la forme d'un cylindre aplati, de base circulaire. En variante, la base du cylindre est polygonale, par exemple carrée. Le plateau d'antenne 16 comprend une deuxième surface externe 18, ayant sensiblement la forme d'un disque et située à l'opposé de l'antenne 17, en vis-à-vis de la première surface externe 14 du bâti 12. Dans la configuration du dispositif 10 représentée à la figure 1, la deuxième surface externe 18 est sensiblement disposée dans un plan (Y, Z). Le dispositif 10 comprend en outre un mât 20, disposé selon la direction X. Une première extrémité du mât 20 est fixée à la surface externe 14 du bâti 12. Une deuxième extrémité du mât 20 est reliée à la surface 18 du plateau d'antenne 16, par l'intermédiaire d'une première articulation 22. La première articulation 22 comprend trois degrés de liberté en rotation et est par exemple de type liaison rotule. Préférentiellement, le mât 20 et la première articulation 22 sont situés sur un axe 24 parallèle à X. Ledit axe 24 passe par un centre du disque formé par la surface 18 du plateau d'antenne 16.

Le dispositif 10 comprend en outre deux actionneurs linéaires 26, 28. Chacun des actionneurs linéaires 26, 28 comprend un corps 30, 32, ainsi qu'une tige 34, 36 mobile à l'intérieur dudit corps 30, 32. Dans la configuration de la figure 1, les deux actionneurs linéaires 26, 28 sont disposés selon X, symétriquement par rapport à un plan (X, Z) passant par l'axe 24. Une disposition non symétrique est également possible.

Les corps 30, 32 sont reliés au bâti 12 par des liaisons 38, 40 de type joints de cardan. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les corps 30, 32 sont partiellement disposés à l'intérieur de cavités 42, 44, ménagées dans le bâti 12 et ouvrant sur la première surface externe 14. Une première extrémité de chacune des tiges 34, 36 est reliée à la surface 18 du plateau d'antenne 16, par l'intermédiaire de deuxième et troisième articulations 46, 48.

Les deuxième et troisième articulations 46, 48 comprennent trois degrés de liberté en rotation et sont par exemple de type liaison rotule. Les actionneurs linéaires 26, 28 sont des moteurs linéaires à tige traversante. Plus précisément, une seconde extrémité 50, 52 de chacune des tiges 34, 36 est apte à se déplacer à l'extérieur du corps 30, 32, dans un espace 54 situé à l'intérieur du bâti 12.

A titre d'exemple, les moteurs linéaires à tige traversante sont des servomoteurs linéaires comportant un corps sous forme d'un stator fixe avec une bobine à 3 phases, ainsi qu'une tige sous forme d'un tube de précision contenant des aimants permanents. De tels servomoteurs linéaires, disponibles commercialement, permettent une dynamique très importante du plateau d'antenne 16.

La figure 2 représente de manière schématique un dispositif d'orientation 60, analogue au dispositif 10 de la figure 1 et également destiné à équiper l'avant d'un projectile guidé. Les éléments communs aux dispositifs 10, 60 sont désignés ci-après par les mêmes numéros de référence. Comme précédemment, on considère une base orthonormée (X, Y, Z), un axe principal du projectile guidé étant parallèle à la direction X.

Le dispositif 60 comprend un bâti 12, solidaire du projectile guidé. Le bâti 12 comprend une première surface externe 14, sensiblement disposée dans un plan (Y, Z). Le dispositif 60 comprend en outre un plateau d'antenne 16, représenté en pointillés. Le plateau 16 supporte une antenne radar (non représentée) du radar aéroporté équipé du dispositif 60. Ladite antenne est similaire à l'antenne 17 de la figure 1. Le plateau d'antenne 16 comprend une deuxième surface externe 18, située à l'opposé de l'antenne et en vis-à-vis de la première surface externe 14 du bâti 12. La deuxième surface externe 18 a sensiblement la forme d'un disque centré sur un axe 24 parallèle à X. Le dispositif 60 comprend en outre trois actionneurs linéaires 62, 64, 66. Chacun des actionneurs linéaires 62, 64, 66 comprend un corps 68, 70, 72, ainsi qu'une tige 74, 76, 78 mobile à l'intérieur dudit corps 68, 70, 72. Les corps 68, 70, 72 sont reliés au bâti 12 par des liaisons 80, 82, 84 de type joints de cardan. Une première extrémité des tiges 74, 76, 78 est reliée à la surface 18 du plateau d'antenne 16, par l'intermédiaire de trois articulations 86, 88, 90 de type liaison rotule.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, les trois articulations 86, 88, 90 forment un triangle équilatéral centré sur l'axe 24. Une telle disposition permet d'équilibrer le plateau d'antenne 16. Cependant, d'autres dispositions sont également possibles. Dans la configuration du dispositif 60 représentée à la figure 2, les tiges des trois actionneurs linéaires 62, 64, 66 sont disposées parallèles à X. De plus, deux articulations 86 et 90 correspondant respectivement au premier et au troisième actionneurs 62 et 66, sont alignées parallèlement à Y. Dans le mode de réalisation de la figure 2, les corps 68, 70, 72 sont disposés entre la première surface externe 14 du bâti 12 et la deuxième surface externe 18 du plateau d'antenne 16 ; les liaisons 80, 82, 84 de type joints de cardan sont disposées à une extrémité des corps 68, 70, 72. De même que dans le mode de réalisation de la figure 1, les actionneurs linéaires 62, 64, 66 sont des moteurs linéaires à tige traversante. Une seconde extrémité 92, 94, 96 de chacune des tiges 74, 76, 78 est apte à se déplacer à l'intérieur d'une cavité 98, 100, 102, ménagée dans le bâti 12 et ouvrant sur la première surface externe 14. Les dispositifs 10 et 60 comprennent en outre un module de contrôle des actionneurs linéaires. A titre d'exemple, un module 110 destiné au contrôle des actionneurs 62, 64, 66 du dispositif 60 est représenté schématiquement à la figure 3. Le module 110 comporte typiquement une mémoire de programme dans laquelle est mémorisé un programme 112 mettant en oeuvre différentes étapes d'un algorithme. Le module 110 est apte à communiquer avec l'antenne 17 supportée par le plateau d'antenne 16. Par ailleurs, le module 110 est apte à déclencher la mise en mouvement des actionneurs 62, 64, 66, c'est-à-dire le déplacement des tiges 74, 76, 78 par rapport aux corps 68, 70, 72.

Un procédé de fonctionnement des dispositifs 10 et 60 va maintenant être décrit en relation avec les figures 4 et 5, représentant schématiquement le dispositif 60 en vue de face, dans deux configurations différentes. La figure 4 représente le dispositif 60 dans la même configuration qu'à la figure 2, le plateau d'antenne 16 et l'antenne 17 étant disposés dans un plan (Y, Z).

Dans une première étape du procédé, le module 110 reçoit des informations de l'antenne 17; à partir de ces informations, le module 110 calcule des instructions pour une réorientation dans l'espace du plateau d'antenne 16. D'une manière générale, la réorientation peut conduire à n'importe quelle position angulaire du plateau d'antenne 16 par rapport aux directions Y et Z. Dans l'exemple représenté à la figure 5, la réorientation consiste en un basculement du plateau d'antenne 16 selon un angle a dans un plan (X, Y).

Le programme 112 commande alors un déplacement de la tige 74 du premier actionneur 62 vers l'intérieur du bâti 12, ainsi qu'un déplacement de la tige 78 du troisième actionneur 66 vers l'extérieur du bâti 12, de manière à effectuer un tel basculement du plateau d'antenne 16. Comme visible à la figure 5, un tel déplacement des tiges 74, 78 entraîne une inclinaison des corps 68, 72 par rapport à la surface externe 14 du bâti 12. Un angle a maximal de basculement autorisé du plateau d'antenne 16 correspond notamment à une course maximale des tiges dans les corps des actionneurs. Par exemple, comme visible à la figure 5, l'angle a maximal est atteint lorsque l'extrémité 96 de la tige 78 du troisième actionneur 66 atteint une extrémité du corps 72, située au niveau de la surface externe 14 du bâti 12. Dans le cas décrit ci-dessus, la réorientation du plateau d'antenne 16 ne nécessite pas de déplacement de la tige 76 du deuxième actionneur 64. Ladite tige 76 conserve sa position selon la direction X. Le dispositif 10 de la figure 1 fonctionne de manière similaire, le mât 20 remplaçant le deuxième actionneur 64. D'une manière générale, la réorientation peut cependant conduire les trois tiges 74, 76, 78 à changer de position simultanément. Le programme 112 permet d'atteindre toutes les combinaisons possibles des positions tige/corps pour les actionneurs 26, 28 de la figure 1 ou 62, 64, 66 de la figure 2, dans la limite de la course de chaque tige à l'intérieur de chaque corps d'actionneur. Deux tiges peuvent se déplacer simultanément dans une même direction, par exemple vers l'intérieur du bâti 12, ou dans des directions opposées. Ces différentes combinaisons permettent au plateau d'antenne 16 d'adopter n'importe quelle orientation angulaire dans les plans (X, Y) et (X, Z) passant par l'axe 24, dans la limite de l'angle a d'inclinaison maximale.

L'utilisation de moteurs à tige traversante en tant qu'actionneurs permet à la seconde extrémité des tiges de se déplacer à l'intérieur du bâti 12, et non uniquement à l'extérieur. L'amplitude du débattement possible de l'antenne est ainsi augmentée par rapport à des actionneurs à tiges non traversantes, telles que des vérins. De plus, les moteurs à tige traversante assurent une dynamique très élevée du plateau d'antenne 16.

Par ailleurs, un tel dispositif a un comportement auto-inertiel ; en d'autres termes, suite à un basculement du plateau d'antenne 16 tel que décrit ci-dessus, la position dudit plateau d'antenne est sensiblement conservée indépendamment du mouvement d'un projectile dont est solidaire le bâti 12. Les tiges des moteurs linéaires sont, aux frottements près, libres de coulisser à l'intérieur du corps du moteur fixé sur le bâti. Dans les dispositifs connus de l'art antérieur, les frottements entre le corps et la tige des actionneurs est beaucoup plus important.

Ainsi, dans le dispositif décrit ci-dessus, le mouvement du bâti n'influe pas sur le mouvement des tiges, donc sur celui du plateau d'antenne. En particulier, lors du déplacement du projectile, la direction principale X dudit projectile est en général sensiblement horizontale. La gravité s'applique donc sur les tiges 34, 36 ou 74, 76, 78 de manière sensiblement transversale et ne conduit pas à leur coulissement dans les corps 30, 32 ou 68, 70, 72. Selon la configuration souhaitée du dispositif 10 ou 60, les corps des actionneurs sont situés à l'extérieur du bâti 12, comme à la figure 2, ou partiellement ou totalement situés à l'intérieur du bâti 12, comme à la figure 1. Il est ainsi possible de positionner la surface 18 du plateau d'antenne à plus ou moins grande distance de la surface externe 14 du bâti. Selon une variante (non représentée) au mode de réalisation de la figure 2, deux des actionneurs linéaires 62, 64, 66 sont des moteurs linéaires à tige traversante et le troisième actionneur linéaire est un autre type d'actionneur, par exemple un vérin.

Selon d'autres variantes de l'invention, le dispositif comprend un mât et au moins trois actionneurs linéaires, ou encore au moins quatre actionneurs linéaires. De préférence, les actionneurs linéaires sont disposés de manière régulière autour de l'axe 24 afin d'équilibrer le plateau d'antenne.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1.- Dispositif (10, 60) d'orientation d'un élément mobile, comportant : - un bâti (12), comprenant une première surface externe (14) ; - un élément (16) mobile par rapport au bâti, ledit élément mobile comprenant une deuxième surface externe (18) disposée en vis-à-vis de la première surface externe ; - au moins trois articulations (22, 46, 48, 86, 88, 90) reliées à la deuxième surface externe de l'élément mobile ; et - au moins deux actionneurs linéaires (26, 28, 62, 64, 66), chacun desdits actionneurs linéaires comprenant un corps (30, 32, 68, 70, 72) et une tige (34, 36, 74, 76, 78) mobile à l'intérieur dudit corps, une première extrémité de la tige de chacun desdits actionneurs linéaires étant reliée à l'une desdites trois articulations, le corps de chacun desdits actionneurs linéaires étant monté en rotation (38, 40, 80, 82, 84) sur le bâti, caractérisé en ce que : - deux desdits actionneurs linéaires (26, 28, 62, 64, 66) sont des moteurs linéaires à tige traversante, - une seconde extrémité (50, 52, 92, 94, 96) de la tige de chacun desdits moteurs linéaires à tige traversante est apte à se déplacer à l'intérieur d'une cavité (42, 44, 98, 100, 102) ménagée dans le bâti et ouvrant sur la première surface externe.
2. 2.- Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel l'une (22) des trois articulations reliées à la deuxième surface externe est également reliée à un mât (20) solidaire du bâti et s'étendant entre les première et deuxième surfaces externes.
3. 3.- Dispositif (60) selon la revendication 1, comprenant trois actionneurs linéaires (62, 64, 66), chacun desdits actionneurs linéaires comprenant un corps (68, 70, 72) et une tige (74, 76, 78) mobile à l'intérieur dudit corps, une première extrémité de la tige de chacun desdits actionneurs linéaires étant reliée à l'une des trois articulations (86, 88, 90) reliées à la deuxième surface externe, le corps (68, 70, 72) de chacun desdits actionneurs linéaires étant monté en rotation sur le bâti.
4. 4.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel : - tous les actionneurs linéaires sont des moteurs linéaires à tige traversante,- une seconde extrémité de la tige de chaque moteur linéaire à tige traversante est apte à se déplacer à l'intérieur d'une cavité ménagée dans le bâti et ouvrant sur la première surface externe.
5. 5.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant des moyens (110, 112) de mise en mouvement des tiges par rapport aux corps en fonction d'un basculement souhaité de la deuxième surface externe de l'élément mobile par rapport à la première surface externe du bâti.
6. 6.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément mobile est un plateau d'antenne (16).
7. 7.- Radar aéroporté comprenant un dispositif selon la revendication 5 prise en combinaison avec la revendication 6, une antenne (17) dudit radar aéroporté étant supportée par le plateau d'antenne (16), les moyens (110, 112) de mise en mouvement étant reliés à ladite antenne afin de déplacer les tiges par rapport aux corps en fonction d'un basculement souhaité de ladite antenne par rapport à la première surface externe du bâti.
8. 8.- Projectile comprenant un radar aéroporté selon la revendication 7.