BE1016357A3 - Dispositif de securite et d'armement de fusee pour munition gyrostabilisee de type roquette. - Google Patents

Abstract

La présente inventionappartient au domaine technique des fusées d'armement, et concerne plus particulièrement un dispositif de sécurité et d'armement (1) de fusée. Elle s'applique aux munitions gyrostabilisées, et en particulier aux roquettes. Elle s'applique aussi bien aux fusées à impact qu'aux fusées électroniques. L'invention consiste essentiellement à ajouter un verrou rotatif (7) à un dispositif comportant déjà un verrou inertiel (2) et un retard d'armement (11,3). Le verrou inertiel s'efface (21) en présence d'une accélération logitudinale, ce qui déclenche (20) le ratard d'armement. Le verrou rotatif s'éfface (22) à partir d'une vitesse de rotation déterminée. Toutefois, si le verrou rotatif ne s'est pas effacé après un délai déterminé à partir du déclenchement du retard d'armement, le verrou rotatif inhibe l'armement de la fusée.

Description

  Dispositif de sécurité et d'armement de fusée pour munition gyrostabilisée de type roquette
La présente invention appartient au domaine technique des fusées d'armement, et concerne plus particulièrement un dispositif de sécurité et d'armement de fusée. Elle s'applique aux munitions gyrostabilisées, et en particulier aux roquettes. Elle s'applique aussi bien aux fusées à impact qu'aux fusées électroniques.
Une fusée d'armement permet l'amorçage d'une munition ou d'un propulseur. Une fusée comporte une chaîne pyrotechnique formée de compositions pyrotechniques. Les compositions pyrotechniques sont configurées pour déclencher une réaction en chaîne lorsqu'une première composition pyrotechnique (ou détonateur) est amorcée.

   Pour éviter tout fonctionnement intempestif, une fusée comprend en outre un dispositif de sécurité et d'armement, appelé encore "Safety and Arming Device" dans la littérature anglo-saxonne. Le dispositif de sécurité et d'armement permet d'inhiber le fonctionnement de la fusée tant que des conditions de sécurité ne sont pas remplies.
On connaît par exemple un dispositif de sécurité et d'armement dans lequel le fonctionnement de la fusée est inhibé par le désalignement du détonateur. Le dispositif de sécurité et d'armement comporte un verrou inertiel et un retard d'armement. Le verrou inertiel est effacé par une force d'accélération longitudinale déterminée. La force d'accélération au départ de la munition permet d'effacer ce verrou. Le retard d'armement, de type mécanique, est déclenché par l'effacement du verrou inertiel.

   La fin du retard provoque l'alignement du détonateur, qui autorise le fonctionnement de la fusée. L'invention a pour but d'augmenter la sécurité de ce type de fusée.
A cet effet, on équipe la fusée d'un second verrou, indépendant du premier. Deux verrous sont dits indépendants s'ils sont stimulés par des environnements différents.
A cet effet, le dispositif de sécurité et d'armement comprend en outre un verrou rotatif, retenu dans une position de sécurité par un couple de rappel, ledit verrou étant configuré pour être effacé par un couple contraire généré à partir d'une vitesse de rotation déterminée du dispositif, le verrou rotatif étant configuré pour inhiber l'armement de la fusée si le verrou rotatif n'est pas effacé après un délai d'effacement déterminé à partir du déclenchement du retard d'armement,

   le délai d'effacement étant inférieur au retard d'armement.
Selon un mode de réalisation avantageux, le retard d'armement comprend:
un rotor rotatif monté autour d'un axe du dispositif, le rotor étant maintenu dans une position initiale par le verrou inertiel,
une minuterie configurée pour freiner la rotation du rotor de sa position initiale, pendant une durée donnée déterminant la fin du retard et aboutissant à l'alignement de la pyrotechnie.
Selon un mode de réalisation avantageux :

  
le verrou rotatif est équipé d'une goupille,
le rotor est équipé d'un voile, le voile présentant une découpe prévue pour recevoir la goupille lorsque le rotor est dans sa position initiale et le verrou rotatif est dans sa position de sécurité, le voile présentant une butée agencée pour que la goupille bloque le mouvement de rotation du rotor si le verrou rotatif n'est pas effacé après le délai d'effacement.
Selon un mode de réalisation avantageux, la butée est configurée de manière à agir sur la goupille pour repousser le verrou rotatif dans la position de sécurité.
Selon un mode de réalisation avantageux, le verrou rotatif est relié à un axe de rotation par un assemblage de type tribologique pour réduire les couples de friction.

   D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante présentée à titre d'illustration non limitative et faite en référence aux figures annexées, lesquelles représentent : les figures 1 et 2, un exemple de dispositif de sécurité et d'armement selon l'invention, la figure 3, une vue du dispositif de sécurité et d'armement dans laquelle le verrou inertiel n'est pas représenté, la figure 4, un exemple de réalisation d'un voile équipant le rotor, la figure 5, un schéma du bilan des couples appliqués au verrou rotatif, la figure 6, un exemple d'assemblage de type tribologique permettant de réduire les couples de frictions appliqués au verrou rotatif.
On se réfère maintenant à la figure 1 sur laquelle est représenté un dispositif de sécurité et d'armement 1 selon l'invention,

   destiné à équiper une fusée de munition. Ce dispositif comporte un verrou inertiel 2 conventionnel dont l'effacement permet de déclencher un retard d'armement. Le verrou inertiel est effacé par une force d'accélération longitudinale, qui correspond au lancement de la munition, qui peut être une roquette gyrostabilisée par exemple.
L'invention consiste essentiellement à équiper le dispositif de sécurité et d'armement d'un verrou rotatif 7 indépendant du verrou inertiel. Le verrou rotatif fait partie intégrante du dispositif de sécurité et d'armement. II est activé lorsque la vitesse de rotation de la roquette ("spin" dans la littérature anglo-saxonne) est suffisante.
On décrit le fonctionnement du dispositif. Lorsque la roquette est mise à feu, elle est immédiatement et simultanément soumise à une accélération longitudinale et à une rotation.

   La rotation peut être engendrée par des aubes localisées dans les tuyères de la roquette. On se réfère maintenant à la figure 2. Sous l'effet de l'accélération, le verrou intertiel 2 se déplace vers l'arrière comme indiqué par la flèche 21. Ce déplacement efface le verrou, ce qui déclenche le retard d'armement.
Le verrou inertiel peut être retenu en position de sécurité par un ressort 6. La force d'accélération permettant d'effacer le verrou doit être suffisante pour vaincre la force du ressort. Ainsi, le verrou ne peut être effacé que par une force d'accélération longitudinale déterminée, fonction du coefficient de raideur du ressort.
Le retard d'armement comprend par exemple un rotor excentré 3 et une minuterie 11. Le rotor est monté autour de l'axe 9 du dispositif de sécurité et armement (SAD).

   II est maintenu dans sa position initiale par le verrou inertiel, le verrou inertiel étant en position de sécurité. A cet effet, l'ergot 10 solidaire du rotor peut s'engager dans un logement pratiqué au centre du verrou 2. Dans cette position du retor, le fonctionnement de la fusée est inhibé. En pratique, le détonateur peut être placé dans le logement 4 du rotor, sa localisation étant agencée de manière à désaligner le détonateur du poste de la chaîne pyrotechnique lorsque le verrou est dans sa position initiale.
Lorsque la fusée est soumise à une accélération, le verrou 2, s'efface et permet au rotor 3 de tourner autour de son axe 9. La rotation de ce rotor est contrôlée par la minuterie 11.
La minuterie 11 est configurée pour entraîner en rotation le rotor de sa position initiale jusqu'à une position finale à la fin du retard d'armement.

   Dans la position finale, le détonateur est aligné avec le reste de la chaîne pyrotechnique, ce qui autorise le fonctionnement de la fusée. Lorsque le verrou inertiel est effacé, ce qui arrive par exemple après un temps de l'ordre de quelques millisecondes après le lancement de la roquette, le rotor se met à tourner à une vitesse imposée par la minuterie. Cette vitesse peut être de l'ordre de 65 s par exemple.
Pendant ce temps, la vitesse de rotation de la roquette autour de son axe p[pi]ncipal augmente.
On se réfère maintenant à la figure 5.

   Le verrou rotatif 7 est soumis simultanément à:
un effort axial qui engendre un couple de friction Cf,
une accélération en rotation,  une force centrifuge Fc qui agit au centre de gravité 52 du verrou et engendre un couple de rotation Ce autour de l'axe de rotation 51 du verrou 7.
Le verrou rotatif est par ailleurs retenu dans une position de sécurité par un couple de rappel Cr. Le couple de rappel peut être engendré par un ressort 50 précontraint agissant sur le verrou rotatif.

   La présence d'un couple de rappel impose un seuil qui évite toute rotation intempestive du verrou lors de manipulations ou du transport de la roquette.
On peut déterminer la condition pour que le verrou tourne autour de son axe, avec l'équation suivante:
In- = Cc + Ci-Cr-Cf<p>dt
Avec : Cr : Couple exercé par le ressort de rappel Cf :

   Couple de friction Ce Ci lp [theta]
Couple centrifuge
Couple inertiel résultant de la variation de vitesse de rotation
Moment d'inertie du verrou rotatif
Angle effectué par le verrou au temps t (nul lorsque le verrou est dans sa position initiale au temps t=0)
Le couple centrifuge Ce est le produit de la force Fc par le bras de levier rc entre le centre de gravité et l'axe de rotation du verrou :
C - Fe rc= m [omega]<2>d[lambda]d2cos(#)
Le couple inertiel Ci est le produit de la force inertielle Fi par le bras de levier ri :
Ci = Fi rt-md[lambda]d2sin(#) d[omega] dt
Avec: m : masse du verrou rotatif [omega] : vitesse de rotation de la roquette di : distance entre le centre de gravité du verrou 52 et l'axe de rotation de la roquette d2: distance entre le centre de gravité du verrou 52 et l'axe de rotation
51 du verrou rc: égal à d2cos([theta]) r, :

   égal à d2sin([theta])
Le couple inertiel Ci est négligeable. Par conséquent pour que le verrou tourne, le couple centrifuge doit vaincre la somme d'un couple de friction et du couple de rappel Cr engendré par le ressort 50. Cette condition peut se traduire par l'équation suivante:
Cc > Cr + Cf On se réfère maintenant aux figures 3 et 4. Le verrou rotatif peut être équipé d'une goupille 32 destinée à agir sur le rotor, et plus précisément sur un voile 30 dont est équipé le rotor. Le voile 30 présente une découpe 31 prévue pour recevoir la goupille lorsque le rotor est dans sa position initiale et le verrou rotatif est dans sa position de sécurité.

   La position relative du rotor et de la goupille à cet instant est représentée par une ligne portant la référence t0sur la figure 4.
Le voile présente par ailleurs une butée 33 agencée pour que la goupille bloque le mouvement de rotation du rotor si le verrou rotatif n'est pas effacé après le délai d'effacement. L'instant correspondant au délai d'effacement est représenté par une ligne portant la référence ti sur la figure 4. La butée 33 peut être réalisée directement par une forme appropriée d'une partie de la découpe 31.
Selon un mode de réalisation avantageux, la butée est configurée de manière à agir sur la goupille pour repousser le verrou rotatif dans la position de sécurité.
Le fonctionnement est le suivant. Pour sortir de la découpe 30, le verrou 3 doit pivoter d'un angle minimum. Cet angle peut être de 35[deg.] par exemple.

   Si cette rotation n'est pas suffisante à l'instant ti, le rotor repousse le verrou en position de sécurité.
En d'autres termes, la goupille 32 du verrou rotatif doit être sortie de la découpe 31 avant d'être repoussée par la butée 33, c'est à dire avant l'instant ti. L'instant ti correspond à une rotation déterminée du rotor, par exemple 25[deg.]. Le délai d'effacement correspondant, c'est à dire t to, peut être de 0,4 s.
Le verrou rotatif commence à pivoter est à partir d'une vitesse de rotation de la roquette déterminée.

   La demanderesse a effectué des essais qui ont permis de déterminer une vitesse de rotation maximale de 14 Hz en dessous de laquelle le verrou rotatif doit s'effacer (en pivotant) pour assurer un bon fonctionnement de la fusée.
Par ailleurs, le verrou rotatif ne doit pas s'effacer trop tôt afin d'assurer une sécurité (dite sécurité de bouche) tant que la roquette ne s'est pas suffisamment éloignée. Par conséquent, le second verrou ne doit pas s'effacer avant une vitesse de rotation minimale. Les essais ont permis de déterminer une vitesse de rotation minimale de 9 Hz. Le verrou peut ainsi être configuré pour s'effacer à partir d'une vitesse de rotation déterminée, cette vitesse de rotation étant comprise entre 9Hz et 14Hz. En dessous de 9Hz, le verrou ne pivote pas. Au-dessus de 14Hz, le verrou pivote.

   Bien entendu, ces valeurs sont représentatives d'un exemple d'application données. D'autres valeurs peuvent être déterminées selon les applications de l'invention.
Le fonctionnement est le suivant. Après 0,2 s le verrou rotatif pivote brusquement et sort de la découpe 31. II reste dans cette position tant que la vitesse de rotation est supérieure à 14Hz, c'est à dire au moins entre 0,2 s et 0,4 s.
Selon un mode de réalisation avantageux, le voile 30 présente une encoche 34 destinée à accueillir la goupille 32 du verrou rotatif. Lorsque la vitesse de rotation de la roquette diminue, la goupille 32 vient se loger dans l'encoche 34. Le verrou est alors à nouveau en position de sécurité. Cependant dans cette position, le verrou assure un blocage en position du rotor en position armée (détonateur aligné).

   Ceci augmente la fiabilité du système en évitant le retour en arrière du rotor.
On se réfère maintenant à la figure 6 sur laquelle est représenté un exemple d'assemblage de type tribologique. Plus les couples de friction sont faibles, plus la valeur du couple de rappel peut être élevée, ce qui renforce la fiabilité du verrou rotatif. L'assemblage tribologique représenté permet de réduire les couples de friction en réduisant les surfaces et les efforts de friction. Le verrou 7 repose sur une bille 64 située dans le prolongement d'un axe 51 autour duquel pivote le verrou. Un premier point de contact 61 est assuré entre la bille 64 et le verrou 7. Un second point de contact 62, diamétralement opposé au premier 61 , est assuré entre la bille 64 et une extrémité de l'axe 51.

   La bille permet ainsi d'assurer des contacts ponctuels, ce qui réduit les surfaces de frottement.
Par ailleurs, une surface de contact ou des points de contacts 66, 63 sont assurés entre l'axe et le verrou pour assurer un auto-alignement.
Le verrou peut en outre comporter une goupille de retenue 65, dont la fonction est de retenir le verrou monté sur l'axe. Lorsque la roquette est lancée, la force d'accélération fait reposer le verrou sur la bille 64.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de sécurité et d'armement pour fusée comprenant au moins:

un verrou inertiel (2), ledit verrou étant configuré pour être effacé par une force d'accélération longitudinale déterminée,

un retard d'armement (11 , 3), relié mécaniquement au verrou inertiel pour être déclenché par l'effacement du verrou inertiel, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre:

un verrou rotatif (7), retenu dans une position de sécurité par un couple de rappel, ledit verrou étant configuré pour être effacé par un couple contraire généré à partir d'une vitesse de rotation déterminée du dispositif, le verrou rotatif étant configuré pour inhiber l'armement de la fusée si le verrou rotatif n'est pas effacé après un délai d'effacement déterminé à partir du déclenchement du retard d'armement, le délai d'effacement étant inférieur au retard d'armement.

2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le retard d'armement comprend:

un rotor (3) monté rotatif autour d'un axe du dispositif, le rotor étant maintenu dans une position initiale par le verrou inertiel, une minuterie (11) configurée pour réguler la rotation du rotor de sa position initiale jusqu'à une position finale à la fin du retard d'armement.

3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel: le verrou rotatif est équipé d'une goupille (32),

le rotor est équipé d'un voile (30), le voile présentant une découpe (31) prévue pour recevoir la goupille lorsque le rotor est dans sa position initiale et le verrou rotatif est dans sa position de sécurité, le voile présentant une butée (33) agencée pour que la goupille bloque le mouvement de rotation du rotor si le verrou rotatif n'est pas effacé après le délai d'effacement.

4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel la butée est configurée de manière à agir sur la goupille pour repousser le verrou rotatif dans la position de sécurité.

5. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le verrou rotatif est relié à un axe de rotation par un assemblage de type tribologique (64, 63, 66) pour réduire les couples de friction.

6. Fusée comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.

7. Munition comportant une fusée équipée d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.