Sous-munition à effet dirigé

La présente invention concerne une munition à effet dirigé destinée à être lancée, au moyen d'un vecteur, au-dessus d'une zone contenant une cible, cette munition comportant une tête militaire constituée d'une charge formée et d'un dispositif de détection actionnant un dispositif de mise à feu.

L'invention concerne en particulier une sous-munition destinée à être projetée au moyen d'une mine ou d'un vecteur, ce dernier étant lui-même lancé par un aéronef ou une pièce d'artillerie, de telle manière que la sous-munition soit animée d'une vitesse de translation v d'axe V sensiblement vertical et d'une vitesse de rotation r sensiblement autour du même axe.

On connaît un tel système d'arme d'après le brevet US-4 858 532. L'axe du dispositif de détection est incliné d'environ 30° par rapport à l'axe de rotation de la sous-munition, de sorte que, au cours du mouvement descendant d'une telle sous-munition, la fraction de surface couverte par le dispositif détecteur à un instant donné se déplace en spirale sur la zone, accroissant ainsi la probabilité de détection de la cible.

Lorsque la cible est détectée, un signal produit le déclenchement de la charge formée, laquelle agit verticalement de haut en bas, alors que la sous-munition se trouve dans une partie sensiblement verticale descendante de sa trajectoire, mais on peut observer qu'une tête militaire de ce type pourrait fonctionner aussi bien en trajectoire ascendante, comme dans le cas de la première partie de la trajectoire d'une sous-munition lancée par une mine terrestre.

Un tel système présente l'intérêt de pouvoir engager des cibles à distance, sans nécessiter de guidage et grâce à des moyens de détection simples.

Mais il présente des inconvénients importants résultant, en premier lieu, de l'imprécision de la détection, car l'apparition d'un signal de détection signifie seulement qu'une partie au moins de la cible est à l'intérieur du cône de détection, et en second lieu, de causes d'erreurs bien connues liées aux composantes de la vitesse de la sous-munition v et r.

Pour bien faire ressortir les inconvénients de la technique connue, on décrira plus loin les principes de mise en oeuvre d'une telle technique en se référant aux figures 1 à 5 des dessins annexés.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des sous-munitions connues et de proposer une sous-munition permettant de réduire sensiblement l'imprécision de tir résultant des vitesses de translation et de rotation imprimées à la sous-munition, et cela par des moyens simples relativement peu coûteux et peu encombrants.

La présente invention a pour objet une sous-munition à effet dirigé destinée à se déplacer, avant d'être mise à feu, suivant une trajectoire sensiblement verticale d'axe V au-dessus d'une région contenant une cible, et à avoir en un point de la trajectoire une vitesse de translation selon l'axe V et une vitesse de rotation par rapport audit axe, cette sous-munition comportant une charge formée d'axe D formant un angle aigu t avec l'axe V, un dispositif de détection qui présente un axe de détection d formant avec l'axe D un angle u et qui comporte des moyens pour détecter une cible et des moyens pour déclencher la charge formée, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre:

• des moyens pour déterminer à tout instant la vitesse de translation v et/ou l'altitude H de la sous-munition par rapport à la région contenant la cible ;
• des moyens de calcul pour calculer en fonction de v et/ou de H une valeur u_i, choisie parmi un ensemble de valeurs possibles de l'angle u, permettant de minimiser un écart e existant entre la position d'une cible détectée à l'instant considéré et le point d'impact de la charge militaire si celle-ci était déclenchée audit instant ;
• des moyens pour donner ladite valeur u_i à l'angle u entre l'axe de détection d et l'axe D.

Grâce au dispositif de l'invention, il devient possible, par des moyens simples d'accroître sensiblement la précision de la détection puisque, par une disposition appropriée des axes de détection correspondant aux divers angles u_i, on peut corriger dans une large mesure les sources d'imprécision des sous-munitions connues.

Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la sous-munition est caractérisée en ce que les moyens de calcul comportent des moyens pour comparer la valeur minimale dudit écart obtenue pour ledit angle à un seuil et pour interdire le déclenchement de la charge militaire en cas de détection d'une cible si l'écart minimal est supérieur audit seuil.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif de détection comprend au moins deux unités de détection et peut comporter au moins deux capteurs, associés à une optique unique et disposés de manière à définir des axes de détection d'orientations différentes, ces capteurs étant susceptibles d'être activés individuellement.

Selon un autre aspect de l'invention, les différentes unités de détection sont constituées par un même capteur auquel peut être associée une optique d'un groupe de plusieurs optiques.

Selon un autre aspect de l'invention, les détecteurs sont du type infrarouge ou à ondes millimétriques.

Selon encore un autre aspect de l'invention, appliquée à une sous-munition destinée à être lancée depuis le sol avec un mouvement sensiblement vertical vers le haut avant de redescendre sensiblement verticalement, la sous-munition comporte deux unités de détection ayant l'une une orientation moyenne pour la phase ascensionnelle et l'autre une orientation moyenne pour la phase de retombée, et des moyens pour reconnaître la transition entre la première et la seconde phase et pour activer dans chaque phase l'unité de détection appropriée.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description que l'on va donner maintenant, à titre non limitatif, de modes de réalisation de cette invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:

• la figure 1 est une vue d'ensemble schématique en perspective montrant une sous-munition à charge formée classique à proximité de la zone de tir;
• la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une sous-munition à charge formée classique munie d'un dispositif détecteur;
• la figure 3 est un schéma représentant schématiquement l'écart d'impact, lié au délai détection-allumage, imputable à la seule vitesse de rotation de la charge formée;
• les figures 4 et 5 représentent schématiquement l'écart d'impact lié au délai détection-allumage imputable à la vitesse de translation verticale de la charge formée, respectivement en trajectoire ascendante et en trajectoire descendante;
• les figures 6 et 7 représentent schématiquement deux modes de réalisation de l'invention dans lesquels le dispositif de détection comprend respectivement une barrette de quatre capteurs et deux barrettes symétriques de deux capteurs chacune;
• la figure 8 est une vue schématique analogue à la figure 1, mais dans le cas d'une sous-munition conforme à l'invention selon la variante de réalisation de la figure 6;
• les figures 9 à 11 sont des schémas donnant des exemples d'organigrammes de calculs que l'on peut mettre en oeuvre, dans des dispositifs conformes à l'invention.

Sur les figures 1 à 5, relatives à une sous-munition classique, on distingue une sous-munition 1 comportant une charge formée 2 qui se déplace avec une vitesse de translation v selon un axe sensiblement vertical V, et une vitesse de rotation r autour d'un axe sensiblement confondu avec V, au voisinage d'un plan 3 contenant une cible 5, telle qu'un véhicule terrestre.

La charge formée 2 présente une symétrie de révolution autour d'un axe D faisant un angle t avec l'axe V. Un détecteur 7, d'axe de détection d sensiblement parallèle à l'axe D, peut agir sur un allumeur 8 placé à l'arrière de la charge formée 2. L'axe de détection d tourne autour de l'axe V en balayant une surface dont l'intersection avec la plan 3 contenant la cible 5 forme une spirale 9. La détection s'opère dans un angle solide d'axe d, s'appuyant dans le plan 3 sur une surface 4. On a représenté sur la figure 1 une spirale 10, englobant en quelque sorte la spirale 9, et correspondant à l'enveloppe dans le plan 3 du contour de la surface 4 de détection instantanée.

La figure 3 schématise l'écart de point d'impact résultant de la seule rotation de la charge. Le plan de la figure 3 est parallèle au plan de la cible, supposé horizontal. Le cercle C de centre O est le lieu des points détectés (intersection entre l'axe de détection d et le sol), le cercle C' est le lieu des points d'impact avec le sol. La cible se trouvant au point M est détectée au temps t₀ et le tir est déclenché au temps t₁ (t₁ - t₀ = a, correspondant au temps de calcul).

Soit r la vitesse de rotation de la charge et n la distance entre le centre de gravité du revêtement de la charge génératrice de noyau et l'axe de rotation V.

L'angle s1 est égal à r.a et il est induit par la rotation de la charge pendant le temps de calcul. Il fait correspondre au point M un point M" sur le cercle C.

L'angle s2 est égal à arctg (n.r/Vnoy.sin t), Vnoy étant la vitesse supposée constante du noyau après le tir. Cet angle est induit par la vitesse d'entraînement n.r de la charge sur la vitesse du noyau. Il fait correspondre au point M" un point M' du cercle C'. L'erreur totale est égale à MM'.

L'erreur angulaire due à s = s1+s2 est constante dans le temps et toujours dans le même sens. Ainsi le point d'impact est toujours en avant du point détecté dans le sens de rotation. On peut donc avec un décalage fixe de l'axe de détection par rapport à l'axe de la charge compenser cette erreur et ramener l'erreur totale au simple écart M1M' (M1 étant le point du cercle C décalé du point M d'un angle s).

Cependant il reste à corriger l'erreur M1M'.

L'angle s étant constant, la compensation de l'écart pourrait s'opérer en décalant vers l'avant l'axe de détection d d'une valeur égale, mais il resterait à compenser l'erreur M₁M'.

Pour ce qui concerne l'écart d'impact dû à la vitesse de translation sensiblement verticale v de la charge, on va d'abord donner ci-après un ordre de grandeur des valeurs numériques que l'on rencontre habituellement avec ce genre de sous-munition:

• v = 50 m/s
• vitesse du noyau généré par la charge,
  
  

  Vcgn = 2000 m/s

• t = 30°.
• distance de la cible = 100 m
• durée séparant l'instant de détection de l'instant de déclenchement de la charge :
  
  

  a = 0,5 ms

• écart de point d'impact: 1,4 m.

De plus cette erreur dépend du sens du mouvement de la sous-munition. En montée, l'impact se trouve déporté vers l'extérieur de la spirale, et en descente, l'impact se trouve déporté vers l'intérieur de la spirale.

On a schématisé l'écart d'impact sur la figure 4 dans le cas d'une trajectoire ascendante, de la charge, l'axe Z représentant l'axe vertical et l'axe R représentant l'axe des distances radiales du point d'impact désigné ici par P.

Pour une durée a, le point Q symbolisant la position de la charge se déplace de a x v et passe en Q₁. En décalant systématiquement la position du détecteur on pourrait apporter de manière simple une première correction en passant de P en P₁, la droite Q₁P₁ étant parallèle à QP, mais il subsisterait une erreur P₁P'.

Toutefois, une telle correction serait néfaste pour la phase descendante, comme le montre la figure 5, car elle accroitrait d'autant l'écart PP".

Les figures 6 à 11 sont relatives à un mode de réalisation de l'invention s'appliquant à une charge formée analogue à celle de la figure 2, mais permettant de s'affranchir dans une large mesure des inconvénients explicités ci-dessus.

Le dispositif de détection comprend une barrette de quatre capteurs ou détecteurs 21 à 24 disposés radialement par rapport à l'axe D de la charge formée. A ces détecteurs est associée une optique unique 26 définissant avec chacun d'eux des axes de détection respectifs d₁ à d₄, auxquels correspondent des angles respectifs u₁ à u₄ avec l'axe d, parallèle à l'axe D de la charge formée 2. En d'autres termes, l'angle u_i peut prendre ici quatre valeurs u_i = u₁ , u₂ , u₃, u₄ correspondant respectivement aux axes de détection d_i = d₁, d₂, d₃, d₄. Aux axes de détection d₁ à d₄ correspondent des pinceaux de détection de traces respectives 11 à 14 sur le plan de la cible (voir figure 8).

On a schématisé en 28 un moyen d'obtention de la vitesse de translation V, connu en soi et constitué dans le cas présent par un accéléromètre, un convertisseur analogique/numérique et des intégrateurs en série. On pourrait utiliser un télémètre pour fournir la donnée de base constituée par la distance verticale au sol, à partir de laquelle il est aisé de remonter à la valeur de la vitesse v dès que l'on connaît approximativement la cinématique de la trajectoire de la sous-munition.

On a également représenté schématiquement en 29 les moyens de calculs de la sous-munition. Ces moyens opèrent dans des conditions qui seront précisées plus loin, lors de la description du fonctionnement de la sous-munition en référence aux figures 9 à 11.

La figure 7 représente une variante du dispositif de la figure 6 dans laquelle les détecteurs 21 à 24 sont répartis de manière sensiblement symétrique par rapport à l'axe D de la charge formée. Une optique 26 est ici nécessaire pour chaque couple de détecteurs 21, 22 et 23, 24. Bien entendu, les distances des deux optiques 26 à l'axe D doivent être adaptées afin que les zones élémentaires de détection 11 à 14 soient correctement disposées (figure 8).

Le fonctionnement des moyens de calcul de la sous-munition est le suivant (voir figures 9 à 11).

A chaque instant on connaît la vitesse v, soit indirectement à partir de la mesure de l'altitude au-dessus du sol, symbolisée en 31, soit directement par le moyen 28 (voir figure 9). Pour chaque valeur de v on détermine la valeur de u_i la mieux adaptée pour déclencher le tir, par le circuit 30. Si aucune valeur de u_i ne convient on interdit le tir, sinon on sélectionne l'axe correspondant d_i par le circuit 32. Si une cible est détectée par cet axe, le circuit 35 transmet le signal de déclenchement de tir au circuit 38. Sinon, on remonte à un nouveau calcul de la vitesse v.

Le choix de la valeur de u_i la mieux adaptée pour déclencher le tir peut consister à calculer l'écart de point d'impact pour chaque u_i et à retenir la valeur qui minimise cet écart et qui soit inférieure à un seuil u_s. Ce mode de fonctionnement correspondant au diagramme de la figure 10.

A partir de v, on calcule en 33 l'écart de point d'impact MM', soit l'erreur totale imputable à la fois à la rotation et à la vitesse verticale (voir figures 3 et 8), pour chaque valeur de l'angle u_i; et on recense en 34 les valeurs u_i donnant un écart inférieur au seuil prédéterminé. Si aucune valeur ne convient, on interdit le tir, sinon on sélectionne en 36 la valeur u_i qui donne l'écart minimal, puis on active en 37 la direction de détection d_i correspondante, et si une cible est détectée le tir est déclenché en 38. Sinon on revient au point de départ en 28 avec la détermination d'une nouvelle valeur de la vitesse v.

Un autre mode de réalisation peut consister (voir figure 11) à définir a priori plusieurs gammes de vitesses, par exemple quatre gammes limitées par v₁, v₂, v₃, v₄, v₅, auxquelles on associe respectivement des axes de détection particuliers d₁, d₂, d₃, d₄. Le moyen 28 fournit à chaque instant une valeur estimée de la vitesse v. Ainsi, lorsque v est comprise entre v₁ et v₂ 1ère gamme de vitesses), le circuit 41 sélectionne le détecteur de direction d₁. Si v n'est pas comprise dans la première gamme de vitesses, on passe au circuit 42 et éventuellement aux circuits 43 puis 44, ce dernier correspondant à la quatrième gamme de vitesses (v₄<v<v₅) Lorsqu'une des gammes de vitesses convient, l'axe de détection correspondant est sélectionné. Dans ces conditions, si le circuit 37 détecte la cible, il y a déclenchement du tir par le circuit 38, sinon on revient à une nouvelle détermination de la vitesse.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut leur apporter de nombreuses modifications sans sortir du cadre de cette invention.

Ainsi, le nombre de moyens de détection, ou d'axes de détection n'est pas limitatif; plus ce nombre est élevé et meilleure sera la correction.

Les moyens de détection n'étant pas utilisés simultanément, on peut envisager un seul capteur mais avec plusieurs optiques associées permettant d'obtenir différents axes de détection. Dans ce cas, le moyen de mesure de la vitesse, par exemple un accéléromètre, peut commander le déplacement pas à pas d'un obturateur qui laisse passer seulement le faisceau en provenance d'une optique déterminée. Cette solution présente l'avantage de ne comporter qu'un seul capteur, d'où gain de place et réduction des coûts.

Il est possible également de définir une sous-munition éjectée verticalement par une plate-forme posée au sol et dans laquelle les moyens de détection sont susceptibles d'être orientés suivant deux directions.

Une direction correspondra à une minimisation particulière de l'erreur de visée pour la phase montante de la sous-munition et l'autre direction correspondra à une minimisation pour la phase descendante.

Il suffira d'utiliser deux détecteurs présentant les orientations appropriées, le choix d'un ou de l'autre détecteur sera effectué par les moyens de calcul 28 à partir de l'information "altitude maximale" (donc correspondant au passage de la phase montante à la phase descendante). Cette information pourra être fournie par un accéléromètre (couplé ou non à un intégrateur). Elle pourra être également donnée par un altimètre suivi d'un dérivateur.

Il est possible enfin de définir une sous-munition éjectée verticalement d'une plate-forme ou bien dispersée au-dessus du terrain et dans laquelle le choix d'un axe de détection particulier est effectué par les moyens de calcul 28 à partir de la seule information "altitude".

On associera alors par exemple 4 altitudes particulières H1, H2, H3, H4 aux axes de détection d1, d2, d3, d4 respectivement.