FR2477279A1 - Arme anti-sous-marins - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE ARME POUR DETRUIRE UNE CIBLE SOUS-MARINE. L'ARME EST CARACTERISEE EN CE QU'ELLE COMPREND UN CARTER, UNE TETE DE PERCUSSION 32 MONTEE A L'INTERIEUR DU CARTER A PROXIMITE DE SON EXTREMITE AVANT, DES MOYENS 36 POUR DIRIGER L'ARME SOUS L'EAU EN REPONSE A DES SIGNAUX DE COMMANDE DE DIRECTION, ET UN MECANISME DE PROPULSION 34 PAR HYDRO-IMPULSIONS COMPORTANT UNE CHAMBRE 46 PLACEE A L'INTERIEUR DU CARTER A PROXIMITE DE SON EXTREMITE DE GAUCHE, UNE TUYERE DE GENERATION DE JET D'EAU 60 FAISANT SAILLIE DE L'ARRIERE DE LA CHAMBRE 46 ET DES MOYENS POUR ASSURER PERIODIQUEMENT L'ADMISSION 64 D'EAU DE MER DANS LA CHAMBRE ET ENSUITE L'EXPULSION 50, 52 DE L'EAU DE MER PAR L'INTERMEDIAIRE DE LADITE TUYERE 60 AVEC UNE FORCE SUBSTANTIELLE POUR PRODUIRE UNE POUSSEE DE PROPULSION DE L'ARME 10. APPLICATION AUX ARMEMENTS ANTI-SOUS-MARINS.

Description

La présente invention se rapporte à des armes anti-sous-

marins et elle a trait plus particulièrement à des armes qui peuvent être dirigées au-dessus de l'eau jusqu'au voisinage

d'un sous-marin ou d'une cible semblable et qui, après péné-

tration dans l'eau, se propulsent d'elles-mêmes en direction

du sous-marin.

Les problèmes d'armements anti-sous-marins (ASW) ont été étudiés depuis longtemps par les Etats-Unis d'Amérique et de nombreuses autres nations. Les possibilités de défense contre une attaque par d'autres nations dépendent en partie de la protection des navires marchands et des bateaux de guerre contre des attaques par des sous-marins ennemis. Les techniques de détection de sous-marins ennemis ont été perfectionnées jusqu'à un niveau très sophistiqué. Cependant, la possibilité

de faire parvenir une torpille jusqu'en un point o la des-

truction du sous-marin est virtuellement assurée n'est pas

parfaitement assurée.

Depuis la seconde guerre mondiale, la portée effective des armes sousmarines a été étendue par l'incorporation de systèmes de propulsion par réaction, qui ont pour but de diriger l'arme jusqu'en un point plus éloigné du navire de lancement. Bien que cela produise une extension de la portée, et par conséquent une augmentation de la sécurité du navire

de lancement, ces armes doivent encore tomber presque direc-

tement sur le sous-marin ennemi pour être assuré de sa destruction. Des armes plus sophistiquées de lutte contre les sous-marins ont été mises au point sous la forme de torpilles anti-sous-marins ayant la capacité de détecter un sous-marin et de se diriger vers lui après que la torpille est placée dans l'eau. Le système de fusées anti-sous-marins (ASROC) a été mis au point pour permettre le lancement dans

l'air et la retombée d'une torpille au voisinage d'un sous-

marin, la torpille pénétrant alors dans l'eau et détectant ensuite le sous-marin pour venir le percuter afin d'assurer

sa destruction.

De tels systèmes sont très complexes et très coûteux, le coût actuel d'une seule arme de ce genre étant de l'ordre de 500 000 à 750 000$. En outre, de telles armes sont vulnérables à des contre-mesures exercées par le sous-marin et, en outre, elles sont assez inefficaces dans de l'eau peu profonde (profondeur inférieure à 183m), ou bien contre des sous- marins navigant en surface. Cela signifie que des sous-marins ennemis peuvent opérer avec une très grande impunité en surface ou -dans de très grandes-zones le long des rivages continentaux, en entravant la navigation côtière et intercontinentale dans lesdites zones. Il est clair qu'il est extrêmement important de pouvoir disposer d'une arme anti-sous- marins qui soit d'une utilisation plus efficace, en particulier pour des sous-marins navigant en surface et dans des eaux côtières peu profondes,

tout en étant également moins coûteuse grâce à une simplifica-

tion et à une réduction de prix de la fabrication et de l'uti-

lisation. On a effectué différentes tentatives pour mettre au point des armes utilisables dans la lutte anti-sous-marins. Un exemple est constitué par l'arme ASROC mentionnée ci-dessus, qui se compose d'une torpille ou charge de profondeur MK 46,

d'un moteur à réaction et d'un parachute. Lors de la pénétra-

tion dans l'eau, la torpille se sépare des autres composants de manière à se diriger vers le sous-marin. Cependant, la

détection du sous-marin est limitée à des systèmes de détec-

tion par observation vers l'avant, qui ne sont pas capables

de détecter un sous-marin qui s'est déplacé latéralement de-

puis le point de pénétration dans l'eau, à moins que la tor-

pille ne soit initialement dirigée suivant un mode de pour-

suite en vue d'encercler et de rechercher le sous-marin.

Un autre exemple est constitué par une arme qui est lancée par fusée ou par canon de manière à pénétrer dans l'eau et à chercher ensuite à intercepter le sous-marin. Elle ne comporte pas de système de propulsion sous-marine, mais il est prévu une commande de direction sur la cible opérant en réponse à une détection acoustique du bruit engendré par

le sous-marin.

On a également proposé dans le domaine connu différents

types de systèmes de commande et de détection opérant en radio-

fréquence, ainsi que différents types de véhicules sous-marins et de systèmes de propulsion correspondants, dont certains

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comprennent des têtes de percussion ou de choc et des mécanis-

mes de commande, notamment des torpilles.

En dépit du grand nombre de tentatives faites pour résou-

dre les problèmes se rapportant à la lutte anti-sous-marins, spécifiquement en ce qui concerne la propulsion et la détec- tion sousmarine, aucune solution n'a été trouvée jusqu'à maintenant et la présente invention a pour but de résoudre

ce problème.

La présente invention concerne une arme utilisable pour détruire une cible sous-marine et comprenant: un carter; une tête de percussion montée à l'intérieur du carter à proximité de son extrémité avant; des moyens pour diriger l'arme sous l'eau en réponse à des signaux de commande de direction; et un système de propulsion par hydro-impulsions qui comporte une chambre placée à l'intérieur du carter à proximité de son extrémité arrière, une tuyère de génération de jet d'eau dépassant de l'arrière de la chambre et des moyens pour assurer périodiquement l'admission d'eau de mer et ensuite l'expulsion de l'eau de mer par l'intermédiaire de la tuyère avec une force substantielle pour engendrer une

poussée servant à la propulsion de l'arme.

Conformément à la présente invention, il est prévu une arme utilisable contre des sous-marins, des mines et des cibles semblables, l'arme comportant une tête de percussion, des systèmes à la fois passifs et actifs pour détecter la cible sous l'eau et pour commander l'arme en direction de la

cible, un système de propulsion sous-marine simple mais ef-

ficace pour entraîner l'arme sous l'eau à des vitesses per-

mettant efficacement d'intercepter une cible mobile à l'inté-

rieur d'une portée raisonnable de l'arme, ainsi que des moyens pour faire arriver l'arme au voisinage d'une cible sous-marine précédemment détectée. La présente invention est particulièrement efficace comme arme anti-sousmarins et elle sera décrite dans la suite dans un tel contexte. Cependant,

il va de soi qu'elle n'est pas limitée à une telle applica-

tion et qu'elle peut aussi être particulièrement efficace

contre des mines sous-marines, à savoir pour des mines flot-

tantes et des mines amarrées, dans la portée de profondeur efficace (183m) de l'arme. Des armes conformes à la présente invention sont plus efficaces qu'une charge de profondeur du fait qu'elles comportent à la fois des systèmes de guidage

et de propulsion et qu'en outre elles sont bien moins compli-

quées que la torpille, qui a été mise au point en tenant

compte de principes de conception et d'objectifs différents.

Dans un agencement particulier conforme à la présente invention, l'arme comprend un moteur à réaction servant à propulser l'arme dans -L'air depuis un navire de lancement jusqu'au voisinage de la cible. Après pénétration dans l'eau, - la chambre de réacteur est utilisée comme chambre pour un système de propulsion par hydro-impulsions en vue d'entrainer

l'arme sous l'eau de manière à intercepter la cible.

Le moteur à hydro-impulsionsfonctionne par un remplissage répété de la chambre de réacteur avec de l'eau, puis par expulsion de l'eau à grande vitesse par l'intermédiaire d'une tuyère placée en arrière de l'arme, à l'aide d'une série de générateurs de gaz qui sont successivement mis à feu. Pendant la combustion d'un des générateursde gaz, qui provoque l'expulsion de l'eau hors de la chambre de manière à accélérer le véhicule pour qu'il intercepte la cible, il se produit un bruit propre important. Cependant, pendant les intervalles entre impulsions, pendant que le véhicule ralentit, le bruit propre est minimal et des détecteurs acoustiques actifs ou passifs installés sur le véhicule sont capables de

déceler un bruit provenant du sous-marin, la commande direc-

tionnelle est alors assez simple, en particulier lorsque le sous-marin se déplace. Dans un second agencement particulier conforme à la présente invention, l'arme est agencée pour être larguée par un hélicoptère ou un autre avion de lutte anti-sous-marins (ASW) au voisinage de la cible. Dans cet agencement, la chambre de réacteur est vide de combustible, mais elle sert encore de chambre de propulsion pour le système à hydroimpulsions une fois que l'arme a été larguée dans

l'eau.

Des modes de réalisation de la présente invention ont été conçus en particulier pour être utilisés en coopération avec des systèmes de lancement existants, tels que ceux employés pour le lancement de charges de profondeur à propulsion par réacteur. A cet égard, on peut citer à titre d'exemples, le système de lancement "Terne III Rail Launcher", le système "LIMBO à mortier MK 10", le système de lancement de fusées "Bofors 375" et le système "Squid". Des modes de réalisation de la présente invention sont commodément adaptables pour un lancement à l'aide de l'équipement de lancement déjà installé sur des navires existants de lutte anti-sous-marins (ASW) possédés par les nations affiliées à l'OTAN et à l'Alliance de l'Océan Pacifique. Lorsque les armes selon l'invention sont utilisées avec un desdits systèmes, qui assure la mise à feu de ce qui constitue essentiellement une charge de profondeur

sans propulsion sous-marine, il est possible, grâce à l'in-

vention, d'augmenter la portée de plusde 450m par rapport à la portée du système sans propulsion sous-marine. En outre, et ce qui est plus important, la présente invention permet

efficacement l'interception d'un sous-marin mobile et l'éta-

blissement d'un contact réel avec le sous-marin en vue de faire exploser la tête de percussion directement contre la coquece qui compense ainsi des erreurs d'appréciation de portée et de croisementde trajectoire lors du lancement des charges de profondeur par les systèmes mentionnés ci- dessus et qui se traduit souvent par des dommages faibles ou nuls du

sous-marin du fait que la distance de lancement est trop grande.

En conséquence, on obtient un taux d'impact nettement amélioré.

La nouvelle conception conforme à l'invention est utilisable avec des systèmes existants déjà installés sur des navires pour le lancement des charges de profondeur de type connu et, également, avec des systèmes de sonar, de commande de mise à feu et de lancement qui sont installés sur des navires de lutte anti-sous-marins et qui servent à détecter le sousmarin et à commander le lancement de l'arme. Lorsque l'arme est portée par des hélicoptères et avions de lutte anti-sous-marins, on utilise également des systèmes de détection classiques avant

le largage de l'arme.

Une autre utilisation particulièrement intéressante de

l'arme selon l'invention concerne la défense contre un sous-

marin poursuivant. Une série d'armes de ce genre peuvent être déposées sur le trajet d'un sous-marin poursuivant par un navire de surface ou un sous-marin de défense. A l'aide de systèmes

de synchronisation ou de détection appropriés, les armes peu-

vent être enclenchées,après que le navire de largage est hors

de portée,pour localiser et intercepter le sous-marin poursui-

vant. On obtient un avantage particulier grâce aux possibilités de l'arme selon l'invention, puisqu'on ne fait pas intervenir la combinaison d'une vitesse et d'une portée pour rejoindre

un navire de surface ou un sous-marin navigant à vitesse modé-

rément élevée.En conséquence, le navire de largage est protégé

d'une manière sûre contre un contact avec ses propres armes.

(On sait que des torpilles peuvent changer de course et revenir

sur le sous-marin par lequel elles ont été lancées, en le dé-

truisant). Du fait de la simplicité de conception des armes selon l'invention, de leur construction intégrée, de la robustesse des systèmes de propulsion, de détection et de commande qui

sont utilisés et des possibilités d'utiliser la même struc-

ture à la fois pour une propulsion sous-marine et une propulsion en surface, ces armes nouvelles sont relativement simples et d'une fabrication peu coûteuse. Le coût d'une seule arme selon l'invention est, par exemple, de deux à 5% du coût d'une arme correspondante.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention se-

ront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée

à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins an-

nexés dans lesquels:-

la Fig. 1 est une représentation schématique montrant

plusieurs modes d'utilisation de systèmes conformes à la pré-

sente invention; la Fig. 2 est une représentation schématique montrant la détection d'une cible et le guidage d'une arme conforme à l'invention en direction de cette cible après son entrée dans l'eau; la Fig. 3 est une vue en coupe d'un agencement particulier

conforme à la présente invention; -

la Fig. 4 est une vue en bout du système de la Fig. 3; la Fig. 5 est une vue en coupe d'un agencement légèrement différent, conforme à la présente invention; la Fig. 6 est un graphique donnant les.conditions initiales de fonctionnement de l'arme selon l'invention; la Fig. 7 est un graphique donnant le profil de vitesse d'une arme selon l'invention pendant sa propulsion sous-marine; la Fig. 8 est un schéma synoptique montrant le système de

détection et de guidage qui est utilisé dans l'arme selon l'in-

vention; et la Fig. 9 est un schéma synoptique d'une partie particulière

du circuit de la Fig. 8.

La Fig. 1 montre schématiquement le lancement d'une arme sous-marine 10 conforme à l'invention et destinée à détruire un sous-marin 12. Le largage à partir d'un navire 14 ou d'un

hélicoptère 16 a été mis en évidence sur cette figure 1.

Le lancement de l'arme 10 à partir du navire 14 jusqu'au voi-

sinage du sous-marin 12 est effectué suivant la trajectoire

balistique à l'aide d'un des systèmes cités ci-dessus et ser-

vant au lancement de charges de profondeur propulsées par fusée ou réacteur. Le navire 14 amorce la mise à feu de la fusée ou du réacteur lors de la détection du sous-marin 12 au voisinage du navire 14, en faisant appel- à des techniques de détection acoustique du type sonar ou passif. Une fois que l'arme 10 est dans l'eau, le système de détection, de guidage et de propulsion sous-marine entre en action et l'arme 10 est dirigée et propulsée de manière à venir percuter le sous-marin 12 pour assurer s-a destruction. La tête de percussion de l'arme , qui contient 70 kg d'explosif, peut provoquer la rupture d'une coque, même d'un sousmarin moderne à double coque,

lorsqu'elle entre en contact avec celui-ci.

Lorsque l'arme 10 est larguée à partir d'un avion, tel que l'hélicoptère 16 ou un autre avion de-lutte anti-sous-marins (ASW), l'arme 10 est larguée à proximité du sous-marin et elle assure alors la destruction indépendante du sous-marin 12 afin

de se diriger vers lui pour l'amorçage de la tête de percussion.

L'hélicoptère ou avion ASW 16 qui porte l'arme 10 peut être dirigé jusqu'au voisinage du sous-marin 12 par-un navire de surface, ou bien il peut localiser la cible à l'aide de bouées acoustiques,par immersion d'un sonar ou bien par une détection d'anomalie magnétique. Le cas échéant,-on peut utiliser un parachute (non représenté), par exemple semblable à celui utilisé-pour les armes ASROC, pour ralentir la descente de l'arme avant sa pénétration dans l'eau. Le parachute est détaché avant l'immersion totale. Dans le mode à chute libre dans l'air, l'arme 10 peut être portée et larguée par un hélicoptère ou avion de lutte anti-sous- marins (ASW) qui est

équipé de façon à transporter des torpilles classiques.

Du fait de ces dimensions et de sa configuration, il est capable d'utiliser les mêmes bandes de suspension de torpilles que celles fixées sur les casiers à bombes classiques d'avions

transporteurs de torpilles, sans modifications spéciales.

Le largage dans l'air de l'arme 10 peut être enclenché par traction exercée sur un fil de largage qui sert à activer

la batterie primaire, en excitant ainsi les systèmes élec-

troniques. L'armement de la tête de percussion est empêché par le mécanisme de sécurité et d'alarme qui est associé au détonateur 44 (Fig. 3) jusqu'à ce que l'arme vienne toucher l'eau. Avec les techniques disponibles à l'heure actuelle, le sous-marin 12 peut être localisé et l'arme 10 placée dans l'eau, à l'aide de l'hélicoptère 16, à moins de 90 à 360m de la cible. En variante, lorsqu'elle est lancée à partir du navire 14, l'arme 10 peut à nouveau être placée dans l'eau dans une portée équivalente. Il rentre ensuite

dans les capacités de portée de l'arme 10 de détecter acous-

tiquement la cible et de se diriger sur elle, à l'aide du

système de propulsion par hydro-impulsions, en vue de l'in-

terception du sous-marin.

Après pénétration dans l'eau (Fig. 2>, l'arme 10 décélère rapidement jusqu'à sa profondeur nominale de plongée, avec

une attitude approximativement verticale. Des freins hydrau-

liques (comme indiqué sur la Fig. 5) peuvent être utilisés - pour ralentir le véhicule et permettre son déplacement dans des eaux peu profondes, la profondeur pouvant être réduite

à 30m.

L'arme 10 est ensuite dirigée vers la cible par action-

nement de ses gouvernails de commande en réponse à une dé-

tection de cible. Une fois que la cavité d'entrée dans l'eau (bulle) s'aplatit, des transducteurs sonar montés latéralement

émettent et reçoivent des signaux pour déceler la cible.

Les transducteurs montés latéralement balaient un volume d'eau de forme torique qui entoure l'arme 10 et qui s'étend jusqu'à la limite de portée du système de détection. Du fait que l'arme est initialement orientée dans une attitude approximativement verticale, la capacité de détection de cible est omnidirec-

tionnelle et permet d'obtenir une discrimination doppler jus-

qu'à 2,5 noeuds de vitesse de cible, à la différence de la capacité de détection d'une torpille qui doit être pointée vers sa cible pour la détection. L'enveloppe 18 des faisceaux

d'acquisition produits par les transducteurs montés latérale-

ment a été mise en évidence sur la Fig. 2, de même que l'en-

veloppe 20 des faisceaux de guidage actifs qui sont émis par un transducteur sonar séparé installé dans'le nez de l'arme et qui entre en jeu pour déterminer activement des corrections de direction vers la cible. L'arme 10 se déplace sous l'eau à une vitesse moyenne de 30 noeuds et sur une portée d'environ 450m. On suppose que la vitesse maximale de cible est comprise entre 5 et 7 noeuds dans une eau de faible profondeur, comprise entre environ 30 et 60m. Lorsque des sous-marins ayant des vitesses supérieures doivent être attaqués, on peut larguer

l'arme en avant de la cible.

Après la pénétration de l'arme 10 dans l'eau, on laisse la chambre de moteur se remplir d'eau de mer. Un générateur

de gaz chauds est alors mis à feu pour expulser l'eau par -

l'intermédiaire d'une tuyère et pour exercer une poussée.

En assurant alternativement un remplissage et une expulsion d'eau, on produit une propulsion de l'arme 10 dans la masse d'eau. Les Fig. 3 et 4 sont respectivement une vue en coupe transversale et une vue en bout d'un agencement particulier de l'arme conforme à la présente invention. Comme le montre en particulier la Fig. 3, l'arme 10 est généralement divisée en quatre sections principales: une section à transducteur avant et à émetteur-récepteur 30, une tête de percussion 32,

un système de propulsion 34 et un système de commande di-

rectionnelle 36.

La section avant 30 contient un groupe en mosaîque de transducteurs acoustiques 40 qui sont montés dans le nez, ainsi qu'un émetteurrécepteur associé constituant un système de poursuite à mono-impulsions de grande puissance. L'émetteur,

le récepteur et un fusible de contact pour la tête de percus-

sion sont montés dans le bloc 42 en arrière des transducteurs.

La tête de percussion 32 contient de préférence 70 kg d'explosifs remplissant pratiquement la chambre de cette tête, ainsi qu'un détonateur de sécurité et de protection 44 qui est disposé à l'arrière de la tête de percussion. Un tube (non représenté) est prévu pour le passage du câblage entre le processeur 82 et le nez en vue d'une liaison avec l'émetteur

et le récepteur.

Le système de propulsion 34 remplit une double fonction.

Son composant principal est constitué par la chambre 46 déli-

mitée par un carter 48. Pour la propulsion par réacteur, la chambre 46 contient une ou plusieurs unités de combustion 50 et plusieurs tuyères d'échappement de gaz 52. Le système de propulsion par réaction sert à entraîner l'arme 10 depuis le point de lancement placé sur le pont du navire et le point de pénétration dans l'eau au voisinage d'une cible, comme indiqué sur la Fig. 1. Les unités de combustion 50 sont complètement

épuisées au moment o l'arme 10 pénètre dans l'eau.

En ce point, les tuyères d'échappement de gaz 52 sont obturées à l'aide d'une plaque tournante 54 comportant plusieurs trous

correspondant aux orifices des tuyères d'échappement de gaz 52.

La plaque 54est entraînée en rotation jusqu'à ce que ses trous ne soient plus alignés avec les orifices de tuyères, à l'aide

d'un mécanisme à engrenages56 et d'un moteur électrique 58.

En conséquence, les tuyères d'échappement de gaz 52 sont obturées, en laissant subsister comme seule ouverture à l'extrémité arrière de la chambre 46 une tuyère de génération

de jet d'eau 60.

Pour la propulsion sous-marine, la chambre 46 peut se remplir d'eau, puis un générateur de gaz est mis à feu pour propulser l'eau vers l'extérieur par l'intermédiaire de la

tuyère 10, en engendrant ainsi une hydro-impulsion de poussée.

De l'eaude mer pénètre dans la chambre 46 par l'intermédiaire des passages d'admission 62 et des valves 64. Les valves sont

commandées par des solénoïdes 66 et des timoneries associées 68.

Plusieurs générateurs de gaz 70, communiquant avec la chambre

46 par l'intermédiaire de tubes 72, sont répartis circonfé-

rentiellement autour de l'axe longitudinal de l'arme 10 et sont mis à feu successivement afin d'engendrer une série d'hydro-impulsions servantà propulser l'arme dans l'eau. Il est également prévu dans la zone située entre la chambre 46 et la tête de percussion 32 plusieurs transducteurs acoustiques 80, montés latéralement et qui sont utilisés pour

localiser initialement la cible sous-marine, ainsi qu'une bat-

terie primaire et un processeur de signaux 81, montés dans le

bloc central 82.

La section arrière 36 contient le système de direction du véhicule, qui comprend les gouvernails de direction 90, les organes d'actionnement 92 et les systèmes électroniques de commande et associés, qui sont montés à l'intérieur des blocs 94. Sur la Fig. 5, on a représenté un autre mode de réalisation

de l'invention. L'arme 10A dela Fig. 5 est spécifiquement con-

çue pour être larguée dans l'air à partir d'un hélicoptère ou

d'un autre avion de lutte anti-sous-marins (ASW) et, en con-

séquence, on a supprimé le moteur de propulsion par réaction intervenant dans l'arme dela Fig. 3. Cette arme 10A est essentiellement semblable à l'arme 10 des Fig. 3 et 4, la différence principale consistant dans l'absence d'un système de propulsion par réaction dans la chambre 46A. Cette chambre est pourvue d'une seule tuyère de sortie 60A permettant la sortie du jet d'eau de mer qui est propulsé hors de la chambre 46A sous l'action des générateurs 70, de la même manière que la partie à hydroimpulsions du système de propulsion 34 du

véhicule 10 de la Fig. 3. Comme indiqué ci-dessus, les géné-

rateurs de gaz sont mis à feu séquentiellement à intervalles commandés par le microprocesseur 81 du bloc central 82, à

chaque fois que la vitesse de l'arme tombe à un niveau pré-

déterminé et que la chambre 46A s'est remplie d'eau, cela étant détectée par des détecteurs de vitesse 83 et des

flotteurs 84.

Une autre différence avec l'arme 10 de la Fig. 3 consiste

dans la prévision de freins hydrauliques 96 dans l'arme lOA. -

Ces freins peuvent être montés sur ou dans des compartiments 98 et ils peuvent être sortis extérieurement pour ralentir l'arme

1OA et permettre d'opérer à une profondeur plus faible.

Une fois que la vitesse d'entrée a été dissipée, les freins hydrauliques 96 peuvent être rétractés à l'intérieur des compartiments de rangement 98. En variante, les freins 96 peuvent être sortis lors du détachement de l'arme 10A par rapport à l'avion de largage, auquel cas ils servant à la

fois de freins aérodynamiques et de freins hydrauliques.

Les freins 96 peuvent éventuellement être détachés du véhicule 1OA aussitôt qu'ils l'ont ralentit pour sa pénétration dans

l'eau, de sorte qu'ils n'exercent ultérieurement plus de traî-

née pendant la propulsion de l'arme en direction de la cible.

La Fig. 6 est une représentation graphique mettant en

évidence-un fonctionnement initial typique du système de -

propulsion par hydro-impulsions exercées sur l'arme lors de son entrée initiale dans l'eau. La Fig. 6 montre la trajectoire de l'arme à partir de la pénétration dans l'eau sous un angle d'entrée de 530 et à une vitesse de 180 m/s. Au bout d'une demi-seconde après la pénétration dans l'eau, la vitesse a

baissé à 22,6 m/s et, au bout d'une seconde après la pénétra-

tion, la vitesse a diminué jusqu'à 12 m/s et, à ce moment, la cavité en forme de bulle entourant l'arme s'écrase, de

sorte qu'un contact est établi entre les transducteurs acous-

tiques et l'eau. Pendant les deux secondes suivantes, la direction de lacible sous-marine est-détectée à l'aide des

-transducteurs 80 montés latéralement, et la chambre d'hydro-

propulsion est remplie d'eau. Ensuite, le premier générateur

de gaz 70 est mis à feu pour engendrer la première hydro-

impulsion. Cela accélère l'arme et lui permet de progresser dans la direction de la cible. Eventuellement, l'arme peut être orientée dans la direction de la cible avant la première hydro-impulsion. A la suite de la première hydro-impulsion, le véhicule ralentit et reçoit une information de guidage, tandis que sa chambre de propulsion est à nouveau remplie d'eau de mer. Ensuite, un second générateur de gaz est mis à feu pour produire une seconde hydro-impulsion qui assure à nouveau l'accélération du liquide et sa propulsion en direction du sous-marin. La séquence est répétée jusqu'à ce que le sous-marin soit détruit ou jusqu'à ce que les générateurs

de gaz soient épuisés, le véhicule étant alternativement ralen- ti pendant qu'il reçoit une information de guidage et propulsé

en direction de la cible.

La Fig.7 est une représentation graphique du profil de vitesse de l'arme. Ce graphique montre que la vitesse varie entre environ 10,5 et 21 m/s pendant des hydro-impulsions successives, la vitesse moyenne étant d'environ 15 m/s ou de noeuds. Cette vitesse est appropriée pour la plupart des cibles sous-marines, en particulier dans les conditions de

faiblesprofondeursd'eau pour lesquelles l'arme est conçue.

Lorsque le sous-marin avance, le système de largage-peut faire tomber l'arme dans l'eau en avant du sous-marin, ce

qui lui donne l'avance nécessaire pour intercepter le sous-

marin et assurer sa destruction.

Du fait de ce mode opératoire, l'arme selon l'invention permet de résoudre correctement tous les problèmes posés par la détection de cible sous-marine pendant sa propulsion vers la cible. La fonction du système de guidage est de localiser la cible et d'engendrer des commandes de direction: Le système de guidage doit résoudre des problèmes de bruit propre, de réflexion sur une surface et sur le fond et

d'acquisition de données concernant la cible. Des armes sous-

marines, telles que des torpilles à guidage acoustique utili-

sant un système de guidage acoustique, ont des performances habituellement limitées par le bruit propre. Si elle se déplace lentement, le sonar acoustique peut mesurer la

position de la cible, la vitesse et d'autres paramètres né-

cessaires avec un grand rapport signal/bruit et, en consé-

quence, avec une précision améliorée. Cependant, une cible se déplaçant à grande vitesse a une meilleure change de s'échapper. Plus la vitesse de l'arme est élevée, plus le bruit propre est élevé et, pour une vitesse d'environ 35 noeuds, le guidage devient limité par le bruit et les performances

du système sont altérées. Ce bruit de limitation est impu-

table à la propulsion de l'arme et au bruit d'écoulement.

Cependant, l'arme selon l'invention permet de résoudre

correctement ce problème. Le moteur de génération d'hydro-

impulsions établit pour l'arme un profil de vitesse variable, la vitesse étant inférieure à 35 noeuds pendant une partie substantielle du temps. Pendant cette période le système acoustique est activé et il fonctionne dans un environnement exempt de bruit propre, en effectuant les mesures d'erreur nécessaires.Cette technique d'observation de la cible seule- ment lorsque le bruit propre est faible permet de résoudre

le problème posé par ce bruit propre.

Pour permettre d'obtenir des temps de remplissage appropriés et des pressions rationnelles dans la chambre, le cycle de commande synchroniséedu moteur est de l'ordre de 3,5 secondes

par impulsion. En utilisant la "période calme" à basse vi-

tesse pour des mesures acoustiques sur la cible, on limite le temps de correction des erreurs pour chaque impulsion du moteur à environ 0,3 à 1 "observation" par seconde. Bien que cette fréquence d'acquisition de données relativement faible pour le système de guidage puisse créer un retard dans le guidage sur la cible, en particulier quand on se rapproche latéralement de celle-ci, ce retard améliore la probabilité d'impact du fait que l'arme est rapprochée de la zone la plus

vulnérable qui est située en arrière du centre du sous-marin.

Un autre facteur associé à la vitesse variable de l'arme consiste dans la relation non-linéaire qui existe entre les

forces de direction et la vitesse de rotation angulaire.

Cette variable dynamique est traitée par un micro-ordinateur

incorporé au système auxiliaire de guidage.

La détection et la poursuite d'un sous-marin en eau peu profonde nécessite une qualité du niveau signal/écho qui soit suffisante pour satisfaire aux impératifs de précision de

détection, d'élimination d'alarme erronée, et de guidage.

Les facteurs essentiels ayant une influence sur le niveau de

réflexion sont les suivants: enveloppe de faisceau de trans-

ducteur, conditions de la surface de la mer, l'angle d'inci-

dence sur surface, les conditions de la surface du fond,

l'angle d'incidence sur fond et la fréquence de fonctionne-

ment.

Une impulsion d'énergie acoustique produit une sonorisa-

tion de la masse d'eau et des surfaces de délimitation.

A mesure qu'une onde progresse vers l'avant, elle produit des réflexions sur les lisières et sur la cible. Les angles d'incidence, les angles avec la surface et la distance par

rapport aux zones sonorisées varient en fonction du temps.

De plus grandes enveloppes de faisceau provoquent la sono-

risation d'une plus grande zone, en créant plus d'écho. Finalement, l'influence de la distance devient prédominante et provoque la cessation de l'écho. L'écho à un instant donné

est défini par l'intégrale calculée pour l'ensemble des sur-

faces. L'évaluation de cette intégrale pour des profils

géométriques typiques fait ressortir des coefficients de rétro-

dispersion d'écho qui sont compris entre environ -15 et -10 dB pour une fréquence de 100 kHz et pour des largeurs de faisceau de 40 degrés. Pour des cibles d'un coefficient supérieur à environ -5 dB, on peut disposer d'un rapport cible/écho qui soit suffisant pour une bonne qualité de détection et de poursuite sur la base d'une impulsion unique. En général, des armes conformes à la présente invention, permettent

d'obtenir une portée de détection de cible d'environ 450m.

Les Fig. 8 et 9 représentent, sous la forme d'un schéma synoptique,le sous-système de guidage qui est incorporé à des armes conformes à la présente invention. Comme le montre en particulier la Fig. 8, il est prévu deux systèmes sonar, à savoir un pour l'acquisition (ou la recherche) et un pour

la poursuite. Ces systèmes respectifs comportent des proces-

seurs de signaux. qui sont adaptés à des applications spécifiques.

Le système d'acquisition comprend huit transducteurs 80 montés latéralement et reliés à un sélecteur de transducteur 102. L'ensemble en mosaique 40 du système de poursuite est relié au commutateur acquisition/poursuite 104 qui effectue la sélection entre les systèmes d'acquisition et de poursuite grâce à sa liaison additionnelle avec un sélecteur d'émission/ réception 106, qui est lui-même couplé avec le sélecteur de transducteur 102 du système d'acquisition. Les sélecteurs 102,104, 106 sont connectés de manière à recevoir des signaux de commande provenant d'un microprocesseur de commande et synchronisation 108 qui applique également un signal à un émetteur 110 pour le déclencher, cet émetteur étant connecté

de façon à fournir son signal de-sortie au sélecteur 104.

Des signaux provenant du sélecteur 106 sont dirigés vers un

récepteur d'acquisition 112, puis vers un processeur d'acqui-

sition 114 qui est relié au microprocesseur 108.

* Le récepteur du système sonar de poursuite comprend quatre hydrophones 120, montés à l'intérieur de l'ensemble à mosalque 40. Les hydrophones 120 sont reliés à une unité arithmétique

122 qui fournit un signal de sommation plus des signaux diffé-

rentiels d'azimuthet d'élévation à un récepteur de mono-impul-

sions 124. Ce récepteur 124 fournit des signaux de sortie à

des processeurs de somme et de différence 126, 128 qui appli-

quent à leur tour des signaux à un processeur d'erreur 130 qui établit les commandes de direction qui sont appliquées aux éléments de commande 92 (Fig. 3). Le microprocesseur 108 est également relié aux processeurs 126, 128 et 130 et il assure

la commande de l'ensemble du système de guidage.

La Fig. 9 met en évidence des étages particuliers interve-

nant dans le récepteur d'acquisition 112. Dans le circuit de la F.g. 9, deux amplificateurs de retard 150 sont branchés en série avec des étages de sommation 152 répartis. Un signal additionnel d'entrée provenant de chaque amplificateur 150 est appliqué à l'étage de sommation suivant 152 afin d'assurer l'annulation de réflexions d'échos. Chaque étage du circuit de la Fig. 9 opère en retardant la position de l'impulsion reçue de l'inverse de la fréquence de répétition d'impulsions (PRR) dans l'étage 150, puis en-soustrayant l'impulsion suivante de retour dans l'étage de sommation 152. Cette opération est ensuite répétée pour la troisième-impulsion dans le second étage. Si l'amplitude et la phase de l'impulsion de retour ne changent pas considérablement dans les trois impulsions, comme c'est le cas pour des réflexions d'échos, on obtient

des valeurs très petites après les soustractions.

On va maintenant décrire le fonctionnement du système suivant le mode d'acquisition. Dans le mode d'acquisition ou de recherche, après l'entrée en contact avec l'eau (et aussitôt que la bulle formée à l'entrée s'écrase et établit

un contact entre l'eau et le transducteur), le mode d'acqui-

sition est amorcé et une puissance acoustique de 50-watts

est rayonnée par chacun des huit transducteurs montés latéralement.

17 2477279

L'impulsion ainsi émise est appliquée successivement, par l'in-

termédiaire des sélecteurs 104, 106 et 102 de manière à exciter

simultanément les huits transducteurs 80 en vue d'une distri-

bution égale dans tous les azimuths.Cela produit l'enveloppe de faisceau d'acquisition 18 indiquée sur la Fig. 2 pour l'arme , immédiatement après sa pénétration dans l'eau. Après transmission de l'impulsion, les huit transducteurs 80 sont

analysés séquentiellement pour les signaux de retour.

La fréquence d'analyse est suffisamment grande pour que chacun des huit transducteurs soit interrogé une fois dans chaque

"cellule" ou créneau temporel de résolution de portée.

En utilisant une impulsion de 60 millisecondes, et pour une fréquence de répétition d'impulsions de 1,5 impulsion par seconde, la forme d'onde résultante est non-ambiguë dans une

portée d'environ 503m. La fréquence d'analyse d'azimuth -

décompose l'impulsion de 60 ms en huit segments, ce qui per-

met à un récepteur de traiter une largeur de bande de 200 Hz par canal. Il suffit d'utiliser six canaux doppler pour tenir

compte de vitesses de cible jusqu'à approximativement 18 noeuds.

Pendant le processus d'acquisition, au moins trois impul-

sions sont émises. Les réflexions d'écho sont partiellement contrebalancées (réduites de 35 dB) par le compensateur de

trois impulsions (cf. Fig. 9 et description faite ci-dessus)

prévu dans le récepteur d'acquisition (et qui est constitué

par un filtre d'adaptation optimale pour trois impulsions-

avec écho à distribution Gaussienne).

Les signaux d'acquisition provenant du récepteur 112 sont

traités dans le processeur 114 de façon à déterminer la pré-

sence d'une cible. Les huit directions sont multiplexées

temporellement par le sélecteur de transducteur 102 par l'in-

termédiaire du récepteur unique 112 et du processeur 114, l'impulsion de 60 ms étant divisée en huit éléments temporels

de 7,5 ms. On ne fait intervenir aucune intégration.

Le seuil de détection d'une cible dans un élément temporel multiplexé spécifique fournit à la fois une information de portée et une information angulaire au microprocesseur 108, c'est-à-dire qu'il précise celui des huit transducteurs qui reçoit des signaux de la cible. Les données concernant la portée sont examinées et vérifiées comme une commande initiale de direction, puis une transition ultérieure sur le mode de poursuite est amorcée. Le système d'acquisition est agencé de façon à assurer la détection,.à l'aide des informations de portée et d'angle, pour un signal de cible de -5dB, pour une portée de 450m, en 2,75 secondes (lorsque la limite de

bruit est inférieure à 53 dB).

On va maintenant décrire le fonctionnement du système dans le mode de poursuite.Pendant que l'arme est en train de de se diriger vers la cible, comme cela a été déterminé par le système d'acquisition mis en évidence par le diagramme de la Fig. 8, le sous-système de guidage est commuté sur le mode de poursuite. Avant la terminaison de l'orientation,-le système de poursuite (c'est-à-dire une partie du système de la Fig. 8), commence à émettre des impulsions pour effectuer une recherche

en élévation à l'aide d'un faisceau de poursuite de 22,5 de-

grés. Cela correspond à l'enveloppe de faisceau de guidage actif 20 qui a été indiquée au centre de la Fig. 2 pour l'arme

, représentée dans la position d'orientation vers le sous-

marin 12. En commençant la poursuite approximativement au mi-

lieu de la course, on effectue une recherche en élévation entre -60 et + 30 degrés. Une fois que le système de poursuite a décelé la cible, le mouvement d'orientation est arrêté et

-le moteur de propulsion est activé.

Le sonar de poursuite utilise la pleine puissance de 500

watts de l'émetteur 110 pour améliorer la précision de guidage.

Cette énergie est transmise par l'intermédiaire du sélecteur

104 à l'ensemble-mosaique des transducteurs 40. Les transduc-

teurs 40 peuvent opérer à une puissance de 500 watts jusqu'à - 100 kHz, avec une largeur de faisceau de 45 degrés,.sans qu'il se produise de cavitation. L'ensemble de transducteurs utilise le concept d'un système à inversion de phase pour établir une surface-de grande étendue permettant d'obtenir une grande largeur de faisceau. Le phasage des transducteurs individuels

dudit ensemble est entièrement déterminé par leurs posi-

tions physiques, et par conséquent ledit ensemble présente

une largeur de bande appropriée et est d'un faible coût.

Le récepteur des impulsions de poursuite comprend les

quatre hydrophones 120 de la Fig. 8.

Les signaux de sortie de ces hydrophones sont combinés dans

l'unité arithmétique 122 de manière à produire les deux si-

gnaux d'erreur angulaire (azimuth et élévation) et un signal de sommation. Ces signaux sont produits, pour le signal d'erreur d'azimuth, en soustrayant le signai d'hydrophone de gauche du signal d'hydrophone de droite et, pour l'erreur d'élévation, en soustrayant le signal d'hydrophone inférieur du signal d'hydrophone supérieur. Le signal de sommation est

égal à la somme des signaux produits par les quatre hydrophones.

La largeur d'impulsion émise est de 10 ms. Le processeur de poursuite, qui comprend le récepteur de mono-impulsions 124 et les processeurs 20, 26, 128, 130 utilisent une-largeur de bande de 130 Hz pour obtenir une information doppler par

détermination des échos sur surface et sur fond et des vi-

tesses de cible jusqu'à moins de 0,96 m/s. Le processeur doppler est incorporé au canal de sommation 126. Après détection, le microprocesseur 108 oblige le processeur

d'erreur 130 à effectuer une division des canaux de dif-

férence par le canal de sommation et les signaux résultant

d'erreur angulaire normalisée sont utilisés pour les com-

mandes de direction.

La capacité initiale du système de propulsion à moteur à hydro-impulsions de l'arme selon l'invention a été-mise en évidence par unessai effectué sur un modèle miniature et par une simulation par ordinateur. On a utilisé pour le modèle d'essai une chambre présentant un diamètre d'environ mm et une longueur d'environ 125-mm et on a employé une tuyère de 3,2 mm de diamètre produisant une poussée de

3,4 kg pour une pression interne de 26, 25 kg/cm2.

Du fait de la simplicité de. conception et de réalisation pratique des sous-systèmes individuels intervenant dans l'arme selon l'invention et de leur intégration sous forme d'un ensemble unitaire, on obtient une très grande fiabilité de l'arme pour une dépense très faible. Il n'a pas été nécessaire d'effectuer des essais réels de l'arme, qui auraient provoqué des dommages ou des dégâts importants. En outre,l'utilisateur peut maintenir une haute rentabilité du fait que le coût de l'arme est suffisamment bas pour permettre son emploi lors d'opération d'entraînement. Une tête de percussion contenant une charge d'explosif de 70 kg est suffisante pour produire une rupture de la coque d'un sousmarin lors de son impact sur celle-ci. En conséquence, on peut réduire au minimum le poids total de l'arme, et il en résulte une augmentation de la capacité des hélicoptères ou autres avions de lutte anti-

sous-marins en ce qui concerne le nombre d'armes transportées.

Bien qu'on ait décrit spécifiquement l'utilisation de l'arme selon l'invention pour la lutte anti-sous-marins, il va de soi que cette application n'est pas limitative et qu'il est possible d'envisager d'autres modifications, variantes ou

agencements équivalents sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1.- Arme pour détruire une cible sous-marine, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter, une tête de percussion (32) montée à l'intérieur du carter à proximité de son extrémité avant, des moyens (36) pour diriger l'arme sous l'eau en réponse à des signaux de commande de direction, et un mécanisme de propulsion (34) par hydro-impulsions comportant une chambre (46) placée à l'intérieur du carter à proximité de son extrémité de gauche, une tuyère de génération de jet d'eau (60) faisant saillie de l'arrière de la chambre (46) et des moyens pour assurer périodiquement l'admission (64) d'eau de mer dans la chambre et ensuite l'expulsion (50, 52) de l'eau de mer par

l'intermédiaire de ladite tuyère (60) avec une force substan-

tielle pour produire une poussée de propulsion de l'arme (10).

2.- Arme selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens d'expulsion d'eau comprennent un dispositif de génération de pression de gaz comportant plusieurs générateurs de gaz (50) communiquant avec la chambre (46) et des moyens pour assurer sélectivement la mise à feu des générateurs de gaz successivement en vue de produire une série d'hydroimpulsions de poussée servant à propulser l'arme sous l'eau, et en ce que

les hydro-impulsions de poussée sont sélectivement synchroni-

sées, à la fois en ce qui concerne la durée et les intervalles entre impulsions, pour établir pour l'arme un profil de vitesse

qui permet à ladite arme (10) de ralentir d'une vitesse supé-

rieure à une vitesse minimale qui est inférieure à la vitesse à laquelle le bruit propre gênerait la détection de la cible

par des moyens acoustiques.

3.- Arme selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moteur de réaction (50,52) servant à propulser l'arme (10) depuis un poste de lancement placé à bord d'un navire (14) et dans l'air jusqu'en un point de pénétration dans l'eau situé au voisinage de la cible (12), ledit moteur de réaction comprenant ladite chambre du mécanisme de propulsion par hydro-impulsions et plusieurs tuyères d'échappement de gaz (52) s'étendant vers l'arrière de ladite chambre, un moyen (54) étant prévu pour obturer les tuyères

d'échappement de gaz après l'épuisement par brûlage du combus-

tible du moteur de réaction.

4.- Arme selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en

ce qu'elle comprend des sytèmes sonar doubles (80) pour recher-

cher et détecter une cible-sous-marine (12) et pour engendrer les signaux servant à commander des moyens de direction (92) en vue de diriger l'arme (10) vers la cible (12).

5.- Arme selon la revendication 4, caractérisée en ce que

les systèmes à sonar doubles comprennent un système d'acquisi-

tion comportant plusieurs transducteurs (80) montés latérale-

ment et répartis spatialement autour des côtés de l'arme en vue d'émettre et recevoir des signaux acoustiques dans un

champ latéral entourant l'arme (10).

6.- Arme selon la revendication 5, caractérisée en ce que le système d'acquisition comprend un sélecteur de transducteur

(102) et un processeur de signaux (114) pour commander l'appli-

cation d'une impulsion émise aux transducteurs (80) et pour.

échantillonner successivement les transducteurs respectifs pour des signaux reçus représentant une réflexion sur une cible (12), ainsi que des moyens (114,108) pour répondre aux signaux reçus en provenance d'un transducteur donné et pour fournir un signal de commande des moyens de direction

(92) en vue de diriger l'arme en direction de la cible détectée.

7.- Arme selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisée en ce que les systèmes à sonar doubles comprennent un système de poursuite (40) comportant des moyens (110, 112) d'émission et de réception d'impulsions sonar qui sont montés dans une zone

adjacente au nez (40) de l'arme (10).

8.- Arme selon l'une des revendications 6 et 7, caractéri-

sée en ce que le processeur (114) de signaux du système

d'acquisition comprend en outre des moyens (104) pour trans-

férer la fonction de commande de l'arme du système d'acqui-

sition a.u système de poursuite.

9.- Arme selon l'une quelconque des revendications 4, 5

ou 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de poursuite comprenant un générateur d'impulsions (110), un processeur de signaux (20, 26, 128, 130) servant à commander et à synchroniser l'application des signaux, et un générateur de signaux acoustiques(80) ainsi qu'un récepteur (124) qui sont montés dans le nez (40) de l'arme (10) pour transmettre des

impulsions sonar sous l'eau et pour recevoir des échos réflé-

chis.

10.- Arme selon la revendication 9, caractérisée en ce que le générateur de signaux acoustiques comprend un ensemble en mosaîque de transducteurs (80) qui sont orientés de façon à engendrer une enveloppe de faisceau de forme conique vers l'avant à partir du nez (40) de l'arme, en ce que le récepteur comprend plusieurs hydrophones (120) orientés de manière à

recevoir des signaux sonar et à engendrer des signaux élec-

triques représentant la direction d'une cible-(12) et en ce que le système de poursuite comprend en outre des moyens (20, 26, 128, 130) pour traiter lesdits signaux électriques

en vue d'engendrer des signaux de commande de direction ser-

vanxtà la commande des moyens de direction (92) de l'arme ser-

vant à diriger l'arme vers la cible (12).

11.- Arme selon l'une quelconque des revendications 4 à 10,

caractérisée en ce qu'il est prévu un circuit (150, 152) pour effectuer une discrimination entre des signaux de cible et des signaux d'écho, par annulation de signaux indésirables

de réflexion d'échos.

12.- Arme selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que le processeur-de signaux (20, 26,128, 130) intervient sélectivement pour obliger l'émetteur (110) à engendrer des impulsions dans des intervalles o la vitesse sous l'eau tombe en dessous d'une vitesse à laquelle un bruit propre bloquerait des signaux acoustiques indiquant des réflexions

surla cible, en ce que le système de propulsion par hydro-

impulsions (50, 52) engendre une série d'hydro-impulsions successives, et en ce que les impulsions sonar pour le système de poursuite sont émises seulement pendant des intervalles

séparant des hydro-impulsions.