FR2663731A1

FR2663731A1 - Servo-control system for a projectile in autorotation

Info

Publication number: FR2663731A1
Application number: FR9007785A
Authority: FR
Inventors: Stauff Emile
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1991-12-27
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: FR2663731B1

Abstract

1. System for the servo-control of a projectile in autorotation to an axial reference (Zf), making use of pulse generators P0 tau 0 mounted in front of the centre of gravity (G) of the said projectile at a reference distance (d) from this centre of gravity, characterised in that the servo-control is provided in order, particularly in open loop, to keep the trajectory of the projectile as near as possible to the axis (Zf), independently of the disturbances occurring as a result of the action of the wind, of gravity and of disturbing moments, in that the pulse generators are triggered in a direction and at time intervals T such that the projectile is subjected, during this period, to a mean force N, such that N = N0 + K (Z - Zf + bZ'), in which: - N0 is a factor which is a function particularly of the mass (M) of the projectile and of the firing angle eta ; - K is a factor which is a function particularly of the mass (M) of the projectile and of the longitudinal acceleration lambda of the latter; - b is a real or complex damping coefficient; - Zf is the complex number defining the desired firing direction, and; - Z and Z' are respectively the trim and trim speeds of a projectile which are calculated on board on the basis of the data from the detectors.

Description

La présente invention est relative à l'asservissement d'un projectile en auto-rotation à une référence axiale. The present invention relates to the servocontrol of a self-rotating projectile to an axial reference.

On sait qu'un projectile durant son accélération ou son vol à l'air libre est soumis à des dispersions ou déviations qui sont dues essentiellement aux facteurs suivants
a) L'action du vent : un projectile aérodynamiquement stable, accéléré sur sa trajectoire après un certain temps de parcours à l'air libre a tendance à remonter dans le lit du vent. On pourra à cet effet se reporter au brevet FR-2504703, délivré au présent titulaire dans lequel est défini un système d'asservissement à une référence axiale permettant de supprimer l'effet du vent
b) La dispersion de la direction de la poussée du propulseur axial du projectile. Cette poussée passe à une certaine distance du centre de gravité et elle induit un moment autour de ce centre de gravité ainsi qu'une force normale à l'axe du projectile.On sait que cette dispersion provient d'une part d'un défaut d'alignement géométrique de la tuyère du système de propulsion du projectile et, d'autre part du défaut d'alignement du jet de cette tuyère, dont l'axe n1 est pas confondu en général avec celui de la tuyère. L'effet de ces moments et forces sur la direction de la vitesse du projectile est nettement diminué lorsque le projectile tourne autour de son axe longitidunal avec une vitesse G)X de rotation autant que possible supérieure à 10 rad/sec, à la sortie du tube de lancement du projectile, cette vitesse de rotation devant être portée autant que possible à une valeur nettement supérieure à i , pulsation propre du projectile autour de son axe transversal
c) Les moments et forces liés, d'origine aérodynamique, lorsque l'axe aérodynamique du projectile n'est pas confondu avec l'axe principal d'inertie. Dans ce cas également l'obtention d'une vitesse de rotation C)X convenable permet de diminuer les effets de ces facteurs sur la direction de la vitesse du projectile
d) La pesanteur qui, bien que constituant un facteur de déviation connu entraîne d'une part une dispersion non négligeable notamment dans le plan vertical du fait de son interaction avec les moments et forces aérodynamiques et d'autre part une déviation vers le bas qui peut etre gênante en particulier lorsque le tir du projectile s'effectue près du sol
e) La vitesse de rotation d'assiette autour d'un axe transversal, qui sera désigné ci-après par Z'O, due aux interactions, au départ entre le tube ou la rampe de lancement du projectile, le jet de la tuyère de propulsion et ce projectile.It is known that a projectile during its acceleration or its flight in the open air is subjected to dispersions or deviations which are due essentially to the following factors
a) The action of the wind: an aerodynamically stable projectile, accelerated on its trajectory after a certain time of course in the open air tends to go up in the bed of the wind. To this end, reference may be made to patent FR-2504703, issued to the present holder in which is defined a servocontrol system with an axial reference enabling the effect of the wind to be suppressed.
b) The dispersion of the direction of thrust of the axial thruster of the projectile. This thrust passes a certain distance from the center of gravity and it induces a moment around this center of gravity as well as a force normal to the axis of the projectile. We know that this dispersion comes on the one hand from a defect of geometric alignment of the nozzle of the propulsion system of the projectile and, secondly, the misalignment of the jet of this nozzle, whose axis n1 is not generally confused with that of the nozzle. The effect of these moments and forces on the direction of the velocity of the projectile is markedly diminished when the projectile rotates about its longitudinal axis with a speed G) X of rotation as much as possible greater than 10 rad / sec, at the exit of the launching tube of the projectile, this rotation speed to be carried as far as possible to a value substantially greater than i, the projectile's own pulse around its transverse axis
c) Moments and forces related, of aerodynamic origin, when the aerodynamic axis of the projectile is not confused with the main axis of inertia. In this case also, obtaining a suitable rotation speed C) X makes it possible to reduce the effects of these factors on the direction of the velocity of the projectile.
d) The gravity which, although constituting a known factor of diversion causes on the one hand a not negligible dispersion notably in the vertical plane because of its interaction with the aerodynamic moments and forces and on the other hand a downward deflection which can be annoying especially when the projectile is fired near the ground
(e) The attitude rotation speed around a transverse axis, hereinafter referred to as Z'O, due to interactions, initially between the projectile launch tube or ramp, the jet of the jet nozzle, and propulsion and this projectile.

La présente invention se propose d'apporter un nouveau système d'asservissement d'un projectile à une référence axiale permettant
- d'une part de maintenir la trajectoire du projectile le plus près possible d'un axe défini au préalable, indépendamment du vent, des moments perturbateurs, de la pesanteur et de la vitesse de rotation d'assiette autour de l'axe Z'O et ;
- d'autre part de faire varier la direction de cet axe défini préalablement selon un angle déterminé, sans changer l'orientation du dispositif de lancement du projectile.The present invention proposes to provide a new servocontrol system for a projectile to an axial reference allowing
on the one hand, to maintain the trajectory of the projectile as close as possible to an axis defined beforehand, independently of the wind, the disturbing moments, the gravity and the rotational speed of attitude around the axis Z ' O and;
on the other hand, to vary the direction of this previously defined axis by a determined angle, without changing the orientation of the launching device of the projectile.

Le système d'asservissement selon l'invention peut également et éventuellement assurer le guidage du projectile au travers de son système d'asservissement à l'aide d'entrées fournies par ailleurs, telles que notamment la vitesse angulaire de défilement d'une cible ou ltécartométrie fournie par un système de télécommande semiautomatique. The servo system according to the invention can also and possibly guide the projectile through its servo system using inputs provided elsewhere, such as in particular the angular speed of a target scroll or the discrepancy provided by a semiautomatic remote control system.

Avant de préciser les moyens mis en oeuvre par l'invention pour assurer l'asservissement spécifié ci-dessus on expliquera les principes sur lesquels repose le dispositif objet de la présente invention. Before specifying the means implemented by the invention to ensure the servocontrol specified above, the principles on which the device object of the present invention is based will be explained.

On commencera par définir les systèmes d'axes ainsi que les notations nécessaires à cet exposé théorique
- Soit OxO un axe absolu qui défint la direction de tir, O étant confondu avec la rampe de lancement du projectile, au centre de gravité de ce dernier, à l'instant t = 0.We will begin by defining the axis systems and the notation required for this theoretical presentation.
- Let OxO be an absolute axis that defines the firing direction, where O coincides with the launching ramp of the projectile, at the center of gravity of the latter, at time t = 0.

On analysera tout d'abord le premier cas selon lequel le projectile, asservi à un axe doit avoir une trajectoire confondue au mieux avec l'axe Oxg, cet axe est donc dans ce cas l'équivalent de l'axe d'un canon qui pourrait avoir éventuellement une longueur de plusieurs centaines de mètres. We first analyze the first case in which the projectile, enslaved to an axis must have a trajectory best confused with the axis Oxg, this axis is in this case the equivalent of the axis of a gun which could possibly have a length of several hundred meters.

- Soit 4 l'angle de tir, c'est-à-dire l'angle que fait l'axe OxO avec le plan horizontal. - Let 4 the firing angle, that is to say the angle that the axis OxO with the horizontal plane.

Le système d'axes trirectangle dextrosum est encore tel que l'axe Oz0 est dans le plan vertical contenant OxO. Oz0 est par exemple dirigé vers le haut (voir la figure 1 des dessins annexés) et OyO est alors dirigé vers la gauche du tireur et est horizontal. The system of trirectangular axes dextrosum is still such that the axis Oz0 is in the vertical plane containing OxO. Oz0 is for example directed upwards (see Figure 1 of the attached drawings) and OyO is then directed to the left of the shooter and is horizontal.

On définit maintenant un système d'axes trirectangle dextrosum
GXYZ lié au projectile, GX étant dirigé vers l'avant. Soit Ix le moment d'inertie du projectile autour de GX. On suppose le projectile de révolution, au point de vue inertie, autour de GX et soit It le moment d inertie de ce projectile autour d'un axe transversal.We now define a system of axes trirectangle dextrosum
GXYZ linked to the projectile, GX being directed forward. Let Ix be the moment of inertia of the projectile around GX. We suppose the projectile of revolution, from the point of view of inertia, around GX and let It be the moment of inertia of this projectile around a transverse axis.

- Soit Gx0y0z0 le système d'axes d'origine G (voir la figure 2 des dessins annexés), ce système étant parallèle au système d'axe OxOyOzO défini ci-dessus en référence à la figure 1. Let Gx0y0z0 be the original axis system G (see FIG. 2 of the attached drawings), this system being parallel to the axis system OxOyO 2 O defined above with reference to FIG.

- Soit Gxyz le système d'axes intermédiaire d'Euler avec Gx confondu avec GX et Gy perpendiculaire au plan (GX, Gxo) et tel qu'une rotation positive

autour de Gy amène Gx0 sur GX. - Let Gxyz be the intermediate axis system of Euler with Gx coincident with GX and Gy perpendicular to the plane (GX, Gxo) and such that a positive rotation

around Gy brings Gx0 on GX.

9 au sens dtEuler est la nutation (c'est-à-dire la rotation autour de Gy). 9 in the sense of Euler is the nutation (that is to say, the rotation around Gy).

# = Gy0Gy est la précession (rotation autour de Gx0). # = Gy0Gy is the precession (rotation around Gx0).

# est la rotation propre, positive autour de GX ou Gx. # is the clean, positive rotation around GX or Gx.

Dans le système d'axes GXYZ lié au projectile, un point est repéré par la distance d suivant GX au centre de gravité et par l'angle g avec OY. In the GXYZ axis system linked to the projectile, a point is marked by the distance d following GX at the center of gravity and by the angle g with OY.

- Soit # le vecteur de rotation instantanée. Les projections de n! sur GXYZ sont alors

on a la relation complexe

- Soit Z la fonction complexe

- Let # be the instantaneous rotation vector. The projections of n! on GXYZ are then

we have the complex relationship

- Let Z be the complex function

Lorsque 8 est petit, Z est l'affixe de la projection sur GyozO du vecteur unité porté par GX parallèlement à Gx0 ; CyO étant l'axe des réels. When 8 is small, Z is the affix of the GyozO projection of the unit vector carried by GX parallel to Gx0; CyO being the axis of reals.

Z définit seul la position de GX dans Gx0y0z0, on a alors

Z only defines the position of GX in Gx0y0z0, so we have

On remarquera que la connaissance de Z, Z' et de G) > permet de calculer toutes les fonctions qui peuvent éventuellement être nécessaires

It will be noted that the knowledge of Z, Z 'and G)> makes it possible to calculate all the functions that may possibly be necessary

De la même façon on définit la position du centre de gravité G du projectile dans le système d'axes Gx0y0z0 d'une part par
G = YG + izG d'autre part par XG, et on désignera par v = v y + i vz = dG avec
dt
vO représentant la valeur à l'origine. In the same way, the position of the center of gravity G of the projectile in the axis system Gx0y0z0 is defined on the one hand by
G = YG + izG on the other hand by XG, and we will designate by v = vy + i vz = dG with
dt
vO representing the value originally.

Compte tenu des définitions données ci-dessus, dans le plan OyOzO (ou GyOzO) la pesanteur a pour affixe
- igcos
De même, une force N, normale à Gx0 a pour affixe
N = NyO + iNzO qui peut s'écrire
N = N r + iNi
La composante Nr étant la composante réelle, donc suivant yO et Ni étant la composante imaginaire, c'est-à-dire selon 1 axe z0 (voir la figure 2). I
On sait qu'il est possible de calculer Z, Z', 0 , o ... à partir de détecteurs montés sur un ou plusieurs gyroscopes.Given the definitions given above, in the plane OyOzO (or GyOzO) the gravity has for affix
- igcos
Likewise, a force N, normal to Gx0, has for affix
N = NyO + iNzO which can be written
N = N r + iNi
The component Nr is the real component, therefore along y0 and Ni being the imaginary component, that is to say along 1 axis z0 (see Figure 2). I
It is known that it is possible to calculate Z, Z ', 0, o ... from detectors mounted on one or more gyroscopes.

I1 est souvent préférable, compte tenu du développement des gyromètres optiques de calculer Z et Z' soit à partir de trois gyromètres qui mesurent G) x, q et r, soit à partir de deux gyromètres qui mesurent q et r et par exemple un gyroscope dont l'axe au départ est perpendiculaire à GX et qui porte un détecteur mesurant # + t .On est alors conduit à utiliser suivant le cas l'une ou l'autre des fonctions auxiliaires suivantes

#o + #o étant la valeur de t + t à l'instant t= O ou

It is often preferable, considering the development of the optical gyrometers to calculate Z and Z 'either from three gyrometers which measure G) x, q and r, or from two gyrometers which measure q and r and for example a gyroscope whose axis at the beginning is perpendicular to GX and which carries a detector measuring # + t. Then, it is necessary to use as appropriate one or the other of the following auxiliary functions

#o + #o being the value of t + t at time t = O or

Dans ce qui suit on supposera que

In the following it will be assumed that

On démontre qu'on a rigoureusement à titre d'exemple

et une relation légèrement plus complexe reliant Z' et fl'
On peut alors souvent négliger

car

(à mieux que

près) ou on peut encore écrire

We show that we have rigorously as an example

and a slightly more complex relationship linking Z 'and fl'
We can often neglect

because

(better than

close) or we can still write

On vérifie facilement que lorsque e < io-2, on a

We easily check that when e <io-2, we have

Comme on a vu plus haut on peut aussi écrire

As we saw earlier we can also write

qui se calculent facilement à partir de Z et Z'.

which are easily calculated from Z and Z '.

Connaissant au départ ZO , Z'0 et t0 + #o on peut en déduire facilement, par intégrations successives, les valeurs de Z, Z' et # + # à partir des mesures de q, r et
Dans l'exemple de mise en oeuvre envisagé ici à titre d'exemple le projectile que l'on veut asservir est un projectile en auto-rotation, stable aérodynamiquement et dont les coefficients aérodynamiques sont indépendants de
On désigne par
- e sa marge statique ( e > o selon les conventions adoptées ici)
- Cx le coefficient de traînée du projectile
- C'z le coefficient de gradient de portance et;
- C le coefficient de moment de rappel aérodynamique.Knowing initially ZO, Z'0 and t0 + #o we can deduce easily, by successive integrations, the values of Z, Z 'and # + # from the measurements of q, r and
In the exemplary implementation envisaged here by way of example, the projectile that one wants to enslave is a projectile in auto-rotation, stable aerodynamically and whose aerodynamic coefficients are independent of
We designate
- e its static margin (e> o according to the conventions adopted here)
- Cx the drag coefficient of the projectile
- C'z the coefficient of lift gradient and;
- C the aerodynamic moment of restoring moment.

Dans ces conditions la pulsation propre non amortie est

Under these conditions, the undamped pulse is

Si M est la masse du projectile, la résistance des forces de contact (poussée - traînée) a pour composante suivant l'axe du projectile M
est donc l'accélération longitudinale lorsque le projectile est horizontal. Pour calculer la vitesse du projectile il faut donc retrancher la composante de la pesanteur suivant l'axe du projectile: > - g sin \ = dVv
dt
Afin d'exercer un moment sur le projectile, on applique à ce dernier, à une distance d de son centre de gravité, à l'aide d'impulseurs constitués par exemple par des propulseurs de très petites dimensions des forces PO pendant un temps 1o très court de telle sorte que l'impulsion unitaire soit PO #o. If M is the mass of the projectile, the resistance of the contact forces (push-drag) has the component along the axis of the projectile M
so is the longitudinal acceleration when the projectile is horizontal. To calculate the velocity of the projectile we must therefore remove the component of gravity along the axis of the projectile:> - g sin \ = dVv
dt
In order to exert a moment on the projectile, it is applied to the latter, at a distance d from its center of gravity, with the aid of impellers constituted for example by very small thrusters of the forces PO during a time 1o very short so that the unitary pulse is PO # 0.

Bien entendu, cette impulsion peut être fournie par tout autre moyen et on pourra se référer en ce qui concerne la nature et la disposition de ces impulseurs au brevet FR-2504703 déjà mentionné cidessus. Of course, this pulse can be provided by any other means and reference may be made as to the nature and arrangement of these impellers to the patent FR-2504703 already mentioned above.

Sur la figure 3 des dessins annexés on a représenté de façon schématique un projectile selon la présente invention avec ses systèmes d'impulseurs placés à l'avant du centre de gravité à la distance d de ce dernier. FIG. 3 of the attached drawings shows schematically a projectile according to the present invention with its impeller systems placed in front of the center of gravity at the distance d of the latter.

Si des impulseurs identiques sont déclenchés toujours dans la même direction dans le système GxOyOz0 avec une période T on démontre alors que ces impulsions successives sont équivalentes à une force N:

If identical impellers are triggered always in the same direction in the GxOyOz0 system with a period T, then it is shown that these successive pulses are equivalent to a force N:

Par définition, d est positif étant donné que les impulseurs sont placés en avant du centre de gravité G ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus et comme représenté sur la figure 3 des dessins annexés.On démontre que le facteur de charge normal à la trajectoire engendré par ces impulsions est (lorsque 'X r O et que les moments aérodynamiques sont suffisants pour limiter l'incidence du projectile)

By definition, d is positive since the impellers are placed in front of the center of gravity G as indicated above and as shown in FIG. 3 of the accompanying drawings. It is shown that the normal load factor the trajectory generated by these pulses is (when X r O and the aerodynamic moments are sufficient to limit the incidence of the projectile)

On désigne par S la grandeur scalaire

We denote by S the scalar quantity

Inversement, lorsqu on veut exercer sur un projectile une force N à une distance d de son centre de gravité G, il faut déclencher en d des impulseurs présentant des impulsions unitaires
PO t0 de même argument que N et à une fréquence f telle que::

Conversely, when one wishes to exert on a projectile a force N at a distance d from its center of gravity G, it is necessary to trigger in d impulsors presenting unit pulses.
PO t0 with the same argument as N and at a frequency f such that ::

Selon l'invention, on définit la loi de commande des impulseurs disposés sur le projectile en auto-rotation stable, qui permet de maintenir en boucle ouverte la trajectoire de ce projectile le plus près possible d'un axe Zf défini dans le système d'axes GxoyozO et proche de G,0, indépendamment des effets du vent, de la pesanteur et des moments perturbateurs de o. La force N correspondant aux impulsions successives desdits impulseurs, placées à la distance d du centre de gravité G du projectile, que l'on vient de définir doit être alors égale à
N = No + K (Z - Zf + b Z')
relation dans laquelle
No et K sont des grandeurs définies ci-après
b est un coefficient d'amortissement réel ou complexe et
Zf est le nombre complexe qui définit la direction de tir souhaitée

According to the invention, the control law of the impellers placed on the projectile in stable self-rotation is defined, which makes it possible to keep in open loop the trajectory of this projectile as close as possible to an axis Zf defined in the system of FIG. axes GxoyozO and close to G, 0, independently of the effects of wind, gravity and disturbing moments of o. The force N corresponding to the successive pulses of said impellers, placed at the distance d from the center of gravity G of the projectile, which has just been defined, must then be equal to
N = No + K (Z - Zf + b Z ')
relationship in which
No and K are magnitudes defined below
b is a real or complex damping coefficient and
Zf is the complex number that defines the desired firing direction

On peut aussi introduire dans le calcul la direction et le site qui sont la partie réelle et la partie imaginaire de Zf. La précision diminue au fur et à mesure que ex augmente. Elle reste pratiquement inchangée jusqu'à 64 < O,lrd. One can also introduce in the calculation the direction and the site which are the real part and the imaginary part of Zf. The accuracy decreases as ex increases. It remains virtually unchanged at 64 <0, lrd.

Z et Z' sont les assiettes et vitesses d'assiette du projectile calculées de la manière décrite précédemment, en particulier à partir de q, r, 'e+ ,ZO. Z and Z 'are the plates and pitch speeds of the projectile calculated as previously described, in particular from q, r,' e +, ZO.

ZO est l'assiette intiale du projectile donc l'assiette du tube de lancement de ce dernier dans le système d'axes GxOyOz0. Cette grandeur, selon ce premier mode de réalisation est affichée dans le calculateur. ZO is the initial attitude of the projectile and therefore the pitch of the launch tube of the latter in the axis system GxOyOz0. This quantity, according to this first embodiment, is displayed in the computer.

En ce qui concerne les grandeurs Ng et K, il convient de faire la distinction entre les trois cas suivants 1 - Les forces aérodynamiques qui s'exercent sur le projectile sont négligeables devant gM. Pour les projectiles les plus courants, ceci est valable jusqu'à V~ 60 m/sec. With regard to the quantities Ng and K, the following three cases must be distinguished: 1 - The aerodynamic forces exerted on the projectile are negligible in front of gM. For the most common projectiles, this is valid up to V ~ 60 m / sec.

On démontre alors que pour que les vitesses d'assiette initiales dues à la sortie du tube de lancement soient bien amorties et pour que la vitesse du projectile soit bien confondue avec OxO (lorsque Zf = O), il faut que
# NO = igcos # . M
K = -# M
et ZO = igcos #
Lorsque cette dernière condition, ctest-à-dire ZO = igcosa est respectée, l'asservissement, comme on le vérifie facilement maintient cette assiette et la trajectoire suit l'axe OxO.It is then shown that in order for the initial attitude velocities due to the exit of the launch tube to be well damped and for the projectile velocity to be confused with OxO (when Zf = O), it is necessary that
# NO = igcos #. M
K = - # M
and ZO = igcos #
When the latter condition, that is to say ZO = igcosa is respected, the servo, as it is easily verified, maintains this attitude and the trajectory follows the axis OxO.

Pour que les moments perturbateurs liés soient au mieux neutralisés, il est souhaitable de faire en sorte qu'à la sortie du tube de lancement on ait
#x > lOrd/sec, par exemple.In order for the disturbing moments connected to be neutralized at best, it is desirable to make sure that at the exit of the launching tube we have
#x> lOrd / sec, for example.

20 - Les forces aérodynamiques ainsi que les moments de rappel qui s 1exercent sur le projectile ne sont pas négligeables devant gM. The aerodynamic forces as well as the restoring moments which exert on the projectile are not negligible in front of gM.

Dans ces conditions, le couple suivant
K = 3 M o

donne les meilleures performances avec un ZO initial, au moment de l'établissement de cette nouvelle loi, égal à igcos # et Z'O faible, ce qui est obtenu en fin de la phase mentionnée ci-dessus en paragraphe 1.In these conditions, the following couple
K = 3 M o

gives the best performances with an initial ZO, at the time of the establishment of this new law, equal to igcos # and Z'O weak, which is obtained at the end of the phase mentioned above in paragraph 1.

30 - Lorsque 3 = O, en fin d'accélération, on a alors
K = O et

ce qui permet encore de compenser la pesanteur. Cependant, l'asservissement n'agit plus. Il peut être maintenu, comme on le verra plus loin, en retenant pour K une valeur K r indépendante de 3. 30 - When 3 = O, at the end of acceleration, we then have
K = O and

which still makes it possible to compensate gravity. However, enslavement no longer works. It can be maintained, as will be seen later, by keeping for K a value K r independent of 3.

Dans ce dernier cas, l'asservissement en boucle ouverte n' est plus précis et il convient d'agir sur Zf en boucle fermée. On notera que dans l'exposé ci-dessus, on a retenu à titre d'exemple, l'axe Gxg comme axe de guidage principal. I1 s'agit là du système d'axes le plus pratique pour l'étude théorique du système d'asservissement selon 1 invention. Dans certains cas, il peut être préférable de choisir un système d'axe tel que ZO = O, c'est-à-dire 0x0 est parallèle à la rampe de lancement du projectile.In the latter case, the open-loop control is no longer accurate and it is necessary to act on Zf in closed loop. It should be noted that in the above discussion, the Gxg axis has been chosen as an example as the main guide axis. This is the most practical axis system for the theoretical study of the servo system according to the invention. In some cases, it may be preferable to choose an axis system such that ZO = O, i.e., 0x0 is parallel to the launching ramp of the projectile.

Le calculateur est programmé avec ZO = O et l'on affiche dans ce cas Zf qui donne la direction de tir dans ce nouveau système d'axes. La précision la meilleure est alors obtenue lorsque

The computer is programmed with ZO = O and Zf is displayed in this case, which gives the direction of fire in this new system of axes. The best accuracy is then obtained when

L'affût de tir peut éventuellement n1 occuper qu'un nombre limité de positions de tir. The firing lane may occupy only a limited number of firing positions.

On peut faire également une autre remarque gcos Y1 est affiché dans le calculateur au moment du tir avec
Zf. Pour un type de projectile déterminé, M varie avec le temps et 1 +# est mis en mémoire dans le projectile de préférence lors de la réalisation de ce dernier. On retient par exemple S = O jusqu'à 0,4". On peut par exemple ouvrir aussi les empennages du projectile au même instant. 3 est normalement mesuré dans le projectile où il peut être programmé en fonction de la température.We can also make another note gcos Y1 is displayed in the calculator when shooting with
Zf. For a given type of projectile, M varies with time and 1 + # is stored in the projectile preferably during the realization of the latter. For example, S = 0 up to 0.4 "can be used, for example the projectile empennages can be opened at the same time 3 is normally measured in the projectile where it can be programmed according to the temperature.

Enfin, on fera remarquer que les valeurs retenues constituent des valeurs optimales et qu'il est possible de s'en écarter légèrement sans que les performances soient affectées d'une façon rédhibitoire. Finally, it will be noted that the values retained are optimal values and that it is possible to deviate slightly from them without the performance being unacceptably affected.

On comprend de la lecture de l'exposé qui précède que le système d'asservissement selon 1 invention à un axe, en boucle ouverte, est surtout intéressant et précis durant la phase d'accélération du projectile. Un projectile selon l'invention peut alors être accéléré sur plusieurs centaines de mètres avec une précision analogue à celle d'un canon, à partir d'un affût léger et simple et une salve de projectiles bien répartis angulairement peut être tirée en un très cours laps de temps. It will be understood from reading the preceding statement that the servo system according to the invention with an axis, in an open loop, is especially interesting and precise during the acceleration phase of the projectile. A projectile according to the invention can then be accelerated over several hundred meters with a precision similar to that of a gun, from a light and simple lookout and a salvo of projectiles well distributed angularly can be shot in a very short time lapse.

Après la phase d'accélération, lorsque A tend vers zéro, l'asservissement est de préférence coupé et le projectile poursuit alors une trajectoire balistique, ou l'on maintient Ng pour qu'il y ait compensation de la pesanteur. After the acceleration phase, when A tends to zero, the servo is preferably cut off and the projectile then pursues a ballistic trajectory, where Ng is maintained so that there is compensation of gravity.

Selon un second aspect de cette invention, celle-ci vise un système d'asservissement d'un projectile à une référence axiale permettant en outre d'assurer le guidage de ce projectile à travers un système d'asservissement à l'assiette, à l'aide d'entrées fournies par ailleurs. According to a second aspect of this invention, it aims a servo system of a projectile to an axial reference further allowing to guide the projectile through a servo system to the plate, the input help provided elsewhere.

On a vu qu il était possible de dévier d'un angle Zf la trajectoire d'un projectile asservi, de façon précise, à un axe pendant la phase d'accélération de ce projectile. We have seen that it was possible to deviate from an angle Zf the trajectory of a projectile slaved precisely to an axis during the acceleration phase of this projectile.

En agissant sur Zf, à travers un réseau correcteur à l'aide d'une entrée extérieure par exemple un écart à un axe ou la vitesse angulaire de défilement d'une cible, il est possible selon la présente invention d'obtenir un guidage en boucle fermée du projectile muni de l'asservissement axial, dans de bonnes conditions. By acting on Zf, through a corrector network with the aid of an external input, for example a deviation from an axis or the angular velocity of a target, it is possible according to the present invention to obtain guidance in closed loop of the projectile provided with the axial servocontrol, under good conditions.

Dans ce cas, on peut retenir une valeur de Ng du même ordre de grandeur que celui retenu précédemment. In this case, we can retain a value of Ng of the same order of magnitude as that previously retained.

En ce qui concerne le facteur K, on peut lui donner une valeur
K r telle que|Kr| soit toujours supérieur à | K| = # M et l'on
1 +# conserve par exemple la même valeur lorsque ) = O ou est négatif.With regard to the factor K, we can give it a value
K r such that | Kr | always be greater than | K | = # M and one
For example, 1 + # holds the same value when) = 0 or is negative.

On peut optimiser, dans chaque cas particulier, les valeurs de
Kr qui conviennent le mieux. L'affixe de la force N due aux impulseurs étant ainsi défini on peut en déduire comme précédemment

et ArgN qui donne dans le système d'axes Gxoy0z0, l'angle que doit faire N avec l'axe OyO. We can optimize, in each particular case, the values of
Kr which are best suited. The affix of the force N due to the impellers being thus defined one can deduce as previously

and ArgN which gives in the system of axes Gxoy0z0, the angle that must make N with the axis OyO.

Pour obtenir dans le plan GYZ l'angle que doit faire N avec l'axe GY, il suffit, compte tenu du fait que 9 est faible de retrancher ( 'e+'*) à ArgN. To obtain in the plane GYZ the angle that N has to make with the axis GY, it suffices, considering that 9 is weak to deduce ('e +' *) from ArgN.

On peut sans problème tenir compte du délai d'allumage, de la durée non nulle de 1o , du fait que l'impulseur à déclencher à un argument différent de -fr de N afin de déterminer l'angle 5 que doit faire cet impulseur à déclencher avec l'axe OY. Dans le système logique de commande, on donnera la priorité au respect de # , la période T étant assurée en moyenne.
One can easily take into account the ignition delay, the non-zero duration of 1o, the fact that the impeller to be triggered at an argument different from -fr of N to determine the angle that must be made this impeller to trigger with the OY axis. In the control logic system, priority will be given to the respect of #, the period T being ensured on average.

On vérifie par ailleurs facilement une propriété importante qui découle de la loi de commande retenue et des valeurs correspondantes de Ng et K. Moreover, it is easy to check an important property that derives from the chosen control law and the corresponding values of Ng and K.

Pour que deux impulseurs placés sur une même génératrice mais à des distances dl et d2 différentes du centre de gravité G soient équivalents vis-à-vis du calculateur, il faut que leurs impulsions (loi) et (P2 ç ) soient tels que

For two impellers placed on the same generator but at distances d1 and d2 different from the center of gravity G are equivalent vis-à-vis the calculator, their impulses (law) and (P2) must be such that

L'impulsion nécessaire est d'autant plus faible que d est grand. On a donc une grande facilité de répartition des impulseurs mais, il y a intérêt à ce que d soit relativement grand et que l'expression

qui caractérise la contribution de l'asservissement au temps de réponse, ne varie pas dans de grandes proportions.The necessary impulse is weaker as d is large. So we have a great ease of distribution of the impellers but, it is interesting that d is relatively large and that the expression

which characterizes the contribution of servitude to the response time, does not vary in large proportions.

I1 demeure bien entendu que la présente invention n' est pas limitée aux exemples de réalisation ou d'applications mentionnés ou décrits ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes. It remains understood that the present invention is not limited to the embodiments or applications mentioned or described herein but encompasses all variants.

Claims

REVENDICATIONS

- Z et Z' sont respectivement les assiettes et vitesses d'assiette du projectile calculées à son bord à partir des données des détecteurs. Z and Z 'are, respectively, the plates and the attitude velocities of the projectile calculated on board from the data of the detectors.

- Zf est le nombre complexe qui définit la direction de tir souhaitée et - Zf is the complex number that defines the desired direction of fire and

- b est un coefficient d'amortissement réel ou complexe b is a real or complex damping coefficient

- K est un facteur fonction notamment de la masse (M) du projectile et de l'accélération longitudinale A de ce dernier K is a function factor in particular of the mass (M) of the projectile and the longitudinal acceleration A of the latter

- No est un facteur fonction notamment de la masse (M) du projectile et de l'angle de tir - No is a function factor including the mass (M) of the projectile and the firing angle

N = Ng + K (Z - Zf + bZ') dans l'hypothèse où l'axe Ox0 est suivant l'axe du projectile au départ, qui fait un angle < avec le plan horizontal et l'axe Oyo qui est l'axe des réels est horizontal et l'axe Oz0 qui est l'axe des imaginaires est ascendant N = Ng + K (Z - Zf + bZ ') in the hypothesis where the axis Ox0 is along the axis of the projectile at the beginning, which makes an angle <with the horizontal plane and the axis Oyo which is the axis of the real is horizontal and the axis Oz0 which is the axis of the imaginary is ascending

et en ce que dans la loi de commande des impulseurs and in that in the control law of the impellers

Arg. P0 = Arg N et la période Arg. P0 = Arg N and the period

1. Système d'asservissement d'un projectile en auto-rotation à une référence axiale (Zf), mettant en oeuvre des impulseurs d'impulsions Po T'o , montés à l'avant du centre de gravité (G) dudit projectile, à une distance de référence (d) de ce centre de gravité, caractérisé en ce que l'on réalise l'asservissement afin de maintenir, en particulier en boucle ouverte, la trajectoire du projectile le plus près possible de l'axe (Zf), indépendamment des perturbations résultant de l'action du vent, de la pesanteur et des moments perturbateurs, en ce que les impulseurs sont déclenchés dans une direction et à des intervalles de temps T, tels que le projectile soit soumis durant cette période à une force moyenne N telle que N = Ng + K (Z - Zf + bZ'), la connaissance de N définissant la direction suivant laquelle doit fonctionner l'impulseur : 1. System for controlling a projectile in self-rotation at an axial reference (Zf), using pulse impulsors Po T'o, mounted in front of the center of gravity (G) of said projectile, at a reference distance (d) from this center of gravity, characterized in that the servocontrol is carried out in order to maintain, in particular in an open loop, the trajectory of the projectile as close as possible to the axis (Zf) independently of the disturbances resulting from the action of wind, gravity and disturbing moments, in that the impellers are triggered in a direction and at time intervals T, such that the projectile is subjected during this period to a force mean N such that N = Ng + K (Z - Zf + bZ '), the knowledge of N defining the direction in which the impeller must operate:

2. Système d'asservissement d'un projectile selon la revendication ,, caractérisé en ce qu'il fonctionne en boucle ouverte durant la phase d'accélération dudit projectile et en ce que la précision la meilleure est obtenue durant cette phase d'accélération quand les valeurs du couple Ng, K sont choisies de manière que 2. servo system of a projectile according to claim ,, characterized in that it operates in open loop during the acceleration phase of said projectile and in that the best accuracy is obtained during this acceleration phase when the values of the pair Ng, K are chosen in such a way that

relations dans lesquelles, lorsque les forces aérodynamiques sont efficaces, S est le scalaire défini par la relation relations in which, when the aerodynamic forces are effective, S is the scalar defined by the relation

dans laquelle in which

- e désigne la marge statique du projectile - e designates the static margin of the projectile

- Cx représente le coefficient de tranée du projectile et Cx represents the coefficient of tranation of the projectile and

- C'z représente son coefficient de gradient de portance. C'z represents its lift gradient coefficient.

3. Système d'asservissement d'un projectile selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsque, dans le cas où les forces aérodynamiques qui s'exercent sur le projectile sont négligeables devant gM, et que e est donc indéterminé, les valeurs du couple Ng, K qui assurent le meilleur asservissement, donc en particulier au départ du projectile, sont obtenues en prenant S = 0, dans les relations donnant Ng et K, c'est-à-dire 3. servo system of a projectile according to claim 2, characterized in that, when, in the case where the aerodynamic forces exerted on the projectile are negligible in front of gM, and e is therefore indeterminate, the values of the Ng, K pair which ensure the best enslavement, and therefore in particular at the start of the projectile, are obtained by taking S = 0, in the relations giving Ng and K, that is to say

No = igcos R . M No = igcos R. M

K = K =

4.Système d'asservissement d'un projectile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que aux couples de valeurs No et K voisines des valeurs définies dans la revendication 2, on associe la valeur Zf particulière 4. servocontrol system of a projectile according to any one of the preceding claims, characterized in that the pairs of values No and K adjacent values defined in claim 2, associates the particular value Zf

dans laquelle A e est la valeur moyenne de l'accélération du projectile à sa sortie du tube de lancement, la précision ne se dégradant que lentement lorsqu'on s'écarte de cette valeur particulière de Zf. where A e is the average value of the acceleration of the projectile at its exit from the launch tube, the accuracy being degraded only slowly when deviating from this particular value of Zf.

5. Système d'asservissement d'un projectile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué au tir d'une salve de projectiles dispersés en direction au choix, notamment autour de la valeur particulière Zf définie dans la revendication 4 et tirée en un très court laps de temps à partir de rampes pouvant être notamment parallèles. 5. servo system of a projectile according to any one of the preceding claims, characterized in that it is applied to the firing of a salvo of projectiles dispersed in the direction of choice, especially around the particular value Zf defined in claim 4 and pulled in a very short period of time from ramps that can be in particular parallel.

6. Système d'asservissement d'un projectile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, les impulseurs ne sont pas tous à la meme distance de référence (d) du centre de gravité, un impulseur, d'impulsions (Pi ) placé à la distance (di) du centre de gravité étant équivalent, vis-à-vis du calculateur utilisé, à (Po so d) lorsque 6. servo system of a projectile according to any one of the preceding claims, characterized in that, the impellers are not all at the same reference distance (d) of the center of gravity, an impeller, impulses (Pi) placed at the distance (di) of the center of gravity being equivalent, vis-à-vis the calculator used, to (Po so d) when

et en ce que de préférence, le rapport d ne varie pas dans de trop fortes proportions. and in that preferably the ratio d does not vary in too large proportions.

7. Système d'asservissement d'un projectile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant la phase d'accélération dudit projectile, on agit en boucle fermée sur le facteur Zf, le couple de valeurs Ng, K pouvant alors en fonction des besoins différer notablement des valeurs spécifiées dans les revendications 2 et 3, en particulier lorsque l'accélération commence à décroître. 7. servo system of a projectile according to any one of the preceding claims, characterized in that during the acceleration phase of said projectile, it acts in a closed loop on the factor Zf, the pair of values Ng, K can then, depending on the requirements, differ significantly from the values specified in claims 2 and 3, particularly when the acceleration starts to decrease.

8. Système d'asservissement d'un projectile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque l'accélération du projectile devient faible, on agit en boucle fermée sur Zf, le couple de grandeurs Ng, K pouvant être alors identique aux valeurs de ce couple retenues pour la phase accélération ou bien être adapté à chaque cas particulier. 8. servo system of a projectile according to any one of the preceding claims, characterized in that, when the acceleration of the projectile becomes weak, it acts in a closed loop on Zf, the torque of quantities Ng, K can be then identical to the values of this couple retained for the acceleration phase or be adapted to each particular case.