WO2021009277A1 - Projectile sous-marin, ensemble et procédé de lancement associés - Google Patents

Projectile sous-marin, ensemble et procédé de lancement associés Download PDF

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WO2021009277A1
WO2021009277A1 PCT/EP2020/070110 EP2020070110W WO2021009277A1 WO 2021009277 A1 WO2021009277 A1 WO 2021009277A1 EP 2020070110 W EP2020070110 W EP 2020070110W WO 2021009277 A1 WO2021009277 A1 WO 2021009277A1
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WO
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projectile
stop
propeller
rotary shaft
stress
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/070110
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English (en)
Inventor
Thibaut DE SARRANT
Original Assignee
Naval Group
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Publication date
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Priority to US17/627,561 priority patent/US11761741B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B19/00—Marine torpedoes, e.g. launched by surface vessels or submarines; Sea mines having self-propulsion means
    • F42B19/12—Propulsion specially adapted for torpedoes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41F—APPARATUS FOR LAUNCHING PROJECTILES OR MISSILES FROM BARRELS, e.g. CANNONS; LAUNCHERS FOR ROCKETS OR TORPEDOES; HARPOON GUNS
    • F41F3/00—Rocket or torpedo launchers
    • F41F3/08—Rocket or torpedo launchers for marine torpedoes
    • F41F3/10—Rocket or torpedo launchers for marine torpedoes from below the surface of the water

Definitions

  • TITLE Submarine projectile, associated set and method of launching
  • the present invention relates to a projectile, in particular a submarine, of the type comprising a hull and a propulsion element, said propulsion element comprising: a first rotary shaft capable of being rotated relative to the hull about an axis; and a first propeller adapted to be driven in rotation by said first rotary shaft.
  • the ejection force is applied to the aft part of the torpedo and is particularly received by the propeller or propellers. Violent shocks can therefore be transferred to the rotating shafts and / or to the bearing systems carrying said rotating shafts, which can cause damage to the propulsion mechanism.
  • the present invention aims to provide a projectile capable of minimizing the impact of the ejection on the state of the propulsion mechanism.
  • the invention relates to a projectile of the aforementioned type, in which: the first propeller and the shell respectively comprise a first stop and a first counter-stop facing each other; the first propeller is able to slide axially along the first rotary shaft between a first position, in which a first non-zero clearance is provided between the first stop and counter-stop, and a second position, in which the first stop and counter-stop stopper are in contact; the propulsion element further comprises a first elastic return element, reversibly deformable along the axis between a first and a second stress states, said first and second states corresponding respectively to the first and to the second positions of the first propeller , the stress of the first state being less than the stress of the second state.
  • the projectile has one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the first elastic return element is a compression spring, preferably a spring washer;
  • the first propeller further comprises a second counter-stop, axially opposite to the first stop;
  • the propulsion element further comprises: a second rotary shaft capable of being rotated relative to the hull around the axis; and a second propeller adapted to be driven in rotation by said second rotary shaft; the second propeller comprises a second stop opposite the second counter-stop; the second propeller is able to slide axially along the second rotary shaft between a third position, in which a second non-zero clearance is provided between the second stop and counter-stop, and a fourth position, in which the second stop and counter-stop stopper are in contact; the propulsion element further comprises a second elastic return element, reversibly deformable along the axis between a third and a fourth stress states, said third and fourth states corresponding respectively to the third and to the fourth positions of the second propeller , the stress of the third state being less than the stress of the fourth state;
  • the propulsion element is configured so that when the second propeller is in the fourth position relative to the second rotary shaft, the first propeller is in the second position relative to the first rotary shaft;
  • the second elastic return element is a compression spring, preferably a spring washer
  • the projectile comprises a thrust surface capable of transferring an axial force to the first propeller
  • the thrust surface is carried by the second propeller and axially opposite to the second stop.
  • the invention further relates to a launch assembly comprising: a projectile as described above; and a launch tube comprising: an internal chamber capable of receiving the projectile; and an ejection device, able to exert a thrust on the thrust surface of the projectile, so as to eject said projectile out of the internal chamber.
  • the invention further relates to a method for launching a projectile as described above, comprising the following steps: application of an axial force against the thrust surface; transfer of said axial force to the first stop; so as to cause the sliding of the first propeller along the first rotary shaft, from the first position to the second position; and the passage of the first elastic return element from the first to the second state of stress; then transfer of the axial force from the first propeller to the hull, leading to the launch of the projectile; relaxation of the first elastic return element from the second to the first state of stress.
  • the transfer of the axial force to the first stop comprises sliding the second propeller along the second rotary shaft from the third position to the fourth position; and the passage of the second elastic return element from the third to the fourth state of stress; and simultaneously with the relaxation of the first elastic return element, the method comprises the relaxation of the second elastic return element from the fourth to the third state of stress.
  • the invention further relates to a method of operating a projectile as described above, wherein: each of the first and second rotating shafts is rotated relative to the shell about the axis; and the first and second propellers are in the first and third positions, respectively.
  • Figure 1 is a schematic view, in partial section, of a launch assembly comprising a projectile according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a partial schematic view, in section, of the projectile of Figure 1.
  • FIG. 1 shows a launch assembly 10 according to one embodiment of the invention.
  • the launch assembly 10 is intended in particular to equip a ship, such as a surface vessel or a submarine.
  • the launch assembly 10 is particularly intended for launching a projectile 12 into an underwater environment.
  • the launch assembly 10 includes the projectile 12 and a launch tube 14.
  • the projectile 12 for example a torpedo, is able to move in an underwater environment.
  • the projectile 12 comprises in particular a shell 16, one or more fins 18 and a propulsion element 20.
  • the shell 16 has a longitudinal shape extending along a main axis 22.
  • Said main axis 22 constitutes an axis of movement of the projectile 12.
  • the propulsion element 20 is able to move the projectile 12 along said axis. main 22, in a direction of movement.
  • the propulsion element 20 is arranged at the rear of the hull 16 in said direction of movement.
  • the propulsion element 20 comprises: an engine block 24 disposed within the hull 16; at least one rotary shaft 26, 28; and at least one propeller 30, 32.
  • the at least one rotary shaft 26, 28 is adapted to be rotated relative to the shell 16, around the main axis 22, by the engine block 24.
  • the at least one propeller 30, 32 is adapted to be rotated by the at least one rotary shaft 26, 28 about the main axis 22.
  • the propulsion element 20 further comprises at least one elastic return element 33, 34, associated with at least one propeller 30, 32.
  • the propulsion element 20 comprises a first 26 and a second 28 rotating shafts, coaxial and arranged along the main axis 22.
  • the first rotary shaft 26 is tubular in shape, the second rotary shaft 28 being disposed inside said first rotary shaft 26.
  • a front portion 35, 36 of each of the first 26 and second 28 rotary shafts is located inside the shell 16 and connected to the engine block 24.
  • the first 26 and second 28 rotary shafts are free to rotate. one in relation to the other.
  • the engine block 24 is able to rotate the first 26 and second 28 rotary shafts in opposite directions of rotation.
  • the engine block 24 comprises two separate engines, each of said engines being connected to one of the rotary shafts 26, 28.
  • a rear portion 38, 40 of each of the first 26 and second 28 rotary shafts forms an axial projection out of the shell 16.
  • the rear portion 40 of the second rotary shaft 28 forms an axial projection relative to the first tubular rotary shaft 26. .
  • Each of the rear portions 38, 40 of the first 26 and second 28 rotary shafts has a threaded end 42, 44.
  • First bearings 46 are interposed radially between the shell 16 and the first rotary shaft 26.
  • second bearings 48 are interposed radially between the first 26 and the second 28 rotary shafts.
  • the propulsion element 20 comprises a first 30 and a second 32 propellers, respectively assembled to the first 26 and to the second 28 rotary shafts.
  • each of the first 30 and second 32 propellers is able to slide axially on the corresponding rotary shaft 26, 28.
  • the propulsion element 20 comprises a first 33 and a second 34 elastic return elements, respectively associated with the first 30 and the second 32 propellers.
  • each of the first 33 and second 34 elastic return elements is capable of reversibly deforming along the main axis 22, as a function of the axial sliding of the associated propeller 30, 32 on the rotary shaft. 26, 28 correspondent.
  • the first 33 and / or the second 34 elastic return element is preferably a compression spring.
  • Each of the first 30 and second 32 propellers respectively comprises a first 50 and a second 52 hub, visible in FIG. 2.
  • the first hub 50 of the first propeller 30 comprises a first mounting ring 54, in contact with the rear portion 38 of the first rotary shaft 26.
  • the first mounting ring 54 is locked in rotation with respect to said rear portion 38.
  • the first hub 50 is thus able to be driven in rotation by the first rotary shaft 26.
  • the first hub 50 further includes a front surface, forming a first stop 56.
  • Said first stop 56 is a surface substantially perpendicular to the main axis 22 and facing forward.
  • the shell 16 further comprises a rear surface, forming a first counter-stop 58.
  • Said first counter-stop 58 is a surface substantially perpendicular to the main axis 22 and oriented towards the rear.
  • each of the first stop 56 and counter stop 58 is substantially planar and in the form of a crown, continuous or fragmented.
  • the first elastic return element is a first spring washer 33, of the Belleville washer type, arranged around the rear part 38 of the first rotary shaft 26.
  • the front of the first spring washer 33 is axially locked. by said rear part 38; the rear of said first spring washer 33 is in contact with the first mounting ring 54.
  • the propulsion element 20 has a first nut 60, associated with the first propeller 30.
  • the first nut 60 is mounted on the threaded end 42 of the first rotary shaft 26.
  • the first mounting ring 54 is interposed axially between the first washer. spring 33 and the first nut 60.
  • the first nut 60 is in axial contact with the first mounting ring 54; the first spring washer 33 is axially compressed in a first state of stress, between said first ring 54 and the first rotary shaft 26; moreover, a first non-zero axial clearance 62 is provided between the first stop 56, carried by the first propeller 30, and the first counter-stop 58 carried by the shell 16.
  • the stress of the first spring washer 33 in the first state is non-zero, said first spring washer 33 therefore being prestressed in the first configuration of the projectile 12.
  • the first hub 50 is able to slide on the first rotary shaft 26 between a first position, corresponding to the first configuration described above, and a second position (not shown) in which the first stop 56 and counter stop 58 are at the bottom. contact with each other.
  • the first spring washer 33 When the first hub 50 is in the second position, the first spring washer 33 is compressed axially in a second state of stress, corresponding to a stress greater than the first state. The first spring washer 33 therefore tends to return the first hub 50 to the first position.
  • the second hub 52 of the second propeller 32 comprises a second mounting ring 64, in contact with the rear part 40 of the second rotary shaft 28.
  • the second mounting ring 64 is locked in rotation with respect to said rear part 40.
  • the second hub 52 is thus able to be driven in rotation by the second rotary shaft 28.
  • the second hub 52 further includes a front surface, forming a second stop 66.
  • Said second stop 66 is a surface substantially perpendicular to the main axis 22 and facing forward.
  • the first hub 50 further comprises a rear surface, forming a second counter-stop 68.
  • Said second counter-stop 68 is a surface substantially perpendicular to the main axis 22 and oriented towards the rear.
  • each of the second stop 66 and counter stop 68 is substantially planar and in the form of a crown, continuous or fragmented.
  • the second elastic return element is a second spring washer 34, of the Belleville washer type, arranged around the rear part 40 of the second rotary shaft 28.
  • the front of the second spring washer 34 is axially locked. by said rear part 40; the rear of said second spring washer 34 contacts the second mounting ring 64.
  • the propulsion element 20 has a second nut 70, associated with the second propeller 32.
  • the second nut 70 is mounted on the threaded end 44 of the second rotary shaft 28.
  • the second mounting ring 64 is interposed axially between the second washer spring 34 and the second nut 70.
  • the second nut 70 is in axial contact with the second mounting ring 64; the second spring washer 34 is axially compressed in a third state of stress, between said second ring 64 and the second rotary shaft 28; moreover, a second non-zero axial clearance 72 is provided between the second stop 66, carried by the second propeller 32, and the second counter-stop 68 carried by the first propeller 30.
  • the stress of the second spring washer 34 in the third state is non-zero, said second spring washer 34 therefore being prestressed in the first configuration of the projectile 12.
  • the second hub 52 is able to slide on the second rotary shaft 28 between a third position, corresponding to the first configuration of the projectile 12 described above, and a fourth position.
  • the second stop 66 and counter stop 68 are in contact with each other; and the first stop 56 and counter stop 58, described above, are also in contact with each other.
  • the first hub 50 is compressed axially between the shell 16 and the second hub 52.
  • This fourth position of the second hub 52 corresponds to a second configuration of the projectile 12 , not shown.
  • the second spring washer 34 When the second hub 52 is in the fourth position, the second spring washer 34 is compressed axially in a fourth state of stress, corresponding to a stress greater than the third state. The second spring washer 34 therefore tends to return the second hub 52 to the third position, corresponding to the first configuration of the projectile 12.
  • the first 62 and second 72 axial clearances are in particular adjusted during the manufacture of the projectile 12, by the screwing position of the first 60 and second 70 nuts on the corresponding threaded ends 42, 44 of the rotary shafts 26, 28.
  • the stress of each spring washer 33, 34 in the first configuration of the projectile 12 also depends on the screwing position of the nut 60, 70 corresponding.
  • the second hub 52 further comprises a rear surface, forming a thrust surface 74 of the projectile 12.
  • Said thrust surface 74 is a surface substantially perpendicular to the main axis 22 and oriented towards the rear.
  • the thrust surface 74 is in the form of a crown, continuous or fragmented, disposed at a radial distance from the rotary shafts 26, 28.
  • the propulsion element of the projectile has only one rotary shaft 26 and a single propeller 30.
  • the thrust surface of the projectile is thus formed by the rear surface 68 of the first hub 50, by analogy with figure 2.
  • the launch tube 14 of the launch assembly 10 will now be described.
  • the launch tube 14 comprises an internal chamber 80 and a launch device 82.
  • the internal chamber 80 able to contain the projectile 12, has an elongated shape along an axis 84 and has an opening 86 at one end.
  • the launcher 82 disposed at the other end of the internal chamber 80, is able to eject the projectile 12 out of the launch tube through the opening 86.
  • the launching device 82 comprises for example a pneumatic ram, as described in document WO2017162602.
  • Said pneumatic ram comprises in particular a thrust head 88, movable axially with respect to the internal chamber 80.
  • the thrust head 88 is in particular configured to exert a thrust along the axis 84 against the thrust surface 74 of the projectile 12.
  • the pushing head 88 is configured to come into axial contact with the pushing surface 74 without coming into contact with the rotating shafts 26, 28.
  • the pushing head 88 has for example a front surface in the form of a crown.
  • the thrust surface 74 forms a rear projection relative to the second rotary shaft 28 and the thrust head 88 can then have a front surface in the form of a disc.
  • Figure 1 shows the launch assembly 10 in an initial configuration, in which the projectile 12 is received in the internal chamber 80.
  • the main axis 22 of the projectile 12 and the axis 84 of the internal chamber 80 are substantially coincident.
  • the launch assembly 10 equipping a submarine for example, is in an immersed environment.
  • the tube 14 is disposed underwater, the internal chamber 80 is filled with water and the opening 86 opens for example under the surface of the sea.
  • the projectile 12 is received in the launch tube 14, in the initial configuration previously described. The projectile 12 is then in the first configuration, described above and visible in FIG. 2.
  • the launching device 82 is then activated, leading to the axial displacement of the thrust head 88.
  • Said thrust head therefore exerts a force against the thrust surface 74 of the projectile 12, said force being oriented along the main axis 22 and directed forward.
  • the thrust force is thus transmitted essentially to the second hub 52, which carries the thrust surface 74 of the projectile 12.
  • the second hub 52 is therefore driven in axial sliding along the second rotary shaft 28, which compresses the second spring washer. 34.
  • the projectile 12 then reaches the second configuration, in which the first stop 56 carried by the first hub 50 comes into contact with the first counter-stop 58, carried by the shell 16.
  • the second stop 66 and counter-stop 68 are still at contact with each other.
  • the axial thrust force exerted by the thrust head 88 is therefore transmitted to the shell 16 of the projectile 12, via the second 52 and the first 50 hubs.
  • the projectile 12 is thus ejected out of the internal chamber 80 through the opening 86.
  • the thrust force is transmitted essentially to the hull 16, with a low impact on the rotary shafts 26, 28 and on the bearings 46, 48.
  • the proportion of the thrust force transmitted to the bearings is in particular l 'order of 10% to 20%.
  • the bearings 46, 48 only see the load of the preload of the spring washers 33, 34 and the stress exerted by the additional compression of the washers for a stroke equal to the functional clearance 62, 72. The risks of deterioration of the propulsion element 20 during ejection of the projectile 12 are thus minimized.
  • the first 33 and second 34 spring washers relax, returning the projectile 12 to the first configuration.
  • the first 62 and second 72 axial clearances are restored between the shell 16, the first hub 50 and the second hub 52.
  • the engine block 24 of the propellant 20 is started.
  • Each of the first 30 and second 32 propellers is rotated by the corresponding rotary shaft 26, 28, the first 62 and second 72 axial clearances allowing such rotational movements.
  • the projectile 12 thus moves in an underwater environment.
  • the propulsive force exerted by the propellers 30, 32 is much less than the force exerted by the thrust head 88 at the step of ejecting the projectile 12 from the tube. launch. This propulsive force is therefore applied to the spring washers 33, 34 without causing the cancellation of the functional clearances 62, 72.
  • the projectile comprises only a rotating shaft and a propeller
  • a similar method makes it possible to implement a launch assembly comprising such a projectile associated with the launch tube 14.
  • the thrust force of the launch tube is transferred to the shell of the projectile by means of the single propeller, which is accompanied by the reversible compression of the elastic return element associated with said propeller.

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Abstract

La présente invention concerne un projectile (12) comportant : une coque (16); un arbre rotatif (26); et une hélice (30, 50) apte à être entraînée en rotation par ledit arbre rotatif. L'hélice et la coque comprennent respectivement une butée (56) et une contre-butée (58) en vis-à-vis l'une de l'autre. L'hélice est apte à coulisser axialement entre une première position, dans laquelle un jeu (62) non nul est ménagé entre les butée et contre-butée, et une deuxième position, dans laquelle les butée et contre-butée sont en contact. Un élément de rappel élastique (33) est réversiblement déformable entre un premier et un deuxième états de contrainte, correspondant respectivement à la première et à la deuxième positions de l'hélice, la contrainte du premier état étant inférieure à la contrainte du deuxième état.

Description

TITRE : Projectile sous-marin, ensemble et procédé de lancement associés
La présente invention concerne un projectile, notamment sous-marin, du type comportant une coque et un élément de propulsion, ledit élément de propulsion comprenant : un premier arbre rotatif apte à être mis en rotation par rapport à la coque autour d’un axe ; et une première hélice apte à être entraînée en rotation par ledit premier arbre rotatif.
De manière classique, pour des raisons de sécurité, les projectiles sous- marins de type torpilles sont lancés alors que leur système de propulsion est à l’arrêt. Il est nécessaire de leur appliquer un effort de poussée important afin de les éjecter. Il est notamment connu d’équiper les dispositifs de lancement de refouloirs pneumatiques, comme décrit dans le document WO2017162602.
L’effort d’éjection s’applique à la partie arrière de la torpille et est notamment reçu par l’hélice ou les hélices. Des chocs violents peuvent dont être transférés aux arbres rotatifs et/ou aux systèmes de roulements portant lesdits arbres rotatifs, ce qui peut entraîner des détériorations du mécanisme de propulsion.
La présente invention a pour but de fournir un projectile apte à minimiser l’impact de l’éjection sur l’état du mécanisme de propulsion.
A cet effet, l’invention a pour objet un projectile du type précité, dans lequel : la première hélice et la coque comprennent respectivement une première butée et une première contre-butée en vis-à-vis l’une de l’autre ; la première hélice est apte à coulisser axialement le long du premier arbre rotatif entre une première position, dans laquelle un premier jeu non nul est ménagé entre les premières butée et contre-butée, et une deuxième position, dans laquelle les premières butée et contre- butée sont en contact ; l’élément de propulsion comporte en outre un premier élément de rappel élastique, réversiblement déformable selon l’axe entre un premier et un deuxième états de contrainte, lesdits premier et deuxième états correspondant respectivement à la première et à la deuxième positions de la première hélice, la contrainte du premier état étant inférieure à la contrainte du deuxième état.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le projectile comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le premier élément de rappel élastique est un ressort de compression, de préférence une rondelle ressort ; - la première hélice comporte en outre une deuxième contre-butée, axialement opposée à la première butée ;
- l’élément de propulsion comporte en outre : un deuxième arbre rotatif apte à être mis en rotation par rapport à la coque autour de l’axe ; et une deuxième hélice apte à être entraînée en rotation par ledit deuxième arbre rotatif ; la deuxième hélice comprend une deuxième butée en vis-à-vis de la deuxième contre-butée ; la deuxième hélice est apte à coulisser axialement le long du deuxième arbre rotatif entre une troisième position, dans laquelle un deuxième jeu non nul est ménagé entre les deuxièmes butée et contre-butée, et une quatrième position, dans laquelle les deuxièmes butée et contre-butée sont en contact ; l’élément de propulsion comporte en outre un deuxième élément de rappel élastique, réversiblement déformable selon l’axe entre un troisième et un quatrième états de contrainte, lesdits troisième et quatrième états correspondant respectivement à la troisième et à la quatrième positions de la deuxième hélice, la contrainte du troisième état étant inférieure à la contrainte du quatrième état ;
- l’élément de propulsion est configuré de sorte que, lorsque la deuxième hélice est dans la quatrième position par rapport au deuxième arbre rotatif, la première hélice est dans la deuxième position par rapport au premier arbre rotatif ;
- le deuxième élément de rappel élastique est un ressort de compression, de préférence une rondelle ressort ;
- les premier et deuxième arbres rotatifs ont des sens de rotation opposés ;
- le projectile comprend une surface de poussée apte à transférer un effort axial à la première hélice ;
- la surface de poussée est portée par la deuxième hélice et axialement opposée à la deuxième butée.
L’invention se rapporte en outre à un ensemble de lancement comprenant : un projectile tel que décrit ci-dessus ; et un tube de lancement comportant : une chambre interne apte à recevoir le projectile ; et un dispositif d’éjection, apte à exercer une poussée sur la surface de poussée du projectile, de sorte à éjecter ledit projectile hors de la chambre interne.
L’invention se rapporte en outre à un procédé de lancement d’un projectile tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : application d’un effort axial contre la surface de poussée ; transfert dudit effort axial à la première butée ; de sorte à entraîner le coulissement de la première hélice le long du premier arbre rotatif, de la première position à la deuxième position ; et le passage du premier élément de rappel élastique du premier au deuxième état de contrainte ; puis transfert de l’effort axial de la première hélice à la coque, conduisant au lancement du projectile ; détente du premier élément de rappel élastique du deuxième au premier état de contrainte.
Selon un mode de réalisation préféré, le transfert de l’effort axial à la première butée comprend le coulissement de la deuxième hélice le long du deuxième arbre rotatif, de la troisième position à la quatrième position ; et le passage du deuxième élément de rappel élastique du troisième au quatrième état de contrainte ; et simultanément à la détente du premier élément de rappel élastique, le procédé comprend la détente du deuxième élément de rappel élastique du quatrième au troisième état de contrainte.
L’invention se rapporte en outre à un procédé de fonctionnement d’un projectile tel que décrit ci-dessus, dans lequel : chacun des premier et deuxième arbres rotatifs est entraîné en rotation par rapport à la coque autour de l’axe ; et les première et deuxième hélices sont respectivement dans la première et dans la troisième positions.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- [Fig 1] la figure 1 est une vue schématique, en coupe partielle, d’un ensemble de lancement comprenant un projectile selon un mode de réalisation de l’invention ; et
- [Fig 2] la figure 2 est une vue schématique partielle, en coupe, du projectile de la figure 1 .
La figure 1 montre un ensemble de lancement 10 selon un mode de réalisation de l’invention. L’ensemble de lancement 10 est notamment destiné à équiper un navire, tel qu’un bâtiment de surface ou un sous-marin.
L’ensemble de lancement 10 est notamment destiné au lancement d’un projectile 12 en milieu sous-marin. L’ensemble de lancement 10 comporte le projectile 12 et un tube 14 de lancement.
Le projectile 12, par exemple une torpille, est apte à se déplacer en milieu sous-marin. Le projectile 12 comporte notamment une coque 16, un ou des ailerons 18 et un élément de propulsion 20.
La coque 16 présente une forme longitudinale s’étendant selon un axe principal 22. Ledit axe principal 22 constitue un axe de déplacement du projectile 12. L’élément de propulsion 20 est apte à déplacer le projectile 12 le long dudit axe principal 22, selon un sens de déplacement. L’élément de propulsion 20 est disposé à l’arrière de la coque 16 selon ledit sens de déplacement.
L’élément de propulsion 20 comprend : un bloc moteur 24 disposé à l’intérieur de la coque 16 ; au moins un arbre rotatif 26, 28 ; et au moins une hélice 30, 32.
L’au moins un arbre rotatif 26, 28 est apte à être mis en rotation par rapport à la coque 16, autour de l’axe principal 22, par le bloc moteur 24.
L’au moins une hélice 30, 32 est apte à être entraînée en rotation par l’au moins un arbre rotatif 26, 28 autour de l’axe principal 22.
Comme il sera détaillé par la suite, l’élément de propulsion 20 comprend en outre au moins un élément 33, 34 de rappel élastique, associé à l’au moins une hélice 30, 32.
Une vue de détail de l’élément de propulsion 20 est visible sur la figure 2. Dans le mode de réalisation représenté, l’élément de propulsion comporte un premier 26 et un deuxième 28 arbres rotatifs, coaxiaux et disposés selon l’axe principal 22. Par exemple, le premier arbre rotatif 26 est de forme tubulaire, le deuxième arbre rotatif 28 étant disposé à l’intérieur dudit premier arbre rotatif 26.
Une partie avant 35, 36 de chacun des premier 26 et deuxième 28 arbres rotatifs est située à l’intérieur de la coque 16 et reliée au bloc moteur 24. De préférence, les premier 26 et deuxième 28 arbres rotatifs sont libres en rotation l’un par rapport à l’autre. Selon un mode de réalisation préférentiel, le bloc moteur 24 est apte à faire tourner les premier 26 et deuxième 28 arbres rotatifs selon des sens de rotation opposés.
De préférence, le bloc moteur 24 comporte deux moteurs distincts, chacun desdits moteurs étant relié à l’un des arbres rotatifs 26, 28.
Une partie arrière 38, 40 de chacun des premier 26 et deuxième 28 arbres rotatifs forme une saillie axiale hors de la coque 16. De plus, la partie arrière 40 du deuxième arbre rotatif 28 forme une saillie axiale par rapport au premier arbre rotatif 26 tubulaire.
Chacune des parties arrière 38, 40 des premier 26 et deuxième 28 arbres rotatifs comporte une extrémité filetée 42, 44.
Des premiers roulements 46 sont interposés radialement entre la coque 16 et le premier arbre rotatif 26. De même, des deuxièmes roulements 48 sont interposés radialement entre le premier 26 et le deuxième 28 arbres rotatifs.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l’élément de propulsion 20 comporte une première 30 et une deuxième 32 hélices, respectivement assemblées au premier 26 et au deuxième 28 arbres rotatifs. Comme il sera détaillé par la suite, chacune des première 30 et deuxième 32 hélices est apte à coulisser axialement sur l’arbre rotatif 26, 28 correspondant.
Comme visible sur la figure 2, l’élément de propulsion 20 comporte un premier 33 et un deuxième 34 éléments de rappel élastiques, respectivement associés à la première 30 et à la deuxième 32 hélices. Comme il sera détaillé par la suite, chacun des premier 33 et deuxième 34 éléments de rappel élastique est apte à se déformer réversiblement selon l’axe principal 22, en fonction du coulissement axial de l’hélice 30, 32 associée sur l’arbre rotatif 26, 28 correspondant. Le premier 33 et/ou le deuxième 34 élément de rappel élastique est de préférence un ressort de compression.
Chacune des première 30 et deuxième 32 hélices comporte respectivement un premier 50 et un deuxième 52 moyeux, visibles sur la figure 2.
Le premier moyeu 50 de la première hélice 30 comporte une première bague de montage 54, au contact de la partie arrière 38 du premier arbre rotatif 26. La première bague de montage 54 est bloquée en rotation par rapport à ladite partie arrière 38. Le premier moyeu 50 est ainsi apte à être entraîné en rotation par le premier arbre rotatif 26.
Le premier moyeu 50 comporte en outre une surface avant, formant une première butée 56. Ladite première butée 56 est une surface sensiblement perpendiculaire à l’axe principal 22 et orientée vers l’avant.
La coque 16 comporte par ailleurs une surface arrière, formant une première contre-butée 58. Ladite première contre-butée 58 est une surface sensiblement perpendiculaire à l’axe principal 22 et orientée vers l’arrière.
De préférence, chacune des premières butée 56 et contre-butée 58 est sensiblement plane et en forme de couronne, continue ou fragmentée.
Dans le mode de réalisation représenté, le premier élément de rappel élastique est une première rondelle ressort 33, de type rondelle Belleville, disposée autour de la partie arrière 38 du premier arbre rotatif 26. L’avant de la première rondelle ressort 33 est bloqué axialement par ladite partie arrière 38 ; l’arrière de ladite première rondelle ressort 33 est au contact de la première bague de montage 54.
L’élément de propulsion 20 comporte un premier écrou 60, associé à la première hélice 30. Le premier écrou 60 est monté sur l’extrémité filetée 42 du premier arbre rotatif 26. La première bague de montage 54 est interposée axialement entre la première rondelle ressort 33 et le premier écrou 60. Dans une première configuration du projectile 12, visible sur la figure 2, le premier écrou 60 est en contact axial avec la première bague de montage 54 ; la première rondelle ressort 33 est comprimée axialement dans un premier état de contrainte, entre ladite première bague 54 et le premier arbre rotatif 26 ; par ailleurs, un premier jeu 62 axial non nul est ménagé entre la première butée 56, portée par la première hélice 30, et la première contre-butée 58 portée par la coque 16.
De préférence, la contrainte de la première rondelle ressort 33 dans le premier état est non nulle, ladite première rondelle ressort 33 étant donc précontrainte dans la première configuration du projectile 12.
Le premier moyeu 50 est apte à coulisser sur le premier arbre rotatif 26 entre une première position, correspondant à la première configuration décrite ci-dessus, et une deuxième position (non représentée) dans laquelle les premières butée 56 et contre-butée 58 sont au contact l’une de l’autre.
Lorsque le premier moyeu 50 est dans la deuxième position, la première rondelle ressort 33 est comprimée axialement dans un deuxième état de contrainte, correspondant à une contrainte supérieure au premier état. La première rondelle ressort 33 tend donc à ramener le premier moyeu 50 dans la première position.
Le deuxième moyeu 52 de la deuxième hélice 32 comporte une deuxième bague de montage 64, au contact de la partie arrière 40 du deuxième arbre rotatif 28. La deuxième bague de montage 64 est bloquée en rotation par rapport à ladite partie arrière 40. Le deuxième moyeu 52 est ainsi apte à être entraîné en rotation par le deuxième arbre rotatif 28.
Le deuxième moyeu 52 comporte en outre une surface avant, formant une deuxième butée 66. Ladite deuxième butée 66 est une surface sensiblement perpendiculaire à l’axe principal 22 et orientée vers l’avant.
Le premier moyeu 50 comporte par ailleurs une surface arrière, formant une deuxième contre-butée 68. Ladite deuxième contre-butée 68 est une surface sensiblement perpendiculaire à l’axe principal 22 et orientée vers l’arrière.
De préférence, chacune des deuxièmes butée 66 et contre-butée 68 est sensiblement plane et en forme de couronne, continue ou fragmentée.
Dans le mode de réalisation représenté, le deuxième élément de rappel élastique est une deuxième rondelle ressort 34, de type rondelle Belleville, disposée autour de la partie arrière 40 du deuxième arbre rotatif 28. L’avant de la deuxième rondelle ressort 34 est bloqué axialement par ladite partie arrière 40 ; l’arrière de ladite deuxième rondelle ressort 34 est au contact de la deuxième bague de montage 64. L’élément de propulsion 20 comporte un deuxième écrou 70, associé à la deuxième hélice 32. Le deuxième écrou 70 est monté sur l’extrémité filetée 44 du deuxième arbre rotatif 28. La deuxième bague de montage 64 est interposée axialement entre la deuxième rondelle ressort 34 et le deuxième écrou 70.
Dans la première configuration du projectile 12, visible sur la figure 2, le deuxième écrou 70 est en contact axial avec la deuxième bague de montage 64 ; la deuxième rondelle ressort 34 est comprimée axialement dans un troisième état de contrainte, entre ladite deuxième bague 64 et le deuxième arbre rotatif 28 ; par ailleurs, un deuxième jeu 72 axial non nul est ménagé entre la deuxième butée 66, portée par la deuxième hélice 32, et la deuxième contre-butée 68 portée par la première hélice 30.
De préférence, la contrainte de la deuxième rondelle ressort 34 dans le troisième état est non nulle, ladite deuxième rondelle ressort 34 étant donc précontrainte dans la première configuration du projectile 12.
Le deuxième moyeu 52 est apte à coulisser sur le deuxième arbre rotatif 28 entre une troisième position, correspondant à la première configuration du projectile 12 décrite ci-dessus, et une quatrième position.
Dans ladite quatrième position du deuxième moyeu 52, les deuxièmes butée 66 et contre-butée 68 sont au contact l’une de l’autre ; et les premières butée 56 et contre-butée 58, décrites ci-dessus, sont également au contact l’une de l’autre.
Plus précisément, dans la quatrième position du deuxième moyeu 52 sur le deuxième arbre rotatif 28, le premier moyeu 50 est comprimé axialement entre la coque 16 et le deuxième moyeu 52. Cette quatrième position du deuxième moyeu 52 correspond à une deuxième configuration du projectile 12, non représentée.
Lorsque le deuxième moyeu 52 est dans la quatrième position, la deuxième rondelle ressort 34 est comprimée axialement dans un quatrième état de contrainte, correspondant à une contrainte supérieure au troisième état. La deuxième rondelle ressort 34 tend donc à ramener le deuxième moyeu 52 dans la troisième position, correspondant à la première configuration du projectile 12.
Les premier 62 et deuxième 72 jeux axiaux sont notamment réglés lors de la fabrication du projectile 12, par la position de vissage des premier 60 et deuxième 70 écrous sur les extrémités filetées 42, 44 correspondantes des arbres rotatifs 26, 28. La contrainte de chaque rondelle ressort 33, 34 dans la première configuration du projectile 12 dépend également de la position de vissage de l’écrou 60, 70 correspondant. Le deuxième moyeu 52 comporte en outre une surface arrière, formant une surface de poussée 74 du projectile 12. Ladite surface de poussée 74 est une surface sensiblement perpendiculaire à l’axe principal 22 et orientée vers l’arrière.
De préférence, la surface de poussée 74 est en forme de couronne, continue ou fragmentée, disposée à distance radiale des arbres rotatifs 26, 28.
Selon une variante de réalisation non représentée, l’élément de propulsion du projectile ne comporte qu’un seul arbre rotatif 26 et une seule hélice 30. La surface de poussée du projectile est ainsi formée par la surface arrière 68 du premier moyeu 50, par analogie avec la figure 2.
Le tube de lancement 14 de l’ensemble de lancement 10 va à présent être décrit.
Le tube de lancement 14 comprend une chambre interne 80 et un dispositif de lancement 82. La chambre interne 80, apte à contenir le projectile 12, présente une forme allongée selon un axe 84 et comporte une ouverture 86 à une extrémité. Le dispositif de lancement 82, disposé à l’autre extrémité de la chambre interne 80, est apte à éjecter le projectile 12 hors du tube de lancement par l’ouverture 86.
Le dispositif de lancement 82 comporte par exemple un refouloir pneumatique, comme décrit dans le document WO2017162602. Ledit refouloir pneumatique comporte notamment une tête de poussée 88, mobile axialement par rapport à la chambre interne 80. La tête de poussée 88 est notamment configurée pour exercer une poussée selon l’axe 84 contre la surface de poussée 74 du projectile 12.
En particulier, la tête de poussée 88 est configurée pour entrer en contact axial avec la surface de poussée 74 sans entrer en contact avec les arbres rotatifs 26, 28. La tête de poussée 88 présente par exemple une surface frontale en forme de couronne. En variante non représentée, la surface de poussée 74 forme une saillie arrière par rapport au deuxième arbre rotatif 28 et la tête de poussée 88 peut alors présenter une surface frontale en forme de disque.
La figure 1 représente l’ensemble de lancement 10 dans une configuration initiale, dans laquelle le projectile 12 est reçu dans la chambre interne 80. L’axe principal 22 du projectile 12 et l’axe 84 de la chambre interne 80 sont sensiblement confondus.
Un procédé de mise en oeuvre de l’ensemble de lancement 10 ci-dessus va maintenant être décrit.
Dans un état initial du procédé, l’ensemble de lancement 10, équipant par exemple un sous-marin, est dans un environnement immergé. En particulier, le tube de lancement 14 est disposé sous l’eau, la chambre interne 80 est remplie d’eau et l’ouverture 86 débouche par exemple sous la surface de la mer. Par ailleurs, le projectile 12 est reçu dans le tube de lancement 14, dans la configuration initiale précédemment décrite. Le projectile 12 est alors dans la première configuration, décrite ci-dessus et visible sur la figure 2.
Le dispositif de lancement 82 est alors activé, conduisant au déplacement axial de la tête de poussée 88. Ladite tête de poussée exerce donc un effort contre la surface de poussée 74 du projectile 12, ledit effort étant orienté selon l’axe principal 22 et dirigé vers l’avant.
L’effort de poussée est ainsi transmis essentiellement au deuxième moyeu 52, qui porte la surface de poussée 74 du projectile 12. Le deuxième moyeu 52 est donc entraîné en coulissement axial le long du deuxième arbre rotatif 28, ce qui comprime la deuxième rondelle ressort 34.
A partir d’une position intermédiaire du deuxième moyeu 52 le long du deuxième arbre rotatif 28, la deuxième butée 66 portée par ledit deuxième moyeu 52 vient au contact de la deuxième contre-butée 68, portée par le premier moyeu 50. Ledit premier moyeu 50 est alors également entraîné en coulissement axial par rapport au premier arbre rotatif 26, ce qui comprime la première rondelle ressort 33.
Le projectile 12 atteint ensuite la deuxième configuration, dans laquelle la première butée 56 portée par le premier moyeu 50 vient au contact de la première contre-butée 58, portée par la coque 16. Les deuxièmes butée 66 et contre-butée 68 sont toujours au contact l’une de l’autre.
L’effort axial de poussée exercé par la tête de poussée 88 est donc transmis à la coque 16 du projectile 12, par l’intermédiaire du deuxième 52 et du premier 50 moyeux. Le projectile 12 est ainsi éjecté hors de la chambre interne 80 par l’ouverture 86.
En particulier, l’effort de poussée est transmis essentiellement à la coque 16, avec un faible impact sur les arbres rotatifs 26, 28 et sur les roulements 46, 48. La proportion de l’effort de poussée transmis aux roulements est notamment de l’ordre de 10% à 20%. En effet, les roulements 46, 48 ne voient que la charge de la précontrainte des rondelles ressort 33, 34 et la contrainte exercée par la compression supplémentaire des rondelles pour une course égale au jeu fonctionnel 62, 72. Les risques de détérioration de l’élément de propulsion 20 lors de l’éjection du projectile 12 sont ainsi minimisés.
Lorsque la tête de poussée 88 n’est plus en contact avec la surface de poussée 74, les première 33 et deuxième 34 rondelles ressorts se détendent, ramenant le projectile 12 dans la première configuration. En particulier, les premier 62 et deuxième 72 jeux axiaux sont rétablis entre la coque 16, le premier moyeu 50 et le deuxième moyeu 52.
Lorsque le projectile 12 est hors du tube de lancement 14, le bloc moteur 24 de l’élément de propulsion 20 est mis en route. Chacune des première 30 et deuxième 32 hélices est entraînée en rotation par l’arbre rotatif 26, 28 correspondant, les premier 62 et deuxième 72 jeux axiaux autorisant de tels mouvements de rotation. Le projectile 12 se déplace ainsi en milieu sous-marin.
En particulier, lors du fonctionnement du bloc moteur 24, l’effort de propulsion exercé par les hélices 30, 32 est très inférieur à l’effort exercé par la tête de poussée 88 à l’étape d’éjection du projectile 12 hors du tube de lancement. Cet effort de propulsion s’applique donc sur les rondelles ressort 33, 34 sans entraîner l’annulation des jeux fonctionnels 62, 72.
Le déplacement axial des premier 50 et deuxième 52 moyeux étant réversible grâce aux éléments 33, 34 de rappel élastique associés, le projectile 12 peut être éjecté plusieurs fois selon le procédé ci-dessus, sans détérioration de l’élément de propulsion 20.
Dans la variante de réalisation évoquée ci-dessus, selon laquelle le projectile ne comporte qu’un arbre rotatif et une hélice, un procédé similaire permet de mettre en oeuvre un ensemble de lancement comprenant un tel projectile associé au tube de lancement 14. En particulier, l’effort de poussée du tube de lancement est transféré à la coque du projectile par l’intermédiaire de l’unique hélice, ce qui s’accompagne de la compression réversible de l’élément de rappel élastique associé à ladite hélice.

Claims

REVENDICATIONS
1. Projectile (12) comprenant une coque (16) et un élément de propulsion (20), ledit élément de propulsion comprenant : un premier arbre rotatif (26) apte à être mis en rotation par rapport à la coque autour d’un axe (22) ; et une première hélice (30, 50) apte à être entraînée en rotation par ledit premier arbre rotatif ;
caractérisé en ce que :
- la première hélice et la coque comprennent respectivement une première butée (56) et une première contre-butée (58) en vis-à-vis l’une de l’autre ;
- la première hélice est apte à coulisser axialement le long du premier arbre rotatif entre une première position, dans laquelle un premier jeu (62) non nul est ménagé entre les premières butée et contre-butée, et une deuxième position, dans laquelle les premières butée (56) et contre-butée (58) sont en contact ;
- l’élément de propulsion comporte en outre un premier élément de rappel élastique (33), réversiblement déformable selon l’axe (22) entre un premier et un deuxième états de contrainte, lesdits premier et deuxième états correspondant respectivement à la première et à la deuxième positions de la première hélice (30, 50), la contrainte du premier état étant inférieure à la contrainte du deuxième état.
2. Projectile selon la revendication 1 , dans lequel le premier élément de rappel élastique (33) est un ressort de compression, de préférence une rondelle ressort.
3. Projectile selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la première hélice comporte en outre une deuxième contre-butée (68), axialement opposée à la première butée.
4. Projectile selon la revendication 3, dans lequel :
- l’élément de propulsion comporte en outre : un deuxième arbre rotatif (28) apte à être mis en rotation par rapport à la coque autour de l’axe ; et une deuxième hélice (32, 52) apte à être entraînée en rotation par ledit deuxième arbre rotatif ;
- la deuxième hélice comprend une deuxième butée (66) en vis-à-vis de la deuxième contre-butée (68) ;
- la deuxième hélice est apte à coulisser axialement le long du deuxième arbre rotatif entre une troisième position, dans laquelle un deuxième jeu (72) non nul est ménagé entre les deuxièmes butée et contre-butée, et une quatrième position, dans laquelle les deuxièmes butée (66) et contre-butée (68) sont en contact ;
- l’élément de propulsion comporte en outre un deuxième élément de rappel élastique (34), réversiblement déformable selon l’axe (22) entre un troisième et un quatrième états de contrainte, lesdits troisième et quatrième états correspondant respectivement à la troisième et à la quatrième positions de la deuxième hélice (32, 52), la contrainte du troisième état étant inférieure à la contrainte du quatrième état.
5. Projectile selon la revendication 4, dans lequel l’élément de propulsion (20) est configuré de sorte que, lorsque la deuxième hélice (32, 52) est dans la quatrième position par rapport au deuxième arbre rotatif (28), la première hélice (30) est dans la deuxième position par rapport au premier arbre rotatif (26).
6. Projectile selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel le deuxième élément de rappel élastique (34) est un ressort de compression, de préférence une rondelle ressort.
7. Projectile selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel les premier (26) et deuxième (28) arbres rotatifs ont des sens de rotation opposés.
8. Projectile selon l’une des revendications précédentes, comprenant une surface de poussée (74) apte à transférer un effort axial à la première hélice (30, 50).
9. Projectile selon la revendication 8 prise en combinaison avec l’une des revendications 4 à 7, dans lequel la surface de poussée (74) est portée par la deuxième hélice (32) et axialement opposée à la deuxième butée (66).
10. Ensemble (10) de lancement comprenant :
- un projectile (12) selon l’une des revendications 8 ou 9 ; et
- un tube de lancement (14) comportant : une chambre interne (80) apte à recevoir le projectile ; et un dispositif d’éjection (82, 88), apte à exercer une poussée sur la surface de poussée (74) du projectile, de sorte à éjecter ledit projectile hors de la chambre interne.
11. Procédé de lancement d’un projectile (12) selon l’une des revendications 8 ou 9, comprenant les étapes suivantes : - application d’un effort axial contre la surface de poussée (74) ;
- transfert dudit effort axial à la première butée (56) ; de sorte à entraîner le coulissement de la première hélice (30, 50) le long du premier arbre rotatif (26), de la première position à la deuxième position ; et le passage du premier élément de rappel élastique (33) du premier au deuxième état de contrainte ; puis
- transfert de l’effort axial de la première hélice (30, 50) à la coque (16), conduisant au lancement du projectile (12) ;
- détente du premier élément de rappel élastique (33) du deuxième au premier état de contrainte.
12. Procédé de lancement selon la revendication 1 1 , d’un projectile (12) selon la revendication 9, dans lequel :
- le transfert de l’effort axial à la première butée (56) comprend le coulissement de la deuxième hélice (32, 52) le long du deuxième arbre rotatif (28), de la troisième position à la quatrième position ; et le passage du deuxième élément de rappel élastique (34) du troisième au quatrième état de contrainte ; et
- simultanément à la détente du premier élément de rappel élastique (33), le procédé comprend la détente du deuxième élément de rappel élastique (34) du quatrième au troisième état de contrainte.
13. Procédé de fonctionnement d’un projectile (12) selon l’une des revendications 4 à 9, dans lequel :
- chacun des premier (26) et deuxième (28) arbres rotatifs est entraîné en rotation par rapport à la coque autour de l’axe ; et
- les première (30) et deuxième (32) hélices sont respectivement dans la première et dans la troisième positions.
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