Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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DISPOSITIF EMBARQUE A COURANT BASSE TENSION POUR LA
GENERATION DE DECHARGE(S) PLASMA POUR LE PILOTAGE D'UN
ENGIN SUPERSONIQUE OU HYPERSONIQUE
La présente invention concerne notamment le domaine des dispositions
pour le guidage ou le pilotage des projectiles autopropulsés ou non ou des
missiles et a pour objet un procédé, ainsi qu'un dispositif associé, de
pilotage
d'un projectile tel, par exemple, qu'un obus, une balle ou un missile,
communément appelé engin.
Le pilotage d'un engin volant dans la thermosphère, c'est-à-dire
Io pratiquement dans le vide, peut se faire avec un accélérateur à plasma
(plasma
thruster) comme décrit dans le brevet US3151259.
Le pilotage d'un engin volant dans l'atmosphère, c'est-à-dire dans la
troposphère peut notamment être effectué, par exemple, par le déploiement de
surfaces portantes ou par le fonctionnement d'un dispositif pyrotechnique.
L'inconvénient principal des surfaces portantes se situe au niveau de leur
déploiement qui nécessite des efforts importants, d'autant plus important que
la
vitesse de l'engin l'est aussi, et une résistance du dispositif à de très
fortes
pressions rencontrées à vitesses supersoniques. En outre, ce type de pilotage
nécessite un temps long de réaction qui peut être un inconvénient majeur si
20 l'engin est stabilisé par rotation et qui est pénalisant pour sa
manoeuvrabilité.
Pour un engin volant, le principal inconvénient du pilotage par le
fonctionnement d'un dispositif pyrotechnique est qu'il ne peut fonctionner
qu'une
seule fois.
Pour résoudre ces inconvénients, on connaît la demande de brevet
FR0212906 qui décrit un procédé pour dévier selon une direction Y un
projectile
hypervéloce, tel, par exemple, qu'un obus, une balle ou un missile, comportant
un nez, généralement en forme de cône présentant une extrémité plus ou moins
pointue, caractérisé en ce qu'il consiste à procéder à une décharge plasma sur
un secteur limité de la surface externe du nez et du côté de la direction Y.
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Cette demande de brevet décrit aussi un dispositif de mise en oeuvre de
ce procédé comportant un éclateur déclenché, deux électrodes et un générateur
de haute tension.
La figure 1 présente la tension disruptive Vd entre deux électrodes planes
distantes de 1 cm (d) placées dans une enceinte contenant de l'azote, en
fonction de la pression p. La tension disruptive est la tension minimale dont
l'application provoque une disruption entre les électrodes ; à l'issue de la
disruption se forme un arc qui devient un milieu conducteur réunissant les
électrodes. Dans la partie II de la courbe, Vd obéit à la loi de Paschen, elle
n'est
Io fonction que du produit de la pression p du milieu par la distance inter-
électrodes d. Aux deux extrémités I et III, la courbe s'écarte de cette loi.
En effet,
les tensions y sont suffisamment élevées pour que le champ électrique à la
surface des électrodes y arrache des électrons. La partie I correspond au vide
dans lequel fonctionnent les accélérateurs à plasma (plasma thruster) ; dans
cette partie, Vd est pratiquement indépendant du produit p.d.
L'analyse de cette figure montre que dans la troposphère, donc entre le sol
et 16-17 km d'altitude, où la pression statique environnante Po est supérieure
à
104 Pa et où, compte-tenu de la vitesse V de l'engin, la pression P à la
surface
de sa pointe est supérieure à Po , une haute-tension est nécessaire à la
rupture
20 de la barrière diélectrique présente entre deux électrodes alimentées en
courant. Aussi, la partie III correspond aux pressions élevées, supérieures à
la
pression atmosphérique au niveau du sol et notamment à la pression P régnant
au niveau de la pointe de l'engin en vol supersonique.
Aussi, pour assurer une déviation importante du projectile avec un
dispositif selon le brevet FR0212906, il est nécessaire de générer un plasma
pendant une durée suffisante, typiquement de l'ordre de quelques
millisecondes.
Or, avec la plupart des générateurs de haute tension disponibles actuellement
sur le marché, une telle durée ne peut être atteinte en une seule décharge
(car
une décharge haute tension est un phénomène court, par définition) et il est
30 nécessaire de générer plusieurs impulsions successives et rapprochées
dans le
temps. Or, on constate aussi qu'avec ces générateurs, plus les impulsions de
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tension générées sont proches et plus l'intensité de ces impulsions diminue,
d'où la
nécessité de surdimensionner les moyens de générations et donc d'accroître
leur
masse ce qui est néfaste à la vitesse et donc à l'efficacité du projectile.
Le but de l'invention est de résoudre ces inconvénients en proposant un
procédé de pilotage d'un projectile hypervéloce, c'est-à-dire dont la vitesse
est
supérieure à la vitesse du son, ne présentant aucune pièce en mouvement,
pouvant
être mis en oeuvre autant de fois que nécessaire et permettant de générer un
plasma pendant une durée suffisante sans nécessiter un surdimensionnement du
générateur de tension.
La solution apportée est un procédé pour dévier selon une direction Y un
projectile hypervéloce évoluant dans un gaz, tel, par exemple, qu'un obus, une
balle
ou un missile, comportant un nez, généralement en forme de cône présentant une
extrémité plus ou moins pointue, caractérisé en ce qu'il consiste à générer
une
première décharge de haute tension apte à produire un plasma sur un premier
secteur limité de la surface du projectile et du côté de la direction Y puis à
entretenir
ce plasma et à générer une autre décharge de basse tension apte à alimenter
ledit
plasma en énergie sur un second secteur limité de la surface du projectile et
du côté
de la direction Y, ces secteurs étant différents et pouvant ou non avoir une
partie
commune.
L'entretien ou l'augmentation de l'ionisation du plasma sur le second secteur
sera appelé alimentation du plasma en énergie dans la suite.
De préférence, selon une caractéristique additionnelle, l'alimentation du
plasma
en énergie sur le second secteur est réalisée pendant au moins une
milliseconde.
Selon une caractéristique particulière, la première étape consiste à procéder
à
au moins une première décharge de tension Ti entre au moins une première et
une
seconde électrodes (A ; B) délimitant le premier secteur limité de la surface
du
projectile et du côté de la direction Y, cette décharge étant apte à rompre la
barrière
diélectrique entre les deux électrodes (A; B), puis à appliquer une tension T3
entre
les deux mêmes électrodes (A ; B) apte à générer un plasma, et à
appliquer une tension T2 entre au moins deux
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électrodes (B ; C) délimitant le second secteur limité de la surface externe
du
projectile et du côté de la direction Y, cette tension étant apte à alimenter
ledit
plasma en énergie.
Selon une caractéristique particulière, ladite au moins une décharge de
tension T2, appliquée entre lesdites au moins deux électrodes (B ; C)
délimitant
le second secteur et apte à alimenter le plasma en énergie, est générée sur un
secteur, au moins en partie, plus éloigné de l'extrémité du nez que le premier
secteur.
Selon une caractéristique particulière, ladite première décharge de tension
to Ti est constituée d'une décharge d'un niveau haute tension et de
faible énergie,
à savoir inférieure au déciJoule.
Le plasma faiblement énergétique généré sur le premier secteur sert de
contacteur sur le second secteur où un plasma fortement énergétique est
obtenu.
Selon une caractéristique particulière, un procédé selon l'invention
comporte une étape supplémentaire consistant, après avoir généré ledit plasma
sur le premier secteur, à entretenir ce plasma sur ce premier secteur,
préférentiellement avec au moins une décharge de tension T3 basse tension.
Selon une caractéristique particulière, ladite au moins une seconde
20 décharge de tension T2 est constituée d'une décharge d'un niveau basse
tension et de moyenne énergie, à savoir supérieure au Joule.
Par haute et basse tension, il faut comprendre respectivement une tension
supérieure à 1000V et une tension inférieure à 1000V.
Selon une caractéristique particulière, la première étape consiste à
générer au moins une première décharge de haute tension d'au moins 5kV apte
à rompre la barrière diélectrique présente entre lesdites au moins une
première
et une seconde électrodes (loi de Paschen) pour générer un plasma et la
deuxième étape en au moins une seconde décharge de basse tension de moins
de 1000V apte à alimenter ledit plasma en énergie.
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Selon une caractéristique préférentielle, un procédé selon l'invention
consiste
en une seule première décharge haute tension et en plusieurs décharges
successives de basse tension.
De préférence, selon une autre caractéristique, un procédé selon l'invention
consiste à générer un plasma sur un premier secteur limité du nez du
projectile et
à alimenter ce plasma en énergie sur un second secteur limité du nez du
projectile.
La présente invention vise un procédé pour dévier selon une direction Y un
projectile (1) hypervéloce évoluant dans un gaz, comportant un nez (4),
généralement en forme de cône présentant une extrémité (29) plus ou moins
pointue, caractérisé en ce qu'il consiste à générer une première décharge de
haute
tension apte à produire un plasma sur un premier secteur (28) limité de la
surface
du projectile et du côté de la direction Y puis à entretenir ce plasma et à
générer
une autre décharge de basse tension apte â alimenter ledit plasma en énergie
sur
un second secteur (27) limité de la surface du projectile (1) et du côté de la
direction Y, ces secteurs étant différents et pouvant ou non avoir une partie
commune.
De préférence, l'invention concerne aussi un dispositif de pilotage d'un
projectile hypervéloce, tel, par exemple, qu'un obus, une balle ou un missile,
comportant un nez, généralement en forme de cône, présentant une extrémité
plus
ou moins pointue et caractérisé en ce qu'il comporte au moins un groupe d'au
moins trois électrodes disposées au niveau de la surface externe du projectile
et,
préférentiellement, dont au moins une première et une seconde électrodes
délimitent entre-elles un premier secteur et sont connectées à des premiers
moyens aptes à générer un plasma entre-elles et au moins une troisième
électrode
étant, avec une quatrième ou avec l'une des première et secondes électrodes,
connectées à des seconds moyens aptes à alimenter ledit plasma en énergie, et
délimitant entre-elles un second secteur qui comporte, par rapport au premier
secteur, au moins une partie située à une distance plus importante de ladite
extrémité.
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5a
Selon une caractéristique particulière, ces au moins trois électrodes sont
alignées longitudinalement, préférablement selon la direction M parallèle au
déplacement rectiligne du projectile.
Selon une caractéristique particulière, les premier et second moyens
comportent chacun un générateur basse tension et au moins un condensateur
basse tension.
Selon une caractéristique particulière, lesdits premiers moyens sont aptes à
générer, entre lesdites première et seconde électrodes, au moins une décharge
T1
haute tension puis, préférentiellement T3 basse tension, ces premiers moyens
étant préférentiellement aptes à stocker une quantité faible
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d'énergie, à savoir inférieure au déciJoule pour la haute tension et de
l'ordre du
Joule pour la basse tension.
Selon une autre caractéristique particulière, lesdits seconds moyens sont
aptes à générer une décharge T2 basse tension, ces seconds moyens étant
préférentiellement aptes à stocker une quantité élevée d'énergie, à savoir au
moins égale à 5 Joule.
L'invention concerne aussi un projectile utilisant un dispositif selon
l'invention.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description de
Io modes particuliers de réalisation de l'invention au regard des figures
annexées
parmi lesquelles:
- La figure 2 montre un schéma de l'onde de choc au nez engendrée par un
projectile supersonique et l'onde de détente due à la discontinuité de la
surface du projectile.
- La figure 3 montre le résultat d'une simulation numérique du même engin
évoluant dans les mêmes conditions de vol supersonique que
précédemment auquel est appliquée une décharge plasma.
- La figure 4 montre la dissymétrie de la distribution de la masse
volumique
de l'air environnant sur la moitié de la surface du projectile et dans le plan
20 de symétrie de l'écoulement pour l'exemple choisi.
- La figure 5 présente un schéma d'un dispositif selon un mode de
réalisation
de l'invention.
- La figure 6 montre un exemple de réalisation d'un dispositif de
génération
d'un plasma selon l'invention.
- La figure 7 montre un exemple d'implantation de trois groupes
d'électrodes
disposées à 2rc/3 Radians les uns des autres.
- La figure 8 présente un schéma de commande des électrodes disposées
selon l'implantation de la figure 6,
- La figure 9 montre un exemple d'un dispositif selon l'invention selon un
mode
30 particulier de réalisation
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- Les figures 10a à 10f précisent les différentes étapes et sous-étapes de
fonctionnement d'un dispositif selon la figure 9.
Dans le cas d'un engin hypervéloce, une onde de choc se produit à l'amont
de son nez. Lorsque l'engin vole sur une trajectoire rectiligne les pressions
réparties sur sa surface sont équilibrées et l'onde de choc présente des
symétries suivant la forme de l'engin. Dans le cas d'un projectile constitué
d'un
nez conique, l'onde est attachée à la pointe du cône et elle est de forme
conique.
La figure 2 présente le résultat d'une simulation numérique d'un engin
Io d'axe longitudinal X volant à une vitesse supersonique dans le sens
Z de la
flèche. Elle montre intégralement un engin 1 et la moitié de deux autres
surfaces
2 et 3. L'engin comporte une partie avant 4 conique et une partie arrière 5
cylindrique. Lesdites surfaces 2 et 3 caractérisent une pression constante
dans
l'écoulement. La surface 2 attachée à la pointe de l'engin représente la
surface
de l'onde de choc conique tandis que la surface 3 attachée à la discontinuité
de
la surface de l'engin (jonction cône-cylindre) caractérise une onde de
détente.
L'invention appliquée à un tel projectile consiste à déséquilibrer
l'écoulement autour du nez de l'engin en produisant une décharge plasma, par
exemple vers l'extrémité 29 du nez au plus près de la pointe, afin de réaliser
une
20 mise en incidence de l'engin. Cette décharge plasma réalisée sur un secteur
angulaire limité modifie la couche limite qui entoure la surface de l'engin.
L'objectif consiste donc à produire une décharge telle que le déséquilibre des
grandeurs thermodynamiques soit assez important pour provoquer la déviation
de l'engin par rapport à une trajectoire rectiligne.
L'absence de pièces en mouvement et la répétitivité des décharges
constituent les principaux avantages de cette technique. En effet, le contrôle
de
l'engin sur sa trajectoire peut être réalisé par des décharges répétitives
actionnées à la demande en fonction de la trajectoire désirée.
La figure 3 montre le résultat d'une simulation numérique du même engin
30 évoluant dans les mêmes conditions de vol supersonique que précédemment
auquel est appliquée une décharge plasma près de la pointe. Chacune des
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deux surfaces 7 et 3 qui y est représentée, caractérise une pression constante
dans l'écoulement.
On constate qu'a la pointe de l'engin 1, l'onde de choc 7 est déviée sous
l'action de la décharge plasma 6.
La figure 4 montre la dissymétrie de la distribution de la masse volumique
de l'air environnant sur la moitié de la surface du projectile et dans le plan
de
symétrie de l'écoulement pour l'exemple choisi. Cette masse volumique est
sensiblement constante et égale à 1kg/m3 entre les points A et B situés à
l'opposé de la décharge plasma 6 et en aval, par rapport à la direction Z du
projectile, de la décharge plasma (zone C), tandis qu'elle est très faible (de
l'ordre de 2,7=10-2kg 1m3) au niveau de la peau E du projectile en amont de la
décharge plasma 6. Par contre elle est maximale, de l'ordre de 3kg/m3, au
point
D au niveau de la décharge plasma 6.
La figure 5 présente un schéma d'une partie d'un dispositif selon un mode
de réalisation de l'invention. Cette partie comporte un nez 4 en forme de cône
d'un projectile hypervéloce. A proximité de l'extrémité 29 du nez, est
représentée une décharge plasma 6.
Pour dévier le projectile selon une direction Y perpendiculaire à l'axe
longitudinal du projectile, il est procédé, selon une première étape, à une
décharge plasma 6 sur un secteur limité 8 de la surface externe du nez et du
côté de la direction Y et il est procédé alors à une seconde étape consistant
à
alimenter ce plasma en énergie.
La figure 6 montre un exemple de réalisation d'un dispositif de génération
d'un plasma selon l'invention comportant deux couples d'électrodes, à savoir A
et B et B et C et des premiers moyens 10 de génération d'une haute tension T1
et d'une basse tension T3 entre les électrodes A et B, et des seconds moyens
20 de génération d'une basse tension T2 entre les électrodes B et C. La
tension
T1 générée par les premiers moyens 10 est apte à rompre la barrière du
diélectrique se trouvant entre les électrodes A et B ou, en d'autres termes à
ioniser le gaz présent entre ces électrodes, puis la tension T3 est apte à
entretenir cette ionisation entre les dites mêmes deux électrodes, tandis que
la
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tension T2 est apte à augmenter l'ionisation dudit gaz entre les électrodes B
et
C.
Dans cet exemple de réalisation, les premiers moyens génèrent une
tension T1 constituée d'un niveau de 10kV avec une énergie stockée faible de
l'ordre de 3mJ suivi d'un niveau de tension T3 de 0,55kV avec une énergie
stockée de 12J, tandis que les seconds moyens 20 génèrent une tension T2 de
0,55 kV avec une énergie stockée élevée de l'ordre de 50J par l'utilisation
d'une
capacité de 330pF. Le plasma est généré par décharge(s) à haute tension.
Cette (ces) décharge(s) est (sont) déclenchée(s) à partir d'un signal
électrique
Io ou optique de faible niveau externe au présent dispositif cette (ces)
décharge(s)
délivre(nt) une énergie suffisante à l'amorçage du plasma. La conception
permet
d'optimiser l'énergie électrique stockée avant le déclenchement et l'impulsion
de
tension appropriée aux conditions de la décharge plasma.
Cette figure 6 montre l'application du dispositif de génération d'un plasma à
un projectile hypervéloce dont seule la partie avant, en l'occurrence le nez
est
représenté.
Ce projectile est supposé se déplacer selon la direction M avec une vitesse
V. Le dispositif comporte trois électrodes dont l'une est commune aux premiers
et seconds moyens de génération d'une tension. Ces trois électrodes C, B et A
20 sont alignées selon ladite direction M.
Le fonctionnement de ce dispositif, pour faire dévier le projectile selon la
direction Y, est le suivant :
Le projectile est supposé se déplacer dans l'air à une vitesse élevée selon
la direction M perpendiculaire à la direction Y. Pour dévier le projectile
selon la
direction Y, une décharge plasma est générée, ce plasma étant ensuite alimenté
en énergie. Elle consiste à procéder, du côté de la direction Y et à l'aide
d'un
dispositif selon l'invention, à une décharge plasma sur un premier secteur 28
limité de la surface externe du nez, ce secteur 28 étant délimité par les
électrodes A et B puis à alimenter ce plasma en énergie sur un second secteur
30 27 limité de la surface externe du nez, ce secteur 27 étant délimité par
les
électrodes B et C. Pour cela, une décharge haute tension est appliquée par les
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premiers moyens 10 aux électrodes A et B, produisant entre-elles une
différence
de tension Ti. Cette différence de tension est suffisante pour rompre la
barrière
diélectrique de l'air et générer un microplasma. Puis une alimentation basse
tension est appliquée par les premiers moyens 10 aux électrodes A et B,
produisant entre-elles une différence de tension T3 suffisante à ioniser
l'air,
générant ainsi un plasma sur le secteur 28. Compte tenu de sa vitesse, le
projectile se déplace par rapport au plasma généré. Lorsque le plasma se
retrouve sur le second secteur 27 délimité par les électrodes B et C, des
décharges basse tension successives sont appliquées par les seconds moyens
lo 20 aux électrodes B et C, produisant entre-elles une différence de tension
T2.
Ces décharges basse tension sont suffisantes pour entretenir le plasma, c'est-
à-
dire maintenir son existence pendant une durée de plusieurs millisecondes,
suffisante pour permettre la déviation du projectile.
Comme montré sur la figure 7 au titre d'un exemple, trois groupes
d'électrodes comportant chacun trois électrodes A, B et C, sont répartis sur
la
circonférence du nez du projectile. Les trois couples d'électrodes A et B sont
reliés chacun à leurs propres premiers moyens 10 tandis que les trois couples
d'électrodes B et C sont reliés chacun à leurs propres seconds moyens 20. Un
tel agencement permet de dévier, éventuellement par combinaison des dits
groupes, le projectile dans toutes les directions.
La figure 8 présente un schéma d'un circuit de commande de la tension
appliquée aux électrodes disposées selon l'implantation de la figure 7. Ce
circuit
comporte un dispositif de commande 40 commandant les déclencheurs
répartiteurs de tension 41 et 42 qui commandent respectivement les premiers et
seconds moyens 10 et 20 de génération d'une tension. Ces générateurs 10 et
20 sont chacun connectés respectivement à chacune des électrodes A et B et
l'autre à chacune des électrodes B et C.
Ainsi, le dispositif de commande 40 commande via les déclencheurs
répartiteurs 41 et 42 et les premiers et seconds moyens 10 et 20 de génération
d'une tension, d'une part la génération de la différence de tension adéquate,
à
savoir haute tension puis basse tension pour les premiers moyens de
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génération d'une tension et basse tension pour les seconds moyens, et d'autre
part la délivrance de ces tensions au groupe (30, 31, 32) d'électrodes
correspondant à la direction de déviation voulue.
La traînée de l'engin, la force et le moment de pilotage peuvent être
déterminés par le calcul. Même dans le cas où les efforts seraient faibles, ce
dispositif est intéressant car en agissant près de la pointe de l'engin, une
petite
dissymétrie de l'écoulement déstabilise le projectile et permet son pilotage.
L'utilisation du même dispositif, ou d'un autre dispositif selon l'invention
placé à
un autre endroit sur le projectile, peut servir à stabiliser à nouveau le
projectile
lo sur sa trajectoire.
Par ailleurs ce dispositif peut être associé à des moyens permettant son
contrôle, tel, par exemple, un système GPS, un système du type autodirecteur,
un système de commande à distance, ou tout autre système permettant de
connaître la position en roulis de l'engin.
A titre d'exemple, pour un projectile de calibre 20 mm volant au ras du sol
dans des conditions normales à une vitesse correspondant à un nombre de
Mach de 3,2 et dont l'avant est constitué d'un cône de 20 d'angle au sommet
et
d'une partie cylindrique ne comportant pas de surface portante, une décharge
de plasma, dont la température est d'environ 15000K, est réalisée sur une
20 surface de 9 mm2 à proximité de la pointe du projectile ce qui nécessite
une
quantité de mouvement correspondant à un débit massique d'une substance
explosible d'environ 15.10-4kg/s correspondant à une puissance d'environ 3
kVA. La durée de la décharge étant comprise entre 2 et 4 ms, l'énergie
électrique est de l'ordre d'une dizaine de Joules.
L'intensité de la décharge peut être modulée en agissant sur les
paramètres thermodynamiques tels que la température dans la décharge et la
quantité de mouvement associée.
L'incidence sur les effets aérodynamiques est intéressante. Les effets
aérodynamiques sont d'abord évalués par la simulation numérique dans le cas
30 du projectile non piloté évoluant sur une trajectoire rectiligne à
incidence nulle.
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Les coefficients aérodynamiques sont calculés uniquement pour l'avant corps du
projectile, le sillage n'étant donc pas pris en compte :
Le coefficient de traînée vaut Cx = 0,1157. Le coefficient de portance Cz et
le coefficient de moment Cm calculé à la pointe du projectile sont bien
évidemment nuls.
Les coefficients aérodynamiques sont maintenant déterminés pour le
projectile évoluant sur la trajectoire rectiligne à incidence nulle et piloté
par une
décharge plasma modélisée dans les conditions énoncées auparavant :
Le coefficient de traînée vaut Cx = 0,0949. Le coefficient de portance vaut
Cz = 0,0268 ce qui correspond à une force de 6 N orientée dans la direction
d'action de la décharge. Le coefficient de moment calculé à la pointe du
projectile vaut Cm = -0,0356 ce qui correspond à un moment de -0,1609 mN
orienté de manière à accompagner les effets de la force de portance.
L'analyse des résultats de cette simulation montre :
- une réduction de la traînée du projectile lors de la décharge plasma
d'environ
18 % ce qui est très important ;
- que la force de pilotage agit dans la direction de la décharge ;
- que le moment de tangage contribue d'une façon bénéfique à la force de
pilotage
pour rendre le projectile man uvrant.
La figure 9 montre un exemple d'un dispositif selon l'invention selon un
mode particulier de réalisation. Seuls les moyens de génération de tensions
reliés à trois électrodes A, B et C, disposées dans un même plan passant par
l'axe longitudinal de l'engin et au niveau de la peau et à proximité de la
pointe
50 du nez 51 d'un projectile, sont montrés.
Ces moyens de génération de tension sont constitués par un générateur
basse tension 52 connectés à deux ensembles 53, 54 l'un apte à produire une
haute tension suffisante pour générer un plasma entre les électrodes A et B et
l'autre apte à produire une basse tension entre les électrodes B et C, et apte
à
alimenter en énergie le plasma généré par la haute tension lorsque celui-ci,
du
fait du déplacement du projectile, se retrouve entre les électrodes B et C.
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Dans le cadre du premier ensemble 53, le générateur basse tension 52 est
connecté, d'une part, à un premier condensateur 55 dont la sortie 56 est
connectée au circuit primaire 57 et au circuit secondaire 58 d'un
transformateur
BT/HT 59 et, d'autre part, à une résistance 60 elle-même connectée à l'entrée
61 d'un second condensateur 62 dont la sortie 63 est connectée au circuit
primaire 57 dudit transformateur 59. Par ailleurs la sortie 64 du
transformateur
59 est connectée à l'électrode A tandis que ladite entrée 61 du condensateur
62
est aussi reliée à la sortie 56 du condensateur 55 via un interrupteur 65.
Le second ensemble 54 est constitué par un troisième condensateur 66 dont la
Io sortie 67 est connectée à l'électrode C. Par ailleurs, l'électrode B
est connectée
à la masse.
La figure 9 représente le générateur plasma basse tension embarqué dans
un projectile évoluant dans la basse atmosphère et avant le déclenchement
d'une décharge plasma, l'interrupteur 65 étant ouvert, les condensateurs 55 et
66 étant chargés sous une basse tension, la basse tension du condensateur 55
se retrouvant aux bornes du condensateur 62 et sur l'électrode A. L'électrode
B
est connectée à la masse. L'électrode C est soumise à la basse tension du
condensateur 66.
Le déclenchement d'une décharge plasma se fait par la fermeture de
20
l'interrupteur 65. A cet instant, le circuit primaire 57 du transformateur
élévateur
59 est soumis à la basse tension du condensateur 62. Il apparaît
instantanément une haute tension aux bornes du circuit secondaire 58 du
transformateur 59 et donc sur l'électrode A. Ce transformateur 59 est
dimensionné de façon à ce que la haute tension aux bornes de son secondaire
soit suffisante pour rompre la barrière diélectrique entre les électrodes A et
B.
Lorsque la barrière diélectrique est rompue entre les électrodes A et B, le
condensateur 55 se décharge à travers le circuit secondaire 58 du
transformateur 59 et alimente sous une basse tension le plasma entre les
électrodes A et B.
30 Etant donné que le projectile se déplace, le volume de gaz ionisé
entre les
électrodes A et B va atteindre l'électrode C tel un contact glissant. Lorsque
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l'électrode C est atteinte, il y a conduction entre C et B et génération d'un
plasma puissant alimenté sous une basse tension par le condensateur 66.
Les figures 10a à 10f précisent les différentes étapes et sous-étapes de
fonctionnement d'un dispositif selon la figure 9.
La figure 10a représente l'état d'un projectile évoluant dans la basse
atmosphère avant qu'une décharge plasma ne soit appliquée. Avant l'application
de la décharge haute-tension Ti, une basse-tension T3 est appliquée aux
bornes des électrodes A et B et une basse-tension T2 haute énergie est
appliquée aux bornes des électrodes B et C; ces basse-tensions sont
Io insuffisantes pour rompre la barrière diélectrique présente entre ces
électrodes
A et B et B et C, il est donc impossible que la décharge plasma se produise
sans provoquer son déclenchement.
Les figures 10b et 10c correspondent à la première étape de l'invention.
Pour satisfaire aux contraintes de la durée de la décharge, de miniaturisation
et
d'autonomie du système, le nouveau dispositif embarqué est basé sur
l'utilisation de courants basse-tension mais nécessite un minimum de courant
haute-tension pour provoquer la décharge entre les électrodes A et B et B et C
(courbe de Paschen).
Le gaz entourant l'engin est ionisé entre les électrodes A et B sur le
20 secteur 28 pendant une très courte durée à l'aide d'un transformateur basse-
tension/haute-tension comme montré sur la figure 10b ; la barrière
diélectrique
présente entre les deux électrodes A et B est alors rompue. Une décharge
plasma, montrée sur la figure 10c est générée en libérant une faible quantité
d'énergie stockée dans le condensateur basse-tension 55.
Etant donné que l'engin se déplace dans le gaz, le volume, préalablement
ionisé sur le secteur 28, se déplace vers l'électrode C ; ceci n'est possible
que
parce que l'engin est en mouvement par rapport au gaz environnant. Cet état
est schématisé par l'instant t1 de la figure 10d.
Les figures 10e et 10f correspondent à la seconde étape de l'invention.
30 Lorsque le gaz ionisé recouvre les électrodes B et C (figure 10e), la
tension
disruptive devient nécessairement moins élevée qu'antérieurement. Cet état
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correspond à l'instant t2. La deuxième étape mentionnée dans la revendication
1 du présent brevet consiste en ce que la basse-tension appliquée aux bornes
des électrodes B et C soit suffisante à déclencher une autre décharge plasma
entre ces deux dernières électrodes. L'ionisation du premier plasma sur ce
second secteur 27 est amplifiée en libérant une quantité d'énergie élevée
(figure
10f) stockée dans le condensateur basse-tension 66. Cet état correspond à
l'instant t2bis. La première décharge plasma décrite à la première étape sert
donc d'interrupteur glissant à la seconde décharge plasma de puissance.
Bien évidemment de nombreuses modifications peuvent être réalisées
w sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la forme du nez peut être
quelconque
et pas forcément de révolution. L'invention peut aussi être appliquée à des
secteurs non situés sur le nez de l'engin, et peuvent être sur la surface
cylindrique, sur des empennages ou des surfaces portantes de l'engin. Par
ailleurs, plusieurs électrodes, préférentiellement disposées en parallèle,
peuvent
être utilisées pour générer un plasma et/ou plusieurs électrodes,
préférentiellement disposées en parallèle peuvent être utilisées pour
entretenir
un ou plusieurs plasmas générés.
En outre, au sein d'un même groupe d'électrodes, de nombreuses
dispositions des dites premières secondes, troisième et quatrième électrodes
sont possibles. Ainsi, les premières et secondes électrodes peuvent être
alignées longitudinalement ou être disposées perpendiculairement voire prendre
une position intermédiaire entre ces deux positions.
Il en est de même pour les troisième et quatrième électrodes. Cependant,
dans tous les cas, au moins une partie du secteur délimité par les troisième
et
quatrième électrodes est plus éloignée de l'extrémité du nez du projectile que
celui délimité par les première et seconde électrodes. Dans le cas où les
première et seconde électrodes sont disposées perpendiculairement à l'axe
longitudinal du projectile, l'angle formé par l'axe longitudinal et ces
électrodes
peut atteindre it Rd si ces électrodes sont positionnées au niveau du nez du
projectile. Cependant, chaque groupe d'électrodes peut être positionné en tout
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autre lieu du projectile à déterminer pour chaque application particulière
dépendant de la mission qui lui est dévolue.
