Une nouvelle technique de calcul analogique — Le calculateur électronique
Un caiculateur pour défense anti-aérienne.
une nouvelle technique
de calcul
analogique
Les progrès constants de l’électronique ont entrainé
depuis quelques années un développement remarquable
des moyens de transmission (Multiplex, faisceaux
hertziens, etc.), des procédés de détection (radars),
enfin des calculateurs. Dans ce dernier domaine, les
grandes machines à calculer du type arithmétique,
réalisées aux États-Unis, sont sans doute les mieux
connues ; elles sont capables, on le sait, d'effectuer avec
une prodigieuse rapidité les calculs les plus compliqués
relevant de la physique nucléaire, de la balistique ou
de l’astronomie.
Les calculateurs analogiques de haute précision mar-
quent un nouveau pas en avant. Leurs applications
militaires se sont tout de suite révélées si intéressantes,
notamment dans tous les cas où il s’agit d'attaquer un
objectif mobile, qu'ils sont devenus un indispensable
facteur d'efficacité. Dans le secteur civil, il apparaît
dès maintenant que ces appareils sont susceptibles
d'emplois très étendus grâce aux possibilités
qu'ils offrent aux industriels et aux techniciens, non
seulement pour le calcul, mais aussi pour l'étude
des problèmes les plus complexes et les plus
variés.
La C.S.F. a conçu et mis au point des calculateurs ana-
logiques dont la technique entièrement nouvelle repose
sur des fondements théoriques solidement établis et
met en œuvre un certain nombre d'organes fondamen-
taux de haute qualité. Le fonctionnement très satis-
faisant des réalisations industrielles a déterminé plu-
GRÂCE
AU
CALCULATEUR
ELECTRONIQUE
sieurs gouvernements atlantiques et européens à con-
fier l'exécution de programmes importants à notre
Compagnie.
L'impulsion de l'État-Major français et de la Direc-
tion des Etudes et Fabrications d’Armement a été
sur ce point décisive. C’est en effet pour le compte
de la Manufacture d’Armes de Levallois et d’après
les directives de ses ingénieurs qu’ont été effectuées
a C.S.F. les études d’appropriation de ces techniques
au problème de la D.C.A. C’est, ensuite, la Section
des Etudes et Fabrications de Télécommunications
qui a coordonné les différentes commandes de
fabrication, tant française qu’américaine, permettant
de constituer un matériel de D.C.A. homologué
en tant qu’ensemble par la Section Technique
de l'Armée, et destiné aux forces armées de
notre pays et éventuellement des autres pays
atlantiques.
la technique CS.F.
Mais d’abord quel est le principe nouveau du procédé
C.S.F. de calcul analogique? I] consiste, en quelques
mots, à représenter des grandeurs physiques par des
tensions alternatives de fréquence 500 kc/s dont
l'amplitude est rendue proportionnelle à leur valeur,
des tensions de phases opposées correspondant aux
grandeurs positives ou négatives.
LE CALCULATEUR ELECTRONIQUE
Les trois opérations algébriques fondamentales néces-
saires pour résoudre un problème mathématique sont :
1°) La multiplication qui, à partir des nombres a et b
fournit le produit a x b.
L’addition qui, de deux nombres a et b donne la
somme a + b.
20} , . >" ° ° =
7 La résolution de l'équation y = f (x) qui fait cor-
respondre le nombre y au nombre x suivant une
loi définie.
Ces trois opérations essentielles sont effectuées par les
circuits calculateurs C.S.F. de la façon suivante :
10) Le circuit de la figure 1 assure la multiplication par
un coefficient r d’un nombre que représente unc
tension E. Il est tel que chacune des selfs-induc-
tances qui le constituent forme un circuit accordé
avec les capacités correspondantes lorsque les selfs-
inductances voisines sont court-circuitées; ainsi
le coefficient de multiplication est dû au rapport des
capacités fixes.
2C: 2C2
= JL Ji
TT ir 1F T
|
Vv Ci
E Li l3 L2 v —
| E C2
é JL JL t
tt 1F
2C 2C2
Fig. 1 — Circuit multiplicateur par un ceefficient
Ci
fixe r =
Cy
2°) Le circuit de la figure 2 effectue de méme la multi-
plication par un coefficient r.x d’un nombre que
«traduit » une tension E. Le coefficient x est une
fonction définie de l’angle 4 qui fixe la position des
quatre capacités simultanément variables indi-
quées sur la figure.
CA 2C>
; aon +t ed cess |
| AK / vos
€ ls HATEN ES Ls Lo rE C2
| == r= 100)
| bat ona] foe Pa
| 2
Yo gs} —~—+. +
“cu ) 2C2
FT,
Fig. 2 — Circuit multiplicateur par un ceefficient variable
c
r= — = x fonction de l'angle 4.
36
Realisation de quelques fonctions.
3°) Le circuit de la figure 3 résout l’équation linéaire
ai Ei; + a2 E2 +... + an En = O, dont le cas
particulier Ey = E2 + E3 définit l’addition.
Fig. 3 — Circuit matérialisant l'équation linéaire © C,E,= 0
Ici encore et d’une manière générale, tous les circuits
calculateurs sont tels que chaque self-inductance forme
un circuit accordé avec les capacités correspondantes
quand toutes les selfs-inductances voisines sont court-
circuitées.
Les circuits calculateurs C.S.F. offrent deux particula-
rités remarquables :
- Le gain de chaque circuit, ou rapport de transfor-
mations, est un rapport de capacité et peut donc
être très stable.
- Le rapport des impédances d’entrée et de sortie est
très grand (par exemple : Ze = 500.000 ohms,
Zs = 4 ohms), ainsi l’€nergie prélevée par la cellule
commandée sur la cellule commandante est très
faible et ne peut provoquer aucune perturbation.
Grace a ces propriétés il est possible :
— De réaliser de longues chaines de calcul ne compor-
tant aucun amplificateur, quelle que soit leur
complexité, c’est-a-dire d’effectuer des calculs avec
une précision indépendante des variations de carac-
téristiques des tubes électroniques.
— D’obtenir une précision supérieure au 1/1000 en
mettant a profit la stabilité du rapport de trans-
formation de chaque circuit calculateur.
La figure 4 indique comment sont montées les quatre
capacités simultanément variables de la figure 2. Le
condensateur utilisé est cylindrique et constitué d’un
rotor et d’un stator en stéatite portant des armatures
argentées. Le tracé de ces armatures dépend de la
fonction f (5) qui entre en jeu.
2C2
Fig. 4 — Réalisation du circuit de la figure 2 au moyen d'un
condensateur cylindrique.
Dans les calculateurs C.S.F. les données et les résultats
sont en général matérialisés par la position angulaire
d’un certain nombre d’arbres mécaniques. Les arbres
qui correspondent aux résultats sont entraînés au
moyen de moteurs d’asservissement commandés par
des tensions électriques (tensions d’erreur) qui s’an-
nulent quand le problème est résolu.
Le moteur d’asservissement est donc l’auxiliaire indis-
pensable de tout calculateur analogique. La C.S.F. en
a réalisé un, très étudié, qui est du type diphasé et
spécialement conçu pour avoir une inertie très faible
(inférieure à 10 grammes.cm?) et un couple très grand
(Supérieur à 1000 grammes.cm). Son rotor est une
cloche de cuivre de 30 millimètres de diamètre dont le
poids est inférieur à 10 grammes.
Ce moteur, associé aux circuits calculateurs C.S.F.,
permet notamment, sans l’adjonction d’aucun circuit
correcteur, de résoudre des systémes d’équations
implicites à plusieurs variables. Ainsi peut-on, par
exemple, dans les calculateurs de D.C.A., déduire les
éléments de tir (durée de trajet, inclinaison et gisement)
des coordonnées du but.
Noyau magnétique et rotor du moteur
Le rotor monté et les engrenages de commanue du moteur.
LE CALCULATEUR ELECTRONIQUE
quelques exemples de calculateurs
transtormation continue
de coordonnées
Supposons connues à tout instant les coordonnées
polaires : D (distance) et G (gisement) d’un point mobile
dans un plan et imaginons que l’on veuille obtenir d’une
façon continue ses coordonnées cartésiennes X et Y.
Le calculateur répondant au problème aura la struc-
ture représentée par la figure 5. Il comportera :
— un bloc de calcul des quantités D sin G et D cos G,
— un bloc de calcul des coordonnées cartésiennes X et
— un bloc de comparaison ou de zéro effectuant les
différences :
AX = DsinG— xX
AY = D cos G— Y
Ces deux tensions \ X et \ Y commandent la
rotation des moteurs d’asservissement entrainant les
condensateurs linéaires X et Y de telle sorte que A X =
Oet AY = O à tout instant.
dérivation d'une grandeur variable
fonction du temps
Si nous imaginons que l’on connaisse à tout instant la
position d’un point mobile sur un axe et que l’on veuille
obtenir d’une façon continue sa vitesse, le calculateur
correspondant aura la structure représentée par la
figure 6. Il comportera :
— un bloc de calcul de l’abscisse X;
— un bloc de calcul de la vitesse U;
— un bloc de comparaison ou de zéro effectuant la
ax .
x et U.
différence entre
On remarque à l’intérieur du bloc n° 3 deux détecteurs
linéaires spéciaux délivrant des tensions continues pro-
portionnelles à X et U et du signe de ces quantités.
L’impédance du vibreur V étant pratiquement infinie,
nous écrirons que :
1 = 4
C R
’est-à-dire : C2 X’ = A
c'est-à-dire : Cz X’ = — as
soit : CR — X’ = —U
en supposant que le moteur M maintient a tout ins-
tant le potentiel du point O a zéro.
Sil’on veut que X’ = Uilfaut CR
%
— = 1,
)
intégration d'une orandeur variable
fonction du temps
Dans le calculateur de la figure 7 nous retrouvons les
mémes éléments que dans celui de la figure 6, mais la
tension du point O servira 4 la commande du moteur
entrainant le condensateur X.
Nous pouvons écrire comme plus haut :
x’ =U
ou X = /'Udt
Cet appareil permet donc, la vitesse U étant supposée
connue à tout instant, d’en déduire la position X du
mobile d’une façon continue.
cas de fonctions quelconques
Les circuits calculateurs C.S.F. présentent une remar-
quable souplesse. Ils permettent notamment la repré-
sentation précise (sous forme de tensions haute fré-
quence), de fonctions mathématiques ou expérimen-
tales d’une ou de plusieurs variables, définies une fois
pour toutes ou modifiables à volonté.
100 V HF
Introduction
continue des
données sous
100 V HF
3V nd : 5" ji;
: ee 1° par 1°
forme mécanique À
2Y par km |
t >
|
|
|
|
Ye 1
Fig. 5. — Transformation continue de coordonnées polaires
en coordonnées cartésiennes
,°
100 V HF
iyi!
1
Te
introduction
continue de
la donnée sous
forme mécanique
100 V HF
roo
=
oy
continu de la vitesse d
g. 6 — Calcul
100 V HF
introduction
continue de
la donnée sous
forme mécanique
rT
|
|
fa-
|
|
Lees
Ÿ
‘un mobile.
J
Las al
continu de
7 — Caicul
Fig.
la position d’
Ÿ
un mobile.
Sortie
continue des
résultats sous
forme mécanique
sortie continue
du résultat sous
forme mécanique
sortie continue
du résultat sous
forme mécanique
39
LE CALCULATEUR ELECTRONIQUE
wos \ ha
wow ery eS *
~ CH ey
Les circuits HF d'un bloc de calcul.
40
application au calculateur de tir de D.C.A.
Fig. 8 — Le problème de la D.C.A. : problème de rencontre
de deux mobiles.
nécessité d employer
un calculateur de tir
Puisqu'un avion constitue un objectif mobile, il est
évident que pour l’atteindre par un tir de D.C.A. il
faut connaître à la fois sa position instantanée et sa
vitesse. La figure 8 montre, en effet, que pour toucher
un engin situé au point A à l'instant t le canon doit
être pointé sur un point F qui se trouve sur la route de
l’avion et en avant de lui.
Le point F, qu'on appelle « point futur » de l'avion,
est tel que le temps que celui-ci met pour aller de À en
F est égal au temps mis par un projectile pour se dépla-
cer sur sa trajectoire depuis l’origine O de la batterie
jusqu’au point F, où son éclatement doit se produire.
La distance AF est la « longueur de l’extrapolation ».
Si l'on veut, par exemple, atteindre un appareil volant
à 5.000 mètres d'altitude et éloigné de la batterie de
10 kilomètres, la durée du trajet de l’obus sera de 30
secondes environ dans le cas d’un canon de go mm. En
supposant que la vitesse de l’avion soit de 200 mètres-
seconde (720 km/heure), la longueur de l’extrapo-
lation sera :
200 m/s X 30s = 6.000 mètres.
On comprend que, pour calculer une telle distance avec
une erreur inférieure aux dimensions de l'avion, ce
qui est obligatoire si l’on veut qu’il soit touché, il
faudra déterminer la vitesse V et la durée de trajet T
avec une précision de l’ordre de 1/1.000.
Ainsi l'efficacité de la D.C.A., en face des performances
des avions modernes, exige un moyen de détection
fidéle comme le radar et, aussi impérieusement, un
organe de calcul rapide et précis. Il n’est pas exagéré
d’affirmer que l’artillerie anti-aérienne est désormais
inconcevable sans radar et calculateur de tir.
rôle des calculateurs de D.C.A.
Le calculateur de tir est, bien entendu, un appareil auto-
matique. I] reçoit d’une manière continue les éléments
déterminant la position de l’avion fournis par un radar
de conduite de tir et il est capable soit d'indiquer à tout
instant au servant du canon les éléments de tir à adop-
ter, soit de télécommander le canon.
41
LE CALCULATEUR ELECTRONIQUE
Fig. 9 — Un poste de D.C.A. moderne.
= bus =
qu LE | EE ASS ete ae FO, Sg
ee SS, I
À = hante
RTS ART ge peel wx swe
Et A ee eS
ae Qe IT er =
i ae - À
} 1
we, 4
D
ff PIECES =
2
CALCULATEUR
Rotor stator et condensateur montés.
Introduction
continue des données
tb
Da Sa Ga
Calcul des
coordonnées
Cartesiennes
Xa YaZa
@-* |
\|
dXa dYa dZa
dt dt di
Extrapolateur
dXa pdYa pdZa
Le de dt
Calcul du
point futur
La figure 9 montre l'articulation tactique d’un poste
de D.C.A. On y distingue :
— le radar de conduite de tir;
- le calculateur de tir;
la batterie de quatre canons.
La figure 10 montre schématiquement quelle est la
suite des opérations effectuées par le calculateur de tir
de D.C.A.
Sortie continue
des résultats
RAT
Calcul PE
du
point TL Ww
d'éclatement
Comparaison Xe Ye Ze
des erreurs J
et Repartition
les possibilités d'emploi
des ca lculateurs
La stabilité, la précision et la souplesse des procédés
de calcul mis en ceuvre par la C.S.F. rendent aisée la
construction de calculateurs de types trés divers.
Dans le domaine militaire, la C.S.F. s’est attachée a la
réalisation des appareils suivants :
— Des calculateurs terrestres de conduite de tir anti-
aérien pour canons de différents calibres, basés sur
les mêmes principes, mais adaptés à chaque calibre
et aux conditions d'emploi, notamment en ce qui
concerne la rapidité d'accrochage et de poursuite.
43
Dispositifs annexes d'un calculateur de défense
anti-aérienne.
Des calculateurs embarqués, toujours pour le tir
anti-aérien, et qui comportent des dispositifs
correcteurs de roulis, tangage et lacets. Ces
appareils permettent, en outre, de composer des
ensembles de conduite de tir (radar de désignation
d’objectif, radar de conduite de tir, calculateur
et canons) qui dispensent d’employer des plate-
formes stabilisées.
Des calculateurs de défense côtière pour conduite de
tir sur but marin, qui ont comme caractéristique
principale que le méme appareil peut, par le simple
remplacement d’un tiroir, conduire le tir de canons
de calibres différents et suivant des balistiques
distinctes.
- Des calculateurs de téléguidage destinés à comman-
der les émetteurs d’un engin radio-guidé pour l’ame-
ner sur le but.
Des calculateurs d’interception, dont l’objet est
de guider le départ des chasseurs vers une
formation ennemie ainsi que leur
terrain.
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