Concours CPGE 2025 - X-ENS - Épreuve de Sciences Industrielles - Filière PSI - Système de défense RAPIDFire Naval

Présentation

Le RAPIDFire Naval est un canon semi-autonome conçu par les entreprises Nexter et Thalès.

Le premier domaine d’application du RAPIDFire Naval est la défense d’un Bateau Ravitailleur de Forces (BRF). Ce type de navire mesure environ 200 m, il apporte un soutien logistique aux navires de l’armée en les ravitaillant en vivres, munitions, et carburant ; il n’a aucune capacité offensive mais doit être capable de se protéger d’attaques pouvant nuire à sa mission.

Des défenses antimissiles classiques équipent les navires militaires mais ces défenses sont particulièrement adaptées aux attaques conventionnelles provenant d’un autre navire ou d’un avion ou d’un missile. Ce sont des systèmes complexes, chers mais très performants.

La problématique actuelle est la défense d’un navire face à une attaque par des systèmes « low-cost » de type drone.

Les défenses antimissiles sont efficaces contre ces attaques mais elles sont confrontées à deux risques : la saturation par un nombre de drones important et le coût d’utilisation de ces équipements : il n’est pas raisonnable d’utiliser des systèmes antimissiles de plusieurs centaines de milliers d’euros pour neutraliser quelques drones.

Ce sujet aborde la problématique de la défense d’un BRF par un RAPIDFire Naval contre une attaque de drones.

Le RAPIDFire Naval est constitué d’un canon de 40 mm capable de tirer plusieurs types de munitions à une cadence de 200 coups/min. Le choix de conception a clairement été d’avoir une cadence de tir moyenne mais une précision importante. La portée des munitions utilisées est d’environ 4000 m.

Plusieurs types de munitions sont disponibles selon le type de menace :

- Obus simples, très peu coûteux, dont l’efficacité provient uniquement de la cinétique du projectile ;

- Munitions perforantes (dites « flèches »), permettant de traverser des blindages ;

- Munitions explosives, ayant un effet de souffle sur la cible ;

- Munitions A3B (Anti-Aerial AirBurst), qui, en explosant proche de la cible, projettent des projectiles de type billes sur une zone de quelques mètres.

La précision est le critère principal qui permet d’atteindre la performance du système RAPIDFire Naval. C’est ce critère qui sera l’objet principal des études menées.

I - CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE

I.1 - Étude de la cinématique du RAPIDFire Naval

I.2 - Étude des capacités de défense du RAPIDFire Naval

II – ÉTUDE DU CANON ET DE SA CADENCE DE TIR

II.1 - Étude la cadence de tir

II.2 - Étude du canon

II.2.1 – Caractéristiques géométriques et inertielles du canon

II.2.2 – Couple statique appliqué au canon pour le maintenir immobile

II.2.3 – Motorisation du canon

III – ÉTUDE DES MOUVEMENTS DE LA TOURELLE

III.1 - Étude de la transmission

III.2 - Étude de la mesure de l’angle de rotation de la tourelle

III.3 - Étude de l’asservissement de la tourelle

III.3.1 – Étude de la génération de la consigne de position

III.3.2 – Étude des moteurs

III.3.2.1 – Étude d’un moteur seul non engrené avec la couronne

III.3.2.2 – Phase « Rapide »

III.3.2.3 – Phase « Précision »

III.3.3 – Étude des asservissements de la tourelle

III.3.3.1 – Étude de l’asservissement en position

III.3.3.2 – Étude de l’asservissement en position et vitesse

III.3.3.3 – Étude de l’asservissement en position, en vitesse et en courant

III.3.4 – Étude d’une rotation de 80° de la tourelle

III.3.5 – Étude des mouvements de la tourelle et du canon

Le sujet et le corrigé de cette épreuve sont également disponibles sur le site de l’UPSTI (Union des Professeurs de Sciences et Techniques Industrielles) :

https://www.upsti.fr/espace-etudiants/annales-de-concours