Brevet FR2006591A1 — publié le 19691226

i 2006591 l'invention est relative à un stabilisateur de navire à réservoir passif du type à surface libre, accordé automatiquement, comprenant des dispositifs de détection et de commande pour établir un accord de fréquence optimal à l'intérieur dudit réservoir, en fai-5 sant intervenir une relation de phase entre le navire et le réservoir de façon à assurer en permanence un fonctionnement optimal du stabilisateur. Par "le passé, il était difficile de maintenir, pendant le fonctionnement, la relation de phase appropriée entre, d'une part, la 10 force, génératrice de moment, produite par l'écoulement d'un fluide dans un stabilisateur à réservoir passif à surface libre et, d'autre part, le mouvement de roulis du navire. En conséquence, toutes les fois où la relation entre les phases prend des valeurs qui sortent de limites prescrites, le réservoir fonctionne avec une efficacité 15 moindre que son efficacité maximale. Jusqu'à ce jour, des méthodes approximatives ont été utilisées pour corriger cette condition, par lesquelles la mesure manuelle de la période de roulis du navjre était prise comme moyen d'évaluer les conditions de stabilité fondamentale, et conformément auxquelles il était effectué un réglage 20 manuel du niveau de liquide dans l'espoir de parvenir à des conditions optimales de fonctionnement du réservoir. Par conséquent, pour ces réservoirs, fonctionnant pratiquement avec un niveau fixe de liquide, il fallait un opérateur pour effectuer en permanence les lectures de la période de roulis et pour réajuster continuellement 25 le liquide du réservoir après avoir déterminé par calcul mental s'il fallait ajouter ou soustraire du liquide, et dans quelle quantité. L'un des premiers buts de l'invention est d'assurer que la relation ou le rapport de phase, dans un stabilisateur à réservoir passif à surface libre, soit tel que le stabilisateur fonctionne 30 avec un maximum d'efficacité à tous moments, sans poser les problèmes évoqués précédemment. L'invention s'approche du système idéal dans la mesure où elle prévoit la détection automatique de la caractéristique de roulis du navire telle qu'elle existe dans chaque partie de la mer traversée par le navire et où le spectre de vagues est unique, détecte l'écoule- 35 ment du liquide à l'intérieur du réservoir et règle le rapport de phase entre l'oscillation du navire et celle du liquide du réservoir en élevant et en abaissant automatiquement le niveau du liquide jusqu'à ce 3erapport de phase soit tel que l'on obtienne un fonctionnement optimal du stabilisateur. 69 12494 2 2006591 Dans les rares cas où le navire roule à une fréquence sensible .nent différente de sa fréquence propre de roulis, qui est elle-même fonction du degré de chargement du navire, un réservoir à surface libre doté d'un niveau fixe de liquide risquerait d'entraîner 5 une légère déstabilisation . Avec l'invention, où le changement du niveau de liquide est automatique, il ne peut se produire de déstabilisation. L'un des premiers buts de l'invention est donc de fournir un système de stabilisation passif qui permette d'éviter les problèmes 10 et offre les avantages évoqués précédemment. Un procédé de stabilisation, selon l'invention, pour navire équipé d'un stabilisateur de roulis à réservoir à surface libre est caractérisé par le fait que l'oscillation du liquide contenu dans le réservoir est comparéë au roulis du navire et que le niveau du 15 liquide dans le réservoir est réglé jusqu'à ce que le retard de phase du liquide du réservoir se situe dans une gamme prédéterminée de retards de phase voisins de 902, L'invention est également relative à un système de stabilisation de roulis pour navires pour mise ai oeuvre du susdit pro ce dé, caractérisé 20 parle fait quIL comprend un réservoir allongé, s1 étendant perpendicuMraaent àl'axe longitudinaldunavire, généralement sur toute la largeur de celui-ci, un liquide remplissant partiellement ledit réservoir, ce réservoir ayant une hauteur permettant de maintenir ce liquide dans des conditions de surface libre, généralement dans tout le réservoir, des 25 moyens de réglage permettant de remplir et de vidanger le réservoir de façon à élever ou à abaisser le niveau du liquide contenu dans le réservoir, et des moyens de détection de l'oscillation du liquide contenu dans le réservoir et du roulis du navire pour commander d'une manière sélective les moyens de réglage de façon à maintenir 30 le retard de phase du liquide du réservoir dans des limites prédéterminées. A cet effet, selon uh mode de réalisation avantageux, les derniers moyens mentionnés ou moyens de détection comprennent un capteur permettant de détecter l'oscillation du liquide contenu dans le r é s er vo ir et d'étgen-35 drer un signal électrique correspondant à cette, oscillation, un détecteur de roulis du navire engendrant un signal correspondant au roulis du navire, et un comparateur de phase recevant les signaux men 69 12494 3 2006591 tionnés précédemment et engendrant on signal de sortie correspondant au déphasage relatif des signaux d'entrée, ainsi qu'un appareil de commande relié de façon à recevoir le signal de sortie du comparateur de phase et également relié de façon à actionner les moyens de 5 réglage chaque fois que la sortie du comparateur de phase dépasse des limites prédéterminées0 D'autres buts et dispositions de 1'invention apparaîtront à la lumière de la description donnée ci-après avec références aux dessins ci-annexés, dans lesquels : 10 - la fig. 1 est un schéma synoptique du système selon l'inven tion ; et - la fig. 2 représente les courbes de réponse en fréquence de navires dans des conditions de stabilisation diverses. D'une façon générale, l'on remarque une importante supériorité 15 des résultats obtenus par l'utilisation du stabilisateur à réservoir passif à surface libre du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n^ 3 054 373, par comparaison à ceux obtenus avec un système anti-roulis à tube en U ou à conduit immergé, appelé communément système Prahm. Cette supériorité résulte en partie de 1' 20 aptitude du réservoir passif à surface libre à avoir sa fréquence de fonctionnement accordée par une élévation ou un abaissement du niveau de liquide, ce qui lui permet de fonctionner dans une gamme étendue de conditions de stabilité du navire. Cet avantage est frappant quand on le compare, par exemple, à l'absence de souplesse du 25 système à tube en U, dont les caractéristiques de fréquence fixe entraînent une déstabilisation sensible du navire, lorsque l'énergie est communiquée par la mer à des fréquences différentes de la fréquence établie pour le système de stabilisation à tube en ïï. Ainsi, dans le stabilisateur à réservoir passif à surface libre, le niveau 30 de liquide est choisi de façon manuelle et maintenu entre des limites de niveau inférieure et supérieure pour accroître la fréquence d'oscillation du liquide à l'intérieur du réservoir de façon à la faire correspondre à la période de roulis du navire. Or, l'on sait que la fréquence de roulis d'un navire augmente lorsque la hauteur 35 métacentrique augmente. Si la fréquence du système à réservoir passif à surface libre peut être établie généralement à partir de considérations de conception, portant essentiellement sur la forme du réservoir et sur la masse ou la profondeur du fluide, l'efficacité 69 12494 4 2006591 des oscillations ainsi engendrées dépend presque entièrement, en ce qui concerne l'effet de stabilisation anti-roulis, de l5établissement d'un déphasage et d'une relation d'accord entre les forces créatrices de moment apparaissant à l'intérieur du réservoir et 5 le roulis du navire dans lequel est installé le réservoir. D'une façon plus précise, le vecteur du moment de la surface libre, fonction de la fréquence du réservoir et de l'angle de roulis du réservoir partiellement rempli, est amené à un retard de phase de 902 (valeur idéale) par rapport au roulis du navire, de 10 par la forme du réservoir ou de par l'introduction de dispositifs d'amortissementy ou de par l'action combinée de ces deux éléments, empêchant ainsi le roulis du navire et, en même temps, neutralisant la tendance du navirs à rouler au-delà de la normale à la pente d8 une vague sur laquelle vogue le navire. 15 Jusqu'ici, le niveau du liquide contenu dans le réservoir était établi essentiellement de façon à accorder le réservoir à la période naturelle de roulis du navire. Un système selon l'invention règle le niveau du liquide contenu dans le réservoir de façon que ce liquide puisse être mis en résonance avec n'importe quelle fréquence 20 de roulis. Cela est effectué par une détection continue du retard de phase du mouvement du liquide contenu dans le réservoir par rapport au roulis du navire ; par un déclenchement automatique d'opérations correctrices lorsqu'il n'y a pas une relation de phase convenable, et par l'arrêt automatique des opérations correctrices 25 lorsque le retard de phase,permettant d'obtenir le meilleur fonctionnement du stabilisateur, est rétabli. Si l'on se réfère à présent à la figure 1, le 3ystime*selon 1* invention comprend un réservoir de stabilisation passif à surface libre, indiqué d'une façon générale par le nombre 10, disposé à 30 l'intérieur d'un navire (non représenté), sa longueur s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du navire. Selon la pratique courante, le réservoir 10 est partiellement rempli d'un liquide . 12 jusqu'à un niveau proportionné à la géométrie du réservoir et à l'amortissement hydraulique interne, si bien que l'oscillation du 35 liquide contenu dans le réservoir est accordée sur la fréquence de roulis du navire et présente un retard de phase idéal de 902 par rapport à cette fréquencô. Pour plus de détails sur la conception et le fonctionnement du réservoir, on peut se référer au brevet des 69 12494 5 2006591 Etats-Unis d'Amérique nâ 3 054 373 mentionné précédemment. Il convient de faire remarquer que le réservoir 10 peut être de forme quelconque, pourvu qu'il fonctionne avec un liquide à surface libre. Le liquide 12 peut se composer de n'importe quel liquide approprié tel que mazout, combustible de soute, cargaisons liquides de différents types ou fluides spéciaux à suspension solide tels que boue de forage et autres produits similaires. Les fluides ainsi utilisés peuvent être fournis à partir d'une citerne de réserve 14, montée à bord du navire, d'une capacité appropriée, qui peut être judicieusement divisée par un certain nombre de cloisons pour empêcher la citerne 14 de réduire GM,c'est-à-dire la distance entre le centre de gravité G- et le métacentre M du navire, ou d'à jouta1 un moment indésirable au. navire. Une pompe réversible 16 est prévue? à un emplacement quelconque approprié,pour apporter le liquide de fonctionnement au réservoir 10 et pour l'en extraire. Dans le 15 cas où l'on utilise l'eau de mer comme fluide stabilisateur, la pompe 16 communique avec la mer (d'une façon non représentée). Un capteur 18 est disposé à l'intérieur du réservoir 10 pour détecter les oscillations du liquide contenu dans ce réservoir et délivrer un signal électrique qui alterne en correspondance avec 1' 20 oscillation du liquide contenu dans le réservoir. De préférence, le signal de sortie du capteur 18 représente électriquement la mesure du moment imprimé au navire. Ce signal de sortie du capteur 18 qui représente l'oscillation du liquide contenu dans le réservoir est appliqué à un comparateur de phase électrique, indiqué d'une façon 25 générale par le nombre 20, qui reçoit un signal délivré par un détecteur de roulis 21 qui détecte l'oscillation de roulis du navire et délivre un signal électrique correspondant. Le comparateur 20 engendre des signaux représentant le déphasage entre les signaux issus de 18 et 21 et envoie son signal de sortie à l'appareil 22 de com-30 mande de la pompe, qui délivre à son tour des signaux de commande à sa sortie 23 chaque fois que le déphasage tombe hors des limites prescrites. Les signaux de commande sont appliqués à la pompe 16 pour la faire fonctionner dans un sens direct ou en sens inverse suivant l'ordre particulier transmis. La pompe 16 fonctionne et con-35 tinue de faire varier le niveau du liquide 12 jusqu'à ce que le rapport de phase du signal de sortie du capteur 18 soit à nouveau situé dans la gamme prévue par rapport au roulis du navire. Pour que le fonctionnement soit le plus efficace, il faut que la caractéristique 69 12494 6 2006591 des actions de maintien , de remplissage et de vidange se présente sous la forme d'une courbe d'hystérésis, conformément à la description qui en est donnée ci-après. Les signaux de sortie sont également appliqués à un dispositif indicateur 24 pour informer le con-5 trôleur du moment où, et du sens dans lequel, doit s'effectuer la variation du niveau de liquide dans le réservoir 10 au cas où une commande manuelle de la pompe 16 est souhaitée» Dans un exemple, le capteur 18 comprend un dispositif 26 de détection de pression différentielle alimenté par des tubes de pres-10 sion bâbord et tribord ayant chacun un orifice d'entrée 28 et 30", situé au-dessous de la surface du liquide 12, ces deux orifices se trouvant à proximité des extrémités latérales opposées du réservoir 10. Ce dispositif de détection peut être un appareil à lecture directe ou indirecte, l'important étant qu'il permette la mesure phy-15 sique instantanée de la différence entre les niveaux, les forces ou les poids de liquide aux lieux de détection. L'on préfère un capteur de pression, quoiqu'un dispositif de mesure du niveau de la surface tel qu'un flotteur, ou un pont électrique à résistance variable, ou encore un dispositif à condensateur puisse convenir. La mesure à 1' 20 aide d'un capteur situé au-dessous de la surface est préférée car il existe une grande variété de vagues, de profil et de hauteur différents, pouvant apparaître à la surface du liquide du réservoir, suivant la forme de ce dernier. L'on peut utiliser des lieux uniques ou multiples d'entrée pour les dispositifs détecteurs, ces lieux 25 étant choisis équidistants de l'axe longitudinal du réservoir, à bâbord et à tribord, ce qui permet d'obtenir des mesures de phase maximales et minimales compatibles, bien entendu, avec l'appareil de commande. Ainsi que cela a été mentionné précédemment, la sortie électri-30 que du dispositif 26 est appliquée au comparateur de phase 20 qui est un appareil électrique courant connu des spécialistes sous une grande variété de formes. Par exemple, l'appareil 20 peut être un discriminateur de phase qui produit un signal de courant continu en relation avec le déphasage entre les signaux d'entrée. 35 Le détecteur de roulis 21 est un appareil gyroscopique classi que ou un appareil équivalent. ' ■ L'appareil de commande 22 de la pompe peut se composer d'un appareil classique de détection de signaux recevant les signaux de 69 12494 T 2006591 courant continu variables délivrés par l'appareil 20 et commandant la pompe 16 de façon correspondante. Si le signal reçu se situe dans les limites choisies, l'appareil 22 délivre un signal d'indication à la sortie 23 qui donne une indication sur l'appareil 24 se-5 Ion laquelle le niveau du liquide contenu dans le réservoir se trouve dans une gamme acceptable® Lorsquele signal de courant continu émis par l'appareil 20 tombe au-dessous ou s'élève au-dessus de la gamme fixée dans l'appareil 22, il apparaît un signal de commande correspondant à la sortie 23 qui commande la pompe 16 de façon cor-2.Q respondante, afin d'actionner la pompe 16 dans le sens direct (ou avant) ou dans le sens opposé, et communique l'information appropriée à l'indicateur 24. Le cas échéant, le système peut comprendre une pompe à fonctionnement dans un seul sens et des vannes d'inversion appropriées commandées par la sortie 23. L'appareil 22 conti-15 nue d'actionner la pompe 16, jusqu'à ce que le signal de sortie de l'appareil 20 retombe à l'intérieur de la gamme prescrite, entraînant le désamorçage de la sortie 23 par l'appareil 22 et l'application d'un signal de maintien à l'indicateur 24. La sûreté de fonctionnement du système est accrue et l'irrégu-20 larité de marche évitée lorsque le système est conçu pour fonctionner sous la forme d'un système automatique à asservissement à contre-réaction, par lequel l'arrêt du pompage apparaît dès que le niveau du liquide contenu dans le réservoir du stabilisateur est tel que le rapport de phase optimal, ou déphasage de 902, est obte-25 nu, et pour lequel les critères de détection en vue de l'arrêt du pompage se situent dans une gamme sensiblement plus étroite de précision sur le retard de phase que la gamme qui doit être dépassée au stade de non-pompage, pour que le circuit commande automatiquement l'action correctrice. Par exemple, durant le fonctionnement, 30 ^ signal de maintien apparaît sur la ligne 23 tant que l'oscillation du réservoir présente un retard sur le roulis du navire compris entre 70 et 1102. A 702 ou au-dessous de cette valeur, l'appareil 22 actionne la pompe pour commencer l'opération de vidange, action qui se poursuit jusqu'à ce que l'angle de roulis atteigne un retard de 35 852 et dès que ce retard est atteint, le signal de sortie de l'appareil 22 revient à la condition de maintien et la vidange cesse. De même, l'opération de remplissage ne commence pas avant que l'oscillation du réservoir ait un retard de 1102 ou plus, après quoi le 69 12494 8 2006591 remplissage se poursuit jusqu'à ce que l'amplitude du retard de phase soit retombée à 902 ; et dès que cette amplitude est atteinte, la sortie se remet à l'état de maintien. De cette manière, le remplissage ou la vidange ne commence que lorsque le retard de phase 5 dépasse la limite programmée de 702 0u de 1102 ; et une fois commencé, le remplissage ou la vidange se poursuit jusqu'à ce que 1' angle de. retard soit revenu dans les limites acceptables de 85 à 902. Il est préférable que le circuit sous sa forme de circuit d' asservissement à contre-réaction soit réglé de façon que le diag-lo nostic indiquant un mauvais réglage ne déclenche le fonctionnement du système que si le retard de phase dépasse les limites préétablies pendant un certain nombre de périodes. Par exemple, si le circuit a été prédéterminé pour accepter un retard de phase de 80 à 902, l'appareil 22 prend des mesures correctrices sur la base d' 15 un temps moyen type de dix périodes. Bien entendu, si les voyants de l'indicateur indiquent que le niveau de l'eau est trop bas ou trop haut pour le bon rapport de phase,aMs une opération manuelle peut être entreprise, par manipula- 20 tion de l'appareil de commande prédominante 25. En outre, l'invention peut être utilisée pour contrôler ou indiquer automatiquement le niveau correct lorsque le réservoir est rempli initialement pour le fonctionnement du système. Dans la figure 2, où. les longueurs d'onde exprimées en mètres 25 sont portées en abscisses et où le double de l'amplitude de l'angle de roulis, exprimé en degrég est porté en ordonnées, il est représentée une courbe de réponse en fréquence A pour le cas d'un navire non stabilisé, une courbe B pour le cas où le même navire est stabilisé avec un stabilisateur à réservoir passif à surface libre 30 comportant un liquide à niveau fixe, ce niveau étant réglé de façon à produire une résonance à la fréquence naturelle ou fréquence propre de roulis du navire, et une courbe C pour le cas des mêmes navire et stabilisateur que pour la courbe B, mais avec utilisation de l'invention. L'on constate, dans le cas de la courbe B, que le 35 système imprime une certaine déstabilisation aux extrémités de la gamme de fréquences. Cette déstabilisation résulte du fait que 1' oscillation du liquide du réservoir s'écarte sensiblement du retard de phase idéal de 902 par rapport au roulis du navire. Par contre, 69 12494 9 2006591 avec l'invention, les fréquences du réservoir et du navire étant maintenues voisines d'un déphasage de 90-, conformément à la description précédente, la déstabilisation est évitée et un maximum d'efficacité de stabilisation est obtenue sur toute la gamme de fréquences Il est bien entendu que différentes modifications peuvent être apportées à l'exemple de réalisation décrit ici, sans que l'on s' écarte de l'esprit et du domaine de l'invention. 69 12494 10 2006591 REVENDICATIONS 1. Procédé de stabilisation pour navire équipé d'un stabilisateur de roulis à réservoir à surface libre, caractérisé par le fait que l'oscillation du liquide contenu dans le réservoir est comparée au roulis du navire et que le niveau du liquide dans le réservoir 5 est réglé jusqu'à ce que le retard de phase du liquide du réservoir se situe dans une gamme prédéterminée de retards de phase voisins de 902. 2. Système de stabilisation de roulis pour navire, pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait 10 qu'il comprend un réservoir allongé, s*étendant-perpendiculairement à l'axe longitudinal du navire, généralement sur toute la largeur de celui-ci, un liquide remplissant partiellement ledit réservoir, ce •réservoir ayant une hauteur permettant de maintenir ce liquide dans des conditions de surface libre, généralement dans tout le réservoii^ 15 des moyens de réglage permettant de remplir et de vidanger le réservoir de façon à élever ou à abaisser le niveau du liquide contenu, dans le réservoir, et des moyens de détection de l'oscillation du liquide contenu dans le réservoir et du roulis du navire pour commander d'une manière sélective les moyens de réglage de façon à 20 maintenir le retard de phase du liquide du réservoir dans des limites prédéterminées. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les derniers moyens mentionnés QVLmoyens de détection comprennent un capteur permettant de détecter l'oscillation.du liquide contenu dans le^éservcdret 25 d'engendrer un signal électrique correspondant à cette oscillation, un détecteur de roulis du navire engendrant un signal correspondant au roulis du navire, et un comparateur de phase recevant les signaux mentionnés précédemment et engendrant un signal de sortie correspondant au déphasage relatif des signaux d'entrée, ainsi qu'un ap-30 pareil de commande relié de façon à recevoir le signal de sortie du comparateur de phase et également relié de façon à actionner les moyens de réglage chaque fois que la sortie du comparateur de phase dépasse des limites prédéterminées. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait 35 que l'appareil de commande rend inopérants le.s moyens de réglage lorsque la sortie du comparateur de phase retourne à l'intérieur d* une gamme prédéterminée qui comprend lesdi"tes limites prédéterminées. 69 12494 u 2006591 5. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de réglage comprennent une pompe avec possibilité de commande manuelle prédominante. 6. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait 5 que les moyens de réglage comprennent une citerne de réserve, placée à bord du navire ,et une pompe, actionnée par les susdits derniers moyens mentionnés pour effectuer des transferts de liquide entre le réservoir et la citerne de réserve. 7. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait 10 que le capteur comprend au moins un dispositif de détection de pression situé à proximité d'une extrémité latérale du réservoir, au-dessous du niveau du liquide contenu dans celui-ci, et un capteur détectant les variations de pression du dispositif de détection de pression et engendrant des signaux électriques correspondants. 15 8. Système selon la revendication 4> caractérisé par le fait que la gamme prédéterminée comprend un retard de phase de 902.