Brevet FR2061746A1 — publié le 19710625

Cette invention concerne des instruments de navigation pour navires. L'apparition de très grands navires, particulièrement les bateaux-citernes dé pétrole et les transporteurs de matériau en vrac, 5 a soulevé pour ces navires des problèmes de navigation, môme en ce qui était, autrefois, considéré comme la haute mer. Comme un navire de 200 000 tonnes peut avoir un tirant d'eau en charge de 18 à 21 m, maint chenal qui était autrefois considéré parfaitement sûr pour tous les navires ne laisse entre le fond de ce grand navire et le 10 fond du chenal qu'une garde, qui exige une attention particulière pour naviguer. Cette difficulté est accrue par. un effet qui apparaît lorsqu'un navire se déplace dans, une eau dont la profondeur n'est pas très supérieure à son tirant d'eau. On peut appeler cet effet un effet Bernouilli. lorsqu'un navire se déplace au-dessus 15 du fond de la mer dans un chenal peu profond, certaines forces hydrodynamiques entrent en jeu dans le passage restant entre le fond du -navire et le fond de la mer. De façon plus spécifique, le mouvement relatif du navire par rapport à l'eau dans ce passage entraîne une diminution de la pression dans le passage lorsque l'eau 20 est accélérée par rapport au fond du navire à travers ce passage. La diminution de pression en dessous du navire attire ce dernier vers le bas et le fait ainsi s'enfoncer plus profondément dans l'eau ; cet effet peut être augmenté du fait du bulbe qui est une caractéristique normale de l'étrave d'un gros cargo.. L'effet peut 25 ên -outre être augmenté par la poussée exercée par les hélices du riavire. Dans l'ensemble, on a constaté expérimentalement que,lorsqu'un navire de 200 000 tonnes avance à la vitesse commerciale habituelle d'environ 14 noeuds (26 km/heure) dans une voie navigable relativement peu profonde, "l'étrave s'enfonce de près de 2,5 a. 30 L'arrière s'enfonce habituellement également, mais en général d'une profondeur moindre. C'est un but de l'invention de procurer un instrument qui donne, sur le pont du navire ou à tout autre endroit désiré, une indication de l'importance de cet enfoncement et qui peut en fait être agencé pour donner une lecture directe de la 35 garde entre la partie la plus basse du navire et le fond de la mer. 70 33550 2 2061746 Un instrument de navigation selon l'invention comporte un dispositif d1écho agencé pour mesurer la distance entre une partie fixe du navire et la surface de l'eau en un point se trouvant en „ avant du navire et pour émettre un signal correspondant, un clino-mètre agencé pour mesurer l'angle d'inclinaison longitudinal du navire à partir de la position statique, c'est-à-dire à partir de la position qu'il occupe au repos, et pour émettre un signal correspondant, un moyen calculateur pour recevoir les deux signaux et calculer la profondeur dont au moins une partie déterminée du navire s'enfonce à partir de sa position statique et pour émettre un signal de sortie calculé correspondant à cette profondeur et un moyen indicateur agencé pour recevoir le signal calculé et donner une indication visuelle de l'importance de l'enfoncement de la partie déterminée du navire. Le moyen calculateur peut être conçu pour calculer séparément et simultanément les profondeurs dont sont enfoncés l'étrave et l'arrière du navire, le moyen indicateur étant agencé pour donner des indications visuelles séparées des enfoncements de l'étrave et de l'arrière. Le dispositif d8écho peut être agencé pour projeter des ondes acoustiques ou électromagnétiques qui sont réfléchies par la surface de l'eau pour être reçues sous forme d'écho par le dispositif. Lorsqu'on emploie une onde électromagnétique, elle peut ê-tre dans la bande des fréquences radio ou dans la bande des fréquences optiques. Le dispositif d'écho peut comporter une perche en saillie en avant de l'étrave du navire, le projecteur et le récepteur d'ondes étant montés sur l'extrémité de la perche. Le projecteur d'ondes peut être un laser. En variante, la perche peut supporter deux guides de lumière, c'est-à-dire des faisceaux de fibres optiques dont les extrémités extérieures sont tournées vers le bas pour faire face à la surface de l'eau, tandis que l'extrémité interne de l'une est agencée pour recevoir la sortie d'un laser et que l'extrémité interne de l'autre est dirigée vers un dispositif photosensible. Le clinomètre peut comporter deux colonnes tubulaires cylindriques verticales contenant un liquide, les colonnes étant espa 70 33550 3 2061746 cées longitudinalement et étant raccordées à un dispositif détectant une différence de pressions, la différence entre les pressions hydrostatiques des deux; colonnes donnant une indication sur la différence entre les niveaux liquides des deux colonnes et par conséquent sur l'inclinaison longitudinale du navire. . Le moyen .calculateur peut être agencé pour émettre un signal de sortie électrique ou mécanique, le moyen indicateur étant de façon correspondante, un dispositif électrique ou mécanique. Comme il est souhaitable que l'instrument donne, sous forme de lecture directe, une indication de la profondeur réellement disponible en dessous d'au moins un point déterminé, habituellement le point le plus bas du navire, ou de deux points tels que l'étrave et l'arrière, le moyen indicateur peut comporter, pour le ou pour chaque point déterminé sur le fond du navire, une aiguille se déplaçant en fonction du signal calculé reçu par l'instrument sur une échelle étalonnée en unités appropriées de tirant d'eau, cette échelle pouvant être indépendamment déplacée à la main de façon à la caler à une position de référence dans laquelle l'aiguille indique le tirant d'eau antérieurement constaté dans les conditions immédiates de charge lorsque le navire est stationnaire. La position de l'aiguille à tout moment du déplacement du navire indique a-lors le tirant d'eau réel du navire à ce moment. Le dispositif indicateur peut également être équipé d'une é-chelle de profondeur pouvant être déplacée à la main et étalonnée à la môme échelle que l'échelle du tirant d'eau, cette échelle de profondeur étant montée sur l'échelle mobile du tirant d'eau et pouvant elle-même être déplacée indépendamment par rapport à cette échelle dans la même direction. L'utilisation de cette dernière échelle sera décrite ci-après. Le ou chaque aiguille du moyen indicateur est de préférence accouplée à un.amortisseur à sens unique de telle façon que l'aiguille puisse répondre rapidement à un signal d'augmentation, mais soit amortie lorsqu'elle répond à un signal de diminution. Le dispositif indicateur tend ainsi à indiquer le mouvement maximal du point particulier du fond du navire. Par ailleurs, les effets temporaires, par exemple ceux causés paï les vagues, ne doivent pas provoquer de grandes et rapides oscillations des aiguil- 70 33550 4 2061746 les, ce qui provoquerait des lectures fausses ou difficiles à interpréter. Le moyen indicateur peut être accouplé à des dispositifs d'enregistrement de façon à conserver un enregistrement permanent 5 . de la garde entre le fb&d du navire et le fond de la mer, tout au moins pendant la période pendant laquelle le navire est en eau peu profonde. Dans certaines conditions de chargement et/ou de houle, un navire peut prendre de l'arc ou du contre-arc, et ceci peut modi-10 fier dans une certaine mesure l'enfoncement calculé pour l'arrière» Normalement, l'importance de cet arc ou de ce contre-arc est faible par rapport à l'enfoncement de l'étrave du navire en route et, en conséquence, on peut négliger cet effet. Si l'on désire en tenir compte, l'on doit prévoir des moyens pour donner une indica-15 tion de l'importance de cet arc ou de ce contre-arc de façon à fournir à l'Instrument un signal de correction. Oes moyens peuvent prendre la forme de deux clinomètres fixés à la structure du navire, la différence de lecture des deux clinomètres donnant, par comparaison avec les dimensions connues du navire, une indication 20 de la longueur dont la section médiane du navire s'est déplacée vers le haut ou vers le bas par rapport à l'étrave ou à l'arrière. Le signal d'arc et de contre-arc est amené au calculateur, qui corrige ensuite de façon correspondante le signal de sortie. Dans le cas d'un grand navire, l'eau est perturbée en avant 25 du navire à une distance considérable, souvent plus de 12 m. De préférence, la perche doit être assez longue pour maintenir le dispositif d'écho très en avant pour que le signal dirigé vers la surface de l'eau rencontre une eau non perturbée. Quand ceci est impossible, on peut faire une correction pour tenir compte du soulè-30 vement de la surface de l'eau en avant du navire à l'endroit où le signal atteint cette surface. Cette correction peut varier en fonction de la vitesse du navire, mais une telle correction peut être appliquée à l'indication donnée par les instruments sous forme d'une correction séparée ; ou bien l'indicateur de vitesse du na-55 vire peut être relié au moyen calculateur de façon que ce dernier donne la correction désirée pour chaque vitesse. Le moyen calculateur peut être antérieurement programmé à cet effet, l'information nécessaire ayant été obtenue, soit dans les essais en bassin d'un 70 33550 5 2061746 modèle du navire, soit lors d'essais à échelle grandeur. Une réalisation pratique de l'invention est illustrée sur le dessin schématique annexé, sur lequel : - la fi g. l'est une vue en élévation latérale de l'étrave 5 d'un navire équipé d'un projecteur d'ondes monté à l'extrémité d'une.perche. - la'fig. 2 est une vue en élévation latérale de l'étrave d'un navire équipé de.guides de lumière sous la forme de faisceaux de fibres optiques raccordées respectivement à un laser et à un 10 dispositif photosensible, et - là fig. 3 est un schéma montrant la relation fonctionnelle des diverses parties. Sur le -dessin, et plus particulièrement sur la fig. 1, 1 désigne une partie d'étrave d'un navire muni d'un bulbe 2. 3 désigne 15 un clinomètre agencé pour mesurer l'angle d'inclinaison longitudinal du navire et émettre un signal correspondant à cet angle. 4 - désigne une perche se projetant vers l'avant de l'étrave du navire et portant à son extrémité extérieure un transmetteur d'ondes électromagnétiques directionnel ou un transmetteur d'ondes acoustiques 20 5 agencé pour diriger vers le bas l'onde transmise, l'extrémité extérieure de la perche 4 porte également un récepteur 6 pour l'écho de l'onde émanant du transmetteur 5* 7 indique la position de la flottaison lorsque le navire est au repos, 8 désigne la position de la flottaison lorsque le navire se déplace et 9 désigne l'onde 25 d'étrave provoquée par le déplacement vers l'avant du navire. lia longueur X désigne la flottaison artificiellement soulevée provoquée par l'augmentation de pression transmise vers l'avant de l'étrave du navire au point se trouvant directement en dessous de l'extrémité de la perche 4 et Y désigne la profondeur dont l'étra-30 ve s'est enfoncée à la parpendiculaire avant 10 lors de l'avancement du navire. . . En se reportant à la fig. 2, 11 et 12 désignent des faisceaux de fibres optiques ayant leurs extrémités extérieures tournées vers le bas respectivement en 13 et 14, le faisceau des fi-35 bres 12 étant agencé pour recevoir la sortie d'un laser ou d'une autre source lumineuse constituant le transmetteur d'ondes 5 et le faisceau des fibres 11 étant dirigé vers un dispositif photo-sen- • ' î - . i 70 33550 6 2061746 sible constituant le récepteur 6. Sur la fig» 3, 15 désigne un calculateur central auquel sont raccordés le récepteur 6 et le dinomètre 3, la sortie du calculateur étant amenée à un. indicateur visuel 16 muni d'une aiguille 17 5 . agencée pour indiquer les détails de la position verticale de l1é-trave du navire et une aiguille 18 agencée pour indiquer les détails de la position verticale de l'arrière du navire. 19 indique les é-chelles de profondeur pouvant être déplacées manuellement. 21F et 21A désignent les clinomètres d'arc et de contre-arc situés en a-10 vaut et en arrière de la ligne médiane 22 du navire et agencés pour donner au calculateur 15 des détails de l'importance de l'arc ou du contre-arc dans le navire ; 23 désigne un indicateur de la vitesse du navire également relié au calculateur 15 pour lui fournir un signal. 15 En fonctionnement, lorsque le navire est en condition de mar che en charge et qu'il est encore au repos, les échelles 19 de tirant d'eau sur l'indicateur 16 sont réglées de façon que les tirants d'eau réels du navire 1 à l'étrave et à l'arrière soient indiqués en face des aiguilles respectives 17 et 18. En outre, sur 20 l'indicateur 16, la profondeur minimale de l'eau à une distance prédéterminée en avant, telle qu'elle est constatée sur une carte, est indiquée en déplaçant les autres échelles 20 pouvant être actionnées manuellement de façon que la profondeur d'eau constatée minimale soit également indiquée en face des aiguilles 17 et 18. 25 La distance réelle au fond de la mer en dessous du point du fond du navire représenté par chaque aiguille 17 et 18 peut ainsi être lue directement sur l'indicateur, lorsque le navire commence à se déplacer, l'effet BernouHli déjà cité entre le fond du navire et le fond de la mer fait s'enfoncer le navire de sorte que le tirant 30 d'eau s'accroît ; autrement dit, le niveau d'eau initial au repos indiqué en 7 s'élève vers la position indiquée en 8, tandis qu'une poussée résultant du déplacement vers l'avant du navire et agissant sur la structure de la coque tend à enfoncer davantage l'étrave, cette action étant fréquemment augmentée par la poussée des hélices, 35 lorsque l'étrave s'enfonce sous l'action de toutes ces forces, le dispositif d'écho 5 s'approche de la surface de l'eau, et un signal indiquant cette variation de hauteur est envoyé par le récepteur 70 33550 7 2061746 6 au calculateur 15. Lorsque l'étrave s'enfonce, le navire s'incline légèrement vers l'avant et le clinomètre 3 détecte cette inclinaison et envoie un signal d'inclinaison au calculateur 15, qui fonctionne alors pour émettre un signal de sortie calculé qui est 5 fonction de la profondeur réelle dont l'étrave s'est enfoncée. Le calculateur calcule également à partir des signaux reçus la distance dont la" hauteur de l'arrière a varié et produit un autre .signal de sortie qui est fonction de cette variation de hauteur. Ces signaux sont envoyés à l'indicateur 16 et les aiguilles 17 et 18 se 10 déplacent sur les échelles 19 et 20 de quantités correspondant aux mouvements verticaux de l'étrave et de l'arrière. La nouvelle valeur de la distance minimale 'au fond de la mer en dessous de l'étrave et en dessous de l'arrière peut alors être lue directement sur les échelles 20. Lorsque le dispositif d'écho n'est pas monté 15 suffisamment loin en avant de l'étrave pour se trouver au-delà de l'effet d'étrave, le calculateur tient compte du signal émis par l'indicateur de vitesse 23 du navire et fonctionne pour appliquer la correction antérieurement constatée de façon à corriger la fausse lecture à l'étrave. Les signaux provenant des deux clino-20 mètres 21Î1 et 21A sont envoyés au calculateur 15 et une correction tenant compte de l'arc et du ccntre-arc est également appliquée. De nombreux chenaux,qui étaient antérieurement considérés comme trop dangereux pour les grands navire s, peuvent être utilisés en toute sécurité par un navire équipé de l'instrument de l'inven-25 tion, car la .garde effective en dessous du fond du navire peut être accrue jusqu'à une Valeur plus sûre en réduisant la vitesse du navire, l'instrument indiquant le moment où la vitesse de sécurité est atteinte. On doit noter que la profondeur à l'arrière est calculée à partir du signal d'étrave. La raison en est que, lors-30 que le navire est en marche, l'eau à l'arrière est beaucoup trop perturbée pour permettre d'employer efficacement un dispositif d'écho à l'arrière. Un grand avantage de l'instrument de l'invention sur un sondeur à écho-est que ce dernier informe des conditions existantes, 35 tandis que l'instrument de l'invention peut donner une indication en avance sur celle qui surviendra, de sorte que l'on peut prendre, si nécessaire, toutes les précautions utiles. 70 33550 8 2061746 EEVMDICAÏIONS ' 1.- Instrument de navigation pour navire, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'écho agencé pour mesurer la distance entre une partie fixe du navire et la surface de l'eau à un endroit 5 situé en avant du navire, et qui émet un signal correspondant amené à un calculateur et un clinomètre qui mesure l'angle d'inclinaison longitudinale du navire à partir de sa position statique et émet un signal correspondant, également amené au calculateur, le calculateur fournissant une sortie calculée qui est fonction de la 10 profondeur dont une partie déterminée du navire s'est enfoncée depuis sa position statique et qui est amenée à un moyen indicateur donnant une indication visuelle de l'importance de l'enfoncement de cette partie déterminée du navire. 2. - Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le calculateur est agencé pour calculer séparément et simultanément les profondeurs dont se sont enfoncées l'étrave et l'arrière du navire et pour amener l'information calculée au moyen, indicateur qui est agencé pour donner des indications visuelles distinctes des enfoncements de l'étrave et de l'arrière. 20 3. - Instrument selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé en ce que le dispositif d'écho est agencé pour projeter des ondes acoustiques. 4. - Instrument sel on 1'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif d'écho est agencé pour projeter des 25 ondes électromagnétiques. 5. - Instrument selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé ai ce que Us projecteur et le récepteur d'ondes sont montés à l'extrémité d'une perche en saillie à l'avant de l'étrave du navire . 30 6. - Instrument selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le protecteur d'ondes est un laser. 7. - Instrument selon la revendication 6, caractérisé en ce que deux guides de lumière sont montés sur une perche en saillie « 70 33550 9 2061746 vers l'avant de l'étrave du. navire, les extrémités extérieures de ces guides étant tournées vers le bas pour faire face à la surface de l'eau, un laser est monté de façon à diriger son rayon vers l'extrémité interne d'un guide de lumière et un dispositif photo-5 sensible est agencé pour recevoir la lumière sortant de l'extrémité.interne de l'autre guide de lumière. 8. - Instrument selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le clinomètre comporte deux colonnes tubulaires cylindriques verticales contenant un liquide et espacées longitudi- 10 nalement et un dispositif détectant une différence de pressions auquel sont raccordées les colonnes. 9. - Instrument selon i'une des. revendications 1 à 8, caractérisé en ce-que l'indicateur comporte, pour chaque point déterminé du fond du navire auquel on désire mesurer la profondeur, une ai- 15 guille qui peut se déplacer, en fonction du signal calculé reçu par l'instrument, sur au moins une échelle déplaçable manuellement de-façon indépendante et étalonnée en unités appropriées. 10. - Instrument selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque aiguille de l'indicateur est accouplée à un amortisseur 20 à sens unique de telle sorte que l'aiguille peut répondre rapidement à un signal d'augmentation, mais est amortie lorsqu'elle répond à un signal de diminution. 11. - Instrument selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un dispositif d'enregistrement est accouplé à 25 l'indicateuri 12. - Instrument selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que deux clinomètres d'arc et de contre-arc sont fixés à la structure du navire, l'un à l'avant et l'autre à l'arrière par rapport au milieu du navire, et sont agencés pour émet- 30 tre des signaux de sortie qui sont amenés au calculateur qui corrige son propre signal de sortie en fonction de ces signaux. 13« - Instrument selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le calculateur est agencé pour recevoir un signal indiquant la vitesse du navire et effectuer une correction à 35 son propre signal de sortie en fonction de la profondeur dont le tirant d'eau du navire a varié à la vitesse indiquée.