Brevet FR2408398A1 — publié le 19790608

L'invention concerne un procédé de production d'ondes sur une surface liquide, notamment pour l'étude expérimentale des phénomènes de propagation dans une cuve à ondes. Elle concerne également les dispositifs correspondant à la mise en oeuvre du procédé, pour la production d'ondes circulaires, d'ondes planes, ou d'ondes balistiques. L'invention permet de réaliser dans les meilleures conditions les expériences mettant en évidence - la formation et la propagation d'une onde circulaire; - les interférences entre deux systèmes d'ondes circulaires dont on fait varier à volonté 1' écartement des sources et la fréquence; - la formation d'un front d'onde plane à partir de plusieurs sources alignées d'ondes circulaires; - la formation d'une onde balistique et l'étude des spectres d'ondes dans les cas où la vitesse de déplacement de la source d'onde est inférieure, égale ou supérieure à la vitesse de propagation de l'onde;; - la formation d'ondes planes de fréquence réglable pour l'étude des phénomènes de diffraction, de réflexion et de réfraction, et des phénomènes d'écoulement le long d'un profil donné.- Dans les appareils d'expérimentation connus, on utilise comme source d'ondes, des dispositifs pulsatoires mécaniques, comportant essentiellement une pointe animé d'un mouvement vertical alternatif. Ces systèmes engendrent en fait deux ondes à chaque cycle : la première lors de l'inçact de la pointe sur la surface de l'eau, la deuxième lors de la levée de la pointe, par attraction d'une pellicule d'eau en raison de la tension superficielle. Ces deux ondes sont dissymétriques et créent généralement un spectre perturbe. Par ailleurs, dans ces systèmes mécaniques, la fréquence d'excitation est transmise par un dispositif vibratoire (moteur avec excentrique cu vibreur) itli a nécessairement une fréquence propre de résonance.Cette frequence limite considérablement la bande de fréquences exploitable puisqu;, pour cette fréquence propre et .es harmoniques, des amplitudes parasites in terviennet, qui brouillent completement le spectre.- Un but de la présente invention est de s':ffranchir de ces deux inconvénients en évitant le contact avec la surface de la cuve, et en changeant le mode de transmission des vibrations. Un autre but de l'invention est de prévoir un système simple permettant l'expérimentation dans les meilleures conditions:: facilité de réglage, qualité de l'onde produite, bande de fréquences couverte. L'invention a pour objet un procédé de production d'ondes sur une surface liquide, caractérisé en ce que les ondes sont pro duites par une source d'air pulsé, sans contact d'une pièce mécani que en mouvement avec la surface liquide. L'invention a également pour objet un dispositif pour la production d'ondes sur une surface liquide caractérisé en ce qu'il comporte une source d'air pulsé et une canalisation véhiculant l'air pulsé au voisinage de la surface liquide, sans qu'une pièce mécani que en mouvement ne soit en contact avec la surface liquide. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui suit faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir Figure 1 : une vue schématique d'un dispositif de produc tion d'ondes circulaires; Figure 2 : une vue perspective d'un dispositif de produc tion d'ondes planes; Figure 3 : une vue en coupe transversale du dispositif de production d'ondes planes de la figure 2; Figure 4 : une vue schématique d'un dispositif de production d'ondes balistiques. En se reportant à la Figure 1, on voit un support 1 à l'extrémité duquel aboutissent deux canalisations 2 et 3 munies chacune d'un robinet de réglage de débit d'air 4, 5. Deux bras 6, 7 montés pivotants à frottement doux sur l'extrémité du support 1, prolongent les canalisations 2, 3. Ces deux bras sont munis chacun d'une extrémité verticale 8, 9 susceptible de libérer de l'air pulsé sur la surface du liquide d'une cuve à ondes, sans que cette extrémité ne puisse entrer en contact avec la surface du liquide. Les deux canalisations 2, 3 sont alimentées en air pulsé, de préférence par une seule source d'énergie pulsatoire, ou excitateur. Cette source est constituée essentiellement d'une pompe à membrane mue par un moteur à courant continu dont la caractéristique vitesse/ tension d'alimentation est rigoureusement linéaire. Cette linéarité de la caractéristique permet de mesurer avec une précision de l'ordre de 1 t la fréquence des pulsations transmises à la surface du liquide. Dans un exemple de réalisation, le moteur utilisé a une tension d'alimentation susceptible de varier de 5 à 24 Volts, la vitesse de rotation du moteur variant de 600 à 3.000 t/mn. Cet ensemble.moteur-pompe à membrane n'est pas représenté car il est classique pour d'autres applications.Un robinet pointeau placé sur l'échappement de la pompe permet de doser avec précision le débit d'air sans modifier le régime pulsatoire. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les bras 6, 7 sont des tubes dont le diamètre intérieur est de l'ordre de 2 à 3 mm. L'extrémité 8, 9 est placée de préférence à 4 ou 5 mm. de la surface du liquide. On peut règler le débit au moyen des robinets 4, 5 pour obtenir une bonne image non perturbée au voisinage du point d'impact de l'air pulsé. En fermant l'un des robinets 4 ou 5, on dispose d'un générateur d'ondes circulaires, dont on peut étudier la propagation et les caractéristiques avec une cuve à ondes classique. Du fait qu'il n'y a pas de contact avec la surface du liquide, l'onde produite est très pure. En utilisant les deux bras 6, 7 on peut étudier les spectres d'interférence de deux systèmes d'ondes circulaires de même fréquence. En modifiant ltécartement des bras, on obtient différents spectres interférentiels.- Les figures 2 et 3 sont relatives au cas d'une onde plane. Le dispositif ne fait appel, lui non plus, à aucune pièce en mouvement. Il est constitué essentiellement d'une gouttière 10 à profil en U dans laquelle est disposé, longitudinalement, un tube 11 percé de trous 12. Ces trous sont alignés et orientés vers le fond de la gouttière 10, de préférence avec une certaine inclinaison vers une arête de la gouttière. Ces trous sont régulièrement espacés le long du tube et séparés par des intervalles de 15 mm. environ. Leur diametre augmente progressivement des extrémités du tube vers le milieu pour compenser les pertes de charge dans le tube. L'alimentation est faite par les deux extrémités du tube à partir du meme excitateur, c'est-à-dire de la même pompe à membrane entraînée par le moteur à caractéristique linéaire précite .- Au voisinage des extrémités de la gouttière 10 sont prévues deux.cloisons 13, 14 assurant le confinement du volume intérieur de la gouttière. Au centre du fond de la gouttière est prévu un trou 15 d'échappement de l'air, dont le diamètre est de l'ordre de 3 à 4 mm. Près des extrémités de la gouttière et à l'extérieur des cloisons 13, 14 sont prévues deux vis 16, 17 de positionnement de la gouttière, susceptibles de prendre appui sur le fond de la cuve 18. L'une des ailes de la gouttière 10 repose par son bord libre 19 sur le fond de la cuve. L'autre aile de la gouttière a son bord libre 20 qui affleure juste le niveau d'eau de la cuve. Cette aile 21 a ses deux faces finement sablées de façon que l'eau de la cuve ait tendance à remonter le long de ses faces, comme représenté avec exagération sur la figure 3. Le réglage de la position correcte du bord libre 20 de l'aile 21 de la gouttière 10 s'effectue au moyen des vis 16, 17. Le dispositif en position de fonctionnement correct est représenté figure 3. Lorsque l'air pulsé est envoyé dans le tube 11, il crée, dans la chambre délimitée par la gouttière et la surface de l'eau de la cuve, une compression qui se traduit par une variation de niveau entraînant une variation du profil de la pellicule d'eau remontant le long de la face sablée de l'aile 21.Il en résulte la production d'une onde plane qui se propage à la surface de la cuve. Comme la liaison entre l'aile sablée et la surface de l'eau n'est pas rompue, cette onde plane est très pure. Le rythme de ces ondes planes suit rigoureusement celui du régime pulsatoire imposé par la pompe. - On peut ainsi envoyer des trains d'ondes planes, dont la fréquence est ajustable par la tension d'alimentation du moteur.- Ce dispositif présente des avantages sensibles par rapport aux dispositifs anciens à réglette entraînée mécaniquement il n'y a pas de pièces en mouvement et le réglage de position est très simplifié; les ondes sont parfaitement rectilignes; et la gamme de fréquence des ondes est très étendue et sans perturbations dues à des résonances mécaniques propres. Le dispositif de la figure 4 permet l'étude des ondes balistiques.Il comprend essentiellement un tube 22 relativement long, maintenu en position horizontale par un jeu de galets 23, 24, 25. L'extrémité 26 de ce tube se déplace au voisinage de la surface du liquide d'une cuve à eau dont le fond 18 est supporté par tout moyen approprié. L'autre extrémité 27 du tube 22 est alimentée en air pulsé par la pompe à membrane précitée. Cette extrémité 27 du tube est sollicitée par un fil 28 qui passe sur le galet 25, sur une poulie 29, et sur un galet 30. Un poids 31 est fixé à l'autre extrémité du fil 28 pour assurer sa tension. Un moteur 32 entraîne la poulie 29 à vitesse uniforme, et par l'intermédiaire du fil 28, entraîne également le tube 22 à vitesse uniforme. Si v est la vitesse de déplacement du tube 22 dans le sens des flèches, et c la vitesse de propagation des ondes circulaires à la surface du liquide de la cuve, on peut très facilement étudier la propagation des ondes balistiques dans les cas où v est inférieure, égale ou supérieure à c. Il faut remarquer que dans le procédé selon l'invention, il n'y a pas de pièces mécaniques en mouvement susceptibles d'être en contact avec la surface du liquide. De plus, aucune pièce mécanique lourde n'étant en mouvement, il n'y a aucun phénomène de résonance propre et la bande de fréquences couverte est beaucoup plus étendue, de quelques hertz à 50 hertz environ. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de production d'ondes sur une surface liquide caractérisé en ce que les ondes sont produites par une source d'air pulsé, sans contact d'une pièce mécanique avec la surface liquide. 2.- Dispositif pour la production d'ondes sur une surface liquide caractérisé en ce qu'il comporte une source d'air pulsé et une canalisation véhiculant l'air pulsé au voisinage de la surface liquide, sans qu'une pièce mécanique en mouvement ne soit en contact avec la surface liquide. 3.- Dispositif selon la revendication 2 pour la production d'ondes circulaires, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bras pivotant sur un support et constitué par un tube susceptible d'acheminer l'air pulsé au voisinage de la surface liquide. 4.- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte deux bras pivotant sur le même support, pour la production d'ondes circulaires de même fréquence, de façon à faciliter l'étude des interférences. 5.- Dispositif selon la revendication 2 pour la production d'ondes planes, caractérisé en ce qu'il comporte une gouttière à profil en U, un tube d'acheminement de l'air pulsé disposé dans la gouttière et percé de trous équidistants dirigés vers le fond de la gouttière avec une certaine inclinaison vers l'arête de la gouttière et deux vis de réglage de la position de la gouttière par rapport au fond d'une cuve à eau, de sorte que l'une des ailes de la gouttière prenne appui sur le fond de la cuve, l'autre affleurant la surface du liquide. 6.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'aile qui affleure la surface du liquide est finement sablée de façon à assurer la remontée du liquide sur ses deux faces. 7.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le fond de la gouttière est percé d'un trou d'échappement. 8.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que deux cloisons sont disposées dans la gouttière, au voisinage des extrémités du tube, pour délimiter une chambre avec la gouttière et la surface du liquide.- 9.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le tube est alimenté en air pulsé par ses deux extrémités, les trous du tube étant de diamètre croissant des extrémités vers le centre, pour compenser les pertes de charge dans le tube. 10.- Dispositif selon la revendication 2 pour la production d'ondes balistiques, caractérisé en ce qu'il comporte un tube déplaçable axialement à vitesse constante au voisinage de la surface liquide, ledit tube étant alimenté en air pulsé. - 11.- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la source d'air pulsé est constituée par une pompe à membrane commandée par un moteur à caractéristique linéaire.