Brevet FR2493795A1 — publié le 19820514

DISPOSITIF DE DETECTION DE LA RUPTURE D'UNE LIAISON D'UN FLOTTEUR AVEC UNE ANCRE. L'objet de la présente invention est un dispositif de détection de la rupture de liaison entre un flotteur normalement immergé et une ancre, cette détection permettant la commande d'une opération prédéterminée. Le dispositif s'applique plùs particulièrement aux systèmes de mines à orin, I'orin étant la liaison entre le flotteur et une ancre pour lesquels la rupture de l'orin doit être détectée de manière à commander, soit la neutralisation de la mine en eaux amies, soit une autre action en eaux ennemies. Lorsqu'une mine est mouillée diverses causes peuvent provoquer la rupture de la liaison entre le flotteur et l'ancre. Les points ancrage peuvent céder ou bien l'orin peut se rompre soit accidentellement par suite d'un mauvais ancrage ou de la corrosion, soit volontairement par exemple par dragage. Si le flotteur ne s'est pas rempli d'eau, il se retrouve à la surface et constitue une mine dérivante. Suivant l'art antérieur, des moyens permettent de neutraliser cette mine dérivante, soit par explosion, soit par annulation de la flottabilité positive en provoquant une entrée d'eau, soit encore par stérilisation de la source d'énergie. La mine peut aussi être programmée pour remplir un role prédéterminé, par exemple exploser à la suite d'un choc ou d'une manipulation quelconque. Les principaux procédés actuellement utilisés prennent pour réf référence la pression hydrostatique sur le flotteur ou la tension sur l'orin. L'immersion du flotteur pouvant être faible, le capteur de pression hydrostatique doit être sensible et fidèle. La mesure de la tension d'orin au moyen d'un dynanomètre présente les mêmes contraintes de sensibilité et de fidélité. De plus il a les inconvénients d'être exterieur au flotteur nécessitant une liaison supplémentaire avec une traversée étanche et d'être sensible aux variations de la tension liées aux mouvements du flotteur sous l'action des courants et de la houle. En outre, les capteurs utilisés par ces deux procédés sont soumis à une éventuelle corrosion. Le dispositif suivant l'invention, permet de remédier à ces inconvénients par un système de retournement de la mine dérivante quand elle arrive à la surface, ce qui déclenche la neutralisation. Ce système présente l'avantage d'une grande sécurité de fonctionnement avec des moyens plus simples que ceux de l'art antérieur. Brièvement c'est un dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur et d'une ancre, caractérisé par le fait que le poids du flotteur est réparti de manière à ce que le centré de gravité du flotteur soit audessus du centre de poussée, lorsque le flotteur est relié à l1ancre; qu'une rupture de cette liaison produit un retournement du flotteur et que le flotteur comporte des moyens de détection de ce retournement. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description, qui va suivre, illustrés par les figures qui représentent: - figure 1, un dessin schématique d'une mine à orin; - figure 2, les forces appliquées à un flotteur amarré; - figure 3, les forces appliquées à un flotteur retourné, suivant l'invention, après rupture de l'orin; - figure 4, le dispositif de détection du retournement du flotteur par un pendule; - figure 5, le dispositif de détection de rétournement du flotteur par un contact à mercure; - figure 6, le dispositif de détection de retournement du flotteur par contact d'une masselotte coulissante; - figure 7, le dispositif de détection de retournement du flotteur par écoulement de poudre métallique. Il existe plusieurs types de mines à orin selon leur forme et la disposition des éléments qui les constituent. La figure 1 représente schématiquement une mine à orin ancrée sur le fond de la mer. Elle est composée du flotteur 1, d'une ancre appelée crapaud 3 constituant le point de fixation au fond, et d'un orin 2 qui assure la liaison mécanique entre le flotteur et le crapaud. A l'intérieur du flotteur, entouré d'une enveloppe protectrice 10, se trouve la charge explosive 11 et une réserve de flottabilité 12 qui est formée soit par un volume d'air sec enfermé dans le corps du flotteur, soit par un matériau de masse volumique plus faible que celle de l'eau faisant partie du corps du flotteur.Dans la partie centrale formant un cylindre se trouvent de haut en bas un détecteur magnétique ou acoustique 13, une électronique de mise à feu 14, une amorce en contact avec la charge et un dispositif de sécurité hydrostatique 17. Ce dispositif 17 garantit que la mine ne devient opérationnelle qu'après un délai programmé assurant la sécurité pendant le mouillage. Il est relié aux piles d'alimentation et aux circuits d'amorçage et de mise à feu. Il fournit un retard à la fermeture du circuit électrique et à l'armement. Il fonctionne avec la pression hydrostatique et il est associé en général à des circuits retardateurs mécaniques ou électriques ou bien chimiques tels que la dissolution d'un solide, par exemple une pastille de sel. Au niveau du flotteur, I'orin 2 exerce une tension dont la composante verticale est dirigée vers le bas. Si la liaison mécanique ancre-flotteur est supprimée, soit par la rupture commandée ou non de l'un des points d'ancrage, soit par la rupture de l'orin, il y a une diminution notable de la composante verticale due à la tension exercée par l'orin et le flotteur libéré monte à la surface. Le principe sur lequel est basé le dispositif suivant l'invention est de provoquer le retournement du flotteur dans un plan aussi proche que possible du plan vertical lorsque la liaison ancre-flotteur est rompue. Le dispositif proposé est conçu et réalisé pour détecter ce retournement. Sur la figure 2 sont montrées les forces qui s'exercent sur le flotteur lorsque celui ci est ancré. Le flotteur est soumis à la poussée P appliquée au centre de poussée A, au poids W appliqué au centre de gravité B du flotteur, à une trainée T appliquée en un point O et à la tension de l'orin appliquée au point d'amarrage M. On suppose pour simplifier que les points A, B, O et le point d'amarrage M sont alignés sur une droite D. A l'équilibre cette droite D forme avec la verticale un angle a. Cet angle a se calcule en écrivant que la somme des moments des forces par rapport au point M est nulle, soit: TMO tg a = ~ (I) PMA-WM Pour que, selon l'invention, le flotteur se retourne lorsque l'orin est rompu, I'équilibre doit être instable, c'est à dire que le centre de gravité B doit être placé au-dessus du centre de poussée A.Ce résultat peut être obtenu simplement en répartissant la charge dans le flotteur de manière à lester davantage la partie supérieure opposée au point d'amarrage. Lorsque l'orin n'est plus relié au crapaud et que le flotteur se trouve à la surface figure 3, la poussée diminue devenant égale au poids W et le centre de poussée A' se rapproche du centre de gravité. Outre les couples induits par la poussée et le poids qui tendent à maintenir le flotteur suivant l'axe vertical, le flotteur est soumis au couple induit par la force R due au poids de la partie d'orin 30 qui est restée accrochée et à la trainée résultante de cet orin-à l'anglè critique, les frottements longitudinaux étant négligés. Cette force exerce un couple qui tend à retourner le flotteur,par ailleurs la direction de la force R dépend de la trainée de la partie d'orin immergée. Pour obtenir un flotteur dont la position d'équilibre est retournée par rapport à sa position d'ancrage, le centre de gravité B doit être au-dessous du centre de poussée A' et la réaction de l'orin doit être faible. Par exemple pour un flotteur de forme cylindrique, la position du centre de poussée A' par rapport à M est égale à: MA' - MA (1 + P -p W ) (2) La relation (2) permet de vérifier, si après retournement l'équilibre est stable. Il est intéressant de choisir un orin de faible diamètre compatible avec la charge de rupture à respecter et constitué d'un matériau de densité aussi proche que possible de celle de l'eau, permet tant d'obtenir une inclinai son faible. Par exemple, I'orin sera en fibres synthétiques composées de nylon. A titre d'exemple, on considère un flotteur cylindrique de hauteur 1,2 m et de diamètre 0,6 m. Son volume est 339 litres soit une poussée de 330 daN environ. Son poids est pris égal à la moitié de la poussée soit 165 daN. Avec une vitesse de courant de 2m/s la trainée obtenue est de l'ordre de 50 daN de sorte que l'on obtient d'après la précédente égalité (1) un angle d'inclinaison de 40 degrés avec une distance MB = 1 m. Le centre de poussée A se trouve au centre O, la forme du flotteur étant symétrique, et MA = 0,6 m. D'après l'égalité (2) MA' = 0,9 m et le centre de poussée reste au-dessus du centre de gravité. L'orin est en matériau synthétique par exemple dans le matériau connu sous le nom de marque "KELVAR" de densité 1,3 environ. Son diamètre est 6,5 mm et sa charge de rupture est équivalente à celle de l'acier. En supposant une longueur restant amarrée de 100 mètres, son poids dans l'eau est de l'ordre de I kg à la trainée due au pilonnement près. D'après les enseignements précédents le flotteur restera retourné à la surface par rapport à sa position d'ancrage. La détection du retournement d'un objet se ramène à la détection du signe de la composante du vecteur de gravité dans un plan vertical sur un axe de référence lié à l'objet. Les moyens à mettre en oeuvre comportent donc une partie qui est mobile par effet de gravité. De nombreux dispositifs mécaniques ou mixtes, mécaniques et électriques peuvent être envisagés. Dans le cas d'un flotteur relié à une ancre, les retournements intempestifs de durée brève pouvant survenir alors que le flotteur est ancré, sous l'effet de la houle et des courants marins, ne doivent pas être détectés. Par conséquent, le dispositif suivant l'invention comporte un intégrateur dont la constante de temps est ajustée de manière à éviter la détection des retournements accidentels. Cette réalisation est représentée sur la figure 4. A l'intérieur d'un boitier 40 est enfermé le dispositif composé d'une tige 41 formant pendule autour d'un axe de rotation 42 solidaire du boitier par l'intermédiaire du support 43. De part et d'autre de l'axe sont disposées deux tiges 44 fixes formant chacune un angle avec l'axe vertical. Les deux tiges 44 sont munies chacune à leur extrémité d'un plot métallique 45 connecté à un circuit intégrateur 47 et à une source de courant 48. Le circuit intégrateur peut être par exemple un circuit RC ou bien un compteur alimenté par un signal d'horloge. L'extrémité du pendule 41 est munie d'un contact métallique 46 de sorte que si le boitier se retourne d'un angle au moins, l'une des deux sources de courant est ainsi connectée à l'intégrateur.Si la durée du contact dépasse la constante de temps prédéterminée de l'intégrateur, la détection est effectuée et l'intégrateur envoie un signal de commande à sa sortie 49. Les sources de courant 48 peuvent être constituées des piles d'alimentation, déjà en place dans le flotteur de la mine. Le boitier 40 peut être rempli avantageusement d'un liquide non conducteur dont la viscosité permet d'introduire une constante de temps mécanique supplémentaire en ralentissant le mouvement du pendule. Suivant une variante de l'invention, le retournement du flotteur est détecté par le basculement d'un corps, solide ou liquide, dans une enceinte. Ce dispositif est équivalent à un sablier, le corps étant conducteur. Plusieurs réalisations de ce dispositif sont possibles. Une telle réalisation est montrée schématiquement par la figure 5. Dans un boitier 50 se trouve enfermé du mercure 51 qui par effet de gravité vient mettre en contact deux électrodes 52.1 et 52.2 fermant par exemple un circuit électrique comportant un intégrateur tel que décrit précédemment. La figure 6 représente une autre réalisation comportant à l'intérieur d'un boitier 60 une masselotte 61 coulissante. Cette masselotte de préférence cylindrique est recouverte d'une couche 62 conductrice et avantageusement, L'enceinte est remplie d'un liquide visqueux 63. Le diamètre de la masselotte est ajusté pour laisser un intervalle 65 avec la paroi du boitier dont la valeur fixe le retard à la fermeture. La masselotte 61 peut être magnétique de façon à commander un relai du type Reed en fin de course. La figure 7 représente une réalisation qui est analogue à un sablier dans lequel le sable est remplacé par de fines particules métalliques. L'étranglement 71 du boitier 70 est ajusté pour obtenir une durée d'écoulement des particules 72 déterminée. L'un des deux compartiments est muni d'électrodes 73. Le volume de particules est tel que lorsque le compartiment est complètement rempli, les électrodes se trouvent reliées électriquement pour une inclinaison maximum donnée. Ce dispositif est er; soi un intégrateur et son association avec un circuit intégrateur électrique n'est pas nécessaire. Pour assurer un fonctionnement correct le boitier est rempli d'un gaz neutre, par exemple de l'azote, évitant aux particules d'être atteintes par l'humidité et par l'oxydation. Le dispositif suivant l'invention permet d'assurer en particulier la neutralisation d'une mine ou toutes autres fonctions dès lors qu'il y a retournement persistant du flotteur et il remplace avantageusement dans cette fonction le contacteur hydrostatique généralement utilisé. Les autres dispositifs de sécurité restent en place et garantissent que la mine ne devient opérationnelle qu'après un certain délai d'armement programmé. Le dispositif proposé n'est stable qu'une fois que l'orin est tendu. Le délai d'armement de la mine est donc choisi de sorte qu'il s'écoule un certain temps après que le mouillage soit effectué. Le temps nécessaire pour assurer que le dispositif est prêt à fonctionner est de l'ordre de quelques minutes. Le dispositif suivant l'invention peut s'appliquer à d'autres systèmes et en particulier: - aux bouées de surface ou sub-surface ancrées au fond ou à une plateforme sous-marine, ces bouées contenant par exemple des instruments de mesure, - aux antennes radioélectriques tractées par un véhicule sous-marin, - aux antennes acoustiques verticales ancrées au fond et tendues par un flotteur. Le système s'applique plus généralement à tous systèmes comportant un corps relié à un autre et subissant la poussée d'Archimède, la décision à prendre en cas de rupture d'orin variant selon le cas. On peut ainsi, lorsque la mine est devenue dérivante, la neutraliser lorsqu'elle a été mouillée dans des eaux amies, activer un autre type de mise de feu lorsqu'elle a été mouillée dans des eaux ennemies. On peut décider ainsi de mettre en route un émetteur radio sur la bouée supportant un réseau dthydrophones ou couler le flotteur d'une antenne de sous-marin. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur et d'une ancre, caractérisé par le fait que le poids du flotteur est réparti de manière à ce que le centre de gravité du flotteur soit au-dessus du centre de poussée, lorsque le flotteur est relié à l'ancre; qu'une rupture de cette liaison produit un retournement du flotteur et que le flotteur comporte des moyens de détection de ce retournement. 2. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un signal est fourni par les moyens de détection pour la commande d'une opération prédéterminée. 3. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le signal de retournement est fourni par le contact de l'extrêmité d'un pendule (41), où se trouve une pièce métallique (46), le pendule (41) pouvant tourner autour d'un axe horizontal (42), ce cpntact fermant un circuit électrique étant obtenu par des tiges (42) pour un angle du pendule supérieur à une certaine valeur 4. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, - suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le circuit électrique fermé par le contact de l'extrémité du pendule (41) est un circuit intégrateur avec une constante de temps prédéterminé. 5. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le signal de retournement est obtenu grâce à un contact établi par basculement d'un corps dans une enceinte. 6. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le contact est établi par écoulement d'un liquide conducteur. 7. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le contact est établi par une masselotte tombant après basculement dans un liquide visqueux. 8. Dispositif de détection de la surface d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que l'enceinte a un étranglement et que le contact est établi après basculement par écoulement d'une poudre métallique. 9. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le flotteur est une mine à orin. 10. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que le signal de commande provoque la neutralisation de la mine. Il. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que le signal de commande provoque la mise à feu de la mine. 12. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 2 caractérisé par le fait que le flotteur est une bouée. 13. Dispositif de détection de la rupture d'une liaison d'un flotteur avec une ancre, suivant la revendication 13, caractérisé par le fait que le courant provoque la mise en route d'un émetteur radio solidaire de la bouée.