Brevet FR2619447A1 — publié le 19890217

Dispositif de mesure du siLlage d'une maquette navigante La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure du sillage d'une maquette navigante dans un bassin d'essais équipé d'une plate forme mobile capable de se déplacer pour poursuivre la maquette dans la même direction et à la même vitesse que celle-ci. La mesure du sillage d'une maquette de navire à partir de la forme du champ de vagues créé par le déplacement de cette dernière dans le bassin d'essais présente d'importantes difficultés en raison de l'étendue du champ à surveiller (plusieurs mètres carrés) et du grand nombre de points de mesure à enregistrer. L'invention a pour but de remédier à ces difficultés grâce à un dispositif de mesure ponctuelle du niveau de l'eau, conçu pour permettre la détermination de la hauteur variable d'une région ponctuelle de la surface de l'eau, ce dispositif fonctionnant sans contact matériel avec l'eau et étant animé d'un mouvement de balayage. Selon l'invention, ce dispositif comprend au moins une tête de mesure optique ponctuelle du niveau d'eau porté par la plate-forme et susceptible de se déplacer horizontalement par rapport à celle-ci en une direction transversale par rapport à la direction de son mouvement de poursuite de la maquette de façon à fournir, par balayage transversal, un relevé des ondulations de la surface de l'eau dues au sillage de la maquette dans un plan vertical parallèle à ladite direction transversale, laquelle est, de préférence, perpendiculaire à la direction du mouvement de poursuite de la plate-forme. Un tel dispositif apporte une solution au problème posé, laquelle consiste, après avoir fait l'hypothèse que le champ de vagues dû au sillage est stationnaire dans un repère lié à la plate-forme, à réaliser une série de mesures ponctuelles de la hauteur de l'eau suivant un axe transversal par rapport à la direction d'évolution de la maquette, de préférence perpendiculaire à cette direction. 2619 4 4 7 Avantageusement, le dispositif comprend un groupe de plusieurs têtes de mesure, de préférence en nombre supérieur à trois, juxtaposées suivant la direction du mouvement de poursuite de la plate-forme, qui fournissent un relevé desdites ondulations dans autant de plans verticaux parallèles adjacents. Cette disposition permet de réaliser la mesure simultanée de la hauteur de l'eau en un nombre de points au moins égal à quatre. Dans une forme d'exécution préférée, chaque tête de mesure comprend un laser émettant un faisceau lumineux, de préférence vertical, qui frappe la surface de l'eau en y formant une tache lumineuse, et une caméra à surface sensible opto-électronique dont l'axe optique, dirigé, de préférence obliquement, vers la position moyenne de ladite tache lumineuse, fait un angle fixe avec le faisceau laser, et qui fournit un signal de sortie traduisant l'écart de l'image de la tache formée sur sa surface sensible par rapport à son axe optique, ce signal étant traité de manière à en déduire par calcul la hauteur variable de la tache à la surface de l'eau agitée. Afin d'accroître la visibilité de la tache lumineuse au point d'impact de chaque faisceau laser sur la surface de l'eau, il est utile d'associer un dispositif pulvérisateur qui projette des gouttelettes de liquide sur la surface de l'eau dans la région de la tache lumineuse ou des taches lumineuses. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexes, d'un exemple de réalisation non limitatif. La figure 1 représente en perspective une partie d'un bassin d'essais de maquettes navigantes équipé d'une plate-forme mobile comportant un dispositif de mesure selon l'invention. La figure la représente schématiquement en plan, à plus petite échelle, le bassin d'essais de la figure 1. La figure 2 représente schématiquement, à plus grande échelle, une vue en élévation latérale d'une tête de mesure du dispositif de mesure de la figure 1. La figure 3 représente, en perspective et à plus grande échelle, le pulvérisateur associé au dispositif de mesure de la figure 1. La figure 4 illustre le principe de détermination géométrique des variations de la hauteur d'un point de la surface de l'eau du bassin à partir des informations issues d'une tête de mesure de niveau. On voit sur la figure 1 une partie d'un bassin d'essais 1 de forme rectangulaire, équipé d'une plate-forme mobile 2 qui l'enjambe sur sa largeur et peut se déplacer suivant sa longueur en poursuivant une maquette d'essais 17 naviguant dans le bassin. Sous la plate-forme 2 est fixée une poutre 14 s'étendant sur la largeur du bassin, le long de laquelle peut se déplacer un chariot 15. Celui-ci supporte un groupe de cinq têtes de mesure 3 conçues pour mesurer le niveau de l'eau dans le bassin en des points qu'elles surplombent, les variations de ce niveau étant liées au sillage 13 de la maquette 17. Chacune des têtes de mesure 3 comprend (figure 2), montés dans un boîtier 4, un laser 5 à émission continue et une caméra 6 du type CCD (à couplage de charges) à matrice ou à ligne simple, leurs axes optiques respectifs 5a, 6a étant concourants. Les cinq boîtiers 4 sont juxtaposés sous le chariot 15, dont ils sont rendus solidaires à l'aide d'une queue de fixation 7, en une situation telle que les axes optiques 5a des lasers 5 soient verticaux et contenus dans un même plan parallèle à la direction de déplacement de la plate-forme 2, et que les axes optiques 5a, 6a du laser et de la caméra de chaque tête de mesure 3 convergent en un point O situé au niveau de la surface 8 de l'eau du bassin lorsqu'elle est calme. A proximité du groupe de têtes de mesure est prévu, fixé au chariot 15 par un tuyau d'alimentation 10 rigide, un pulvérisateur 11 (figures 1 et 3) comportant plusieurs buses 11a susceptibles de pulvériser un liquide à la surface de l'eau du bassin dans une région 12 entourant les points O relatifs aux cinq têtes de mesure 3. Le liquide pulvérisé, qui peut être de l'eau, crée un état "dépoli" de la surface de l'eau favorisant la diffusion de la lumière des faisceaux issus des lasers qui 2619 4 4 7 frappent cette surface. Conformément à la figure 4, lorsque l'eau du bassin est calme, le faisceau issu du laser 5 crée à la surface 8 de l'eau une tache lumineuse au point O, de laquelle la caméra 6 forme une image au centre I de sa surface sensible 6b. En raison du sillage, la surface de l'eau se déforme et vient par exemple en 8' au-dessos de la surface moyenne 8, la tache lumineuse remontant du point O en un point A, tandis que son image sur la surface sensible 6b de la caméra se déplace jusqu'en un point L. En désignant par d le centre de l'objectif 6c de la caméra 6, i étant l'angle que font les axes optiques 5a et 6a, les triangles rectangles semblables d O B, d H A et d I Let le triangle rectangle O H A permettent d'écrire: Od. IL OA = IL.cos i + Id.sin i = n n.K1 + K2 oK 1= cos i IK= d.sin i IL o K I=.-, K2 = et n - Od e.Od e e désignant la largeur d'un élément d'image ou pixel sur la surface sensible 6b de la caméra suivant la direction du segment IL. Du signal issu de la caméra 6, on déduit le nombre n de pixels qu'a couvert l'image de la tache lumineuse lorsque cette dernière s'est déplacée de O à A, ce qui permet de calculer l'élongation OA (à l'aide d'un microprocesseur programmé), connaissant les valeurs des constantes K1 et K2 qui sont fixées par la configuration géométrique du système optique. On peut donc suivre les déplacements suivant la verticale du point de la surface de l'eau ondulée par le sillage 13 qui est situé à l'aplomb du laser 5. En raison du mouvement imprimé au chariot 15 le long de la poutre 14, ce point se déplace d'un bord à l'autre du bassin 1 dans un plan vertical perpendiculaire à la direction de progression de la maquette 17, ce plan étant en outre fixe par rapport à cette dernière grâce au mouvement de poursuite de la plate-forme. Il s'ensuit que le signal fourni par la tête de mesure considérée est représentatif d'une courbe de niveau correspondant à une coupe de la surface de l'eau par ledit plan vertical. De même, les autres têtes de mesure 3 fournissent des signaux représentatifs de courbes de niveau situées dans des -plans verticaux parallèles, voisins les uns des autres. Ainsi, lorsque le chariot 15 parcourt la poutre 14 tandis que la plateforme 2 poursuit la maquette 17 en se déplaçant à la même vitesse que celle-ci, les cinq têtes de mesure 3 permettent de dresser cinq courbes de niveau traduisant les ondulations de la surface de l'eau sous l'effet du sillage de la maquette dans une bande transversale 16 située à une distance constante, mais réglable, de la maquette 17. Il convient en pratique de faire en sorte que le chariot parcoure la longueur de la poutre 14 dans le temps que met la plate-forme 2 pour parcourir la longueur du bassin 1, de sorte que le chariot 15 se déplace sensiblement suivant une diagonale du bassin. La gestion du système est confiée à un microcalculateur, qui est relié aux cinq têtes de mesure 3 par l'intermédiaire d'une interface électronique conçue pour assurer le contrôle de celles-ci et procéder au transfert des données vers la mémoire vive que comporte le'calculateur. Ces données, après traitement, permettent de dresser une véritable carte topographique de la surface de l'eau ridée par le sillage de la maquette navigante. 2619 4 4 7 Revendications 1. Dispositif de mesure du sillage d'une maquette navigante dans un bassin d'essais équipé. d'une plate forme mobile capable de se déplacer pour poursuivre la maquette dans la même direction et à la même vitesse que celle-ci, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une tête (3) de mesure optique ponctuelle du niveau d'eau porté par la plate-forme (2) et susceptible de se déplacer horizontalement par rapport à celle-ci en une direction transversale par rapport à la direction de son mouvement de poursuite de la maquette (17) de façon à fournir, par balayage transversal, un relevé des ondulations de la surface de l'eau (8) dues au sillage de la maquette (17) dans un plan vertical parallèle à ladite direction transversale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite direction transversale est perpendiculaire à la direction du mouvement de poursuite de la plate-forme (2). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un groupe de plusieurs têtes de mesure (3) juxtaposées suivant la direction du mouvement de poursuite de la plate-forme (2), qui fournissent un relevé desdites ondulations dans autant de plans verticaux parallèles adjacents. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un groupe d'au moins quatre têtes de mesure (3) juxtaposées. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que chaque tête de mesure (3) comprend un laser (5) émettant un faisceau lumineux qui frappe la surface de l'eau en y formant une tache lumineuse (A), et une caméra (6) à surface sensible opto-électronique (6b) dont l'axe optique (6a), dirigé vers la position moyenne (O) de ladite tache lumineuse, fait un angle fixe (i) avec le faisceau laser, et qui fournit un signal de sortie traduisant l'écart de l'image (L) de la tache (A) formée sur sa surface sensible -(6b) par rapport à son axe optique (6a), ce signal étant traité de manière à en déduire par calcul la hauteur variable (OA) de la tache (A) à la surface de l'eau agitée (8'). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le faisceau lumineux émis par le laser (5) tombe verticalement sur la surface de l'eau. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que l'axe optique (6a) de la caméra (6) est oblique par rapport à la verticale. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait qu'à la tête ou au groupe de têtes de mesure est associé un dispositif pulvérisateur (11) qui projette des gouttelettes de liquide sur la surface de l'eau dans la région de la tache lumineuse ou des taches lumineuses.