Brevet FR2655940A1 — publié le 19910621

L'invention se rapporte à un dispositif hydro- dynamique à aile portante, destiné à 9 tre attaché à l'extrémité d'un câble _-_: ú * _ de remorquage d'un appareillage sous-marin pour communiquer à ce câble une tension mécanique convenable et permette le pilotage de l'appareillage, l'aile portante comprenant un plan pro- filé et un volet de gouverne de profondeur articulé à l'arrière d Udit plan: profilé. Lorsqu'on veut remorquer en mer à une certaine immersion un appareillage quelconque, soit par un sous- marin, soit par unnb 9 timent de surface, on sait que le cible de remorquage a tendance à se tendre horizontale- ment, par effets hydrodynamiques, dans la direction opposée au vecteur vitesse du remorqueur Si l'on veut obtenir une différence d'timmer- sion notable entre le remorqueur et l'appareillage remorqué, il est nécessaire, la flottabilité ou le poids apparent du câble étant insuffisants, de tendre le cible vers le haut ou vers le bas en appliquant à son-extrémité une force à composante verticale suffisamment grande. La solution la plus simple et la plus couramment utilisée consiste à disposer à l'extrémité du c 9 ble, à coté ou "autours de l'appareillage à remorquer, un flotteur ou un lest Tel est le cas par exemple des "poissons" porteurs de sonars destinés à la détection sous-marine. Lorsque la vitesse ou la différence d'immersion devienit élevée:, cette solution trouve une limite si l'on ne veut pas augmenter exagérément les dimensions ou lepclds du flotteur ou du lest. Une autre solution connue consiste à utiliser les effets hydrodynamiques, qui sont Mibileg tout le long du cible, d'une manière,tili,, en disposant à son extrémité une surface hydrodynamiquement portante telle qu'une aile ou un corps allongé incliné par rapport au vecteur vitesse L'effet d e flotteurs ou de lests peut tou Jours s'a Jouter à ces effets hydrodynamiques. En munissant le corps hydrodynamique de gou- vernes de profondeur, on peut faire varier la différence d'immersion et par exemple suivre un fond irrégulier sans filer ou ravaler le cible. L'invention a pour but d'augmenter considéra- blement la portance et, par suite, l'efficacité d'un dispositif hydrodynamique à aile portante du genre considéré. A cet effet, dans un dispositif selon l'inven- tion, le plan profilé est attaché par articulation, en un point situé en arrière du foyer principal de l'aile, à un support solidaire de l'extrémité du cable, et le volet de gouverne est relié audit support par une tringlerie causant, en cas de variation de l'angle d'incidence du plan profilé, une variation de même sens de l'angle de braquage du volet de gouverne. On sait que, dans les ailes portantes connues, le point d'accrochage du cible est, contrairement à l'enseignement de l'invention, situé en avant du foyer principal (o s'applique la force de portance primaire proportionnelle à l'incidence de l'aile), de sorte que quand par exemple l'incidence augmente, la force propor- tionnelle à l'incidence crée un moment de rappel à piquer stabilisateur De plus, la gouverne doit, pour que l'aile navigue avec une incidence et une portance convenables, procurer un moment cabreur, de sorte qu'il faut lui donner un braquage négatif; le volet de gouverne fournit donc une force de portance négative, opposée à la force principale et s'en retranchant. C'est là un handicap dont souffrent les ailes portantes connues et que permet d'éliminer le dispositif selon l'invention Celui-ci est accroché d'une manière instable à l'extrémité du cible, son foyer principal se trouvant légèrement en avant du point d'accrochage La cinématique de la tringlerie de liaison entre le plan profilé (ou plus précisément son support d'accrochage) et le volet de gouverne assure à l'ensemble une stabilisation artificielle On Joue sur le fait qu'un ctble de remorquage est très tendu, donc quasiment rigide et que son extrémité garde une inclinaison par rapport à -3 la verticale de valeur petite et très peu variable. Il faut noter que, dans le cadre de l'invention, on ne recherche pas principalement un gradient de portance élevé par rapport à l'incidence; on vise une portance maximale accrue sans trop d'augmentation de l'incidence. Comme on le verra plus loin, la portance d'un dispositif hydrodynamique selon l'invention peut atteindre une valeur triple de celle d'une aile portante classique de mêmes dimensions. Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, la tringlerie précitée comprend un organe de commande permettant de faire varier additionnellement l'angle de braquage du volet indépendamment de l'angle d'incidence du plan profilé, ce qui permet de-commander directement l'orientation dudit volet. La tringlerie du dispositif peut être constituée simplement par une bielle de liaison articulée par ses extrémités d'une part à un bras lié au support solidaire de l'extrémité du c Cble (par exemple un manchon d'accro- chage) et d'autre part à un guignol fixé au volet. L'organe de commande précité est avantageusement un vérin associé à la bielle de l Maison et permettant de faire varier la longueur de celle-ci. De préférence, le volet se décompose en deux demi-volets reliés chacun par une tringlerie propre au support solidaire de ltextrémité du câble, chaque trin- glerie comportant un organe de commande particulier De telles gouvernes de profondeur babord et tribord, pouvant Otre braquées différentiellement, permettent sous certaines conditions de faire se déplacer latéralement le dispositif hydrodynamique et l'appareillage emporté par rapport au vecteur vitesse du remorqueur et de leur faire suivre ainsi un trajet précis malgré les perturbations dues à un courant marin non uniforme, à des écarts latéraux du remorqueur, aux dissymétries de construction inévitables du corps hydrodynamique ou au couple de giration engendré par certainsse 9 bles. De préférence, le profil de l'aile portante du dispositif selon l'invention sera choisi parmi les profils hypersustentateurs tels que les profils courbes avec volets à fente, et non parmi les profils symétriques. Les éléments constitutifs de l'aile portante sont avantageusement réalisés en matière massive, de préférence à structure cellulaire, au sein de laquelle peuvent ttre logés les divers appareillages que doit emporter le dispositif. Le dispositif sous-marin selon l'invention peut être utilisé dans tous les cas o l'on a à remorquer à une certaine immersion, soit par un sous-marin soit par un bâtiment de surface, un appareillage quelconque en vue d'effectuer des mesures océanologiques ou des opérations de détection optique, électromagnétique, acoustique ou sismique Il est particulièrement intéressant dans tous les cas o, étant donnés l'écart d'immersion, la vitesse de remorquage et le diamètre du cible de remorquage, une grande force de portance doit 4 tre appliquée à l'extré- mité du câble, sans que l'on puisse utiliser des dispo- sitifs trop encombrants ou trop lourds. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permet- tra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente schématiquement un dis- positif hydrodynamique selon l'invention remorqué par un bateau. La figure 2 représente en perspective, à plus grande échelle, un dispositif selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement de profil le dispositif de la figure 2, montrant sa structure et son mode de fonctionnement - La figure 4 représente une variante de l'objet de la figure _. Les figures 5 et 6 représentent schématiquement, vus de l'arrière, respectivement un dispositif classique et un dispositif selon l'invention remorqués avec écart latéral. Les figures 7 et 8 illustrent, à la manière de la figure 3, le fonctionnement respectivement d'un dispositif selon l'invention et d'un dispositif classique. On voit sur la figure 1 un bateau 1 pourvu d'un treuil 2 qui peut débiter un câble 3 de remorquage tendu vers le-bas par un dispositif hydrodynamique 4 attaché à son extrémité. Le dispositif hydrodynamique 4 est essentielle- ment constitué (figure 2) par une aile portante bordée latéralement de joues 5 et formée d'un plan profilé 6 et d'un volet de gouverne ou volet de courbure 7 ici décomposé en deux Jdemi-volets 7 A, 7 b (babord et tribord) indépendants articulé à l'arrière du plan profilé 6 suivant un axe C parallèle au bord d'attaque dudit plan. Le c 9 ble 3 est attaché au dispositif 4 par l'intermédiaire d'un support 8 constitué par un embout mécanique solidaire de l'extrémité du c 9 ble et articulé suivant un axe A à une chape 9 fixée au milieu de l'une des faces du plan profilé 6. Bien entendu, le cible 3 incorpore un câble de transmission 10 assurant le transport d'énergie, d'infor- mations et de commande entre le bateau 1 et le dispositif 4 ainsi que les appareillages de détection, d'observation ou de mesure (non représentés) emportés par ce dernier. La figure 3 montre clairement l'agencement de commande de l'orientation du volet de gouverne 7 Cet agencement est une tringlerie comprenant, dans le présent exemple, une bielle de liaison ll articulée d'une part à un guignol 12 fixé sur le volet 7, d'autre part à un bras 13 prolongeant l'embout 8 au-delà de l'axe d'arti- culation A On peut se rendre compte que lorsque l'angle d'incidence i que fait le plan profilé 6 avec le vecteur vitesse V augmente ou diminue, l'angle de rotation du volet 7 par rapport au plan 6 augmente ou diminue également; c'est-à-dire varie dans le même sens Plus précisément, si O est l'angle que fait le plan 6 avec une perpendiculaire D à la direction du support 8 (voisine de celle du cible 3), on peut définir un "taux d'asservissement" T du volet 7 qui reste pratique- ment constant pour les petits angles de rotation: I, = 4 I = AB Ai BC B étant le centre instantané de rotation du volet 7 (situé à l'intersection de la bielle 11 et de la droite AC)'. Le taux d'asservissement I est positif Dans le cas de la figure 3, AB = B C et = 1 D'autre part, le point d'articulation A du plan 6, par lequel l'ensemble du dispositif 4 est suspendu au cible 3, est sitgé en arrière du foyer principal F 1 de l'aile portante 6, 7, c'est-à-dire du point o s'applique la portion de la force de portance de l'ensemble de l'aile qui est proportionnelle à l'incidence du plan 6 Ce point est situé à environ 25 % de la corde 1 du profil de l'aile. Comme représenté à la figure 4, le profil de l'aile portante 6, 7 est de préférence un profil dissymé- trique hypersustentateur Cette figure montre également qu'un vérin 14 peut être incorporé à la balle 11 Ce vérin, de préférence électrique et muni d'un capteur d'élongation, permet de faire varier la longueur de la bielle et de commander ainsi l'incidence du dispositif par rotation, sous l'action dudit vérin, du volet 7. Dans le dispositif représenté à la figure 2, la bielle ll est dédoublée en deux bielles lla, llb articulées respectivement aux demi-volets 7 a, 7 b Ces bielles comman- dent conjointement l'orientation des volets 7 a, 7 b en fonction de l'incidence du plan profilé 6 De plus, elles sont équipées respectivement d'un vérin 14 a, 14 b permettant d'agir additionnellement sur les volets 7 a, 7 b, et en particulier de manière différente de sorte que ces volets ne présentent pas le même angle d'orientation et impriment un mouvement de roulis au dispositif hydrodynamique. Une telle commande différentielle des volets 7 a, 7 b, permettant ainsi de créer un moment de roulis hydrodynamique, comme cela se fait avec les ailerons de gauchissement en bouts d'ailes des avions, peut déterminer, sans autres dispositions particulières, un écart latéral du corps remorqué Mais, si l'amplitude de l'écart demandé n'est pas très inférieure à la valeur de la profondeur d'immersion du corps remorqué, l'écart latéral s'accompagne d'une importante inclinaison en roulis (figure 5) Supposons par exemple que l'écart latéral corresponde à une inclinaison de 350 du c 9 ble 3 (vu de l'arrière), ce dernier étant soumis à une force de traction T Si le corps remorqué est du type connu (dont on rappellera les caractéristiques en regard de la figure 8), il faudra l'incliner de 350 pour obtenir la portance hydrodynamique voulue Or, une telle inclinaison est incompatible avec l'utilisation de certains -appareil- lages à bord du corps remorqué Mais un dispositif 4 selon l'invention permet de éduire fortement l'inclinaison nécessaire, en raison de sa portance particulièrement élevée Il est possible de réduire l'angle d'inclinaison à 100 par exemple en donnant au dispositif 4 une flottabilité F = 2,43 T et une portance hydrodynamique H = 3,30 T On peut alors contr 8 ler efficacement la trajectoire du dispositif 4, soit pour maintenir celui-ci exactement dans le plan vertical 15 passant par le bateau 1, soit pour lui faire parcourir un chemin ondulé, suivant par exemple le trajet précis d'un pipeline, malgré les écarts laté- raux du b 9 timent remorqueur. Les figures 7 et 8 permettent de comparer la structure et le fonctionnement d'un dispositif hydro - dynamique 4 selon l'invention et d'une aile remorquée 104 de type connu Pour une question de stabilité en tangage, cette dernière doit avoir son foyer hydrodynamique prin- cipal F 1 situé en arrière de son point d'accrochage A au cible 3 De plus, il faut donner un angle de braquage fi' négatif au volet 7 quand l'angle d'incidence i est positif et produire une force de portance Z 2 proportion- nelle au braquage, appliquée au foyer secondaire F 2 (point d'application de la portion de la force de portance qui est proportionnelle à l'angle de braquage du volet) et négative, c'est-à-dire de sens opposé à celui de la quvqaod GTTl: op sj Tsn 4 Tqsuoo suawmp I 9 seq usues uoq ai suep 9 TU$ as aujaanos ap Geîoa np a Sinb-aq a I 'tuot Iu Au T,l uolas JT tsods Tp un suvp 5 onb 5 j nm anp quama I Ia Iuess u usouea$jj Tp n O saeadmoo s JT;Tsods Tp s I quaojjonb sa Dumw Jojaed sep Tlqv -9 p T Suoo aouea 9 Ji TP UT ap atep aun J Tej es op quaq Gmaed -saejj Tmo se O *N 009 L q eananaeju Z 9 op ana TWA Gun e l ap e Duep Tou T$p elg Uu em 4 m un anod 'g Tnpuo D 'N 00 oog O ep a Iqqqo I 3 am Im aun qe salqe Iqmes suo Tsuam Ip sep quujjo '8 ean I Tj MI q 9 auasga Jda J nuuoo ed Xq np enb Tmeuúp O Jp Eq J Tq T Sods Tp un 'uos Tuaudmoo ea *uoa T Aue N 009 i Z v e Ae T 8,s j T;Tsods Tp a I ad ú e Iq Tao ne eanb T Tdd P 1 uo Tq -v SJ ap JO ep 'e Ta o I T Ia sano Cnoq quv 3 N ua T Dojjoo 5 z e I 'o TZ u l T 97 sa T o DUGPT Du TP aîTuui Ts 'elq/m T uo IT Aue Tos 'spneou 9 Bp A essa TA eunm alno *N OS ' Te 99 qse 9 a TT Tqq OTJ 'P ernb s Tpu Ie 'Y avd quussvd 9 uv Td nt Ga IT -no Tpuadaed -l ans 9 ng Ts qu'eg 9 'eaq Tqpqó a P peaque 'D O? ) X% 6 = agumsgod GlTSJ Tu' q ap TT Joad np T( = 6 panan Suo Ta p ppeo = o t Z 'p N 51 ( ean Oij Zo TA) eg Ua 5 Tns xnred Tou Tad sa 1 am eed se GT 'ed Tuojop 17 eonb Tmuropoapúq jpseods Tp un anbf Tamnu B Tdmex Aep ean tn ' Ja Jpep Tsuos UO *auuop T Aq? g Bp anon Suo T q Iuaep avo 3 p uo Tseamm Tp naepuojo$d o OT O t Oa Tm e Tnb 'ounpe J a U Anoaq Bs enbomea sdjov np e BSU -Ts To A me úi e qo BGT GT avga 8 A M 1 De Au q Tm onb 1 e T Ou-,T sn Td ea ZZ Ta 5 puo Des aouugod Ml Bp ge 'o J Tgsod Senb-a Jqc un guea- pp Tnb 'a S-nb Jq np u 52 Ts BT es Ja Asu T 1 p &aq Ta Ja ua snîd uou a 'e 9 eq Doaoosp qu Tod np q Uu AS ua S T 9 T d Tou Tad:aaoo; np uolq-enq Ts -e T Bp Tej np 'e Bmwad TT avv 'G Ouugod Me ap uo Tqquem Bnvi egaoj aun Janvo Cd (e aanri) UO Tgue AUTT UO Tes t JTTS Ood S Tp el *TZ GT d Tou T Jd a B Jo J Ot 65599 Z d'un dispositif selon l'invention sont des corps plats qui résisteraient mal à la pression à grande profondeur d'immersion s'ils étaient des corps creux Ils sont donc réalisés sous la forme de corps massifs et robustes, de préférence en une mousse de matière plastique rigide ou en un mortier cellulaire à microb Oules de verre La nature diélectrique de tels matériaux convient d'ailleurs particulièrement bien au fonctionnement d'appareillages de détection électro-magnétique à bord du dispositif hydrodynamique Les appareillages à emporter constituant la charge utile du dispositif peuvent être soit noyés dans le matériau cellulaire, soit enfermés dans des bottes étanches, elles-mêmes logées dans des cavités du matériau cellulaire et fixées sur des écrous noyés. Il convient d'équiper le dispositif hydrodyna- mique selon l'invention d'un capteur de profondeur d'immersion et, suivant les cas d'utilisation, de divers détecteurs inertiels, acoustiques ou électro-magnétiques applicables au pilotage du dispositif; celui-ci peut être commandé manuellement à partir du b 9 timent remorqueur, ou être automatique Ces organes de pilotage, ainsi que les appareillages embarqués, sont de préférence logés dans l'aile ou dans les joues du dispositif. Un dispositif selon l'invention peut être remorqué soit par un bâtiment de surface, soit par un sous-marin; dans ce dernier cas, il peut progresser à immersion moindre que celle du sous-marin, le c 9 ble 3 s'orientant alors vers la surface et la portance du dispositif étant inversée et dirigée vers le haut. REVENDICATIONS 1. Dispositif hydrodynamique à aile portante, destiné à Otre attaché à l'extrémité d'un cible de remor- quage d'un appareillage sous-marin pour communiquer à ce cible une tension mécanique convenable et permettre le pilotage de l'appareillage, l'aile portante comprenant un plan profilé et un volet de gouverne de profondeur articulé à l'arrire dpo plan profilé, caractérisé par le fait que le p an 7 est attaché par articulation, en un point situé en arrière du foyer principal de l'aile, à un support solidaire de l'extrémité du cible et que le volet de gouverne est relié audit support par une trin- glerie causant, en cas de variation de l'angle d'incidence du plan profilé, une variation de même sens de l'angle de braquage du volet de gouverne. 2. Dispositif selon la revendication l, carac- térisé par le fait que la tringlerie comprend un organe de commande permettant de faire varier additionnellemeÉt l'angle de braquage du volet indépendamment de l'angle d'incidence du plan profilé. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l tringlerie est constituée par une bielle de liaison articulée par ses extrémités d'une part à un bras lié au support solidaire de l'extré- mité du c 9 ble et d'autre part à un guignol fixé au volet. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'organe de commande est un vérin associé à la bielle de liaison et permettant de faire varier la-longueur de celle-ci. 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le volet se décompose en deux demi-volets reliés chacun par une tringlerie propre au support solidaire de l'extré- mité du ceble,'chaque tringlerie comportant un organe de commande particulier. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le profil de l'aile portante est un profil; hypersustentateur. il 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les éléments constitutifs de l'aile portante sont réalisés en matière massive au sein de laquelle peuvent ttre logés les divers appareillages que doit emporter le dispositif.