Brevet FR2682077A1 — publié le 19930409

DISPOSITIF D D'ECHAPPEMENT SOUS-MARIN POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE D'UN NAVIRE L'invention concerne un dispositif d'échappement sous-marin pour un moteur à combustion interne, tel qu'un moteur diesel, monté à bord d'un navire. Les gaz d'échappement de ces moteurs sont en général rejetés dans l'atmosphère par des cheminées, ce qui présente un certain nombre d'inconvénients : bruits d'échappement, odeurs désagréables de gaz brûlés, panaches de fumée dans le ciel permettant de repérer la position du navire à la vue ou par un système de détection à infra-rouge, etc... On a déjà proposé des systèmes d'échappement sous-marin, comprenant un conduit d'échappement débouchant à l'extérieur de la coque sous la ligne de flottaison du navire, afin d'éviter les inconvénients précités. Toutefois, ces systèmes n' ont pas donné satisfaction, en raison de la création d'une contrepression dans le conduit d'échappement des gaz, se traduisant par une surchauffe du moteur et des risques de détérioration de celui-ci. L'invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients dans un échappement sous-marin de moteur à combustion interne de navire. Elle propose, à cet effet, un dispositif d'échappement sous-marin pour moteur à combustion interne de navire, comprenant une tubulure reliant le collecteur d'échappement du moteur à un orifice de sortie de gaz, débouchant sur la surface externe de la coque en dessous de la ligne de flottaison, caractérisé en ce que cet orifice de sortie est orienté vers l'arrière, sensiblement tangentiellement à la coque, et est situé approximativement au col d'un conduit de circulation d'eau en forme de venturi rapporté sur la coque du navire. Cet agencement permet, quand le navire se déplace vers l'avant, de créer une aspiration à l'orifice d'échappement des gaz et d'éviter une contre-pression dans le collecteur d'échappement du moteur. Cet agencement est dimensionné de façon à être efficace dès que la vitesse du navire est supérieure à trois ou quatre noeuds environ. Pour cela, un certain nombre de conditions doivent être satisfaites - les dimensions en hauteur et en largeur de la section d'entrée du conduit de circulation d'eau sont supérieures à la demi-épaisseur de la couche limite de l'écoulement développée sur la carène du navire, - le rapport de la section minimale et de la section d'entrée de ce conduit est supérieur à 0,3, - le débit massique et la vitesse de l'eau dans la section minimale de ce conduit sont tels que leur produit reste supérieur à deux fois le produit du débit massique et de la vitesse des gaz à l'orifice de sortie des gaz, - l'aire transversale de l'orifice de sortie des gaz sur la surface de la coque est au moins égale à la moitié de celle du collecteur d'échappement du moteur. Par ailleurs, le collecteur d'échappement du moteur est également relié à une cheminée aérienne, des moyens à vannes ou clapets permettant de fermer l'échappement sous-marin et d'ouvrir ltéchappement aérien quand le navire manoeuvre à faible vitesse ou se déplace en marche arrière. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un navire équipé d'un dispositif d'échappement sous-marin selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle, en coupe longitudinale, du dispositif d'échappement sous-marin selon l'invention. On a représenté très schématiquement en figure 1 l'agencement d'un dispositif selon l'invention dans un navire qui est équipé d'un moteur à combustion interne 10 tel qu'un moteur diesel, dont le collecteur d'échappement 12 est relié par des vannes ou clapets 14, d'une part à une cheminée aérienne 16 et d'autre part à une conduite ou tubulure 18 menant à un orifice 20 de sortie de gaz d'échappement débouchant sur la surface extérieure de la coque 22, en dessous de la ligne de flottaison 24 du navire. Comme on le voit mieux en figure 2, la conduite ou tubulure 18 de gaz d'échappement traverse la carène 22 et se termine par l'orifice de sortie 20 qui est orienté sensiblement tangentiellement à la surface extérieure de la carène 22 et est dirigé horizontalement vers l'arrière. Comme représenté, des aubes fixes 26 de guidage des gaz d'échappement peuvent être prévues à l'extrémité de la conduite 18, immédiatement en amont de l'orifice de sortie 20. Cet orifice de sortie 20 en saillie sur la carène est entouré par un conduit 28 de circulation d'eau, rapporté sur la carène 22 et profilé pour former un venturi orienté sensiblement horizontalement, l'orifice de sortie 20 se trouvant approximativement au col du venturi. Ce conduit 28 comporte une paroi interne profilée 30 qui entoure à distance l'extrémité de la conduite 18 et son orifice de sortie 20, ainsi qu'une surface profilée 32 qui raccorde l'extrémité avant du conduit 28 à l'orifice de sortie 20 de la conduite 18 de gaz d'échappement. On comprend que, quand le navire se déplace vers l'avant dans le sens indiqué par la flèche 34, liteau circule dans le conduit 28 en mouvement relatif par rapport au navire dans le sens indiqué par les flèches 36 et que cette circulation d'eau dans le conduit 28 se traduit par une aspiration au niveau de l'orifice de sortie 20 des gaz d'échappement. Comme indiqué plus haut, ce dispositif est calculé et dimensionné pour, d'une part, être adapté au navire sur lequel il doit être monté et aux moteurs équipant ce navire et, d'autre part, être le plus efficace possible, même aux vitesses faibles de déplacement du navire. Selon l'invention, la géométrie générale de ce dispositif doit respecter les conditions suivantes - la hauteur H ou dimension horizontale de la section d'entrée 38 du conduit 28 est supérieure à la demi-épaisseur de la couche limite de l'écoulement développée sur la carène du navire, - la largeur ou dimension verticale de la section d'entrée 38 du conduit 28 est supérieure à la hauteur H, - le rapport de la section minimale Sm du conduit 28, ou section au col du venturi, et de la section d'entrée 38 est supérieur à 0,3, - la section de la conduite 18 au niveau de l'orifice de sortie 20 est supérieure à la moitié de la section du collecteur d'échappement, - le produit du débit massique d'eau et de la vitesse de l'eau à la section Sm du conduit 28 est supérieur à 2 fois le produit du débit massique de gaz et de la vitesse de gaz à l'orifice de sortie 20. Dans ces conditions, le dispositif d'échappement sous-marin selon l'invention peut être utilisé sans inconvénients dès que la vitesse du navire atteint 3 ou 4 noeuds, et présente une efficacité maximum lorsque la vitesse est supérieure ou égale à 7 ou 8 noeuds environ. Aux plus faibles vitesses, ou quand le navire se déplace en marche arrière, le système de vannes ou de clapets 14 permet de fermer la conduite 18 d'échappement sous-marin et d'ouvrir la cheminée aérienne 16. Au cours d'essais sur des navires, on a constaté que le mélange eau-gaz d'échappement dans le conduit 28 à la sortie de l'orifice 20 produisait des vibrations dont la fréquence pouvait dans certaines conditions coïncider avec la fréquence de résonance de la conduite ou tubulure 18, de sorte que ces vibrations pouvaient alors remonter au moteur et créer une contre-pression variable et défavorable. Elles étaient de plus susceptibles de se coupler avec les vibrations du moteur, d'où un risque d'excitation du moteur sur ses suspensions. Pour éviter ces inconvénients, susceptibles d'apparaître à certains régimes de fonctionnement du moteur, l'invention propose plusieurs moyens qui sont utilisables indépendamment ou en combinaison - cloisonner ou partager la conduite ou tubulure 18 en plusieurs conduites parallèles ayant chacune une section plus faible et donc une fréquence de résonnance plus élevée, les orifices de sortie de ces conduites parallèles étant voisins au col du conduit 28 de circulation d'eau, comme représenté schématiquement en figure 1, - modifier la partie aval de la surface profilée 30 du conduit 28, pour modifier le profil tourbillonnaire de l'écoulement eau-gaz en aval de l'orifice ou des orifices de sortie 20. Pour cela, on peut élargir de façon brusque la section du conduit 28, par exemple au moyen d'un décrochement 40 de la surface profilée 30, et/ou prolonger vers l'aval le conduit 28, et/ou y former des fentes transversales 42 en aval du ou des orifices de sortie 20, comme représenté schématiquement en figure 2. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échappement sous-marin pour moteur à combustion interne d'un navire, comprenant une tubulure (18) reliant le collecteur d'échappement du moteur (10) à un orifice (20) de sortie de gaz, débouchant sur la surface extérieure de la coque du navire en dessous de la ligne de flottaison (24), caractérisé en ce que cet orifice de sortie (20) est orienté vers l'arrière, sensiblement tangentiellement à la coque (22) et est situé approximativement au col d'un conduit (28) de circulation d'eau, en forme de venturi, rapporté sur la coque du navire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orientation de l'orifice (20) de sortie des gaz et la direction générale du conduit (28) de circulation d'eau sont sensiblement horizontales. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une surface profilée (32) relie l'extrémité avant du conduit (28) de circulation d'eau et l'orifice (20) de sortie des gaz d'échappement. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice (20) de sortie des gaz d'échappement comprend des aubes fixes (26) de guidage des gaz. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions en hauteur et en largeur de la section d'entrée (38) du conduit (28) de circulation d'eau sont supérieures à la moitié de l'épaisseur de la couche limite de l'écoulement développée sur la coque (22). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport de la section minimale Sm et de la section d'entrée (38) dudit conduit (28) est supérieur à 0,3. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit massique d'eau et la vitesse de l'eau dans le conduit (28) à sa section minimale Sm sont tels que leur produit est supérieur à 2 fois le produit du débit massique de gaz et de la vitesse des gaz à l'orifice de sortie (20) précité. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aire transversale de l'orifice de sortie (20) des gaz sur la surface de la coque est au moins égale à la moitié de celle du collecteur d'échappement du moteur. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tubulure (18) est partagée en plusieurs conduites parallèles présentant chacune un orifice de sortie situé approximativement au col du conduit (28) de circulation d'eau. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface interne (30) du conduit (28) de circulation d'eau comporte, en aval du ou de chaque orifice de sortie (20), un décrochement (40) ou une autre modification brusque de section. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (28) de circulation d'eau comprend, en aval du ou de chaque orifice de sortie (20), des fentes transversales (42). 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur d'échappement du moteur est également relié à une cheminée aérienne (16), par des moyens à vannes ou clapets (14) permettant de fermer l'échappement sous-marin et d'ouvrir l'échappement aérien quand le navire manoeuvre à faible vitesse ou se déplace en marche arrière.