Brevet FR2682516A1 — publié le 19930416

Dispositif pour le pilotage d'un navire en réduisant son bruit de propulsion. L'invention concerne la réduction du bruit engendré par les navires de guerre, de surface ou sous-marins. Réduire ce bruit est souhaitable, d'une part pour rendre le navire "discret", d'autre part pour rendre plus efficaces ses propres dispositifs de détection acoustique. L'une des sources de bruit est l'hélice, par son rayonnement acoustique direct constitué d'un spectre à large bande parsemé de raies intenses. Celle-ci induit des rayonnements acoustiques indirects en d'autres parties du navire. A noter que l'usage de "pompes-hélices" réduit le rayonnement direct. I1 existe aussi des bruits d'écoulement. Même bien profilés, les éléments du navire engendrent un bruit direct et surtout un bruit indirect dont le mécanisme est le suivant : les fluctuations de pression pariétale dues à la turbulence de l'écoulement excitent des vibrations des structures qui deviennent elles-mêmes sources de bruit. L'invention a pour but de réduire le bruit de propulsion des navires, et plus spécialement des sous-marins. A cet effet, on cherche à éviter les fluctuations de charge hydrodynamique sur les pales d'hélice, en éliminant les sillages amont. L'invention fournit essentiellement un dispositif de pilotage d'un navire, en particulier sous-marin, comprenant des moyens de propulsion du genre hélice ou mieux pompehélice, et des moyens formant gouvernes. Selon une définition générale de l'invention, une partie au moins de ces moyens de gouverne est essentiellement constituée de jets d'eau transversaux silencieux contrôlés. Le pilotage en cap et en plongée est ainsi, avantageusement, assuré par des jets d'eau. Plus particulièrement, on prévoit quatre éjecteurs placés en croix, verticalement et horizontalement, au voisinage amont de l'hélice. Le pilotage en roulis peut être également assuré par des jets d'eau. Un sous-marin équipé d'un massif est alors muni, au niveau de ce massif, d'un éjecteur vers le haut pour le pilotage en plongée, et de deux éjecteurs latéraux pour le pilotage en roulis. Selon un autre aspect de l'invention, les jets sont engendrés à l'aide dlune ou plusieurs pompes silencieuses à débit non pulsant, éloignées des points d'aspiration et de rejet, et reliées à ceux-ci par des conduits à parois viscoélastiques. De préférence, le dispositif comporte aussi des moyens de distribution propres à modifier le débit et le sens des jets à cadence rapide, sans modifier sensiblement le régime et le sens de rotation de la ou des pompes associées. Dans une variante de l'invention, la ou les pompes sont réalisées sous forme de générateur magnéto-hydrodynamique. Selon un autre aspect de l'invention, les orifices éjecteurs sont munis de grilles de guidage, de configuration choisie, en particulier commandées. En pratique, les caractéristiques des jets sont commandés par ordinateur, en fonction des valeurs mesurées concernant la vitesse, la direction, le cas échéant la profondeur (s'il s'agit d'un sous-marin), la vitesse de rotation de l'hélice et les caractéristiques des jets, et en fonction d'ordres correspondants. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa paîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels - les figures 1A et 1B sont deux vues correspondantes d'un sous-marin équipé de gouvernes proches de l'hélice, selon l'invention; - les figures 2A et 2B sont deux vues correspondantes d'un sous-marin équipé de gouvernes de massifs, selon l'invention; - la figure 3 est un schéma de principe montrant llinterven- tion d'un distributeur dans la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 4 est un schéma de principe montrant la configuration d'un jet selon l'invention; - les figures 5A et 5B sont deux vues correspondantes illustrant les grilles de guidage d'un orifice éjecteur selon l'invention; et - la figure 6 est le schéma de principe d'une installation de commande des organes de pilotage selon l'invention. Les dessins annexés comportent des éléments de caractère géométrique et/ou certain. En conséquence, ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la description ci-après, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. Le sous-marin des figures 1A, 1B, 2A, 2B comporte une coque 1, se terminant par une hélice 2 (ou une pompe-hélice). Le sous-marin peut être muni d'un massif 4. Un sous-marin classique est muni, pour son pilotage, d'organes dits "plans de gouverne. L'une des caractéristiques essentielles de l'invention consiste à remplacer ces plans de gouverne par des jets d'eau. La figure lA est une vue de côté d'un sous-marin. On voit qu'à l'intérieur ou à l'extérieur de la coque épaisse 1 est prévue une pompe 10, communiquant par des tubulures 12H et 12B avec des orifices éjecteurs 11H et 11B, respecti vemènt tournés vers le haut et vers le bas. La figure lB, qui est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1, montre qu'il est prévu une seconde pompe 20, reliée par des tubulures respectives 22D et 22G aux éjecteurs 21D et 21G placés respectivement à droite et à gauche du sous-marin (lorsqu'on regarde vers l'avant). I1 est rappelé que l'on utilise des pompes silencieuses à débit non pulsant, en 10 et en 20, que les conduits 12 et 22 sont munis intérieurement de parois viscoélastiques, et que la pompe est placée autant que possible loin des points d'aspiration et de rejet. Pour leur part, les éjecteurs 11 et 21 sont éloignés autant que possible de l'hélice. Les pompes 10 et 20 peuvent fonctionner dans l'un ou l'autre sens. Si par exemple la pompe 10 est actionnée pour refouler vers le haut, l'avant du sous-marin tendra à pointer vers le haut, et le sous-marin tendra donc à remonter. Le sens inverse de pompage produit l'effet inverse. I1 en est de même pour la pompe 20 qui produit le débit d'eau transversal. On observera cependant que, en croisière normale, les débits transversaux seront nuls ou très faibles. Un avantage intéressant de l'invention est tiré du fait que le navire est beaucoup plus manoeuvrable à vitesse faible avec des jets d'eau qu'avec des plans de gouverne. I1 est encore précisé que les figures 1A et 1B ne donnent qu'un schéma de principe du navire selon l'invention. Une variante consiste à prévoir que l'ensemble des circuits de gouverne soit placé à l'extérieur de la coque épaisse du sous-marin. I1 est intéressant de supprimer les barres de plongée, en les remplaçant par des jets d'eau. Sur la figure 2A, on voit une pompe 30 communiquant par une conduite 32H avec le jet supérieur 31H ménagé en haut du massif 4. Un jet inférieur est réalisé par le fait que la pompe possède, de l'autre côté, une conduite 32B communiquant avec l'orifice 31B. Avantageusement, l'invention prévoit encore un circuit auxiliaire permettant une stabilisation en roulis. Dans le massif 4, il est prévu une autre pompe réversible 40, communiquant par des conduits 42D et 42G avec les éjecteurs latéraux 41D et 41G placés respectivement à gauche et à droite du sous-marin (lorsqu'on regarde vers l'avant). Ce qui a été observé précédemment à propos de la figure 1 pour les pompes, les conduites et les éjecteurs vaut également pour les figures 2. Certaines au moins des commandes par jets selon l'invention pourront donner lieu à des changements fréquents du débit et du sens du jet, pour des raisons de pilotage. On peut concevoir que ces changements doivent intervenir à une cadence d'une fraction de hertz. I1 peut être difficile de modifier à cette fréquence le régime et le sens de rotation de la pompe concernée, tout en lui conservant son caractère silencieux. Pour résoudre ce problème, on utilise avantageusement un dispositif distributeur qui permet de modifier le débit et le sens d'écoulement du jet, sans altérer sensiblement le régime et le sens de rotation de la pompe. On retrouve sur la figure 3 les orifices 21D et 21G (avec des organes de guidage 28D et 28G sur lesquels on reviendra). La conduite 22D se subdivise en deux parties 22DR et 22DA. De même, la conduite 22G se subdivise en deux parties 22GR et 22GA. Le conduit 23E de la pompe 20 est relié aux deux conduites 22DR et 22GR dans des proportions définies par la position d'une plaque 24E. De même, le conduit 23S de la pompe 20 est relié aux deux conduits 22GA et 22DA de manière pondérée par la position d'une plaque 24S. Ces positions des deux plaques sont commandées conjointement par un dispositif de commande de tiroir 25. Lorsque les deux plaques 24E et 24S sont en position haute, la pompe fonctionne en aspiration du côté de l'orifice 21G et en refoulement du côté de l'orifice 21D. Lorsque les deux plaques sont en position basse, la pompe fonctionne en sens inverse, c'est-à-dire en aspiration du côté de 21D et en refoulement du côté de 21G. Les positions intermédiaires des plaques 24E et 14S permettent de doser à tout moment la fonction de pilotage voulue. Bien entendu, la position médiane fait tourner la pompe en circuit fermé, sans qu'aucun jet ne soit produit. En variante du dispositif de la figure 3, on peut aussi envisager une distribution à soupape, par exemple. Dans un sous-marin classique, on utilise par exemple un profil de surface un mètre carré évoluant à la vitesse de dix mètres/seconde avec une incidence de 10 dans l'eau dont la densité est 103 kilos/mètre cube. La portance d'un tel profil est d'environ 5 500 Newtons. Le Demandeur a observé qu'un tel plan de gouverne peut être remplacé par un jet dont la vitesse est de l'ordre de 10 mètres/seconde et dont la section est de l'ordre de 0,1 mètre carré. I1 est observé qu'un tel jet est tout à fait réalisable, puisque son débit est de l'ordre du centième de celui de l'hélice motrice. Dans une variante de l'invention, le pompage des jets de pilotage ou de certains d'entre eux peut être réalisé par un générateur magnéto-hydrodynamique. En référence à la figure 4, on examinera maintenant la perturbation de vitesse de l'écoulement principal autour du sous-marin, telle qu'elle résulte de l'un des jets de pilotage. I1 s'agit ici de l'éjecteur 11H muni des grilles de guidage 18H. En simplifiant, on peut considérer que ce jet de pilotage remplit un cône dont le demi-angle au sommet est d'environ 150. La direction d'éjection est D1 au repos du sous-marin. Si V désigne la vitesse du jet et U la vitesse du sousmarin, la direction d'éjection devient D3. On note a l'angle que fait cette direction D3 avec la direction D1. On note b l'angle de la direction D1 avec la droite B2 qui joint le centre de l'orifice 11H à l'enveloppe de la trajectoire des extrémités des pales d'hélices. Pour assurer que l'hélice se trouve en toute situation en dehors du cône de mélange dévié, résultant de l'interaction du jet avec l'écoulement principal autour du sous-marin, on fait en sorte que l'angle a, augmenté de 150 (le demi-angle au sommet précité) soit toujours inférieur à l'angle b. Mais l'on observe aussi qu'en dehors de ce cône de mélange, la vitesse de l'écoulement principal peut encore être sensiblement perturbée. Pour remédier à cela, on utilise de préférence des grilles de guidage dans chacun des orifices éjecteurs, et mieux encore un contrôle permanent de la position de certaines au moins de ces grilles de guidage. Ainsi, sur la figure 5A, on voit que l'orifice 11H est muni de grilles de guidage longitudinales 112, par exemple fixes, et de grilles de guidage transversales 111, articulées autour de points tels que 115. La figure 5B montre, en vue de dessus, la disposition croisée de ces deux types de grilles dans l'orifice 11H. Bien entendu, les profils peuvent n'avoir pas la régularité illustrée sur les figures 5. De même, les différents profils fixes ou mobiles ne sont pas nécessairement parallèles. Par ailleurs, les grilles de guidage seront choisies en tenant compte des problèmes que peut poser le bruit engendré au niveau de l'orifice. Ainsi, l'invention prévoit l'utilisation de jets transversaux pour éliminer les plans de gouverne d'un navire, aux fins de réduire considérablement les bruits acoustiques de propulsion. En effet, comme on vient de le voir, il n'y aura pratiquement plus d'interaction entre les défauts de vitesse liés à des turbulences et l'hélice ou la pompe-hélice. I1 est maintenant fait référence à la figure 6. Le pilotage général du navire s'effectue d'abord à partir d'un ensemble de mesures 6 comprenant la mesure 61 de la vitesse du navire, la mesure 62 de sa direction, en particulier en cap et plon gée, la mesure 63 de sa profondeur de navigation (s'agissant d'un sous-marin), la mesure 64 de la vitesse de rotation de son hélice, et la mesure 65 du sens et de la vitesse d'éjection du ou des jets concernés. Ces mesures sont transmises à un processeur 70 programmé, qui reçoit par ailleurs d'un bloc 71 les commandes de pilotage du personnel. Le processeur 70 commande les actionneurs 80 comprenant les moteurs (ou directement des pompes). En 9 sont rappelées les actions qui en résultent, et qui consistent - en 90 à agir sur la ou les pompes et/ou sur le ou les distributeurs associés; - en 91 à assurer une mise en incidence convenable des grilles de guidage dont on a décrit ci-dessus un exemple en référence aux figures 5. L'homme de l'art comprendra que, de la sorte, on peut assurer l'ensemble du pilotage du navire, en particulier du sous-marin, en supprimant totalement ses plans de gouverne, et obtenir alors un navire particulièrement discret. Revendications. 1. Dispositif de pilotage d'un navire, en particulier sousmarin, comprenant des moyens de propulsion du genre hélice ou pompe-hélice, et des moyens formant gouvernes, caractérisé en ce qu'une partie au moins de ces moyens de gouverne est essentiellement constituée de jets d'eau transversaux silencieux contrôlés (10-12; 20-22; 30-32; 40-42). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pilotage en cap (10-12) et en plongée (20-22; 30-32) est assuré par des jets d'eau. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pilotage en roulis (40-42) est également assuré par des jets d'eau. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte quatre éjecteurs (1il, llB, 21D, 21G) placés en croix, verticalement et horizontalement, au voisinage amont de l'hélice (2). 5. Dispositif selon la revendication 3, équipé d'un massif (4), caractérisé en ce que ce massif est muni d'un éjecteur (31H, 31B) vers le haut pour le pilotage en plongée, et de deux éjecteurs latéraux (41D, 41G) pour le pilotage. en roulis. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, pour engendrer les jets, une ou des pompes silencieuses (10, 20, 30, 40) à débit non pulsant, éloignées des points d'aspiration et de rejet, et reliées à ceux-ci par des conduits à parois viscoélastiques. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de distribution (24, 25) propres à modifier le débit et le sens des jets à cadence rapide, sans modifier sensiblement le régime et le sens de rotation de la pompe associée (20). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la ou les pompes (10, 20, 30, 40) comprennent un générateur magnéto-hydrodynamique. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les orifices éjecteurs (11, 21, 31, 41) sont munis de grilles de guidage, de configuration choisie, en particulier commandée. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les caractéristiques des jets sont commandées par ordinateur, en fonction de valeurs mesurées concernant la vitesse, la direction, le cas échéant la profondeur, la vitesse de rotation de l'hélice et les caractéristiques des jets, et en fonction d'ordres correspondants.