Brevet FR2697963A1 — publié le 19940513

BARRIERE ACOUSTIQUE La présente invention concerne les barrières acoustiques basse fréquence, qui fonctionnent dans un milieu liquide , généralement de l'eau de mer et peuvent entre soumise & des pressions hydrostatiques importantes. Généralement en acoustique sous-marine les antennes acoustiques sont placées très près des coques ( sauf pour le cas des antennes remorquées ).Les antennes d'écoute sont sensibles à tous les bruits parasites Pour en citer quelques uns, nous avons - Les bruits d'écoulement qui proviennent du déplacement de l'eau sur les coques des batiments porteurs - Les bruits de mer & cause de l'état d'agitation moléculaire , de l'état de la mer et bien d'autres facteurs - Les bruits du batiment porteur Un des bruits parasites le plus gênant est encore le bruit du batiment porteur qui par transmission directe ou par l'intermédiaire de l'eau perturbe les antennes Le but d'une barrière acoustique est donc, comme son nom l'indique , de minimiser les pressions acoustiques transmises aux antennes par le porteur. Dans les solutions exisitantes aujourd'hui on trouve - Les tubes compliants qui se présentent sous la forme de tube applati . Cette solution en couches multiples présente une bonne atténuation en BF Les inconvéniants et les problèmes de ce type de solution sont multiples & savoir - La tenue mécanique & la pression hydrostatique implique que ce type de tube doit hêtre résistant, donc des matériaux qui présentent des caractéristiques mécaniques élevées .Or comme l'on s'interesse i une éfficacité acoustique basse fréquence , la fréquence de ce type de tube , d'une manière simple suit la loi suivante M étant la masse du tube et e son élasticité On remarque que si l'on veut obtenir une fréquence basse , il faut une grande élasticité C'est ici,que le problème existe puisqu'il n'est pas évident d'avoir & la fois un tube élastique et résistant & la pression hydrostatique En conclusion la réalisation de ce type de solution conduit toujours & l'utilisation de matériaux composites sophistiqués ,dont le prix de revient est généralement élevé un autre problème est le fait que globalement l'encombrement occupé par ce type de solution est important, surtout lorsque l'on veut fonctionner en basse fréquence . En fait avec ce type de solution il est extrêmement difficile de descendre la fréquence de travail en dessous de 2 KHz. Sous l'effet de la pression hydrostatique les tubes se compriment et ceci se traduit par des évolutions importantes de la flottabilité du porteur , ce qui est très gênant , voir intolérable & partir de certaines valeurs Dans les solutions existantes aujourd'hui on trouve ,les élastomères céllulaires Cette solution se présente sous la forme d'une matrice élastomérique caoutchouc vulcanisée ou polyuréthane dans laquelle il existe des inclusions d'air obtenues par moussage de l'élastomère ou par incorporation de micro-ballons souples. Cette solution , d'un prix de revient nettement inférieur au tube compliant, présente une certaine atténuation en basse fréquence Le problème principal de cette solution est la compressibilité en immersion qui entraine une perte non négligeable d'éfficacité. D'autre part , afin de présenter une bonne atténuation en basse fréquence il faut des épaisseurs importantes,, d'ou le problème d'évacuation des calories internes du porteur s'il s'agit d'un sous -marin Dans les solutions existantes aujourd'hui on trouve encore les ALBERICH. Cette technique met en oeuvre un élastomère perforé de cavités volumineuses , pris en sandwich entre deux plaques minces. Cette solution est moins problématique que la solution cellulaire , mais reste limitée en pression opérationnelle . L'ihvention ici présentée utilise le principe des lames vibrantes , un peu comme dans le cas des tubes compliants. A l'heure actuelle les limitations techniques de la solutions tubes compliants sont basées sur la recherche d'un bon compromis ,résistance par rapport & la souplesse. En effet le tube compliant est rempli d'air & BR Le compromis actuel sur les tubes compliants est obtenu par l'utilisation de matériaux composites de court élevé et de performances limitées . L'invention a pour objet une barrière acoustique ,constituée de plusieurs éléments mécaniques, voir Fig. I, qui sont les suivants - Une lame vibrante ( 1 ) qui se présente sous la forme d'une plaque plane.la largeur l'épaisseur ,ainsi que la nature du matériau qui constitue la plaque vibrante sont définis en fonction de la gamme de fréquence de travail. - Une lame vibrante intermédiaire ( 2 ). Cette lame vibrante intermédiaire ( 2 ) ,côté lame vibrante ( 1 ) ,présente un dégagement longitudinal ( 3 ) ,de manière & ce qu'il existe une lame d'air d'épaisseur e entre les deux lames 1 ) et ( 2 ).Sur l'autre fage, la lame vibrante 2 ) présente une cavité ( 6 ) qui sert de réservoir de compensation .La plaque vibrante ( 2 est perforée par des orifices ( 4 ) de manière & BR - il existe une membrane élastomérique C 5 ) ,qui enveloppe les éléments ( 1 ) et ( 2 Pour constituer la barrière acoustique ,il existe plusieurs tubes tel que décrit cidessus.Tous ces tubes sont disposés les uns & c8té des autres , dans un meme plan comme représenté sur la Fig. 2. Le principe de l'invention va etre décrit & BR A immersion nulle ou très faible , le tube se présente dans la configuration CAS 2 Dans cette configuration l'espace ( 3 ) ,ainsi que l'espace ( 6 ) ,sont plein d'air & pression atmosphérique . Lorsque la pression hydrostatique augmente , la pression s'exerce uniformément sur toute la périphérie de la membrane élastomérique ( 5 ).Cette membrane élastomérique ( 5 ) présente une grande élasticité vis & vis des éléments ( 1 ) et ( 2 dans la zone ( 7 ) ,voir Fig.l cas 2 Le gaz étant compréssible dans la cavité ( 6 ) la membrane élastomérique ( 5 ) , va se déformer ,sous l'effet de la pression hydrostatique ,de manière & créer une équipression parfaite entre la pression hydrostatique exterieure et la pression de gaz & l'intérieur de la cavité Grace aux orifices ( 4 ) , la pression est transmise de la cavité ( 6 ) & la cavité ( 3 ). dans cette situation les lames vibrantes sont en parfait équilibre de pression entre l'exterieur qui est l'élément liquide et l'interieur qui est le gaz Les lames vibrantes ( 1 )et ( 2 ) ,n'étant pas soumise & la pression hydrostatique ,si ce n'est que dans leurs épaisseurs, ne vont pas se déformer sous l'effet de l'immersion Le volume de la capacité C 6 ) est calculé en fonction de l'immersion maximum recherché .Ce volume peut-etre calculer & partir de la théorie suivante Si e = Espace entre les deux lames vibrantes H = Espace de compensation'hydrostatique V = Volume de gaz entre les deux lames vibrantes 2 V2 = Volume de gaz de compensation hydrostatique 1 Po= pression atmosphérique P 1=pression d'immersion maximum de travail Nous avons P * V = Cte. o o V=V + V o 1 2 P * V = Cte. 1 2 P* (V + V ) = P * V o 1 2 1 2 Si S = La surface libre des lames vibrantes 1 S = La surface de la partie compensation ,nous 2 avons P * ( S * H + S * e ) P * S * S * e o 1 2 1 2 D'ou Les lames vibrantes ( 1 ). et ( 2 ) sont calculées en fonction de la fréquence de travail que l'on recherche A titre d'exemple non limitatif ,on peut calculer cette fréquence par la formule suivante Ou H = Epaisseur de la lame vibrante b = 1/2 largeur de la lame vibrante E = Module de Young C = Densité = = Coefficient de poisson L'invention présente les avantages suivants - Du fait que les lames vibrantes ( 1 ) et ( 2 ) ne sont pas déformées par la pression hydrostatique ,comme dans le cas des tubes compliants classiques ,Le problème de la résistance sous pression disparait et l'on peut choisir l'épaisseur de la lames vibrante directement en fonction de la fréquence de travail que l'on désire, sans tenir compte de la résistance sous pression hydrostatique .Cet aspect limite aujourd'hui les applications en basse fréquence d'un tube compliant classique - On peut également choisir la nature du matériau & BR important que le critère de résistance a disparu - Lorsque l'on effectue les calculs de dimensionnement, on se rend compte que l'invention ici décrite présente un encombrement très réduit par rapport & des solutions types tubes compliants - Du fait de l'encombrement réduit la variation de flottabilité est bien plus faible comparée & des solution classiques. - Comme l'on peut choisir des élasticités importantes pour les lames vibrantes ,cette invention permet de travailler & très basse fréquence ,en dessous du KHz ,chose qui n'est pas possible avec les solutions actuelles - L'invention présente des colts réduits de fabrication par rapport & toutes les solutions actuelles. - Comme l'on peut choisir les matériaux & BR REVENDICATIONS 1 . Barrière acoustique qui fonctionne dans un milieu liquide et qui put-etre soumise & des pressions hydrostatiques importantes Cette barrière acoustique fonctionne en basse fréquence de quelques Hz & plusieurs KHz et comprend: - Une lame vibrante ( 1 - une lame vibrante ( 2 ) .La lame vibrante ( 2 présente deux capacités ( 3 ) et ( 6 ) remplies de gaz reliées entre elles par des orifices ( 4 - Une membrane élastomérique exterieure C-S ). 2 . Barrière acoustique selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'elle comporte un système d'équipression congu pour les grandes immersions constitué par une membrane élastomérique souple ( 5 ) et qu'il existe des orifices ( 4 ) qui permettent une communication entre les capacités ( 3 ) et ( 6 ) 3 . Barrière acoustique selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé par le fait que l'on peut choisir tous les matériaux possibles pour la réalisation des lames vibrantes ( 1 ) et ( 2 )