Brevet FR2720587A1 — publié le 19951201

PERFECTIONNEMENT AUX ANTENNES SONAR MUNIES D'UNE CONTRE MASSE COMMUNE DESCRIPTION La présente invention est relative à un perfectionnement apporté aux antennes sonar. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication de transducteurs acoustiques sous-marins. Les antennes sonar sont utilisées notamment pour émettre des ondes sonores dans le milieu marin ou sous-marin par exemple de manière isotrope dans un plan. Pour ce faire, on utilise habituellement des antennes sonar comportant un ou plusieurs ensembles (ou têtes) piézoélectriques, par exemple de type "Tonpilz", essentiellement composés d'un empilement de disques de céramique piézoélectrique et d'électrodes qui est maintenu en compression par une tige de précontrainte, entre un pavillon mobile destiné à transmettre au milieu sous-marin des ondes acoustiques et une contre masse en général découplée de ce milieu. On connaît notamment par la demande de brevet FR2302655 (Etat français) une antenne sonar comportant une enveloppe cylindrique rigide contre la paroi intérieure de laquelle sont disposés radialement des moteurs piézoélectriques fixés sur une pièce centrale servant de contre masse commune ; selon ce document l'antenne sonar qui comporte l'enveloppe cylindrique pouvant constituer une frette, comporte deux couvercles latéraux assemblés de manière étanche avec l'enveloppe cylindrique rigide de manière à constituer une enceinte fermée qui peut être remplie d'un liquide diélectrique et peut communiquer avec un récipient déformable plongé dans l'eau de manière à mettre le liquide en équipression avec l'eau. Ce type d'antenne comporte plusieurs inconvénients, en effet ltenveloppe cylindrique rigide qui peut être réalisée par exemple dans un matériau tel que du carbone, est très couteuse ; par ailleurs les précautions à prendre pour garantir 11 étanchéité nécessite de grandes précisions d'usinage et de montage et par conséquent des coûts élevés. Par ailleurs ce type d'antenne sonar est difficile à mettre en oeuvre en utilisant de telles enveloppes cylindriques de grand diamètre, ce qui est rendu nécessaire afin d'atteindre de fortes puissances et une bande passante élevée, notamment en basse fréquence ; de par sa construction, ce type d'antenne peut difficilement être démontée, et ne permet ni un contrôle du raccordement électrique des transducteurs, ni un remplacement facile de l'un d'entre eux. On connaît également par la demande de brevet FR2361033 une antenne sonar comportant une enveloppe étanche au gaz, au moins un transducteur piézoélectrique situé à l'intérieur de l'enveloppe qui comporte dans l'espace compris entre le transducteur et la paroi interne de l'enveloppe un matériau solide séparé de la paroi vibrante de l'enveloppe par un faible jeu rempli de gaz en equipression avec l'extérieur ; selon ce document, l'antenne comporte un canal cylindrique dans lequel coulisse un piston et qui communique par une extrémité avec l'extérieur de l'enveloppe et par l'autre extrémité avec l'intérieur de l'enveloppe. L' antenne sonar décrite dans ce document comporte également les inconvénients cités pour celle du document précédent ; par ailleurs ce type d' antenne sonar comportant un piston mobile et des moyens d'étanchéité correspondants est plus complexe et donc plus couteux et moins fiable. De plus les antennes sonar de type connu présentent deux inconvénients supplémentaires majeurs : lorsque l'étanchéité de l'antenne est réalisé au niveau des pavillons où le déplacement est maximal, cela provoque une usure rapide des joints d'étanchéité ; de plus le montage des transducteurs à l'intérieur d'une enveloppe rend très difficile sinon impossible l'uniformisation des contraintes mécaniques dans les piliers de céramique qui serait nécessaire pour utiliser efficacement dans des applications de puissance, les performances de ces empilements de céramique. Le problème posé est de remédier aux inconvénients des antennes sonar connues et de procurer des antennes sonar susceptibles d'être immergées à grande profondeur pour émettre des ondes sonores qui puissent être obtenues à moindre coût tout en permettant une fabrication de telles antennes de grand diamètre, équipées de moteurs piézoélectriques de forte puissance. Le problème posé consiste également à procurer de telles antennes dont le cablage électrique soit simplifié, moins couteux, et dont la maintenance soit facilitée. La solution au problème posé consiste à procurer une antenne sonar comportant, un ou plusieurs transducteurs cylindriques dits "multitêtes", chacun desdits transducteurs comportant une pluralité (au moins 4) d'ensembles sensiblement identiques comportant chacun un pavillon et un moteur piézoélectrique, (chacun desdits moteurs comportant au moins un empilement d'éléments piézoélectriques alternant avec des électrodes, lequel empilement est comprimé et/ou précontraint par au moins une tige de précontrainte), lesquels ensembles sont fixés par ladite tige de précontrainte à une contre masse commune à tous lesdits moteurs dudit transducteur, de forme générale cylindrique d'axe ZZ1, lesquels ensembles s'étendent selon des axes YY1, YY2, YY3... coplanaires, c'est-à-dire sont contenus dans un plan où dans plusieurs plans parallèles entre eux et perpendiculaires audit axe ZZ1, et sensiblement radiaux (concourants) ; chacun desdits pavillons et/ou chacun desdits empilements est revêtu sur sa face externe d'un revêtement électriquement isolant et étanche, de sorte que ladite antenne peut être "ouverte", c'est-à-dire que ladite antenne n'est pas contenue dans un caisson étanche et/ou à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique étanche ; ladite contre masse est munie d'un évidement, ou puit ou alésage, sensiblement central, s'étendant selon ledit axe ZZ1, qui peut être rempli d'un gaz sous pression et ladite contre masse est reliée électriquement aux électrodes de masse 8a de l'empilement d'éléments piézoélectriques desdits moteurs, de manière à constituer une électrode commune de masse pour tous lesdits moteurs et/ou transducteurs. Avantageusement, lesdits transducteurs sont assemblés par leurs dites contre masses respectives à l'aide de brides ou d'entretoises, de forme en général sensiblement cylindrique, d'axe ZZ1, qui sont superposées, les différentes pièces formant contre masse et les brides ou entretoises de liaison comportant chacune un évidement central et comportant des moyens d'étanchéité et des moyens de calage angulaire entre chaque paire de tronçons (contremasses ou brides ou entretoises) successifs. Avantageusement lesdits tronçons sont assemblés par des tirants s'étendant selon ledit axe ZZ1, à l'extérieur desdits tronçons, prenant appui sur des plaques d'extrémité de ladite contre masse. Avantageusement chacun desdits tronçon ou bride recevant sur sa face externe plusieurs ensembles moteur/pavillon, comporte, dans ledit évidemment ou cavité, des moyens de liaison ou raccordement électrique tels qu'un bornier permettant le regroupement des fils conducteurs d'alimentation desdits moteurs, et permettant le raccordement des modules à des câbles externes d'alimentation de ladite antenne. Grâce aux caractéristiques particulières des antennes sonar selon l'invention, on peut obtenir une bande passante nettement supérieure à celles des antennes connues, et l'invention permet de procurer des antennes sonar de forte puissance, de masse et de coût réduits. Grâce à la structure modulaire de l'antenne, le cablâge électrique, le contrôle et la maintenance de l'antenne sont facilités. Grâce à l'évidement central étanche, qui peut être rempli d'un gaz, on peut également utiliser des moyens de connexion électriques internes (fils, borniers...) non étanches. Les nombreux avantages procurés par l'invention, seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif, des modes particuliers de réalisation d' antennes sonar selon l'invention. La figure 1 est une vue de dessus (en plan) d'un mode particulier de réalisation des transducteurs de l'antenne sonar selon l'invention, et est une vue selon I-I de la figure 2. La figure 2 est une vue d'ensemble d'un mode particulier de réalisation d'une antenne sonar selon l'invention. La figure 3 illustre un mode préférentiel de réalisation des moyens d'adaptation acoustique des pavillons d'une antenne sonar selon l'invention et des moyens de fixation des ensembles pavillon moteur piézoélectrique à la contre masse commune. La figure 4 illustre à une échelle agrandie un détail de la figure 3 montrant un mode particulier de connection électrique entre un moteur et la contre masse d'un des transducteurs de 1' antenne. La figure 5 illustre en vue longitudinale un deuxième mode de réalisation d'une antenne sonar modulaire. Par référence à la figure 1 une antenne sonar 1 comporte plusieurs modules ou transducteurs superposés selon un axe ZZ1, chaque module ou transducteur comportant une pluralité (10 sur la figure 1) d'ensembles pavillon-moteur piézoélectrique repérés 21, 22,...2lu qui sont identiques ; lesdits ensembles s'étendent selon des axes longitudinaux respectifsYY1, YY2,...YY10 qui sont uniformément répartis dans le plan de la figure 1 selon un écart angulaire 12 avantageusement constant. Chacun desdits ensembles comporte une tige de précontrainte 41, un empilement 71 d'éléments piézoélectriques en forme de couronne, constituant un moteur piézoélectrique, s'étendant selon l'axe YY1 longitudinal dudit moteur de même que ladite tige de précontrainte. Ladite tige de précontrainte relie mécaniquement le pavillon 31 de l'ensemble à la contre masse commune 9 de l'antenne sonar et/ou du module transducteur correspondant. Chacun desdits ensembles est muni, dans l'espace situé autour dudit empilement d'éléments piézoélectriques et à l'arrière dudit pavillon, d'un baffle respectivement 101, 102,...1010 de forme générale de révolution ayant une face externe tronconique ; on voit également sur la figure 1 que des interstice 13 ou cavités subsistent à l'intérieur dudit transducteur, lesquelles cavités sont remplies d'eau lorsque ledit module transducteur et/ou ladite antenne est immergé. On voit également sur cette figure qu'un revêtement 5 électriquement isolant et étanche par exemple en caoutchouc vulcanisé sur la face externe dudit empilement de céramiques piézoélectriques et dudit pavillon ainsi que sur la face avant de celui-ci, assure l'étanchéité du dispositif. Par référence à la figure 2 on voit que ladite antenne 1 comporte deux modules ou transducteurs 57 tels que représentés à la figure 1, qui sont superposés selon l'axe ZZ1 de symétrie générale de ladite antenne, chacun desdits transducteurs comportant une pluralité d'ensembles pavillon-moteur piézoélectrique 2, dont les axes longitudinaux s'étendent dans un plan P (pour ce qui concerne le module 57 situé à droite de la figure 2) et sont co-planaires et concourants en un point de l'axe ZZ1 de ladite antenne. On voit également sur cette figure les interstices ou cavités 13 laissés libres à l'intérieur de ladite antenne et qui sont remplis d'eau lorsque celle-ci est immergée. On voit à la figure 3 que selon un mode préférentiel de réalisation d'antenne selon l'invention, chacun desdits ensembles pavillon-moteur piézoélectrique est équipé d'un baffle 10 qui peut être essentiellement constitué par deux demi coquilles 151 152 d'un matériau alvéolaire léger tel que par exemple une mousse de PVC. De façon connue ledit ensemble comporte essentiellement un pavillon 3 qui sera susceptible de se déplacer sous l'effet des vibrations engendrées par l'empilement 7 d'éléments piézoélectriques 6 superposés et alternés avec des électrodes 8 lesquelles électrodes sont pour certaines, repérées 8a, reliées à un fil électrique 21 de mise à la masse qui peut être avantageusement lié électriquement à une bride d'appui 25 électriquement conductrice et à ladite contre masse commune 9, et pour d'autres repérées 8b et alternées avec les premières, reliées à un fil électriquement conducteur 22 constituant le "point chaud" par lequel lesdits éléments piézoélectriques peuvent être excités. Une cale d'ajustement 27 est également prévue entre une extrémité dudit empilement d'éléments piézoélectriques et ledit pavillon 3 ledit empilement peut être précontraint et/ou comprimé par une tige 4 de précontrainte prenant appui par l'intermédiaire de la face d'appui 20a d'un écrou 20 la face d'appui 3a correspondante dudit pavillon 3, laquelle tige est vissée dans ladite contre masse commune 9 à sa deuxième extrémité. L'ensemble constitué par ledit pavillon 3, ladite tige 4, ledit empilement d'éléments piézoélectriques alternés avec lesdites électrodes 8 peut être recouvert d'un revêtement 5 électriquement isolant et étanche qui comporte une partie 5A recouvrant la face avant dudit pavillon, une partie 5B recouvrant la face arrière dudit pavillon, une partie 5C recouvrant la face externe dudit empilement, et une partie 5D recouvrant partiellement au moins ladite bride d'appui 25. Ladite partie 5a dudit revêtement comporte une zone centrale 5e qui peut être découpée (otée) pour permettre le démontage dudit ensemble ; à cet effet, consécutivement à l'enlèvement de ladite zone centrale 5e, on peut ensuite, grâce à un alésage fileté 4b prévu à la 1ère extrémité de ladite tige, à l'aide d'un outil (non représenté) vissé dans ledit alésage fileté et prenant appui sur la face avant 3b dudit pavillon, exercer une traction longitudinale (dirigée vers le bas, par référence à la figure 3) permettant de compenser les efforts de précontrainte, et permettant ainsi de dévisser ledit écrou 20, par exemple grace à des cavités 20 b prévues dans la face externe dudit écrou, dans lesquelles peut prendre appui un outil (non représenté). On voit que ledit revêtement 5 comporte dans ladite partie 5C des protubérances 19 pouvant coopérer avec des gorges circulaires ou circonférencielles 18 prévues sur la face interne cylindrique dudit baffle afin de permettre le positionnement longitudinal dudit baffle par rapport audit ensemble. Ledit baffle qui est ici de forme de révolution comporte une surface externe 23 tronconique d'axe YY1 qui constitue l'axe longitudinal général dudit ensemble, comporte une surface interne 24A cylindrique prolongée par une surface interne 24B tronconique lesdites surfaces 24A et 24B internes dudit baffle qui sont situées en regard respectivement de la face externe dudit revêtement 5C dudit empilement et de la face externe dudit revêtement 5B de la face arrière dudit pavillon, délimitent un espace libre comportant sensiblement un canal 37 sensiblement tubulaire et un canal 56 sensiblement tronconique, lesquels canaux 37 et 56 seront remplis d'eau lorsque l'antenne sera immergée, laquelle eau pourra circuler afin de faciliter le refroidissement dudit ensemble. Ladite circulation d'eau le long des parois externe dudit revêtement dudit ensemble peut être avantageusement facilitée grâce à des canaux 14 prévus dans ledit baffle qui mettent en communication la face interne 24 et la face externe 23 dudit baffle ; avantageusement ledit baffle peut être maintenu autour dudit ensemble grâce à des colliers 17 calés dans des gorges externes 16 prévues sur la face externe 23 dudit baffle. Par référence à la figure 4 on voit qu'avantageusement ladite extrémité 4A de ladite tige 4 de précontrainte est filetée de manière à venir se visser dans un alésage 28 taraudé prévu dans ladite contre masse commune 9. Ledit ensemble s'appuie par ladite bride 25 d'appui contre ladite contre masse commune 9, et est positionné angulairement Grâce à un pion 26 de calage angulaire coopérant avec un alésage 302 prévu dans ladite contre masse commune, ledit pion s'étendant partiellement dans un alésage correspondant 301 prévu dans ladite bride d'appui 25. On voit sur la figure 4 que ladite bride d'appui 25 qui est partiellement extérieurement recouverte de la partie 5D dudit recouvrement étanche électriquement isolant, comporte un conduit 58 dans lequel peut être logée l'extrémité dudit fil conducteur 22 permettant le raccordement du point chaud des éléments piézoélectriques à une source d'excitation (non représentée). Avantageusement, ledit raccordement électrique de l'extrémité du fil ou câble 22 peut se faire par un connecteur comportant une fiche femelle 31 électriquement raccordée à l'extrémité dudit conducteur 22 qui peut venir s'emboîter autour d'une fiche mâle 32 liée mécaniquement à ladite contre masse commune mais isolée électriquement de celle-ci par des moyens isolants 35,34 et reliée électriquement à un conducteur 36 permettant de relier lesdits éléments piézoélectriques dudit ensemble à ladite source d'excitation (non représentée). On voit également sur cette figure que la partie dudit connecteur située dans ladite bride d'appui 25 comporte également un élément isolant 33 sensiblement cylindrique qui sert d'interface entre la prise 31,35 et la semelle d'appui 25, et ladite bride ou semelle 25, comporte une gorge dans laquelle est logé un joint 29 d'étanchéité afin d'éviter que l'eau ne puisse pénétrer à l'intérieur de ladite contre masse 9. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, chacun desdits modules transducteur 57 superposés selon l'axe ZZ1 de symétrie générale de ladite antenne, comporte plusieurs ensembles 2 pavillonmoteur piézoélectrique revêtus extérieurement dudit revêtement 5 électriquement isolant et étanche. Chacun desdits ensembles 2 est fixé sur une bride formant une contre masse unitaire 43 faisant partie de ladite contre masse commune 9. Une entretoise 44 est prévue qui est intercalée entre deux modules transducteurs successifs 57 et plus précisément entre les contremasses 43 respectives de deux modules successifs superposés 57. On voit que l'ensemble 9 formant ladite contre masse commune est creux et est muni d'un évidemment central 11 comportant un évidemment sensiblement cylindrique 11B prévu dans chacune desdites brides ou contre masse unitaire 43 et un évidemment cylindrique 11A prévu dans ladite entretoise 44 et susceptible de communiquer avec lesdits évidements 11B. Ladite contre masse commune comporte, outre ladite entretoise et lesdites contremasses unitaires en forme de brides 43, une plaque supérieure 39 obturant le canal ou évidemment, prévue dans la partie supérieure de ladite contre masse, et une plaque inférieure 40 jouant le même rôle d'étanchéité et fermeture dudit évidemment ; des joints 41 et des pions de calage angulaire 42 sont prévus entre chacune desdites pièces respectivement 39, 43, 44, 43, 40. L'ensemble de ladite contre masse commune constitué par lesdites plaques d'extrémité 39 et 40, lesdites contre masses unitaires respectives 43 desdits transducteurs et ladite entretoise 44, est maintenu mécaniquement lié par l'intermédiaire de tirants 45 qui prennent appui sur la partie circonférentielle de chacune desdites plaques 39 et 40 et qui sont filetés en partie au moins et arrêtés par des systèmes connus (de type écrou par exemple) de manière à serrer lesdits éléments formant la contre masse commune les uns contre les autres ; ladite plaque inférieure 40 peut être munie de bouchon 59 permettant de faciliter un accès aux liaisons électriques desdits transducteurs sur un connecteur ou bornier ou moyen de liaison électrique 52 prévu dans ladite cavité lîB aménagée à l'intérieur de ladite bride 43, située dans la partie inférieure de ladite antenne. Dans la partie supérieure de ladite antenne des connecteurs électriques 46 permettent de raccorder par l'intermédiaire de câbles 60 ladite antenne à un générateur (non représenté), lesquels connecteurs sont étanches et fixés sur ladite plaque supérieure 39 et permettent ainsi le raccordement de l'ensemble desdits transducteurs de ladite antenne par l'intermédiaire des moyens de liaison électrique 52 prévus dans les évidemment llb de chacune desdites brides 43 formant support de transducteur. On voit dans le mode de réalisation représenté à la figure 5 que ladite antenne peut être fixée à une potence 51 par l'intermédiaire d'un moyen de liaison supérieur 49 en forme d'étrier et d'une plaque 50, lequel étrier est lié à ladite plaque supérieure 39 afin de permettre le supportage de ladite antenne par ladite potence 51. Dans la partie inférieure de ladite antenne (en bas sur la figure 5), un moyen de liaison inférieur 48 également en forme de cavalier permet de relier mécaniquement et rigidement ladite plaque inférieure 40 faisant partie de ladite contre masse 9 de ladite antenne à une plaque 47 de forme générale plane et servant de support. REVENDICATIONS 1. Antenne sonar (1) comportant une pluralité d'ensembles (2) piézoélectrique comportant chacun un pavillon et un moteur piézoélectrique, lesquels ensembles sont sensiblement identiques et fixés à une contre masse (9) commune de forme générale cylindrique d'axe (ZZ1), lesquels ensembles s'étendent selon des axes longitudinaux YY1, YY2, YY3... coplanaires et sensiblement radiaux, caractérisée en ce que ladite contre masse est munie d'un évidemment (11) sensiblement central, s'étendant selon ledit axe ZZ1 , et en ce que ladite contre masse est reliée électriquement aux électrodes de masse (8a) desdits moteurs desdits ensembles. 2. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite contre masse commune comporte plusieurs tronçons (43, 44) de forme générale sensiblement cylindrique d'axe (ZZ1) qui sont superposés et qui comportent chacun un évidemment central (lla, lob), et comporte des moyens d'étanchéité et des moyens de calage angulaire entre chaque paire de tronçons successifs. 3. Antenne selon la revendication 2 caractérisée en ce que lesdits tronçons sont assemblés par des tirants (45) s'étendant selon ledit axe (ZZ1), à l'extérieur desdits tronçons, prenant appui sur des plaques (39, 40) d'extrémité de ladite contre masse. 4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 2 à 3 caractérisée en ce que chaque contre masse unitaire en forme de bride (43) recevant sur sa face externe plusieurs desdits ensembles piezoélectriques, comporte, dans ledit évidemment ou cavité (lob), des moyens de liaison ou raccordement électrique tels qu'un bornier (52) permettant le regroupement des fils (22) conducteurs d'alimentation desdits ensembles piézoélectriques, et permettant le raccordement des modules transducteurs (57) à des câbles externes (60) d'alimentation de ladite antenne.