Brevet FR2720588A1 — publié le 19951201

PERFECTIONNEMENT ACOUSTIQUE AUX ANTENNES SONAR 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 l'enveloppe 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 l'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. 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 ltenveloppe par un faible jeu rempli de gaz en équipression 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. Le problème posé est de remédier aux inconvénients des antennes 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 transducteurs piézoélectriques de forte puissance. 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 antenne comporte des moyens de traitement acoustiques, et/ou d'adaptation d'impédance acoustique des cavités et/ou interstices situés entre lesdits ensembles et/ou entre lesdits transducteurs, et de préférence elle comporte des tubes compliants sensiblement parallèles audit axe (ZZ1), lesquels tubes compliants sont de préférence de longueur (ou hauteur) voisine, par exemple au moins égale à la longueur (ou hauteur) de ladite contre masse. Conformément à l'invention, on peut utiliser les espaces laissés libres à l'intérieur de l'antenne, c'est-à-dire situés entre lesdits ensembles moteur/pavillon, dans une zone tubulaire cylindrique comprise entre la paroi externe de la contre masse et un cylindre "fictif" entourant ladite antenne (ayant pour axe ledit axe ZZ1 et pour diamètre celui d'un cercle centré sur l'axe ZZ1 et entourant ou exinscrit lesdits/auxdits pavillons desdits transducteurs), comme cavités résonnantes (ou cavités d'Helmoltz), et on utilise les passages laissés libres entre lesdits pavillons comme "évents", de manière à constituer un système déphaseur ; de préférence, on augmente (on ajuste) l'élasticité acoustique des espaces libres en plaçant des tubes compliants, en fonction des performances demandées et de la "résistance" acoustique des "évents" qui est fonction de l'écartement entre les ensembles (particulièrement entre leurs pavillons). On peut ainsi régler la fréquence de résonnance du système cavité + évent - au dessous de la fréquence des ensembles afin d'élargir en basse fréquence, la bande passante de l'antenne. Avantageusement, ladite antenne comporte plusieurs modules transducteurs superposés comportant chacun un nombre identique desdits ensembles, lesdits ensembles étant superposés de manière à ce que leurs axes longitudinaux soient tous compris dans des plans radiaux ayant pour intersection commune ledit axe longitudinal ZZ1, et comporte, s'étendant dans les espaces laissés libres entre lesdits ensembles dont les axes sont dans deux plans voisins (ou consécutifs), au moins un (par exemple trois) tube compliant. Avantageusement, lesdits tubes compliants ont une section sensiblement rectangulaire ovalisée, c'est-à-dire dont les angles sont arrondis, laquelle section comporte par exemple deux parties sensiblement rectilignes, sensiblement parallèles- entres elles et reliées entre elles par leurs extrémités par deux parties semicirculaires. Grâce aux caractéristiques particulières des antennes sonar selon l'invention, on peut obtenir une bande passante très nettement supérieure à celles des antennes connues, de l'ordre de deux fois plus étendue, et l'invention permet de procurer des antennes sonar de forte puissance, de masse et de coût réduits. 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 d'une antenne sonar selon l'invention. La figure 2 illustre en vue longitudinale un mode de réalisation d'une antenne sonar modulaire. La figure 3 est une vue de dessus de l'antenne sonar de la figure 2, dans laquelle un quart seulement a été représenté, compte tenu de la symétrie de révolution de ce mode de réalisation. Par référence à la figure 1 une antenne sonar 1 comporte plusieurs modules ou transducteurs superposés selon un axe ZZ1, chaque module comportant une pluralité (10 sur la figure l)d'ensembles piézoélectriques repérés 21, 22,.. .210, qui sont identiques ; lesdits ensembles s'étendent selon des axes longitudinaux respectifs YY1, W2....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 moteur constitué par un empilement 71 d'éléments piézoélectriques en forme de couronne s'étendant selon l'axe YY1 longitudinal dudit ensemble (de même que ladite tige de précontrainte). Ladite tige de précontrainte relie mécaniquement le pavillon 31 dudit ensemble à la contre masse commune 9 de l'antenne sonar et/ou du module transducteur correspondant. Ladite antenne est munie, dans chacun des espaces situés entre ladite contre masse et l'arrière desdits pavillons, de trois tubes compliants 38 sensiblement parallèles audit axe ZZ1 ; on voit également sur la figure 1 que des interstice 13 ou cavités subsistent à l'intérieur dudit module, lesquelles cavités sont remplies d'eau lorsque ledit module 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. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, 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 llB prévu dans chacune desdites brides ou contre masse unitaire 43 et un évidemment cylindrique liA prévu dans ladite entretoise 44 et susceptible de communiquer avec lesdits évidements llB. 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 llB 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 lib de chacune desdites brides 43 formant support de transducteur. On voit dans le mode de réalisation représenté à la figure 2 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 2), 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 et de moyen de fixation à des tubes compliants 38 creux s'étendant parallèlement à l'axe ZZ1 de symétrie de ladite antenne, lesquels tubes compliants sont prévus dans les cavités laissées libres entre lesdits ensembles desdits transducteurs de ladite antenne et permettent ainsi d'adapter l'impédance desdites cavités afin de limiter les interférences entre le rayonnement acoustique de la face avant du pavillon desdits ensembles et le rayonnement acoustique de la face arrière dudit pavillon. Par référence à la figure 3 on voit que ladite antenne qui s'étend selon ledit axe de symétrie générale ZZ1 et dont seulement un quart a été représenté, comporte ladite contre masse commune 9 dont la section par un plan perpendiculaire audit axe ZZ1 est un polygone régulier et comporte les faces d'appui ou de fixation de chacun desdits ensembles moteur/pavillon de ladite antenne, lesquels ensembles s'étendent radialement selon lesdits axes longitudinaux YY avantageusement uniformément angulairement répartis selon ledit écart angulaire 12. On voit que dans la partie supérieure de ladite antenne, qui peut être tenue au fin de stockage ou de manipulation par une potence Si, est prévue ladite plaque plane ou tôle 50 dans laquelle des découpes ont été aménagées afin de laisser traverser le plan de ladite plaque 50 par lesdits tubes compliants 38. Lesdits tubes compliants sont avantageusement de section "rectangulaire arrondie", s'étendant selon des axes perpendiculaires au plan de la figure 3 et parallèles audit axe ZZ1 de ladite antenne. Lesdits tubes compliants 38 qui occupent partiellement les cavités ou espaces libres 13 situés entre lesdits ensembles moteur/pavillon sont au nombre de 3 entre chaque groupe desdits ensembles verticalement superposés et sont maintenus en position dans la partie supérieure de l'antenne par des pattes 53 de calage desdits tubes compliants, lesquelles pattes sont fixées sur ladite plaque plane 50. REVENDICATIONS 1. ,Antenne sonar (1) comportant une pluralité de d'ensembles sensiblement identiques (2) comportant chacun un moteur piézoélectrique et un pavillon, 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 qu'elle comporte des tubes compliants (38) sensiblement parallèles audit axe (ZZ1), lesquels tubes compliants sont de préférence de longueur voisine de la longueur de ladite contre masse. 2. Antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs modules transducteurs (57) superposés comportant chacun un nombre identique desdits ensembles, lesdits ensembles étant superposés de manière à ce que leurs axes longitudinaux soient tous compris dans des plans radiaux ayant pour intersection commune ledit axe longitudinal ZZ1, et en ce qu'elle comporte, s'étendant dans les espaces laissés libres entre lesdits ensembles dont les axes sont dans deux plans voisins, au moins un tube compliant. 3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1à2 caractérisée en ce que lesdits tubes compliants ont une section sensiblement rectangulaire ovalisée, c'est-à-dire dont les angles sont arrondis, laquelle section comporte par exemple deux parties sensiblement rectilignes, sensiblement parallèles entres elles et reliées entre elles par leurs extrémités par deux parties semicirculaires.