Brevet FR2742120A1 — publié le 19970613

La présente invention concerne un véhicule sous-marin du type comportant au moins deux propulseurs orientables. On connaît du document FR-A-2.643.609 une conception d'un tel véhicule comportant deux paires de propulseurs orientables alignés deux à deux selon des directions perpendiculaires entre elles et concourantes avec l'axe longitudinal de la coque du véhicule. Cette conception permet d'obtenir trois composantes de force et trois composantes de moment, c'est à dire six degrés de liberté conférant au véhicule une très grande manoeuvrabilité. II a été proposé dans le document FR-A-2.709.469 une autre conception d'un véhicule sous-marin du type comportant une seule paire de propulseurs orientables dont chacun est monté à l'extrémité libre distale d'un bras porteur dont l'autre extrémité proximale est montée articulée par rapport à la coque du véhicule, autour d'un axe de pivotement sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la coque, entre une position déployée de propulsion dans laquelle l'orientation du bras porteur est sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la coque, et une position repliée dans laquelle l'orientation du bras porteur est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la coque et dans laquelle le propulseur est escamoté à l'intérieur de la coque, et du type dans lequel chaque bras porteur est commandé en rotation autour de son axe général pour orienter le propulseur. La conception de principe décrite et représentée dans ce dernier document propose de faire appel à des propulseurs, par exemple du type à hélice, comportant chacun un moteur d'entraînement en rotation de l'hélice qui est agencée à l'extrémité distale du bras porteur correspondant. Une telle conception a pour inconvénient d'agencer à l'extrémité distale de chaque bras un propulseur avec son moteur associé, c'est à dire une masse très importante qui rend particulièrement difficile, les manoeuvres de déploiement et de repliement des bras. De plus, qu'il s'agisse d'un moteur hydraulique ou d'un moteur électrique, il est nécessaire d'alimenter chaque moteur d'entraînement en énergie par des moyens souples ou flexibles, tels que des câbles ou des conduits, qui s'étendent nécessairement sur toute la longueur du bras et qui subissent des torsions et autres déformations répétées lors de chaque manoeuvre de déploiement ou de repliement et lors des mouvements angulaires d'orientation des propulseurs. La présente invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'un véhicule sous-marin du type mentionné précédemment qui remédie aux inconvénients qui viennent d'être évoqués. Dans ce but, I'invention propose un véhicule sous-marin caractérisé en ce que chaque propulseur est associé à un moteur d'entraînement agencé dans la coque du véhicule auquel il est relié par une transmission de puissance passant à travers son bras porteur, et en ce que la transmission comporte un dispositif d'accouplement débrayable qui est embrayé lorsque le bras est en position déployée et qui est débrayé lorsque le bras est en position repliée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la transmission de puissance est une transmission mécanique comportant un arbre d'entraînement coaxial au bras porteur, monté à rotation à l'intérieur de ce dernier et dont l'extrémité proximale est reliée au dispositif d'accouplement débrayable - le dispositif d'accouplement débrayable comporte une prise de force montée à l'extrémité de l'arbre de sortie du moteur d'entraînement et un pignon d'accouplement associé au bras et relié à l'extrémité proximale de l'arbre d'entraînement - L'arbre de sortie du moteur d'entraînement est parallèle à l'axe longitudinal de la coque , la prise de force est du type à accouplement en bout, et le pignon d'accouplement est monté à rotation, autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre d'entraînement, dans un boîtier qui porte à rotation le bras porteur et l'arbre d'entraînement et qui est monté articulé, par rapport à la coque, entre lesdites positions déployée et repliée - le boîtier est monté articulé sur la coque autour d'un axe de pivotement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la coque et qui est situé radialement entre l'axe longitudinal de la coque et l'axe de l'arbre de sortie du moteur d'entraînement - chaque boîtier est associé à un vérin de commande de son mouvement d'articulation autour de son axe de pivotement;; - chaque vérin est du type axial et est monté articulé sur la coque et sur le boîtier associé respectivement autour de deux axes parallèles à l'axe de pivotement du boîtier - le vérin est du type à simple effet qui est alimenté pour provoquer le déploiement du bras associé et qui, en l'absence d'alimentation, est rappelé élastiquement vers sa position de repos pour provoquer le pivotement automatique du bras vers sa position repliée - chaque vérin est un vérin hydraulique relié à une source autonome de fluide sous pression agencée à l'intérieur de la coque - chaque moteur d'entraînement est un moteur électrique - chaque moteur d'entraînement est agencé dans un compartiment étanche de la coque, et son arbre de sortie traverse, avec interposition d'un joint d'étanchéité, une paroi de la coque qui délimite un logement ouvert vers l'extérieur qui reçoit le bras et le propulseur associés en position repliée - chaque bras porteur est entraîné en rotation autour de son axe général par un moteur d'orientation indépendant associé au bras - le moteur d'orientation est porté par le boîtier qui porte à rotation le bras porteur - le moteur d'orientation comporte un arbre de sortie parallèle à l'axe de rotation du bras porteur qui entraîne en rotation un pignon qui engrène avec une couronne dentée liée en rotation avec le bras porteur - en position repliée, le bras porteur est parallèle à l'axe longitudinal de la coque, et l'axe de poussée du propulseur est sensiblement perpendiculaire et concourant à l'axe longitudinal de la coque - le véhicule comporte au moins une paire de propulseurs orientables dont les bras porteurs sont alignés en position déployée - il comporte au moins deux paires de propulseurs orientables, et, en position déployée, les bras porteurs sont alignés deux à deux selon deux directions perpendiculaires - à titre de variante, il comporte au moins trois propulseurs orientables, et en ce que, en position déployée les arbre porteurs sont agencés angulairement à 1200. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique en perspective qui illustre un véhicule sous-marin à deux paires de propulseurs orientables - la figure 2 est une vue schématique en section axiale, par un plan passant par deux propulseurs diamétralement opposés, qui illustre un véhicule dont les propulseurs sont orientables et repliables conformément aux enseignements de l'invention; - la figure 3 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 2 - la figure 4 est une vue en section transversale selon la ligne 4-4 de la figure 3 ; et - la figure 5 est une vue en section selon la ligne 5-5 de la figure 4. On a représenté sur la figure 1 un véhicule sous-marin 10 comportant une coque 12 de forme générale cylindrique et d'axe longitudinal Al. Le véhicule 10 est propulsé par deux paires de propulseurs à hélice 14. Chaque propulseur 14 est agencé à l'extrémité libre distale 16 d'un bras porteur 18 dont l'extrémité proximale 20 est reliée à la coque 12 d'une manière qui sera expliquée en détails en référence aux figures 2 à 4. Les bras 18 sont illustrés en position déployée, c'est à dire dans une position dans laquelle les quatre propulseurs 14 peuvent être mis en oeuvre, conformément aux enseignements du document FR-A-2.643.609, pour la propulsion du véhicule 10. Dans cette position déployée, I'axe général A2 de chaque bras porteur 18 s'étend radialement, c'est à dire selon une direction déployée qui est perpendiculaire à l'axe A1 de la coque 12. Chaque paire de propulseurs comprend deux propulseurs 14 diamétralement opposés dont les bras 18 sont alignés selon une direction transversale perpendiculaire à la direction des bras 18 des propulseurs de l'autre paire. Chaque bras 18 est orientable angulairement autour de son axe A2 de manière à pouvoir faire varier l'orientation des propulseurs 14. Ainsi, à titre d'exemple, la direction P de poussée des propulseurs "horizontaux" est parallèle à l'axe Al, tandis que la direction de poussée des propulseurs "verticaux" est parallèle à l'axe Al, c'est à dire dans une conformation permettant notamment de maîtriser le tangage du véhicule 10. Le véhicule 10 illustré plus en détails aux figures 2 à 4 présente une symétrie générale de conception par rapport à l'axe Al de la coque 12. Le véhicule 10 est illustré avec un propulseur 14 illustré en position déployée, à la partie supérieure de la figure 2, et avec un propulseur de la même paire illustré en position repliée à l'intérieur de la coque 12, à la partie inférieure de la figure 2. La coque 12 comporte une partie arrière 22, à droite en considérant la figure 2, délimitée par la paroi cylindrique 24 et vers l'avant par une cloison transversale étanche 26. Une cloison intermédiaire 28 divise la partie arrière 22 en un compartiment 30 dans lequel sont agencés un convertisseur électrique de motorisation 32 et une centrale hydraulique 34, et en un compartiment divisé en quatre compartiments 36 répartis angulairement à 90C à la périphérie de la coque 12. Chaque petit compartiment 36 est un compartiment étanche délimité latéralement par la paroi 24 et par une cloison 37 dans lequel est agencé un moteur électrique 38 d'entraînement d'un propulseur associé 14. Chaque moteur 38 est d'orientation axiale A3 parallèle à l'axe Al et son arbre de sortie 40 traverse de manière étanche la cloison 26 pour s'étendre à l'intérieur de la partie avant 23, à droite en considérant la figure 2, de la coque 12 La partie centrale de la coque, délimitée radialement vers l'extérieur par les cloisons 37 des compartiments 36 des moteurs 38 et axialement vers l'arrière par la cloison intermédiaire 28, est ouverte axialement vers l'avant et elle débouche dans la partie avant 23 pour constituer un compartiment central 42 qui reçoit un jeu de quatre vérins 44 de commande du déploiement et du repliement des quatre propulseurs 14. La partie avant 23 de la coque 12 s'étend axialement depuis la cloison 26 jusqu'à une cloison transversale avant 46 et elle est divisée en quatre logements 48 délimités latéralement par des cloisons 50 Chaque logement 48 est ouvert radialement vers l'extérieur pour recevoir un propulseur 14 avec son bras 18 en position repliée et permettre son déploiement par pivotement autour d'un axe géométrique de pivotement A4 qui est perpendiculaire à l'axe Al et qui est positionné longitudinalement à proximité de la cloison 26 et radialement entre l'axe central Al et l'axe de rotation A3 du moteur 38 associé. Comme on peut le voir sur les figures 2 à 4, I'axe général A2 du bras porteur 18 en position repliée est parallèle à l'axe Al et la direction de poussée P du propulseur 14 est perpendiculaire et concourant avec l'axe Al. On décrira maintenant en détails les moyens mis en oeuvre, conformément aux enseignements de l'invention, pour l'articulation et la rotation des bras porteurs et pour l'entraînement des propulseurs à hélice 14. Ces moyens comportent, pour chaque propulseur 14, un boîtier 52 de forme générale cylindrique d'axe A2. Le boîtier est monté articulé sur la coque 12 dans un logement 48 de sa partie avant 23. L'articulation est assurée au moyen d'une chape 54 fixée sur la paroi latérale 56 du boîtier 52 et qui est traversée par un pivot 58 d'axe A4 qui est fixé dans le logement 48. Le boîtier 52 peut ainsi pivoter d'environ 90" autour de l'axe A4 entre des positions extrêmes déployée et repliée. A cet effet, I'extrémité libre 60 de la tige 62 du vérin hydraulique à déploiement axial associé 44 est articulée sur le fond 64 du boîtier 52, tandis que l'extrémité arrière du corps 66 du vérin 44 est articulée sur la coque 12 dans le compartiment central 42, les deux axes d'articulation du vérin 44 étant parallèles à l'axe de pivotement A4. Chaque vérin 44 est de préférence du type à simple effet et le déploiement de la tige 62 est provoqué par l'alimentation de sa chambre de commande par du fluide sous pression fourni par la centrale hydraulique 34, tandis qu'elle est rappelée élastiquement en position rentrée de manière à provoquer le repliement automatique du propulseur associé 14 lorsque l'alimentation du vérin est interrompue. Au voisinage de son extrémité axiale ouverte opposée à son fond 60, le boîtier 52 comporte des moyens 66 pour le guidage en rotation, autour de l'axe A2, du corps principal du bras porteur 18 qui est constitué par un fût cylindrique 68. Ces moyens 66 sont un ensemble de roulements dont le montage et la conception assure aussi l'immobilisation axiale du fût 68 par rapport au boîtier 52. Au voisinage de son extrémité proximale 20 qui est montée à rotation dans le boîtier 52, le fût 68 comporte une collerette radiale 70 qui porte à sa périphérie une couronne dentée 72 qui est ainsi liée en rotation au fût 68 du bras porteur 18. Pour son entraînement en rotation autour de son axe A2, chaque bras porteur est équipé d'un moteur électrique d'orientation 74. Chaque moteur d'orientation 74 comporte un boîtier 76 qui est fixé sur la paroi latérale cylindrique 56 du boîtier 52 et son arbre de sortie, d'axe A5, est parallèle à l'axe du boîtier et porte à son extrémité un pignon 78 qui engrène en permanence avec la couronne dentée 72. Chaque moteur d'orientation 74, comme chaque moteur d'entraînement 38, est relié à la source d'énergie électrique agencée dans la coque et à un circuit de commande qui permettent de provoquer la mise en rotation, dans les deux sens, du bras porteur 18, par exemple sur une course angulaire d'orientation qui est au moins égale à 1800. Comme on peut le voir au figures 3 à 5, chaque bras 18 est équipé d'un carénage 80 qui est lié en rotation au fût 68. L'extrémité distale 16 de chaque fût 68 porte une tête 82 en forme d'ogive qui constitue le corps du propulseur 14 dans lequel l'arbre 84 d'une hélice 86 est monté à rotation autour d'un axe A6 parallèle à la direction de poussée P. L'extrémité interne de l'arbre d'hélice 84 est munie d'un pignon conique 88 qui coopère avec un pignon conique 90 agencé à l'extrémité distale 91 d'un arbre d'entraînement ou arbre moteur 92 qui est monté à rotation à l'intérieur du fût 68 qu'il traverse axialement de part en part. L'extrémité proximale 94 de l'arbre 92 s'étend axialement à l'intérieur du boîtier 52 et elle porte un pignon conique 96 qui coopère avec un pignon conique complémentaire 98 qui est monté à rotation à travers la paroi latérale du boîtier 52 par un arbre 100 d'axe A7 d'orientation radiale par rapport à l'axe A2. L'arbre 100 porte, à l'extérieur du boîtier 52, un pignon 102 pour son accouplement en rotation par engrènement avec une prise de force 104 montée à l'extrémité de l'arbre 40 du moteur d'entraînement associé 38, lorsque le bras 18 est en position déployée. A cet effet, le pignon d'accouplement 102 et le pignon de prise de force 104 sont dentés ou cannelés en bout de manière complémentaire. Comme on peut le voir à la partie inférieure de la figure 2, c'est à dire en position repliée, le dispositif d'accouplement constitué par les pignons 102 et 104 est débrayé automatiquement, tandis que la commande du déploiement de chaque bras porteur 18 par son vérin associé 44 provoque l'embrayage ou engagement automatique du dispositif d'accouplement par engrènement mutuel des pignons 102 et 104. Lorsque le bras porteur 18 est en position déployée, le mouvement de rotation du moteur d'entraînement, dans l'un ou l'autre sens, est transmis à l'arbre d'hélice 84 par la transmission mécanique constituée par les pignons 104, 102, 98 et 96, par l'arbre de transmission 92 et par les pignons 88 et 90. De par la conception par double renvoi d'angle à pignons coniques, il est bien entendu possible de faire varier l'orientation de chaque bras 18 sans interrompre l'entraînement en rotation du propulseur associe. Le repliement des propulseurs permet de conférer au véhicule un encombrement réduit et notamment une enveloppe globale cylindrique qui en facilite le stockage et permet son lancement par un tube. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. La motorisation des propulseurs peut-être hydraulique interne avec une transmission mécanique, ou hydraulique externe avec un moteur à l'extrémité distale du bras alimenté par des conduites et canalisations passant à travers l'arbre creux 18 avec un accouplement hydraulique débrayable. Les hélices peuvent bien entendu être du type à pales orientables permettant l'utilisation de moteurs à vitesse constante. Le nombre de propulseurs peut être réduit ou augmenté en fonction des applications spécifiques. La conception selon l'invention trouve plus particulièrement à s'appliquer pour la réalisation d'un véhicule sous-marin non habité d'observation naviguant à vitesse moyenne ou faible, ou d'un véhicule libre du type "AUV" (Autonomous Underwater Vehicle) ou relié à un vaisseau sous marin ou de surface, par des câbles et ombilics pour assurer un filoguidage du véhicule et/ou son alimentation en énergie. Le pilotage du véhicule dans les trois dimensions suivant six degrés de liberté est assurée soit par un opérateur, soit par un module d'autopilotage embarqué sur le véhicule et qui met en oeuvre les lois hydrodynamiques et des fonctions matricielles de couplage entre les six degrés de liberté et les huit axes de mouvement procurés par les propulseurs. Le poste de télépilotage est situé sur le vaisseau, de surface ou sous-marin, à partir duquel le véhicule sous-marin est mis à l'eau et il est relié au véhicule par un canal de transmission de données, par exemple à fibre(s) optique(s)ou par un canal acoustique. REVENDICATIONS 1. Véhicule sous-marin (10) du type comportant au moins deux propulseurs orientables (14) dont chacun est monté à l'extrémité libre distale (16) d'un bras porteur (18) dont l'autre extrémité proximale (20) est montée articulée par rapport à la coque (12) du véhicule, autour d'un axe de pivotement (A2) sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (Al) de la coque, entre une position déployée de propulsion dans laquelle l'orientation du bras porteur (18) est sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (Al) de la coque (12), et une position repliée dans laquelle l'orientation du bras porteur (18) est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (Al) de la coque et dans laquelle le propulseur (18) est escamoté à l'intérieur (48) de la coque (12), et du type dans lequel chaque bras porteur (18) est commandé en rotation autour de son axe général (A2) pour orienter le propulseur (14), caractérisé en ce que chaque propulseur (14) est associé à un moteur d'entraînement (38) agencé dans la coque (12) du véhicule auquel il est relié par une transmission de puissance (92) passant à travers son bras porteur (18, 68), et en ce que la transmission comporte un dispositif d'accouplement (102, 104) débrayable qui est embrayé lorsque le bras (18) est en position déployée et qui est débrayé lorsque le bras est en position repliée. 2. Véhicule sous-marin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission de puissance est une transmission mécanique comportant un arbre d'entraînement (92) coaxial au bras porteur (18), monté à rotation à l'intérieur de ce dernier et dont l'extrémité proximale (94, 96) est reliée au dispositif d'accouplement débrayable (98, 100, 102, 104). 3. Véhicule sous-marin selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement débrayable comporte une prise de force (104) montée à l'extrémité de l'arbre de sortie (40) du moteur d'entraînement (38) et un pignon d'accouplement (102) associé au bras et relié à l'extrémité proximale (94, 96) de l'arbre d'entraînement. 4. Véhicule sous-marin selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (40) du moteur d'entraînement (38) est parallèle (A3) à l'axe longitudinal (Al) de la coque (12), en ce que la prise de force (104) est du type à accouplement en bout, et en ce que le pignon d'accouplement (102) est monté à rotation, autour d'un axe (A4) perpendiculaire à l'axe de rotation (A2) de l'arbre d'entraînement (92), dans un boîtier (52) qui porte à rotation le bras porteur (18, 68) et l'arbre d'entraînement (92) et qui est monté articulé, par rapport à la coque, (12) entre lesdites positions déployée et repliée. 5. Véhicule sous-marin selon la revendication 4 caractérisé en ce que le boîtier (52) est monté articulé sur la coque autour d'un axe de pivotement (A4) perpendiculaire à l'axe longitudinal (Al) de la coque et qui est situé radialement entre l'axe longitudinal (Al) de la coque et l'axe (A3) de l'arbre de sortie (40) du moteur d'entraînement (38). 6. Véhicule sous-marin selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que chaque boîtier (52) est associé à un vérin (44) de commande de son mouvement d'articulation autour de son axe de pivotement (A4). 7. Véhicule sous-marin selon la revendication 6 caractérisé en ce que chaque vérin (44) est du type axial et est monté articulé sur la coque (12, 42) et sur le boîtier associé (52) respectivement autour de deux axes parallèles à l'axe (A4) de pivotement du boîtier. 8. Véhicule sous-marin selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le vérin (44) est du type à simple effet qui est alimenté pour provoquer le déploiement du bras associé (18) et qui, en l'absence d'alimentation, est rappelé élastiquement vers sa position de repos pour provoquer le pivotement automatique du bras (18) vers sa position repliée. 9. Véhicule sous-marin selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que chaque vérin (44) est un vérin hydraulique relié à une source autonome de fluide sous pression (34) agencée à l'intérieur de la coque (12) 10. Véhicule sous-marin selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que chaque moteur d'entraînement (38) est un moteur électrique. 11. Véhicule sous-marin selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que chaque moteur d'entraînement (38) est agencé dans un compartiment étanche (36) de la coque, et en ce que son arbre de sortie (40) traverse, avec interposition d'un joint d'étanchéité, une paroi (26) de la coque qui délimite un logement (48) ouvert vers l'extérieur qui reçoit le bras (18) et le propulseur associé (14) en position repliée. 12 Véhicule sous-marin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bras porteur (18) est entraîné en rotation autour de son axe général (A2) par un moteur d'orientation indépendant (74) associé au bras (18). 13. Véhicule sous-marin selon la revendication précédente prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le moteur d'orientation (74) est porté par le boîtier (52) qui porte à rotation le bras porteur. 14. Véhicule sous-marin selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moteur d'orientation comporte (74) un arbre de sortie, parallèle (A5) à l'axe de rotation (A2) du bras porteur, qui entraîne en rotation un pignon (78) qui engrène avec une couronne dentée (72) liée en rotation avec le bras porteur. 15. Véhicule sous-marin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en position repliée, le bras porteur (18) est parallèle à l'axe longitudinal (Al) de la coque, et en ce que l'axe de poussée (P) du propulseur (14) est sensiblement perpendiculaire et concourant à l'axe longitudinal (A1) de la coque. 16. Véhicule sous-marin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de propulseurs orientables (14) dont les bras porteurs (18) sont alignés en position déployée. 17. Véhicule sous-marin selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux paires de propulseurs orientables (18), et en ce que, en position déployée, les bras porteurs sont alignés deux à deux selon deux directions perpendiculaires. 18. Véhicule sous-marin selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois propulseurs orientables, et en ce que, en position déployée les arbre porteurs sont agencés angulairement à 120 .