Brevet FR2755245A1 — publié le 19980430

La présente invention concerne un dispositif pour rendre plus stable le mouvement des ballons au cours de leur montée et elle est plus particulièrement destinée aux ballons météorologiques de type fermé qui servent à mesurer le vent dans l'atmosphère terrestre et qui ont une enveloppe dilatable. I1 est effet bien connu que sous l'effet de sa vitesse verticale ce type de ballon présente au cours de la montée des mouvements parasites importants qui sont dus à une instabilité aérodynamique, les-dits mouvements pouvant fausser gravement la mesure de vent faite au moyen d'un ensemble de positionnement lié au ballon. On conçoit donc facilement que si on veut que ces ballons restituent le plus fidèlement possible les mouvements de l'atmosphère il faille diminuer ces mouvements parasites et donc augmenter au maximum la stabilité en cours de montée. De façon générale ces mouvements parasites sont en partie liés au fait que, même si l'enveloppe du ballon se présente sous une forme sensiblement sphérique, elle ne présente pas de symétrie par rapport à l'axe vertical passant par le manchon de remplissage auquel est en général accroché la nacelle de positionnement servant à mesurer le vent. Cette caractéristique qui est liée à l'inhomogénéités de l'enveloppe dilatable en cours de fabrication entraîne des mouvements parasites du ballon et donc du système de positionnement qui est accroché en dessous par l'intermédiaire du manchon de remplissage de gaz, le-dit manchon étant constitué du même matériau déformable que l'enveloppe du ballon. Du fait que la liaison par le manchon entre le système de positionnement et le ballon n'est pas rigide on ne peut donc pas contrôler de façon directe la configuration du système ballon-nacelle en cours de montée et donc en particulier éviter des mouvements de rotation du ballon sur lui même,mouvements qui du fait de la non symétrie de l'enveloppe évoquée plus haut entraîne des mouvements erratiques du système de positionnement. Le dispositif suivant l'invention permet de minimiser ces mouvements parasites dans le cas précisément des ballons dont l'enveloppe est en matériau dilatable. Suivant une première caractéristique de l'invention plusieurs pièces,au nombre de trois minimum, et dites pièces de stabilisation sont ancrées de façon semi-rigide sur l'enveloppe du ballon où elles sont réparties de façon la plus régulière possible sur un petit cercle du ballon qui reste sensiblement horizontal en cours de montée. Suivant une seconde caractéristique de l'invention ces pièces de stabilisation sont chacunes associées à des suspentes de même longueur qui sont accrochée par leur extrémité inférieure à la nacelle de positionnement. Suivant une troisième caractéristique de l'invention la force de pesanteur associée à la nacelle de positionnement agit, au moyen des suspentes et par l'intermédiaire des pièces de stabilisation, pour exercer un couple stabilisant les mouvements de rotation du ballon autour de son centre. Suivant une quatrième caractéristique de l'invention chaque suspente peut être accrochée directement par son extrémité supérieure à la pièce de stabilisation qui lui est associée.Suivant une cinquième caractéristique de l'invention chaque suspente peut coulisser librement dans la pièce de stabilisation associée, ces suspentes étant dans ce cas toutes accrochées par leur extrémité supérieure à une pièce dite pièce polaire qui est ancrée de facon semirigide sur le ballon et y reste maintenue au pôle supérieur. Suivant une sixième caractéristique de l'invention les pièces de stabilisation peuvent être utilisées pour maintenir près de la surface du ballon et suivant le petit cercle sur lequel elles se trouvent un fil servant à décoller la couche limite d'écoulement. Suivant une septième caractéristique de l'invention les pièces de stabilisation qui gardent angulairement la même position quand le ballon se dilate en cours de montée peuvent être utilisées pour y fixer des pales qui sous l'effet de la vitesse verticale de montée font tourner le ballon autour de son axe vertical favorisant ainsi le décollement de la couche limite.Suivant une huitième caractéristique de l'invention l'ancrage des pièces de stabilisation ainsi que celui de la pièce polaire se fait de façon telle que c'est l'enveloppe elle même du ballon qui assure de par son élasticité la rigidité des fixations. Pour ce faire l'enveloppe est interposée entre deux pièces cylindriques de même axe et faites en un matériau rigide mais déformable de type mousse ou gomme, les-dites pièces pouvant coulisser l'une par rapport à l'autre. La première pièce qui est située à l'intérieur du ballon est plaquée sur la seconde qui est à l'extérieur du ballon par les forces de tension de la-dite enveloppe ce qui assure à la fois la rigidification de l'ancrage de l'ensemble des deux pièces avec le ballon et une répartition optimale des contraintes sur l'enveloppe. Suivant enfin une dernière caractéristique de l'invention les ballons que l'on veut ainsi stabiliser sont munis à leur pôle supérieur d'une pièce dite polaire sur laquelle est fixé un ballon secondaire, lui aussi fermé, et dont l'enveloppe en matériau dilatable lui permet d'augmenter de volume dans les mêmes proportions que le ballon principal. La figure 1 représente le dispositif suivant l'invention utilisant des suspentes fixées sur les pièces de stabilisation qui servent également à tendre autour de l'enveloppe un fil décollant la couche limite. La figure 2 représente en coupe et à titre d'exemple non limitatif le détail d'une pièce de stabilisation correspondant aux dispositifs des figures 1 et 3. La figure 3 représente, toujours suivant l'invention, le dispositif utilisant cette fois des suspentes coulissant dans les pièces de stabilisation de manière à maintenir verticale au pôle supérieur du ballon la pièce polaire sur laquelle elles sont fixées. La figure 4 représente une pièce de stabilisation munie d'une pale qui sert à faire tourner le ballon sur lui même. En référence à ces dessins et suivant la figure 1 les pièces de stabilisation (12) au nombre de quatre sont ancrées sur le ballon (1) de façon régulière et suivant un cercle horizontal situé sur l'enveloppe (11) du-dit ballon. Les suspentes (13) sont accrochées par leur extrémité supérieure sur les pièces (12) et par leur extrémité inférieure sur la nacelle de positionnement (2) du ballon qui sert à mesurer sa vitesse et donc celle de l'air qui l'entoure. Au sommet supérieur du ballon est ancrée sur l'enveloppe (11) une pièce polaire (3a) sur laquelle est fixé un ballon secondaire (5) en matériau dilatable de telle sorte que les ballons (1) et (5) augmentent de volume dans les mêmes proportions au fur et à mesure que la pression du milieu diminue. La pièce (3a) tient dans cette configuration le ballon (5) sensiblement symétrique par rapport à l'axe vertical passant par la nacelle (2). En raison des déformations de la forme du ballon (1) liées aux inhomogénéités dans l'épaisseur de (11) le manchon de remplissage (6) du ballon ne se trouve pas en général sur cette verticale ce qui entraînerait des mouvements parasites de celui-ci si la nacelle (2) était accrochée à ce niveau comme c'est le cas de facon classique. Pour décoller de la surface (11) la couche limite de l'écoulement de l'air un fil (14) est enroulé autour du ballon et passe à l'intérieur de conduits circulaires (15) horizontaux percés dans les pièces (12). Comme le diamètre du ballon (1) augmente avec l'altitude le fil (14) a une longueur telle qu'il fait plusieur fois le tour du ballon quand celui-ci décolle du sol et ses deux extrémités (14a) et (14b) pendent simplement. Au fur et à mesure que le ballon augmente de diamètre le fil (14) coulisse dans les conduits (15) et il fait de moins en moins de tours autour du ballon mais sa longueur est choisie de telle sorte qu'elle reste toujours supérieure à la longueur maximum de la circonférence du ballon. La figure 2 représente suivant l'invention le détail d'une pièce de stabilisation (12) des figure 1 ou 3. Les deux pièces la constituant sont avantageusement prises en matériau de type mousse à la fois rigide et déformable et elles sont notées (7) pour la pièce extérieure au ballon et (8) pour la pièce intérieure. L'enveloppe (11) du ballon principal est interposée entre les deux. La pièce (7) a la forme d'un cylindre de diamètre extérieur D et elle est percée suivant son axe d'un cylindre de diamètre intérieur d. La pièce (8) a la forme d'un cylindre d'un diamètre très voisin de d de telle sorte qu'elle puisse coulisser dans le cylindre intérieur de (7). A l'extrémité inférieure de (7) un collier de serrage (10) placé dans une gorge (9) creusée dans (7) permet en jouant sur la déformation du matériau de (7) de diminuer le diamètre du cylindre intérieur de (7) de telle sorte que la pièce cylindrique (8) vienne en butée à travers l'enveloppe (11) du ballon principal sur la partie inférieure de (7).De façon pratique le montage se fait comme suit:la pièce (8) est d'abord introduite dans le ballon principal par son orifice de gonflage puis enfoncée dans (7) de telle sorte que l'enveloppe (11) du ballon s'interpose entre les deux pièces On serre alors le collier (10) de telle sorte que (8) qui est tirée vers l'intérieur du ballon par les forces de tension élastiques de l'enveloppe (11) dès que le ballon principal (1) est suffisamment rempli de gaz vienne se plaquer sur l'extrémité inférieure et retrécie de (7). Au fur et à mesure que le ballon principal augmente de volume en montant les forces de tension de l'enveloppe (11) assurent d'une part la liaison entre les pièces (7) et (8) ainsi que d'autre part l'appui de (7) sur le pôle supérieur du ballon. Il sera judicieux de prévoir une embase inférieure de (7) de surface suffisamment importante pour assurer tout à la fois la rigidité de l'ancrage sur le pâle du ballon (1) et des contraintes mécaniques faibles sur l'enveloppe (11). La figure 3 représente à titre d'exemple non limitatif une seconde configuration d'un système suivant l'invention dans lequel les suspentes (13) coulissent cette fois dans les conduits (15) des pièces de stabilisation (12). Par rapport à la réalisation décrite sur la figure 1 les conduits (15) sont cette fois ci verticaux et les suspentes (13) sont toutes accrochées par leur extrémité supérieure à une pièce polaire (3b) qu'elles maintiennent au pôle supérieur du ballon. A leur autre extrémité et comme sur la réalisation précédente les suspentes (13) supportent la nacelle de positionnement (2). Comme caractéristique générale de l'invention le poids de (2) qui se transmet suivant les suspentes agit de manière à limiter les rotations du ballon sur lui même et donc à maintenir l'ancrage de la pièce polaire (3a) au sommet du ballon. Pour donner une dissymétrie de type aérodynamique au ballon en cours de montée et créer un sillage turbulent sur une portion privilégiée de la surface (11) la pièce polaire (3b) maintient un ballon secondaire (5) en matériau déformable décentré par rapport à l'axe vertical passant par (2) de telle sorte que la portion de (11) qui se trouve sous le ballon (5) est en cours de montée soumise au sillage turbulent de celui- ci, ce qui crée donc un plan de symétrie du système favorisant sa stabilité. La figure 4 représente le détail d'une pièce de stabilisation (12) munie d'un dispositif permettant la mise en rotation du ballon sur lui même en cours de montée ce qui diminue l'adhérence de la couche limite sur (11) et favorise donc la stabilité du ballon (1) en cours de montée. A cet effet le conduit (15) est maintenu soit horizontal soit vertical comme sur les configurations présentées sur les figure 1 mais une pale (16) en matériau léger comme par exemple du polistyrène est fixée sur (12) , au moyen par exemple d'une encoche, et son plan fait un certain angle avec le plan horizontal de façon à exercer une force aérodynamique tangentielle qui met en rotation le ballon autour de son axe vertical. Dans cette réalisation les pales peuvent être fixées sur toutes ou seulement une partie des pièces de stabilisation . On remarquera maintenant que, quels que soient les modes particuliers de réalisation suivant l'invention, une caractéristique importante liée au système d'ancrage des pièces de stabilisation réside dans le fait que au fur et à mesure que l'enveloppe du ballon se dilate la distance entre les-dites pièces augmente de façon proportionnelle au diamètre du ballon. Il en résulte que la géométrie de l'ensemble du système de stabilisation se conserve avec l'altitude et donc en particulier l'efficacité du fonctionnement. REVENDICATIONS 1-) Dispositif pour stabiliser le mouvement des ballons de sondage météorologiques de type fermé et construits en matériau dilatable caractérisé par le fait que simultanément a- la nacelle de positionnement du ballon est liée à celui-ci par l'intermédiaire d'au moins trois pièces de stabilisation ancrées de façon semi-rigide sur l'enveloppe du ballon et situées à intervalle régulier le long d'un cercle horizontal de telle sorte qu'il s'exerce sur le ballon un couple s'opposant à la rotation de celui-ci autour de son centre b- l'élasticité même de l'enveloppe du ballon sert à rigidifier l'ancrage des pièces de stabilisation c- Le diamètre du cercle horizontal sur lequel les pièces de stabilisation sont ancrées varie de la même façon que celui du ballon, 2-) Dispositif suivant a revendication 1 dans lequel l'ancrage des pièces de stabilisation sur le ballon se fait au moyen de deux pièces cylindriques de même axe en matériau de type mousse à la fois rigide et déformable, les-dites pièces pouvant se déplacer l'une par rapport à l'autre et étant séparées par l'enveloppe du ballon qui de par sa tension amène la pièce intérieure à l'enveloppe en butée sur un resserrement de la pièce extérieure. 3-) Dispositif suivant les revendications 1 et 2 dans lequel le ballon dont on veut stabiliser le mouvement est surmonté par un ballon secondaire de plus petit diamètre, lui aussi fermé et réalisé en matériau dilatable, le ballon secondaire étant fixé sur le ballon principal par une pièce polaire dont la position sur l'enveloppe du ballon principal est déterminée par le moyen des pièces de stabilisation 4-) Dispositif suivant les revendications 1,2 et 3 dans lequel la nacelle de positionnement est attachée, au moyen de suspentes coulissant dans les pièces de stabilisation, à une pièce polaire ancrée de façon semi- rigide au pôle supérieur du ballon principal. 5-) Dispositif suivant les revendications 1,2 et 3 dans lequel la nacelle de positionnement est directement attachée par des suspentes aux pièces de stabilisation. 6-) Dispositif suivant les revendications 1 et 2 dans lequel les pièces de stabilisation servent à positionner un fil s'enroulant plusieurs fois autour du ballon, le nombre de tours diminuant au fur et à mesure que le ballon monte. 7-) Dispositif suivant les revendications 1 et 2 dans lequel les pièces de stabilisation sont munies de pales qui sous l'effet de la vitesse de montée du ballon font tourner celui-ci autour de son axe de manière à décoller la couche limite.