Brevet FR2752216A1 — publié le 19980213

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN BALLON LORS DE LA PHASE DE GONFLAGE DE CE DERNIER SOIT EN ALTITUDE, SOIT AU SOL. L'invention vise un procédé et un dispositif de protection d'un ballon lors de la phase de gonflage de ce dernier soit en altitude, soit au sol. La séquence de mise à poste d'un ballon à partir d'une injection en altitude de ce dernier comporte généralement les étapes suivantes par ordre chronologique - ouverture d'un parachute de freinage de l'ensemble du système, - extraction et déploiement de l'enveloppe du ballon, - gonflage de cette enveloppe, - séparation entre parachute et ballon. I1 s'avère qu'une telle séquence automatique pose de nombreux problèmes spécifiques, et en particulier celui du maintien de l'enveloppe pendant la phase de gonflage. En effet, tant que le ballon n'a pas atteint son volume de plénitude, il ne présente pas de rigidité de forme suffisante vis-à-vis des forces aérodynamiques générées par la descente dans l'atmosphère. Dans la pratique, il résulte de cet état de fait, des déformations désordonnées de l'enveloppe qui peuvent conduire à sa destruction. Le lancement d'un ballon stratosphérique à partir du sol constitue également une opération délicate tant dans la phase de gonflage que dans les phases de largage et de montée au plafond. En premier lieu, la phase de gonflage est relativement critique lors du lancement d'un ballon et constitue généralement la phase dimensionnante d'un point de vue résistance mécanique de l'enveloppe. A l'heure actuelle, durant cette phase de gonflage, et pour éviter une trop forte prise au vent du ballon entre le largueur et la pièce polaire supérieure lors du début du gonflage, une vitesse limitée de vent au sol est fixée et des étrangleurs (plus couramment connus sous la dénomination "clutchs") à ouverture manuelle sont disposés autour de l'enveloppe pour empêcher son déploiement transversal. Outre le fait que le lancement ne peut être effectué que lorsque la vitesse du vent au sol est relativement faible, un tel procédé présente l'inconvénient de requérir des interventions humaines en vue de la mise en place des étrangleurs et de l'éjection de ces derniers. De plus, l'éjection de chaque étrangleur provoque des à-coups qui peuvent être préjudiciables au bon déroulement de cette phase de gonflage. En second lieu, la phase de largage s'avère également délicate car il convient d'éviter la mise en champignon de la bulle de gaz ainsi que le déploiement transversal et la prise au vent correspondante de la traîne (partie du ballon non gonflée au sol). A l'heure actuelle, pour limiter les risques, une technique utilisée sur les ballons de grand volume consiste à disposer un étrangleur à ouverture télécommandée immédiatement en aval de la bulle de gaz. De plus, le ballon est habituellement logé à l'intérieur d'une housse de vol déchirable libérant ce dernier au fur et à mesure de son gonflage. Toutefois, il s avère que de telles housses présentent une efficacité plus que relative. En effet, les housses actuelles doivent obligatoirement être réalisées en un matériau suffisamment fragile pour ne pas endommager le ballon lors de leur ouverture. De ce fait, il arrive fréquemment que ces housses de vol soient en grande partie détruites lors de la phase de largage en raison de leur faible résistance. En dernier lieu, durant l'ascension, le ballon traverse parfois des turbulences atmosphériques ou cisaillements dont les effets sont normalement minimisés à l'heure actuelle grâce à la présence de la housse de vol dans l'hypothèse où celle-ci n'a pas été détruite durant la phase de largage. Toutefois, tel qu'explicité ci-dessus, même lorsque cette housse de vol est encore présente, son efficacité est plus que relative. Au surplus, il a été constaté que la présence de cette housse pouvait être à l'origine de perforations du ballon. En effet, les housses présentant une zone de déchirure, il s'avère que le bord supérieur desdites housses a tendance à s'enrouler sur luimême au droit de cette zone de déchirure. Or ce phénomène dit de roulage, lorsqu'il apparaît, est à l'origine de points durs, voire de blocages, sur lesquels l'enveloppe du ballon finit par se perforer. Pour toutes ces raisons, et entre autres inconvénients, des créneaux de lancement sont fréquemment reportés suite à la présence de "jets" au-dessus notamment des régions désertiques, avec pour conséquence un manque de souplesse évident dans les contraintes opérationnelles. La présente invention vise à pallier l'ensemble des inconvénients précités et a pour objectif principal de fournir un procédé permettant d'assurer une protection efficace des ballons lancés, soit en altitude, soit à partir du sol. A cet effet, selon le procédé de protection conforme à l'invention - on loge le ballon dans son état dégonflé à l'intérieur d'une housse dotée d'une ligne longitudinale d'affaiblissement déchirable, - on solidarise la housse le long d'une des génératrices du ballon, - et on enserre la housse, à une distance prédéterminée du pôle supérieur du ballon, au moyen d'un coulisseau annulaire présentant une face de révolution de contact avec ledit ballon de forme courbe et convexe, définissant un col de diamètre inférieur à celui de ladite housse mais adapté pour autoriser un passage d'air au travers dudit col, et comportant de part et d'autre de ce col des portions de surface divergentes. L'invention a donc consisté à adjoindre à une housse de protection des ballons, un coulisseau annulaire - dont le diamètre du col autorise un transfert du gaz aérostatique dans la traîne houssée et donc non gonflée du ballon, conférant à cette dernière une fonction de frein permettant d'obtenir un déplacement progressif et continu de ce coulisseau le long de la housse sous l'effet des forces tangentielles s exerçant sur ce dernier lors du gonflage du ballon. I1 est à noter à ce sujet que bien que la housse soit enserrée par le coulisseau, il subsiste obligatoirement des passages de fluide à l'intérieur du ballon au droit de ce coulisseau, compte tenu du fait que les ballons sont loin d'être complètement strangulés dans leur état dégonflé lors du houssage de ces derniers, - reprenant l'ensemble des efforts radiaux sollicitant le ballon du fait que le diamètre du col de ce coulisseau est inférieur à celui de la housse. De ce fait, la traîne de la housse n'est pas sollicitée en tension circonférentielle et n'est donc nullement fragilisée. De plus, cette housse se déchire alors juste après le passage du coulisseau, et l'on obtient une ouverture progressive de cette housse sans risque de roulage ni de coincement de la zone de déchirure, - présentant une face de révolution de contact avec le ballon de forme courbe et convexe donc dépourvue d'arêtes saillantes susceptibles de détériorer le ballon, et formant, en outre, un cône d'avalement de la traîne de la housse qui évite tout risque de bourrage et/ou de tassement de cette dernière. Dans la pratique, outre l'efficacité de la protection qu'il apporte, un tel procédé permet, lors du gonflage d'un ballon en altitude, durant sa descente sous parachute, de multiplier par trois la pression dynamique admissible. Or, un tel gain constitue un avantage non négligeable pouvant se traduire de plusieurs façons telles que diminution de la surface du parachute, gain sur le bilan de masse, ou raccourcissement de la séquence de gonflage. Lors du lancement d'un ballon stratosphérique à partir du sol, un tel procédé présente également des avantages dans chacune des phases de gonflage, de largage et de montée au plafond. Lors de la phase de gonflage, en premier lieu, l'utilisation du système housse/coulisseau à partir d'une position du coulisseau située en dessous des manches de gonflage, permet d'obtenir une sortie continue de l'enveloppe au fur et à mesure de l'injection de gaz, sans les à-coups dus au largage des étrangleurs et avec un minimum de prise au vent de la traîne non gonflée et houssée. Un gain en terme de vent admissible est donc possible, et de plus l'absence d'interventions nécessitées jusqu'à l'heure actuelle par la mise en place et l'éjection des étrangleurs s'avère très intéressante. Lors de la phase de largage, le même coulisseau et la même housse permettent de limiter la mise en champignon de la bulle de gaz, le déploiement transversal et la prise au vent correspondante de la traîne. Enfin, durant l'ascension, le coulisseau et la housse permettent de minimiser les effets des turbulences atmosphériques ou cisaillements, et donc notamment conduisent à une plus grande souplesse en ce qui concerne les contraintes opérationnelles. I1 est à rappeler, en outre, que durant cette phase, la présence du coulisseau diminue de façon notable les risques de roulage de la housse dans la zone de déchirure. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, on frette une des extrémités de la housse, et on solidarise cette extrémité frettée au pôle supérieur du ballon. Cette disposition permet, en effet, de redistribuer au niveau du pôle supérieur du ballon, les efforts résultant du frottement du coulisseau sur la housse, et ainsi d'éviter de faire travailler au "pelage" la zone d'assemblage de la housse sur le ballon. Par ailleurs, dans le cas d'un ballon cylindrique, on positionne préférentiellement le coulisseau à une distance du pôle supérieur dudit ballon sensiblement égale au diamètre de ce dernier dans son état de plénitude. L'invention s'étend à un dispositif de protection d'un ballon comprenant - une housse de diamètre adapté pour loger le ballon dans son état dégonflé, ladite housse comportant un ruban d'assemblage longitudinal apte à permettre de la solidariser le long d'une génératrice du ballon, et une ligne longitudinale d'affaiblissement déchirable, - un coulisseau annulaire adapté pour enserrer la housse, présentant une face de révolution de contact avec ledit ballon de forme courbe et convexe, définissant un col de diamètre inférieur à celui de ladite housse mais adapté pour autoriser un passage d'air au travers dudit col, et comportant de part et d'autre de ce col des portions de surface divergentes. Selon une première variante de réalisation préférentielle, la ligne d'affaiblissement de la housse est constituée par une zone fragilisée de moindre épaisseur que l'épaisseur courante de ladite housse. A titre d'exemple, une telle housse peut être réalisée en polyéthylène de 15, 25 ou 50 microns, la zone de déchirure étant réalisée en polyéthylène de 3, 5 ou 15 microns. Selon une deuxième variante de réalisation préférentielle, la ligne d'affaiblissement de la housse est délimitée par deux rubans de renfort longitudinaux, ladite housse présentant au niveau d'une de ses extrémités une amorce de déchirure de ladite ligne d'affaiblissement. Dans ce cas, la housse peut être par exemple réalisée en polyester de 6, 8 ou 12 microns, la zone de déchirure de cette housse étant bordée de rubans adhésifs en polyester. Selon une autre caractéristique de l'invention, la face de révolution du coulisseau annulaire comporte des portions de surface divergentes présentant un profil entièrement courbe de façon à définir un col circulaire. De plus, de façon avantageuse, une des portions de surface divergentes, dite aval, destinée à être au contact de la bulle gonflée du ballon présente une courbure plus prononcée que l'autre portion de surface divergente, dite amont, conférant à ladite face de révolution la forme d'une tuyère. Selon une autre caractéristique de l'invention, la housse peut comporter longitudinalement au moins deux tronçons de diamètres différents. Cette disposition permet en effet de changer les caractéristiques de fonctionnement du coulisseau et ainsi par exemple de freiner le déplacement de ce coulisseau pour des volumes de gonflage prédéterminés, en augmentant la section de la housse, de façon à obtenir, dans des tranches d'altitude données, une rigidité de forme plus importante apte à permettre de supporter des turbulences. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexes qui en représentent, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation préférentiels. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description - La figure 1 est une vue de face schématique représentant un ballon équipé d'un système de protection conforme à l'invention, en cours de gonflage durant sa descente sous parachute. - la figure 2 est une vue de face partielle de ce ballon représentant l'extrémité inférieure de la bulle dudit ballon, et la portion supérieure de la traîne de la housse, - la figure 3 en est une coupe longitudinale partielle par un plan axial, - la figure 4 est une vue de face d'une housse conforme, à l'invention, - la figure 5 est une coupe transversale par un plan A de cette housse, à l'intérieur de laquelle est logé un ballon, - la figure 6 est une coupe longitudinale par un plan axial d'un coulisseau conforme à l'invention, - et les figures 7 et 8 sont des schémas représentant respectivement les phases de gonflage et de largage à partir du sol d'un ballon stratosphérique équipé d'un dispositif de protection. Le dispositif de protection conforme à l'invention, représenté aux figures 4 à 6, se compose d'une housse cylindrique 1 de diamètre adapté pour loger un ballon dans son état dégonflé, et d'un coulisseau annulaire 2 destiné à enserrer cette housse 1 et présentant un col 3 de diamètre inférieur à celui de cette dernière. En premier lieu, le processus de réalisation de la housse 1 représentée aux figures 4 et 5 consiste à : - découper une bande rectangulaire dans un matériau tel que du polyester, présentant une longueur similaire à celle du ballon dans son état dégonflé, et une largeur égale au périmètre désiré de la housse fonction de l'encombrement du ballon dans son état dégonflé, additionnée d'une marge destinée à la fermeture de cette housse 1, - solidariser, au moyen d'une colle thermoactivable, sur la marge de la bande et sensiblement au tiers de la largeur de cette dernière deux rubans 4, 5 de polyester respectivement de fermeture de la housse 1 et d'assemblage de cette dernière le long d'une génératrice du ballon, - solidariser sur l'autre face de la bande, en position symétrique par rapport au ruban d'assemblage 5, deux rubans adhésifs en polyester 6, 7 disposés à faible distance l'un de l'autre de façon à délimiter une zone longitudinale de déchirure 8, - a réaliser une amorce de déchirure au droit d'une des extrémités de la housse, - à solidariser le ruban d'assemblage 5 le long d'une génératrice du ballon par réactivation de la colle thermo-activable, - à refermer la housse autour du ballon par réactivation de la colle thermo-activable du ruban de fermeture 4, de façon que l'amorce de déchirure soit située en regard du pôle supérieur de ce ballon, - et à fretter l'extrémité de la housse 1 autour du pôle supérieur du ballon au moyen par exemple de fils de polyester 20. Le coulisseau annulaire 2 représenté à la figure 6 est, quant à lui, réalisé en mousse de polystyrène et comporte une face de révolution 9 de contact avec le ballon présentant un col 3 de diamètre sensiblement égal à la moitié de celui de la housse 1. Cette face de révolution 9 présente la forme d'une tuyère et comporte, à cet effet, de part et d'autre du col 3, deux portions de surface divergentes 9a, 9b, présentant un profil entièrement courbe. De plus, la portion de surface divergente aval 9b destinée à être au contact de la bulle du ballon 10, présente une courbure plus prononcée et une longueur inférieure à celle de la portion de surface divergente amont 9a. Par ailleurs, au droit des extrémités de ces portions divergentes 9a, 9b, la tangente à celles-ci est inclinée par rapport à l'axe de symétrie longitudinal du coulisseau annulaire, respectivement d'un angle de l'ordre de 600 pour la portion de surface aval 9b, et de 450 pour la portion de surface amont 9a. Ce coulisseau 2 est destiné à être disposé autour de la housse 1 en l'enfilant par l'une des extrémités, pôle ou crochet, du ballon 10 jusqu'à le positionner à une distance du pôle nord de ce ballon égale sensiblement au diamètre de ce dernier dans son état de plénitude, dans le cas d'un ballon cylindrique. Il est à noter toutefois que dans le cas où le diamètre du col 3 du coulisseau 2 ne permet pas de l'enfiler par l'une des extrémités du ballon, ce coulisseau 2 peut être réalisé en deux parties solidarisées au moyen de clavettes et d'un frettage externe. La figure 1 représente un ballon 10 équipé d'une housse 1 et d'un coulisseau 2 tels que ci-dessus décrits, en cours de gonflage durant sa descente sous un parachute 11, ce ballon 10 étant, de façon classique, associé à un équipement 12 de gonflage et de servitudes et portant une nacelle 13. Tel que représenté sur cette figure et sur les figures 2 et 3, la housse 1 est enserrée par le coulisseau 2 et la déchirure de cette housse 1 se produit juste au-dessus dudit coulisseau. De plus, la traîne de cette housse 1 non gonflée mais remplie de gaz aérostatique présente un diamètre supérieur à celui du col 3 du coulisseau 2 et forme un frein permettant de maintenir ce coulisseau 2 au contact de la partie supérieure gonflée du ballon 10 et ce durant la totalité du gonflage de ce ballon. Les figures 7 et 8 représentent quant à elles les phases de gonflage et de largage d'un ballon stratosphérique 15 à partir du sol. Durant la phase de gonflage (figure 7) où le ballon 15 est maintenu au moyen d'un largueur 16, le coulisseau 2 initialement positionné en dessous des manches de gonflage 17 permet d'obtenir une sortie en continu de l'enveloppe au fur et à mesure de l'injection de gaz. Ensuite, lors du largage (figure 8), le coulisseau 2 et la housse 1 permettent de limiter la mise en champignon de la bulle de gaz, le déploiement transversal et la prise au vent correspondante de la traîne. REVENDICATIONS 1/ Procédé de protection d'un ballon (10 15) lors de la phase de gonflage de ce dernier, soit en altitude, soit au sol, caractérisé en ce que - on loge le ballon (10 ; 15) dans son état dégonflé à l'intérieur d'une housse (1) dotée d'une ligne longitudinale d'affaiblissement déchirable (8), - on solidarise la housse (1) le long d'une des génératrices du ballon, - et on enserre la housse (1), à une distance prédéterminée du pôle supérieur du ballon (10 15), au moyen d'un coulisseau annulaire (2) présentant une face de révolution (9) de contact avec ledit ballon de forme courbe et convexe, définissant un col (3) de diamètre inférieur à celui de ladite housse mais adapté pour autoriser un passage d'air au travers dudit col, et comportant de part et d'autre de ce col (3) des portions de surface (9a, 9b) divergentes. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on frette une des extrémités de la housse(1), et en ce que l'on solidarise cette extrémité frettée au pôle supérieur du ballon (10 ; 15). 3/ - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 de protection d'un ballon cylindrique (10 ; 15), caractérisé en ce que 1 on positionne le coulisseau (2) à une distance du pôle supérieur dudit ballon sensiblement égale au diamètre de ce dernier dans son état de plénitude. 4/ - Dispositif de protection d'un ballon (10 ; 15) lors de la phase de gonflage de ce dernier, soit en altitude, soit au sol, caractérisé en ce qu'il comprend - une housse (1) de diamètre adapté pour loger le ballon (10 ; 15) dans son état dégonflé, ladite housse comportant un ruban d'assemblage longitudinal (5) apte à permettre de la solidariser le long d'une génératrice du ballon, et une ligne longitudinale d'affaiblissement déchirable (8), - un coulisseau annulaire (2) adapté pour enserrer la housse (1), présentant une face de révolution (9) de contact avec ledit ballon de forme courbe et convexe, définissant un col (3) de diamètre inférieur à celui de ladite housse mais adapté pour autoriser un passage d'air au travers dudit col, et comportant de part et d'autre de ce col (3) des portions de surface (9a, 9b) divergentes. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le col (3) du coulisseau (2) présente un diamètre sensiblement égal à la moitié de celui de la housse (1). 6/ Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la housse (1) comporte un frettage (20) au droit de l'une de ses extrémités. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la ligne d'affaiblissement (8) de la housse (1) est constituée par une zone fragilisée de moindre épaisseur que l'épaisseur courante de ladite housse. 8/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la ligne d'affaiblissement (8) de la housse (1) est délimitée par deux rubans de renfort longitudinaux (6, 7), ladite housse présentant au niveau d'une de ses extrémités une amorce de déchirure de ladite ligne d'affaiblissement. 9/ - Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la face de révolution (9) du coulisseau annulaire (2) comporte des portions de surface divergentes (9a, 9b) présentant un profil entièrement courbe de façon à définir un col (3) circulaire. 10/ - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'une des portions de surface divergentes (9b), dite aval, destinée à être au contact de la bulle gonflée du ballon (10 ; 15) présente une courbure plus prononcée que l'autre portion de surface divergente (9a), dite amont, conférant à ladite face de révolution la forme d'une tuyère. 11/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que au droit des extrémités des portions de surface divergentes (9a, 9b), la tangente à ces portions de surface est inclinée par rapport à l'axe de symétrie longitudinal du coulisseau annulaire (2), respectivement d'un angle de l'ordre de 600 pour la portion de surface aval (9b), et de 450 pour la portion de surface amont (9a). 12/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que la housse (1) comporte longitudinalement au moins deux tronçons de diamètres différents.