Brevet FR2762399A1 — publié le 19981023

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 sont faits avec une enveloppe dilatable. Il est effet bien connu que sous l'effet de la vitesse verticale ce type de ballon présente au cours de la montée des mouvements parasites importants qui sont dus à l'existence de mouvements tourbillonaires, lesdits mouvements pouvant fausser gravement les mesures. On conçoit donc facilement que si on veut que ces ballons restituent le plus fidèlement possible les mouvements de l'atmosphère il faille diminuer au maximum l'amplitude de ces mouvements parasites et donc augmenter au maximum leur stabilité en cours de montée. De façon générale, il est nécessaire pour améliorer la réponse d'un ballon aux variations de la vitesse de l'air de lui assurer simultanément un écoulement le plus turbulent possible dans sa couche limite et un profil aérodynamique très stable. Le dispositif suivant l'invention permet d'arriver à ce résultat dans le cas de ces ballons météorologiques fermés et en matériau dilatable. Il comporte en effet suivant une première caractéristique, un ballon secondaire lui aussi fermé et fixé de façon semi-rigide au dessus du pôle du ballon principal dont on veut améliorer la stabilité , ledit ballon secondaire étant en amont du ballon principal et ayant une enveloppe en matériau dilatable de telle sorte que son volume augmente avec l'altitude dans les mêmes proportions que celui du ballon principal. L'effet du ballon secondaire qui est avantageusement pris de plus petite dimension que le ballon principal est,d'une part, de créer derrière lui, et donc sur la surface du ballon principal, un sillage turbulent favorisant sa réponse au vent et, d'autre part, de donner à l'ensemble des deux ballons un profil aérodynamique stable. Suivant une seconde caractéristique de l'invention, on utilise pour fixer de facon semi-rigide un ou plusieurs éléments sur le ballon principal un système d'ancrage tel que c'est l'enveloppe elle même du ballon qui assure de par son élasticité la rigidité de la fixation. Pour ce faire cette enveloppe est interposée entre deux pièces cylindriques de même axe et faites en un matériau rigide mais déformable de type mousse, lesdites 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 ladite enveloppe ce qui assure à la fois la rigidification de l'ensemble des deux pièces avec le ballon principal et une répartition optimale des contraintes sur l'enveloppe. Suivant une troisième caractéristique de l'invention, ce système d'ancrage est utilisé pour fixer de facon semi-rigide le ballon secondaire sur le pôle supérieur du ballon principal et ce au moyen d'un système dit de liaison qui est solidaire du ballon secondaire et qui vient s'emboiter de façon rigide sur le système d'ancrage. Selon des modes particuliers de réalisation: - Le ballon secondaire a une forme sensiblement sphérique et il est fixé directement sur un ensemble de liaison constitué de pièces cylindriques, ensemble qui vient s'emboiter dans le cylindre central de la pièce du système d'ancrage extérieure au ballon principal. - Au voisinage de l'axe de symétrie du système d'ancrage l'enveloppe du ballon principal est percée d'un ou plusieurs orifices destinés à permettre le passage de fils électriques transmettant des informations entre les parties inférieures et supérieures du ballon - La pièce d'ancrage du ballon principal est munie de un ou plsieurs mâts servant à la fixation de capteurs aérologiques tels que ceux de température ou d'humidité. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente en coupe, le dispositif suivant l'invention utilisant comme ballon secondaire un ballon de forme sensiblement sphérique. La figure 2 représente en coupe le détail de la pièce d'ancrage sur le ballon principal. La figure 3 représente toujours en coupe le détail de la fixation du ballon secondaire sur le système de liaison ainsi que sa fixation avec la pièce d'ancrage. La figure 4 enfin représente à titre d'exemple non limitatif une variante du dispositif dans lequel on utilise la pièce d'ancrage pour la fixation de capteurs au dessus du ballon principal et le passage à travers le ballon de fils électriques conduisant l'information entre ces capteurs et la nacelle aérologique du bas. En référence à ces dessins la pièce d'ancrage (3) est fixée de facon semi-rigide sur le pôle supérieur du ballon principal (1) sous lequel est accrochée de manière classique par un fil (6) une nacelle de mesure aérologique (2). Le ballon secondaire (5) est solidaire d'une pièce de liaison (4) qui est elle même fixée rigidement sur la pièce d'ancrage (3). Au cours de la montée suivant la flèche f le ballon principal (1) se trouve sous le vent du ballon secondaire (5) et donc dans son sillage turbulent. De plus le système des deux ballons présente une axe privilégié de symétrie favorisant la stabilité aérodynamique en montée. Au fur et à mesure que la pression diminue le volume des deux ballons augmente dans les mêmes proportions ce qui leur donne toujours la même configuration géométrique et aérodynamique à une homothétie près. La figure 2 représente le dispositif du système d'ancrage selon l'invention. Les deux pièces le 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 principal 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 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 F 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 S de (7) de surface suffisamment importante pour assurer à la fois la rigidité de l'ancrage sur le pôle du ballon et des contraintes mécaniques sur l'enveloppe faibles. La figure 3 représente à titre d'exemple non limitatif une coupe du système de liaison du ballon secondaire et de sa fixation sur le système d'ancrage.Il est constitué essentiellement de deux pièces en matériau rigide et déformable de type mousse.La première pièce(13) est un cylindre de diamètre extérieur D qui est percé suivant son axe d'un cylindre intérieur de diamètre d. Elle possède une gorge (15) dans laquelle se trouve un collier de serrage (16).Dans cette pièce peut coulisser la seconde pièce cylindrique (14) de diamètre 10 extérieur d. (14) peut être bloquée sur (13) par le collier de serrage (16). Le ballon secondaire (5) dont l'enveloppe est (12) est, préalablement au lâcher, gonflé à un certain volume et il est rendu solidaire de la pièce (13) au moyen d'un fil (20) qui passe à travers le cylindre (14). Ce fil (20) qui est accroché par une extrémité au tube de remplissage (24) du ballon (5) passe au travers d'un disque (21) par un orifice (25). Il se termine par un noeud (22) de diamètre supérieur à celui de l'orifice (25). Le disque (21) de diamètre légèrement inférieur à d vient en butée sur le fond de (14), la liaison se faisant à travers les forces d'élasticité du ballon et de son embout (24). Le montage s'effectue de la manière suivante: Les pièces (13) et (14) n'étant pas encore solidaires par le serrage de (16), on tire la pièce(14) vers le bas de manière à assurer, le fil (20) n'étant pas extensible, un bon appui élastique de l'enveloppe (12) du ballon (5) sur la face supérieure (19) de (13) et on bloque ensuite (13) par rapport à (14) au moyen du collier de serrage (16). On fait alors pénétrer la pièce (14) dans le cylindre intérieur de (7) et on la bloque sur la pièce (7) au moyen d'un collier de serrage (18) passant dans une gorge (17) faite sur la partie supérieure de (7). Au moyen des pièces (7) et (8) formant le bloc d'ancrage 35 (3) et des pièces (13) et (14) formant le bloc de liaison (4) le ballon secondaire est alors solidaire de façon semi-rigide du ballon principal à travers les forces élastiques de l'enveloppe. Selon une variante de l'invention la pièce d'ancrage (3) peut être utilisée pour le passage de fils électriques à travers le ballon entre le pôle supérieur et la nacelle de mesure inférieure (2) qui est accrochée en dessous . A cette fin et suivant la figure 4 qui représente en coupe le dispositif suivant l'invention, des fils électriques (29a) et (29b) en provenance de la nacelle (2) passent à l'intérieur d'une gaine cylindrique (28) qui traverse d'abord la pièce (8) à travers un conduit cylindrique (29) percé à cet effet et ensuite l'enveloppe (11) du ballon principal à travers un trou (30). Le diamètre du trou (30) a été choisi suffisamment petit pour que l'enveloppe (11), qui n'est pratiquement pas soumise aux forces de tension liées à l'augmentation du volume du ballon en raison du serrage de (11) entre (7) et (8) dans la région resserrée par le collier (10), adhère parfaitement sur le conduit (28) de manière à minimiser les fuites à l'extérieur du gaz contenu dans le ballon principal. Toujours pour minimiser ces fuites un matériau souple assurant l'étanchéite sera intercalé entre les fils (29a) et (29b) et la paroi intérieure de (28) . Le conduit (28) est ensuite fixé rigidement à un cylindre (26) de diamètre extérieur d qui est solidaire de la pièce (7). Les fils (29a) et (29b) passent ensuite à travers des mâts (31) et (32) et arrivent à des capteurs de température (33) et d'humidité (34). Les mats sont fixés à la pièce (7) et leur longueur sera choisie assez grande pour que les capteurs (33) et (34) ne se trouvent pas dans le sillage du ballon secondaire. Il reste bien évident qu'au moyen d'un collier (18) et suivant la figure 3, la pièce (7) peut en même temps être rendue solidaire d'un bloc de liaison fixé à un ballon secondaire servant à augmenter la stabilité du ballon principal. REVENDICATIONS 1-) Dispositif pour stabiliser les ballons de sondage météorologiques de type fermés et construits en matériau dilatable caractérisé par le fait qu'un second ballon, dit ballon secondaire, de plus petite taille et lui aussi fermé et en matériau dilatable, est placé en amont du ballon de sondage, dit ballon principal, de manière à créer une turbulence supplémentaire dans l'écoulement de l'air autour dudit ballon principal et à donner à l'ensemble des deux ballons un profil aérodynamique visant à obtenir une grande stabilité pendant la montée. 2-) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les matériaux des enveloppes des deux ballons sont choisis tels que la dilatation des des ballons fermés principal et secondaire soit comparable de telle sorte que, au fur et à mesure que sous l'effet de la diminution de pression leurs volumes augmentent, le rapport de leurs diamètres reste sensiblement constant de manière à conserver au système pendant la montée les mêmes caractéristiques aérodynamiques. 3-) Dispositif suivant les revendications 1 et 2 assurant la fixation du ballon secondaire sur le ballon principal par l'intermédiaire d'un système d'ancrage semi-rigide caractérisé par le fait que c'est l'enveloppe elle même du ballon principal qui assure, de par sa tension élastique liée à l'augmentation du volume en cours de montée, à la fois la rigidité de cet ancrage et l'auto-limitation des contraintes mécaniques sur ladite enveloppe.