Brevet FR2862043A1 — publié le 20050513

Domaine de l'invention: L'invention concerne un véhicule sous-marin autonome possédant un système d'ancrage escamotable et un ou plusieurs systèmes de production d'électricité afin de recharger les batteries électriques nécessaires au fonctionnement du véhicule et à la propulsion. Le ou les systèmes de production d'électricité peuvent fonctionner de façon réversible et servir de système de propulsion. Technique antérieur: Il existe des petits véhicules sous-marins autonomes équipés de matériels de mesure, de détection et/ou de manipulation, qui peuvent être mis à l'eau depuis une plate-forme ou un bâtiment de surface, et qui selon les cas, soit sont indépendants de la plate-forme ou du bâtiment de surface mais ont une autonomie énergétique très limitée, soit sont reliés à la plate-forme ou du bâtiment de surface par un câble de liaison les alimentant en énergie et ne peuvent avoir aucune autonomie énergétique. L'autonomie des systèmes, non reliés par câble, dépend directement de la capacité énergique embarquée. En général, un ensemble de piles électrochimiques ou à combustible fourni la puissance électrique nécessaire à l'alimentation des propulseurs et des fonctions du véhicule sous-marin. Une fois que le véhicule a consommé son énergie, il doit être remonté sur la plate-forme ou sur le bâtiment de surface pour pouvoir être ravitaillé. Exposé de l'invention L'invention a pour but d'apporter une solution satisfaisante au problème de l'indépendance énergétique des véhicules sous-marins autonomes en équipant ces véhicules de moyens pour recharger les batteries électriques sans intervention externe. Selon l'invention, ce véhicule est caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système d'ancrage escamotable et d'un ou de plusieurs systèmes de génération d'électricité pour recharger les batteries. Ce ou ces systèmes de génération d'électricité sont composés d'une turbine et d'une génératrice qui peuvent fonctionner de façon réversible: lorsque la génératrice électrique est alimentée par les batteries électriques, elle devient motrice et la turbine propulse le véhicule. Le système d'ancrage escamotable est composé d'un dérouleur enrouleur électrique de câble, d'un câble et d'un grappin. Le système d'ancrage est situé en dessous de l'axe de poussé des moyens de propulsion, sur le plan longitudinal médian de symétrie latéral du véhicule et dans la partie de la structure du véhicule en arrière du ou des systèmes de production d'électricité. La ou les systèmes de production d'électricité sont situés en arrière du véhicule sous-marin, chaque turbine est associée à un divergent qui devient convergeant lors de la propulsion. Dans le cas d'un système unique de production d'électricité, le générateur électrique sera préférentiellement constitué d'un rotor périphérique et d'un stator axial, par exemple la partie rotor pourra être réaliser avec des aimants permanents. Le stator, la partie centrale de la génératrice, permettra de maintenir le système d'ancrage placé en arrière de la turbine. La turbine a des pales symétriques facilitant le travail dans les deux sens d'écoulement du flux au 5 sein du convergent-divergent. Dans le cas où le véhicule a besoin d'une vitesse de déplacement rapide, le véhicule sera équipé avec un ou de plusieurs systèmes complémentaires uniquement dédiés à la propulsion, le profil des hélices sera adapté à la propulsion; Dans le cas où le besoin en énergie est important mais où la vitesse de déplacement est faible, le véhicule sera équipé d'un ou plusieurs systèmes complémentaires de génération d'électricité, les pales seront alors profilées pour la production d'électricité. Dans le cas où le besoin en énergie est important et la vitesse de déplacement est rapide, le véhicule pourra être équipé de plusieurs systèmes réversibles de génération d'électricité et de 15 propulsion, les pales auront alors un profil symétrique. Selon l'invention, les pales des systèmes uniquement dédiés à la production d'énergie seront mises en rideau lors des déplacements du véhicule pour réduire la traînée. Afin de rigidifier les pales et éviter les vibrations et la fatigue, un anneau peut être fixé à l'extrémité des pales et ainsi les solidariser les unes aux autres. Un avantage complémentaire de l'utilisation de ces turbines est leur signature acoustique. Les émissions acoustiques générées par les turbines du véhicule sont identiques aux signaux sonores émis par les systèmes de production d'énergie hydroélectrique à partir de l'exploitation de l'énergie cinétique des courants, car elles sont construites suivant les mêmes technologies. Selon l'invention, des ailettes sont placées le long du corps du véhicule, elles sont soit mobiles autour d'un axe, soit équipées de gouverne mobile afin d'orienter et de stabiliser le véhicule dans ses déplacements et dans le courant pendant la recharge. Elles empêchent la mise en rotation du véhicule sur lui-même. Ces ailettes positionnent en dynamique le véhicule en altitude par rapport au fond et à la surface, et l'orientent lors de ces déplacements ou dans le sens du courant lors des phases de recharge. Selon l'invention, le véhicule sera muni de ballasts et de réservoirs de gaz comprimés afin de permettre un réglage de la flottaison. Une amélioration pour les missions de longue durée qui pourront épuiser les réserves de gaz, sera d'équiper les ballasts avec des systèmes d'électrodes, lorsque véhicule à besoin de vider l'eau des ballasts, alors il suffira de réaliser l'électrolyse de l'eau pour remplir les ballasts de gaz. Une amélioration supplémentaire et d'installer un compresseur de gaz dans le véhicule. Lorsque le véhicule produit de l'électricité, il réalise l'électrolyse de l'eau dans deux ballasts indépendants, un pour récupérer le gaz hydrogène et l'autre le gaz oxygène, le compresseur comprime séparément les deux gaz et recharge les réservoirs de gaz. Le véhicule est utilisé de la façon suivante: Lorsque le véhicule a besoin de recharger ses accumulateurs, il se place dans un courant d'eau (courant marin, de marée ou de rivière), règle sa profondeur, déroule son câble d'arrimage et s'ancre. Le véhicule s'oriente dans le courant de façon à ce que la ou les turbines soient placées en amont dans le sens du courant, les ailettes stabilisent le positionnement en altitude afin d'éviter qu'il vienne se coucher sur le fond. La ou les turbines entraînent la ou les génératrices qui produisent de l'électricité et rechargent les batteries et/ou les réservoirs de gaz. Grâce aux caractéristiques de l'invention, le véhicule sous-marin est autonome énergiquement, il n'a pas besoin de câble de liaison avec un bâtiment pour son alimentation électrique, ni de ravitaillement dans le cas où le véhicule est alimenté électriquement par pile ou par utilisation de combustible. Le véhicule gère son besoin en énergie en fonction de la capacité de ses stockages en énergie électrique et de sa puissance de recharge. Les systèmes de stockages de l'électricité seront soit des batteries électrochimiques, soit des piles à combustible dans le cas où un compresseur des gaz d'électrolyse de l'eau est embarqué dans le véhicule. Il peut se déplacer à l'aide ses propulseurs et choisir le site le plus adéquate pour réaliser sa mission, soit en fonction de paramètres préenregistrés, soit en fonction des calculs effectués en cours de mission. Le véhicule peut se mettre en position d'attente en s'ancrant sur le fond, et attendre soit la fin de la charge des batteries, soit un réveil par action externe. Un autre avantage de l'invention est que le véhicule peut être équipé d'outils, les extrémités des ailettes de positionnement ou des ailes sont aptes à recevoir des appareils autonomes. Des systèmes électromagnétiques permettent de maintenir les engins et de les larguer par simple impulsion électrique. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages, détails et caractéristiques de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique de coté de ce véhicule selon l'invention; La figure 2 est une vue arrière de ce véhicule; - La figure 3 est une vue de dessous de ce véhicule; La figure 4 représente schématiquement une vue de dessous d'un véhicule équipé de 2 systèmes de production d'électricité réversibles associés à un système dédié à la 10 propulsion; La figure 5 représente la vue arrière du véhicule de la figure 4. Meilleure réalisation de l'invention: On fera d'abord référence aux figures 1 à 3, qui représentent schématiquement un véhicule sous-15 marin autonome selon l'invention. Dans la forme de réalisation représentée, ce véhicule 10 est composé d'un corps 11 dans lequel sont placés les organes de commandes et les batteries. Sur le corps est fixé un certain nombre de réservoir de gaz comprimé 14, ils sont préférentiellement situés sur le dessous du corps et répartis symétriquement par rapport au plan longitudinal de symétrie latéral du véhicule. Au milieu du véhicule, quatre ailettes 12 équipées de gouverne 13 sont placées à équidistance l'une de l'autre autour du corps et leur plan de symétrie est parallèle à l'axe longitudinal du véhicule, elles permettent de stabiliser en profondeur et en assiette, de diriger lors des déplacements et d'éviter la mise en rotation du véhicule lors des phases de déplacement et de recharge des batteries. En arrière des ailettes, se trouve la turbine 15 à la périphérie de laquelle est placé le divergent 16. Le véhicule comprend sur le dessous de la partie arrière, un système d'ancrage composé d'une ancre 17 et d'un câble 18, le système est escamotable et lors des déplacements l'ancre 17 vient se loger dans la réserve 19 prévue à cet effet. Le système dérouleur enrouleur électrique câble n'est pas représenté, il est installé dans la partie arrière du véhicule dans le prolongement du stator central de la turbine. Sur les cotés et sur le dessus de la partie arrière sont placés des ailerons 20 pour la stabilisation du véhicule. Le véhicule 21 représenté sur les figures 4 et 5 est une configuration plus complexe du véhicule 10 décrit précédemment, il possède deux turbines 15 associées chacune à un divergent 16, et une hélice carénée 22 dédiée à la propulsion. Le corps 11 protège les organes de commandes et les batteries qui ne sont pas représentés. Les réservoirs de gaz comprimés 14 sont disposés préférentiellement sur le dessous du corps 11 et répartis symétriquement par rapport au plan longitudinal de symétrie latéral du véhicule. Au milieu du véhicule, deux ailettes 12 sont placées dans le plan vertical et leur plan de symétrie est parallèle à l'axe longitudinal du véhicule, elles sont mobiles autour d'un axe vertical non représenté afin de servir de gouvernail pour orienter le véhicule. Sur le plan horizontal, sont fixées deux ailes 23 sur lesquelles sont installées deux turbines 15 avec leur génératrice protégée dans un carter étanche 24, chacune des turbines est associée à un divergent 16. Le bout des ailes 23 est équipé de gouverne 13 afin de maintenir l'assiette du véhicule. Sur la partie arrière du corps du véhicule et en dessous, se trouve le logement 19 du système d'ancrage, le câble et l'ancre ne sont pas représentés. Sur les deux flans dans le plan horizontal et au-dessus dans le plan vertical sont disposés trois ailerons 20 pour la stabilisation du véhicule. Une hélice carénée 22 est fixée à l'arrière du véhicule, son axe de rotation est confondu avec l'axe central du corps du véhicule. A titre d'exemple, un véhicule comprenant une seule turbine mixte pouvant servir de propulseur, a un corps de 3 mètres de long d'un diamètre de 0,4 mètre, le divergent de la turbine a un diamètre extérieur de 2 mètres. Cette unité est équipée d'un stockage électrique de l'ordre de 15 kilo Watt heure, la turbine peut générer une puissance maximum de recharge de 10 kilo Watt dans des courants de 6 noeuds. Le dimensionnement des batteries est réalisé afin d'avoir assez d'énergie pour maintenir le véhicule en veille pendant 1 semaine, durée d'une période de mortes eaux durant laquelle la génération électrique est faible. Le véhicule sera capable d'opérer jusqu'à une profondeur de 100 mètres, mais son système d'ancrage n'est prévu qu'avec un câble d'une longueur maximum de 20 mètres, les courants marins susceptibles d'entraîner la turbine sont situés près des côtes dans des zones de faible profondeur. Revendications 1) Véhicule sous-marin autopropulsé (10) caractérisé par ce qu'il est équipé d'un système d'ancrage escamotable et d'un ou de plusieurs systèmes de production d'électricité pour recharger ses batteries électriques. Chaque système de production d'électricité est constitué d'une turbine (15) associée à un divergent (16) et d'un générateur. Ce ou ces systèmes peuvent être alimentés en électricité par les batteries et ainsi propulser le véhicule. 2) Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'ancrage escamotable est composé d'un dérouleur enrouleur électrique de câble, d'un câble (18) et d'un grappin (17). II est installé en dessous de l'axe de poussée des systèmes de production d'électricité, sur le plan longitudinal médian de symétrie latéral du véhicule et dans la partie de la structure du véhicule en arrière du ou des systèmes de production d'électricité du véhicule. 3) Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor de la génératrice est situé en périphérie du stator dans le cas où il n'y a qu'un seul système de production 15 d'électricité réversible. 4) Véhicule selon la revendication 1 et 3, caractérisé en ce que le système d'ancrage est solidaire du stator; 5) Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les turbines (15) sont constituées de pales symétriques permettant la production d'électricité et la propulsion. 6) Véhicule selon la revendication 1 et 5, caractérisé en ce que les pales symétriques soient solidarisées les unes aux autres par un anneau fixé à leur extrémité. 7) Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en plus du ou des systèmes de production d'électricité, un ou plusieurs propulseurs (22) comprenant chacun: une hélice carénée et un moteur alimenté électriquement. 8) Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs systèmes de production d'électricité dont au moins une des turbines (15) est spécifiquement dédiée à la production d'électricité et le profil des pales est adapté au captage de l'énergie des courants. 9) Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des ailettes (12) de positionnement ou des ailes (23) sont aptes à recevoir des appareils autonomes. Des systèmes électromagnétiques permettent de maintenir les engins et de les larguer par simple impulsion électrique.