Brevet FR3033158A1 — publié le 20160902

CARENAGE, ELEMENT ALLONGE CARENE ET ENSEMBLE DE REMORQUAGE La présente invention concerne les câbles tracteurs carénés utilisés sur un navire pour tracter un corps submersible largué en mer et la manutention de ces câbles. Elle concerne plus particulièrement les câbles tracteurs carénés au moyen d'écailles ou de tronçons articulés entre eux. Elle s'applique également à tout type d'élément allongé caréné destiné à être au moins partiellement immergé. Le contexte de l'invention est celui d'un bâtiment naval ou navire destiné à tracter un objet submersible tel qu'un sonar à immersion variable intégré dans un corps remorqué. Dans un tel contexte, en phase non opérationnelle le corps submersible est stocké à bord du navire et le câble est enroulé autour du touret d'un treuil permettant d'enrouler et de dérouler le câble, c'est-à-dire de déployer et de récupérer le câble. Inversement en phase opérationnelle, le corps submersible est immergé derrière le navire et tracté par ce dernier au moyen du câble dont l'extrémité reliée au corps submersible est immergée. Le câble est enroulé/déroulé par le treuil au travers d'un dispositif de guidage du câble qui permet de guider le câble. Pour obtenir une forte immersion à des vitesses de remorquage importantes, le câble de remorquage est caréné ce qui permet de réduire sa traînée hydrodynamique ainsi que les vibrations engendrées par l'écoulement hydrodynamique autour du câble. Le câble est revêtu d'un carénage segmenté composé de carènes rigides présentant des formes destinées à réduire la traînée hydrodynamique du câble. Le rôle de la gaine constituée par les carènes consiste à réduire les turbulences de sillage produites par le mouvement du câble dans l'eau, lorsque celui-ci est plongé dans l'eau et tracté par le navire. La rigidité des carènes est nécessaire pour de grandes immersions allant de pair avec de grandes vitesses de remorquage d'au moins 20 noeuds. Les carénages souples sont intéressants uniquement pour profiler économiquement des chaînes ou des câbles de bouées soumis à des courants marins ou au pire tractés à des vitesses de 6 à 8 noeuds. Dans le cas de l'utilisation d'éléments de carénage rigides, la segmentation du carénage en carènes est nécessaire pour que le câble puisse passer au travers des éléments de guidage du type poulie, et de 3033158 2 façon à pouvoir supporter un débattement latéral du câble en cas de changement de cap du navire et de façon à pouvoir être enroulé sur le touret d'un treuil. En état de fonctionnement normal, les carènes sont montées mobiles 5 en rotation autour de l'axe longitudinal du câble. Il est en effet nécessaire que les carènes puissent tourner librement autour du câble afin d'être correctement orientées par rapport au flux de l'eau. Chaque carène est cependant liée à ses deux voisines axialement et en rotation autour du câble de façon à pouvoir pivoter par rapport à elles autour d'un axe parallèle à l'axe 10 x d'un angle maximal faible de l'ordre de quelques degrés. Ce lien inter carènes permet en particulier à l'ensemble de carénage de pouvoir passer avec fluidité dans tous les éléments de guidage. Par suite, la rotation d'une d'une carène entraîne une rotation de ses voisines et de proche en proche celle de l'ensemble des carènes. Dès lors, aussi bien lorsque le câble est 15 déployé dans l'eau que lorsqu'il est enroulé autour du touret, tout changement d'orientation d'une des carènes, affecte de proche en proche l'ensemble des carènes carénant le câble. Ainsi lorsque le câble est déployé en mer les carènes s'orientent naturellement dans le sens du courant engendré par le mouvement du bâtiment. De la même façon, le dispositif de 20 guidage est classiquement configuré pour orienter et guider les carènes qui le traversent de façon qu'elles présentent une orientation prédéfinie par rapport au touret du treuil, toutes les carènes adoptent au fil de la remontée du câble une même orientation relativement au touret, orientation qui permet d'enrouler le câble en maintenant les écailles parallèles les une aux autres 25 de tour à tour. Or, la demanderesse a constaté que, lorsque l'on vient enrouler le câble caréné autour du touret d'un treuil afin de récupérer le corps remorqué, il arrive occasionnellement que le carénage soit fortement détérioré voir broyé au moment de son passage dans les dispositifs de 30 guidage, ce qui peut rendre indisponible tout le système sonar. Il peut même arriver que ceci détériore le dispositif de guidage. À titre d'exemple, certains systèmes de sonars à immersion variable installés sur certains navires et opérés de manière normale par des équipages militaires rencontrent des problèmes de broyage de carènes environ une fois par an et parfois bien 35 plus souvent. Ce broyage peut avoir des conséquences limitées mais peut 3033158 3 aussi dégénérer, bloquer le treuil ou l'endommager et conduire ainsi à l'indisponibilité de tout le système de remorquage et par conséquent du sonar. Un but de la présente invention est de limiter les risques de 5 détérioration du carénage d'un câble remorqué. A cet effet, la demanderesse a tout d'abord, dans le cadre de la présente invention, identifié et étudié la cause de ce problème de broyage des carènes par observation du câble caréné en situation opérationnelle et par modélisation du câble caréné en situation opérationnelle et des 10 différentes forces agissant sur lui, notamment les flux hydrodynamiques et aérodynamiques ainsi que la gravité. Pendant la phase opérationnelle, le câble caréné est remorqué par le navire et présente une extrémité immergée. Très souvent, le point de remorquage est un point d'une poulie qui se trouve à une certaine hauteur 15 au-dessus de l'eau. Par point de remorquage on entend la position du point d'appui du câble sur un dispositif embarqué à bord du navire, qui est le plus proche de l'extrémité immergée du câble. Lorsque le navire avance, sous l'action de la traînée, le câble s'éloigne du tableau arrière pour disparaître sous l'eau un peu plus loin qu'à la verticale du point de remorquage. La 20 longueur de câble caréné en situation aérienne se trouve augmentée par rapport à la simple hauteur de remorquage au-dessus de l'eau car le câble se trouve incliné par rapport à la verticale. On observe que la dernière carène qui est encore en prise avec le navire, c'est-à-dire la carène qui est au point de remorquage, souvent en appui sur la poulie ou en appui sur un 25 dispositif de guidage embarqué à bord du navire, se trouve orientée correctement dans le sens du flux bien qu'elle soit bien au-dessus dans l'air (Bord d'attaque face au flux et bord de fuite à la traîne. La première carène dans l'eau (c'est-à-dire la carène juste immergée) est supposée prendre une orientation correcte dans le flux provenant de la vitesse du navire (Bord 30 d'attaque face au flux et bord de fuite à la traîne). Mais entre ces deux carènes remarquables, la colonne de carénage peut se tordre puisqu'elle est, dans l'air, juste soumise à des vibrations, un flux d'air insignifiant et la gravité. Sous l'effet des sollicitations de la mer, des conditions de remorquage et des vagues, des situations de torsion de cette colonne 35 aérienne sont régulièrement observées. La première cause de torsion est 3033158 4 causée par la gravité dès que le câble s'est écarté de la verticale, ce qui lui arrive nécessairement dès que la vitesse de remorquage est suffisante. Sous l'effet de la gravité, la colonne de carénage entre le point de remorquage et la mer va se tordre d'un côté (dans l'air) puis va se redresser (dans l'eau). 5 C'est la situation nominale de la colonne de carénage. Cette torsion est fonction de la raideur intrinsèque de la colonne de carénage mais également de la longueur aérienne. Une situation dans laquelle la partie aérienne du carénage 2 est un peu tordue, c'est-à-dire en torsion autour de l'axe du câble est représentée sur la figure 1A. Sur la figure 1A, la direction verticale dans 10 le référentiel terrestre est représentée par l'axe z et on a représenté l'orientation de la section de certaines carènes dans les zones A, B et C délimitées par des traits pointillés. Dans la situation représentée sur la figure 1A, la dernière carène 3 se trouvant en prise avec le navire est orientée verticalement (bord de fuite vers le haut) comme cela est représentée dans 15 la zone A. Les carènes qui se trouvent dans l'air entre la poulie P et la surface de l'eau S sont couchées sous l'effet de la gravité. Autrement dit, comme visible dans la zone B, le bord de fuite des carènes est orienté vers le bas (entre la poulie P et la surface S de l'eau, les carènes ont tourné autour du câble). En revanche, les carènes qui se trouvent dans l'eau sont 20 redressées sous l'action du flux de l'eau agissant selon la flèche FO comme cela est représenté dans la zone C (bord de fuite et d'attaque situés environ à la même profondeur). Il arrive de temps en temps que, suivant les conditions de mer, des paquets d'eau ou des vagues déferlantes s'abattent plus ou moins vers le 25 tableau arrière du navire en créant alors dans la partie aérienne du câble un flux momentanément inverse de celui qui règne plus bas et qui correspond à la vitesse d'avancement du navire. Ces masses d'eau sont parfaitement capables de tordre encore d'avantage la colonne de carénage et de la placer en opposition à la position attendue dans le flux normal de remorquage. 30 Dans ce cas, le carénage est vrillé et effectue, dans sa partie aérienne, un demi-tour autour du câble. Cela signifie que deux carènes de la partie aérienne de la colonne de carénage, présentent des bords de fuite formant entre eux un angle de 180 degrés autour du câble. La partie du carénage située entre ces deux carènes est vrillée ou en torsion. À partir de cette 35 situation, il peut arriver que ces parties de carénages qui sont donc à l'envers 3033158 5 par rapport au flux moyen donné par la vitesse du navire, se trouvent alors soudain baignées de nouveau par ce flux moyen (à cause des mouvement du navire, de celui des vaques etc) la partie de carénage à l'envers est donc sollicitée pour revenir dans le bon sens (lié au flux moyen normal). Elle peut 5 alors : - annuler son demi-tour et revenir à sa position initiale en décrivant la rotation inverse de celle qui l'avait amenée à l'envers. Elle se trouve alors correctement orientée. - ou ajouter au demi-tour existant un autre demi-tour qui la ramène à 10 la bonne orientation dans le flux mais ce qui a pour conséquence de vriller de 1 tour (ou 3600) la partie aérienne du carénage au-dessus d'elle et de vriller de la même manière une portion en-dessous d'elle de un tour (ou 360° mais cette fois dans l'autre sens). La partie qui était initialement à l'envers est revenue à la bonne orientation dans le flux moyen lié à la vitesse du navire 15 mais il s'est donc produit deux vrillages d'un tour l'un au-dessus dans l'air et l'autre en dessous dans l'eau. On parle de torsion complète du carénage (pouvant être traduite par twist en terminologie anglo-saxonne). Cette torsion complète est une situation stable de la colonne de carénage ou du carénage 2. Elle est représentée sur la figure 1B. Cette situation peut se 20 décrire de la manière suivante : entre le point de remorquage R et la surface de l'eau S, la colonne de carénage effectue un tour complet dans le sens de la flèche F1 autour du câble. La colonne de carénage 2 traverse la surface S et reste correctement orientée sur une certaine longueur L de l'ordre de quelques mètres ou moins parfois. Puis la colonne de carénage 2 effectue un 25 tour complet dans l'eau, en sens inverse, représenté par la flèche F2 pour revenir à la bonne orientation dans le flux. Autrement dit, le carénage subit une double torsion complète autour du câble. La double torsion comprend une torsion complète aérienne, situé au dessus de la surface de l'eau et un une torsion complète immergée, située en dessous de la surface de l'eau. 30 Toute la partie du carénage située en dessous de cette double torsion complète n'est plus du tout affectée par ce qui se passe au-dessus d'elle (ses carènes sont correctement orientées dans le flux). La configuration dans laquelle le carénage subit une double torsion est stable mais fortement dégradée et elle risque fortement d'apporter par la 35 suite de grosses perturbations sur l'ensemble du système. 3033158 6 La demanderesse a découvert que lorsqu'un carénage subit une double torsion complète, sous certaines conditions, le carénage va être fortement détérioré dans l'eau et cette partie détériorée va causer de gros dommages au câble caréné voire même à l'ensemble du système caréné 5 lors de l'enroulement du câble et plus précisément lors de son passage dans le dispositif de guidage du câble. En analysant la double torsion complète, la demanderesse a constaté que la torsion immergée peut être considéré comme « accrochée » sur le câble. Autrement dit, la position de la torsion immergée est fixe par rapport 10 au câble le long de l'axe du câble. En revanche, sa contrepartie aérienne, la torsion aérienne, reste située au même endroit entre le point de remorquage R et la surface de l'eau S. Elle n'est pas fixe par rapport au câble selon l'axe du câble mais fixe par rapport à la surface S de l'eau ou au point de remorquage. Lorsque le câble est hissé ou descendu, les carènes subissant 15 la torsion immergée suivent le mouvement du câble qui est hissé ou descendu alors que la torsion aérienne reste fixe par rapport à la surface de l'eau. Il s'en suit qu'un déroulement du câble fait plonger la torsion immergée à une profondeur plus importante alors que la torsion aérienne reste à la même place par rapport à la surface de l'eau (les 2 torsions s'éloignent alors 20 l'une de l'autre). La figure 1C représente une situation dans laquelle le câble à été déroulé par rapport à la situation de la figure 1B (voir flèche). La distance L2 représente la distance entre la partie du carénage concernée par la torsion immergée et le point d'entrée du carénage dans l'eau est supérieure à la distance L1 qui représente cette même distance dans la 25 situation de la figure 1B. A l'inverse un hissage du câble, par rapport à la situation de la figure 1B, selon la flèche représentée sur la figure 1D, fait remonter la torsion immergée alors que la torsion aérienne reste toujours à la même place par rapport à la surface de l'eau (les deux torsions se rapprochent alors l'une de l'autre). 30 Il faut alors regarder ce qui se passe pour une torsion d'un tour immergée et remorquée ainsi. Cette torsion qui se déploie sur une faible hauteur oblige les carénages à naviguer à l'envers ou en travers du flux. L'action du flux sur ces carènes est alors très importante (proportionnelle à la surface, l'angle, la densité de l'eau et le carré de la vitesse) cette action se 35 traduit par de puissants couples de torsion qui tendent à forcer les carènes à 3033158 7 s'aligner dans le flux mais elles se heurtent à la raideur du tour de vrillage qui augmente alors. Il se passe alors qu'un équilibre se produit et que la torsion d'un tour se trouve terriblement réduite en hauteur et le carénage subit de violents efforts qui vont resserrer la torsion immergée sous l'effet de la 5 vitesse de remorquage. Autrement dit, le tour complet du carénage autour du câble va s'effectuer sur une distance de plus en plus courte. Des observations en mer ont montré que la colonne de carénage pouvait effectuer un tour complet autour du câble sur une longueur de moins de 50 cm. Pendant le remorquage, le flux hydrodynamique exerce un couple très 10 important sur les carènes mal orientées qui peut aller jusqu'à la détérioration du carénage voire jusqu'à la rupture complète des carènes. Lors de la remontée d'une torsion immergée, le carénage a été longuement et très fortement contraint, il a gardé la mémoire de sa déformation (c'est à dire de son vrillage) et la torsion immergée sort de l'eau 15 encore très resserrée lors du hissage et ne disparait pas lors du hissage. On parle de torsion rémanente. Selon la durée d'exposition du carénage à cette torsion immergée et remorquée la torsion immergée va pouvoir devenir permanente ou assez longue à se résorber la rendant pendant un temps assez long totalement inapte à s'engager dans le dispositif de guidage du 20 câble bien que la continuité du carénage ne soit pas rompue. Côté torsion aérienne il n'y a aucun dommage, il y a bien une torsion appliquée mais à aucun moment elle ne peut endommager le câble. Lorsque la torsion immergée encore très resserrée se présente alors au dispositif de guidage, par exemple la poulie, les carènes affectées par 25 cette torsion immergée ne peuvent pas se placer correctement dans le dispositif de guidage, notamment dans la poulie, elles se coincent dans le dispositif de guidage. C'est alors toute la colonne de carénage qui pénètre après dans le dispositif de guidage qui se trouve méthodiquement détruite si l'on poursuit le hissage car de proche en proche, chaque carène suit 30 l'orientation de celle qui la précède. Cette situation peut même entraîner la rupture du dispositif de guidage. L'invention propose un carénage configuré de manière à limiter les risques d'apparition d'une double torsion afin de limiter les risques de 35 d'endommagement du carénage du câble. 3033158 8 A cet effet, l'invention a pour objet un carénage destiné à caréner un objet allongé destiné à être au moins partiellement immergé, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de tronçons de carénage, chaque tronçon de 5 carénage comprenant une pluralité carènes, les carènes comprenant un canal destiné à recevoir l'objet allongé et étant profilées de manière à réduire la tramée hydrodynamique de l'objet allongé au moins partiellement immergé, lesdites carènes étant destinées à être montées pivotantes sur l'élément allongé autour de l'axe longitudinal du canal, lesdites carènes 10 étant liées entre elles selon l'axe du canal et étant articulées entre elles, les tronçons de carénage étant libres en rotation autour du canal les uns par rapport aux autres. Avantageusement, les tronçons de carénage présentent des hauteurs respectives selon l'axe du canal, définies en fonction des raideurs angulaires 15 k des tronçons de carénage respectifs, et en fonction de la longueur de corde LC desdites carènes desdits tronçons respectifs de manière à empêcher la formation d'une torsion complète sur lesdits tronçons respectifs. Avantageusement, les tronçons de carénage présentent des hauteurs respectives inférieures à une hauteur maximale hmax telle que : 20 * k hmax