Brevet FR3057539A1 — publié le 20180420

1. Système pour le lancement automatique des ballons météorologiques Le lancement des ballons météorologiques dans les systèmes de lancement automatique impose plusieurs conditions : A-Le ballon doit être muni d'un clapet anti-retour qui empêche le gaz de s'échapper une fois le remplissage du ballon terminé. Ce clapet qui utilise en général un ressort de rappel se fixe dans le col du ballon et en est rendu solidaire par un collier ou tout autre moyen approprié. Le clapet est ensuite introduit dans le manchon dit de remplissage soit par un opérateur extérieur soit par un automate. Ce manchon est relié au réservoir de gaz qui alimente le ballon à travers un détendeur donnant une pression de sortie P et un système d'électrovalves : il répond à un double besoin B-Assurer l'étanchéité du remplissage afin d'interdire toute fuite à l'extérieur du gaz de remplissage C-Maintenir le clapet anti-retour solidaire du manchon pendant la phase de remplissage et le désolidariser au moment du lâcher. Dans les systèmes actuels les fonctions B et C sont assurées par un système électromécanique. Avant le lâcher du ballon on distingue plusieurs phases dans le fonctionnement du manchon à partir du moment où le clapet anti-retour a été introduit dans ledit manchon : Opérationl:Solidarisation du manchon avec le clapet et étanchéification du conduit de remplissage par l'intermédiaire du système électromécanique. 3057539 2 Opération2 :Remplissage du ballon par l'ouverture de une ou plusieurs électrovalves en sortie du détendeur monté sur le réservoir de gaz haute pression. Opération3 :Arrêt du remplissage du ballon par la fermeture de 5 la ou des électrovalves. Opération4 :Désolidarisation du manchon avec le clapet par l'intermédiaire du système électromécanique pour que le ballon puisse être largué. Le dispositif suivant l'invention permet de supprimer tout 10 système électromécanique pour les opérations 1 et 4 et donc de simplifier au maximum la structure du manchon. Une première caractéristique de l'invention est d'utiliser une chambre à air placée autour du clapet situé dans le manchon qui, quand elle est gonflée sous une pression PI bloque le 15 clapet anti-retour sur ledit manchon et le rend donc solidaire de celui-ci tout en assurant l'étanchéité du circuit de remplissage. Quand la pression P tombe à une valeur très faible le clapet est alors désolidarisé mécaniquement du manchon. Les opérations 1 et 4 se font donc sans utiliser de système 20 électromécanique. Une seconde caractéristique de l'invention est d'utiliser le gaz de remplissage du ballon (hydrogène ou hélium) qui est à la pression P à la sortie du détendeur pour gonfler la chambre et assurer l'ensemble des opérations 1,2 et 3. 25 Une troisième caractéristique du dispositif suivant l'invention est que la commande de deux électrovalves montées sur le circuit de remplissage du ballon à la sortie du détendeur permet à elle seule l'ensemble des opérations 1,2,3 et4 c'est- à-dire remplissage en gaz du ballon avec étanchéité et solidarisation/désolidarisation du clapet par rapport au manchon. Une quatrième caractéristique de l'invention est d'utiliser un clapet anti-retour qui n'a pas de ressort et qui utilise le poids de la chaîne de vol du ballon pour assurer l'étanchéité et empêcher toute fuite de gaz du ballon. Les dessins annexés illustrent l'invention 3057539 3 La figure 1 présente en coupe le dispositif du manchon et du clapet suivant l'invention. A titre d'exemple non limitatif la figure 2 présente la coupe d'un mode de réalisation d'un manchon et du clapet anti-retour 5 utilisant le dispositif faisant l'objet de l'invention. Sur la figure 3 on représente à titre d'exemples deux schémas possibles du branchement mécanique et électrique de deux électrovannes qui servent à commander les différentes phases de remplissage/largage du ballon. La Figure 4 illustre le 10 fonctionnement du clapet anti-retour sans ressort une fois le ballon en vol. Sur la figure 1 le manchon se compose de plusieurs éléments. Il est tout d'abord constitué d'un tube cylindrique (1) ouvert en matériau légèrement compressible genre durite. A l'intérieur de ce tube peut coulisser sans 15 frottement et sans jeu le clapet. Celui-ci est constitué de deux demi-cylindres coaxiaux (2) et (3). Le premier cylindre demi-fermé (2) a sa partie inférieure percée d'un orifice circulaire Or. A l'intérieur de ce demi cylindre est placé le second cylindre (3) demi-fermé : le diamètre extérieur de (3) 20 est plus petit que le diamètre intérieur de (2) de telle sorte que du gaz peut circuler entre les parois de (2) et (3) mais suffisamment grand pour que la base de (3) puisse obturer complètement l'orifice Or. Comme autre pièce constitutive du manchon une chambre à air Ca de paroi élastique (4) et de 25 largeur d entoure le tube (1) au niveau du cylindre (2). Cette chambre Ca est contenue dans un volume fixe délimité par un cylindre en matériau rigide (5) à demi-fermé à ses deux extrémités et coaxial à (1) La base supérieure de (5) est percée d'un orifice circulaire dont le diamètre est légèrement 30 supérieur à celui de (1). Au contraire la base inférieure de (5) est percée d'un orifice circulaire dont le diamètre est celui du tube (5) et elle est fixée rigidement à ce tube soit par collage soit par tout autre moyen approprié. L'intérieur de la chambre Ca communique avec le milieu extérieur à travers une 35 valve (6) dont on a supprimé le pointeau : l'orifice de la valve est Eb. Quand on envoie de l'air sous la pression P dans la chambre Ca celle-ci se dilate et vient s'appuyer sur les 3057539 4 parois de (1) et de (5). Le tube (1) qui est légèrement compressible et qui n'est pas relié à (5) dans sa partie supérieure vient donc enserrer la pièce (2) du clapet avec une force qui est proportionnelle à la pression P. Le clapet se 5 trouve donc solidaire du tube (1) et aucun gaz ne peut passer entre les parois de (1) et de (2). Dans la partie supérieure de (1) est emmanché le col (7) d'un ballon météorologique, un collier (8) venant solidariser les deux pièces. Un bouchon cylindrique (9) solidaire de (1) obture ledit cylindre dans sa 10 partie inférieure. Il est percé d'un tube (10) d'orifice extérieur Er qui permet l'alimentation en gaz du ballon sans fuite avec le milieu extérieur. Un manchon cylindrique (11) est intercalé dans (1) entre la partie supérieure de (9) et la base de (2) de telle sorte que le la pièce (2)constitutive du clapet 15 vienne en butée sur lui quand on l'introduit dans (1). Pour assurer le lancement du ballon il faut opérer de la manière suivante. Dans un premier temps on injecte de l'air sous une pression Pl dans la chambre Ca : les pièces (2) et (1) sont alors solidaires et aucun gaz ne peut passer entre elles. Dans 20 un second temps on injecte du gaz sous la pression P en provenance du détendeur à travers le tube (10) : sous l'effet de la pression P le tube (3) se soulève et le gaz passe entre (2) et (3) remplissant ainsi le ballon à travers son col. Quand le remplissage est terminé la pression P tombe à une valeur 25 résiduelle Pa qui est très faible et qui est due à l'élasticité des parois du ballon : sous l'effet de cette pression Pa et de la pesanteur la pièce (3) est plaquée sur (2) empêchant ainsi le ballon de se vider. En coupant l'alimentation en gaz dans Ca et en mettant ensuite cette 30 chambre en communication avec le milieu extérieur la pression y tombe à 0 et le clapet n'est alors plus solidaire du tube (1) puisque la force exercée par Ca sur la paroi de 2 devient nulle : sous l'effet de sa force ascensionnelle le ballon peut alors s'échapper 35 Pour accomplir ces opérations il faut donc pouvoir relier la sortie Eb d'une part à une arrivée d'air comprimé à la pression P1 au moyen d'une première électrovanne pour le remplissage de 3057539 5 Ca et d'autre part au milieu extérieur au moyen d'une seconde électrovanne pour désolidariser le clapet du manchon. Il faut également pouvoir relier l'entrée Er à l'arrivée du gaz de remplissage (helium ou hydrogène) au moyen d'une troisième 5 électrovanne située après le détendeur. Sur la figure 2 on a représenté en coupe un exemple non limitatif de réalisation du manchon suivant l'invention. Le manchon est d'abord constitué à l'extérieur par un tube cylindrique ouvert (14) en matériau rigide. A l'intérieur de ce tube sont placées à une distance dl 10 l'un de l'autre deux anneaux cylindriques (15) et (16) qui ont même diamètre extérieur que l'alésage de (14). Ces deux anneaux sont fixés rigidement à (14) soit par collage soit par des vis (17).Passant à travers ces anneaux un tube cylindrique (18) en matériau légèrement compressible type durite peut coulisser 15 sans frottement dans l'anneau (15) mais est par contre fixé rigidement sur l'anneau (16) soit par collage soit par tout autre moyen approprié. Une chambre à air linéaire (19) d'enveloppe (20), de largeur dl et qui est fermée à ses deux extrémités entoure sur plusieurs tours le tube (18).Sur la 20 figure 2 la chambre à air (19) fait six fois le tour de (18). Cette configuration permet de minimiser le volume interne de (19) quand elle n'est pas remplie de gaz sous pression. Une valve (21) dans laquelle on a enlevé le pointeau communique avec le milieu extérieur à travers un conduit (22) percé dans 25 (14).Son orifice de sortie est Eb. Dans la partie supérieure de (18) est enfoncé avec un jeu très faible quand la chambre (19) n'est pas sous pression un tube cylindrique (23).l'extrémité supérieure de (23) est ouverte alors que sur son autre extrémité fermée un orifice circulaire Or est percé dans sa 30 base (24). La partie inférieure de (23) est située au niveau de la région où est enroulée la chambre(19). Dans la partie supérieure de (23) est emmanché le col élastique (25) d'un ballon météorologique qui est fixé à lui au moyen d'un collier (26).Dans la partie inférieure de (18) est placé un bouchon 35 cylindrique (27) et un collier (28) en assure l'étanchéité. Un conduit (29) d'orifice Er assure un passage étanche à travers (27). A l'intérieur de (23) est placé coaxialement à lui un 3057539 6 second tube cylindrique ouvert/fermé (30) dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de (23) de telle sorte que du gaz peut circuler entre les deux parois. Le diamètre de (30) est supérieur à celui de l'orifice Or et sous 5 l'effet de la pesanteur la base pleine (31) de (30) vient obturer l'orifice Or. A un anneau (32) fixé sur la partie inférieure (31) de (30) et dont la dimension est inférieure à Or est accroché un fil fin f, ledit fil sortant, en se glissant entre (18) et (23), à l'extérieur du manchon. L'ensemble des 10 pièces (23), (30) et (32) constitue le clapet anti-retour associé au manchon. Un manchon cylindrique (33) situé à l'intérieur de (18) empêche (24) de venir s'appuyer sur le bouchon(27). La figure 3 donne un exemple de configuration pour 15 l'alimentation en gaz du ballon au moyen du manchon. Dans la partie supérieure on représente le branchement pour un système fonctionnant en courant continu. Deux électrovalves (el) et (e2) sont utilisées. La première (el) a son entrée S branchée sur la sortie du détendeur accouplé à la bouteille de gaz 20 (hélium ou hydrogène) fournissant le gaz de remplissage à la pression P. Elle est commandée en alimentant ses bornes d'entrée électriques (al) et ((a2). La sortie de (el) est reliée à l'entrée de (e2). Une dérivation permet de communiquer avec l'entrée Er de la figure 2. La sortie de (e2) alimente 25 l'entrée Eb de la figure 2. Ses bornes d'alimentation électriques sont (loi) et (b2).Comme indiqué sur la figure du haut (al) est directement reliée à la borne (-) de l'alimentation électrique et la borne (a2) est relié à la borne (+) à travers un interrupteur (Il). Les bornes (al) et (b1) 30 sont reliées entres elles alors que la borne (b2) est reliée au pole (+) à travers l'interrupteur (I2).Une diode D relie (a2) et (b2) de telle sorte que le courant ne peut passer que de (a2) vers (b2). Si on ferme l'interrupteur (I1) les deux électrovannes sont simultanément ouvertes et les sorties Er et 35 Eb sont alimentées. Si on ferme l'interrupteur (I2) seule l'électrovanne (e2) est ouverte. De façon pratique le lancement d'un ballon se fait de la manière suivante. Dans un premier 3057539 7 temps on ferme l'interrupteur (I1) : le gaz à la pression P en provenance du détendeur pénètre dans le ballon par l'orifice Er en soulevant la pièce (30) et en passant entre les parois de (23) et (3). En même temps la chambre à air (19) est gonflée à 5 la pression P à travers (e2) et elle comprime (18) sur (23) assurant ainsi l'étanchéité du remplissage. Quand on ouvre l'interrupteur (I1) les deux électrovannes se ferment et le gonflement du ballon est arrêté. Comme la chambre à air (19) est fermée la pression P se maintient dans ladite chambre 10 bloquant ainsi (18) sur (23) : le ballon solidaire du col 25 par le collier (26) ne peut s'envoler. Quand on ferme l'interrupteur (12) l'électrovanne (e2) s'ouvre mettant ainsi en communication la chambre (19) avec l'intérieur du ballon où la pression résiduelle Pa due à l'élasticité de la paroi du 15 ballon est très faible comme il a été dit auparavant. La chambre (19) ne comprime plus (18) sur (23) et sous l'effet de sa force ascensionnelle le ballon peut s'envoler. On voit donc que l'interrupteur (I1) commande le remplissage du ballon et l'interrupteur (I2) son largage et ce en utilisant uniquement 20 le gaz de remplissage à la sortie du détendeur. Avec les mêmes notations la figure inférieure donne le schéma de montage pour une alimentation en courant alternatif. La diode est supprimée et l'interrupteur (12) est remplacé par un interrupteur double (I3). L'interrupteur (12) ne change pas. Dès que le ballon 25 s'échappe du manchon quand on a ouvert l'interrupteur (12) le fil (f) se trouve libéré. Si l'extrémité de ce fil est accrochée à la chaine de vol (dérouleur + parachute + radiosonde) il va très rapidement prendre en compte celle-ci. Sur la figure 4 on a représenté la configuration du système 30 dans le cas ou la chaîne de vol se réduit à la radiosonde M : très rapidement le poids de la radiosonde fixée au crochet (32) par le fil f vient plaquer la base de (30) sur la base (24) de (23) assurant ainsi une parfaite étanchéité et empêchant donc le gaz du ballon de s'échapper. Le clapet 35 composé des pièces (23),(30) et (32) se comporte donc comme un clapet avec un ressort de force égale au poids de la chaîne de vol dans un sens et de force nulle pour le remplissage. On 3057539 8 notera par ailleurs que dans le clapet anti-retour on peut remplacer le cylindre (30) par une sphère ou une portion de sphère de diamètre supérieur à Or et à laquelle le fil f est fixé par un anneau (32) : l'effet du poids de la chaîne de vol 5 appuyant sur la sphère en butée sur Or permettra une très bonne obturation de Or. 9 REVENDICATIONS1-)Dispositif pour le lancement automatique des ballons météorologiques caractérisé par un manchon à commande pneumatique et un clapet anti-retour sans ressort solidaire du col du ballon où le poids de la chaîne de vol quand le ballon est lâché sert à assurer l'étanchéité du gaz contenu dans le ballon. 2-)Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le manchon à commande pneumatique est alimenté par le système de remplissage en gaz du ballon. 3-)Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la commande pneumatique du manchon se fait au moyen de deux électrovannes situées à la sortie du détendeur placé derrière le réservoir de gaz haute pression alimentant le ballon, chaque électrovanne étant commandée par un interrupteur et étant reliées entre elles de manière à ce que le premier interrupteur commande le remplissage du ballon et que le second commande son largage de telle sorte que l'opération de lancement du ballon ne fait intervenir aucune pièce mécanique en mouvement. 4-) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le manchon à commande pneumatique est alimenté à la fois par le système d'alimentation en gaz du ballon pour le remplissage et par une alimentation externe en un autre gaz pour le blocage/déblocage du clapet. 5-)Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel une électrovanne commande le remplissage du ballon à partir du réservoir en gaz du ballon et une ou plusieurs électrovannes commandent le blocage/déblocage du clapet à partir d'un secnd réservoir distinct de gaz ou d'un compresseur 6-)Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la commande pneumatique servant au blocage/déblocage du clapet utilise la déformation d'une chambre à air en matériau élastique qui, mise sous pression, permet d'assurer à la fois le blocage du clapet anti-retour sue le manchon et le remplissage du ballon sans fuite vers le milieu extérieur. 10 3057539 7-)Dispositif suivant la revendication 6 dans lequel la commande pneumatique est constituée par une chambre à air linéaire en matériau élastique fermée à ses deux extrémités qui entoure sur un ou plusieurs tours le conduit d'alimentation 5 en gaz au niveau où de trouve le clapet anti-retour et qui, mise sous pression, permet d'assurer le remplissage en gaz du ballon sans fuite vers le milieu extérieur et qui, une fois dégonflée, permet le largage dudit ballon 8-)Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé par le 10 fait quele.pOide de la chalhe de vol sert à appuyer au moyen d'une liaison filaire une surface plane ou hémisphérique sur un orifice de section cylindrique servant au remplissage du ballon de manière à empêcher toute fuite de gaz du ballon.