Brevet FR3111113A1 — publié le 20211210

Structure de mât pour un véhicule sous-marin La structure de mât (10) comporte un support (12) comprenant un rail de guidage (15) ; un mât hissable (14) comprenant un premier étage (16) comportant un premier chariot (20) coulissant le long du rail (15) entre une position affalée et une position déployée, le premier étage (16) comportant également un premier montant (22) solidaire du premier chariot (20) ; une tête de mât (13) portée par le mât (14). Il comporte des moyens (28) de déplacement du mât, portés par le premier étage (16), les moyens de déplacement (28) comportant : une batterie électrique (30), solidarisée au premier étage (16), et un premier tambour de treuil électrique (32), porté par le premier étage (16) et entrainé par un moteur alimenté par la batterie (30), le premier tambour (32) coopérant avec un premier câble (34) partiellement enroulé autour du premier tambour et relié à ses extrémités à proximité des extrémités basse (15a) et haute (15b) du rail de guidage (15). Figure pour l'abrégé : Figure 2 Structure de mât pour un véhicule sous-marin La présente invention concerne une structure de mât, notamment pour un véhicule sous-marin, dont la course de hissage est optimisée. Une structure de mât comporte habituellement un mât hissable comprenant une tête portant des moyens de communication pour le véhicule sous-marin, tels que des antennes radio d’émission et/ou de réception, et/ou portant des moyens d’exploration de l’environnement du véhicule sous-marin, tels que des antennes radar, des capteurs ou des périscopes. On connaît déjà, dans l’état de la technique, une structure de mât de véhicule sous-marin, comportant : - un support de mât destiné à être fixé à une partie structurelle du véhicule, comprenant un rail de guidage s’étendant dans une direction de levage entre une extrémité basse et une extrémité haute, - un mât hissable à au moins un étage, comprenant un premier étage de mât comportant un premier chariot monté coulissant le long du rail de guidage entre une position extrême basse à proximité de ladite extrémité basse et une position extrême haute à proximité de ladite extrémité haute, le premier étage de mât comportant également un premier montant solidaire du premier chariot, - une tête de mât portée par le mât hissable. Une telle structure de mât comporte des moyens de déplacement du mât hissable. Ces moyens de déplacement, généralement hydrauliques, sont habituellement portés par le support de mât. De tels moyens de déplacement sont généralement encombrants. En particulier, les mâts hydrauliques dépendent d’une servitude qui occupe beaucoup de place à bord, qui oblige à traverser la coque par des trous relativement gros et nombreux, et qui induit un dimensionnement de l’installation du mât à faible rendement volumique (Watt par mètre cube). L’invention a notamment pour but de réduire l’encombrement de la structure de mât. A cet effet, l’invention a notamment pour objet une structure de mât, notamment pour un véhicule sous-marin, comportant : - un support de mât destiné à être fixé à une partie structurelle, comprenant un rail de guidage s’étendant dans une direction de levage entre une première extrémité et une seconde extrémité, - un mât hissable à au moins un étage, comprenant un premier étage de mât comportant un premier chariot monté coulissant le long du rail de guidage entre une position affalée à proximité de ladite première extrémité et une position déployée à proximité de ladite seconde extrémité, le premier étage de mât comportant également un premier montant solidaire du premier chariot, - une tête de mât portée par le mât hissable, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de déplacement du mât, portés par le premier étage, les moyens de déplacement comportant : - une batterie électrique, solidarisée au premier étage, - un premier tambour de treuil électrique, porté par le premier étage et entrainé par un moteur alimenté par la batterie électrique, le premier tambour coopérant avec un premier câble partiellement enroulé au premier tambour et relié à ses extrémités à proximité des extrémités basse et haute du rail de guidage. De manière optionnelle, une structure de mât selon l’invention peut comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Le mât hissable comporte un second étage de mât comportant un second chariot monté coulissant le long du premier montant, et un second montant solidaire du second chariot, la tête de mât étant portée par le second montant, les moyens de déplacement comprenant : un second tambour de treuil électrique, porté par le premier étage et entrainé par un moteur alimenté par la batterie électrique, le second tambour coopérant avec un second câble partiellement enroulé au second tambour et relié à ses extrémités au second chariot, par l’intermédiaires de poulies portées par le premier montant. - Le second tambour est entrainé par le même moteur que le premier tambour, le premier tambour étant entrainé par l’intermédiaire d’un premier réducteur, de préférence débrayable, et le second tambour étant entrainé par l’intermédiaire d’un second réducteur, de préférence débrayable. - Les premier et second tambours sont agencés respectivement sur des côtés opposés du premier chariot. - La structure de mât comporte des moyens de recharge de la batterie, comprenant au moins : une première borne de recharge destinée à être fixé à la partie structurelle du véhicule sous-marin, agencé à proximité de la première extrémité du rail de guidage de manière à pouvoir recharger la batterie lorsque le premier chariot est en position affalée, et/ou une seconde borne de recharge destinée à être fixé à la partie structurelle du véhicule sous-marin, agencé à proximité de la seconde extrémité du rail de guidage de manière à pouvoir recharger la batterie lorsque le premier chariot est en position déployée. - Les moyens de recharge sont des moyens de recharge par induction. - Le premier câble est textile. L’invention concerne également un véhicule sous-marin, comprenant une partie structurelle portant une structure de mât, caractérisé en ce que la structure de mât est telle que définie précédemment. Différents aspects et avantages de l’invention seront mis en lumière dans la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles les figures 1 à 3 représentent schématiquement une même structure de mât selon un exemple de mode de réalisation de l’invention : la figure 1 représente une première partie de la structure de mât ; la figure 2 représente une seconde partie de la structure de mât ; la figure 3 représente une troisième partie de la structure de mât. On a représenté, sur les figures, une structure de mât 10, notamment destinée à équiper un véhicule sous-marin, selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. La structure de mât 10 comporte principalement un support de mât 12 et un mât hissable 14 porté par le support de mât 12. La structure de mât comporte également une tête de mât 13, connue en soi, portant des moyens de communication pour le véhicule sous-marin, tels que des antennes radio d’émission et/ou de réception, et/ou portant des moyens d’exploration de l’environnement du véhicule sous-marin, tels que des antennes radar, des capteurs ou des périscopes. Le support de mât 12 est destiné à être fixé à une partie structurelle du véhicule sous-marin. Par « partie structurelle », on entend une partie fixe dans un référentiel lié au véhicule sous-marin, et suffisamment robuste pour supporter la structure de mât 10. Le support de mât 12 comporte un rail de guidage 15, s’étendant dans une direction de levage entre une première extrémité (notamment une extrémité basse) 15a et une seconde extrémité (notamment une extrémité haute) 15b. La direction de levage est par exemple une direction verticale, mais pourrait être toute autre direction envisageable. Pour des raisons de clarté, le rail de guidage 15 n’est représenté que sur les figures 1 et 2. Le mât hissable 14 comporte au moins un étage. Dans l’exemple décrit, le mât hissable 14 est un mât à deux étages, mais il pourrait en variante ne comporter qu’un étage, ou dans une autre variante plus de deux étages. Plus particulièrement, le mât hissable 14 décrit comporte un premier étage (étage inférieur) 16 et un second étage (étage supérieur) 18. Pour des raisons de clarté, le second étage 18 n’est représenté que sur les figures 1 et 3. Le premier étage de mât 16 comporte un premier chariot 20 monté coulissant le long du rail de guidage 15, entre une première position extrême affalée à proximité de ladite première extrémité 15a et une seconde position extrême déployée à proximité de ladite seconde extrémité. La liaison entre le premier chariot 20 et le rail de guidage 15 est classique, et ne sera donc pas décrite en détail. Par exemple, le premier chariot 20 comporte des patins ou des moyens de roulement coopérant avec le rail de guidage 15. Le premier étage de mât 16 comporte également un premier montant 22 solidaire du premier chariot 20. Ce premier montant 22 s’étend depuis le premier chariot 20, au-dessus de celui-ci, ou plus particulièrement, en direction de la seconde extrémité 15b. Le premier chariot 20 et le premier montant 22 sont par exemple réalisés en composite carbone. Le second étage de mât 18 comporte un second chariot 24 et un second montant 26 solidaire du second chariot 24. Ce second montant 26 s’étend depuis le second chariot 24, au-dessus de celui-ci. Le second chariot 24 et le second montant 26 sont par exemple réalisés en composite carbone. Le second chariot 24 est monté coulissant le long du premier montant 22, entre une position escamotée et une position déployée. Avantageusement, le premier montant 22 est creux, et le second étage de mât 18 est logé dans le premier montant 22. Le second étage 18 en position escamotée est de préférence contenu en totalité dans le premier montant 22. En variante, le second montant 26 dépasse en partie du premier montant en position escamotée. On notera que la tête de mât 13 est portée par le second étage 18, et plus particulièrement par le second montant 26, à son extrémité opposée au second chariot 24. La structure de mât 10 selon l’invention comporte des moyens 28 de déplacement du mât, portés par le premier étage 16, et plus particulièrement, de préférence, par le premier chariot 20. Les moyens de déplacement 28 sont électriques, et comportent donc des moyens de stockage d’énergie électrique, comprenant par exemple au moins une batterie électrique 30. La batterie électrique 30 est solidarisée au premier étage 16. De préférence, la batterie électrique 30 est portée par le premier chariot 20. Les moyens de déplacement 28 comportent par ailleurs un premier tambour de treuil électrique 32, porté par le premier étage 16 (par exemple porté par le premier chariot 20). Le premier tambour 32 comporte une motorisation alimentée par la batterie électrique 30. Plus particulièrement, les moyens de déplacement 28 comportent par exemple un moteur relié au premier tambour par l’intermédiaire d’un premier réducteur, préférentiellement débrayable. Avantageusement, la motorisation est alimentée en courant continu. En effet, le courant continu présente des atouts pour l’application sur mât : simplicité de commande et absence de variateur qui génère un bruit de fréquence caractéristique au niveau du moteur. L’inconvénient lié à l’usure des balais d’un moteur à courant continu ne se pose pas ici car le taux de fonctionnement est faible. Le moteur est préférentiellement en bain d’huile pour éviter les conséquences d’une entrée d’eau et améliorer la réfrigération. La puissance et le couple requis ne posent pas de difficulté pour intégrer un moteur compact qui pourra être optimisé pour de faibles durées de fonctionnement Le premier tambour 32 est propre à entrer en rotation autour de son axe, dans deux sens de rotation opposés possibles. Des moyens de commande, par exemple agencés sur la structure de mât 10, permettent de commander la rotation du premier tambour 32 dans l’un ou l’autre des sens de rotation. Avantageusement, les moyens de commande sont uniquement électriques (préférentiellement redondés) en interface avec le système de management de combat. La commande peut être transmise au moyen d’un câble de très faible diamètre, ou en variante par une liaison sans fil (très faible besoin de débit de données et portée de quelques mètres). Le premier tambour 32 coopère avec un premier câble 34 partiellement enroulé autour de ce premier tambour 32. Ce premier câble 34 est relié à ses extrémités aux première 15a et seconde 15b extrémités du rail de guidage 15. Le premier câble 34 est préférentiellement textile. Un tel câble textile présente une durée de vie optimale pour cette utilisation. Les extrémités du premier câble 34 étant fixes, la rotation du premier tambour 32 dans un sens entraine le déplacement de ce premier tambour 32 le long du premier câble, vers l’une respective de ses extrémités. L’axe du premier tambour 32 étant fixé au premier chariot 20, celui-ci est également entraîné le long du rail de guidage 15, en direction de l’extrémité 15a, 15b correspondante. Le premier sens de rotation entraine un déplacement du chariot vers la première extrémité 15a (vers sa position affalée), et le second sens de rotation entraine un déplacement du chariot vers la seconde extrémité 15b (vers sa position déployée). Contrairement à un mât traditionnel, le fluage du câble n’a pas d’impact sur la maîtrise de la course des étages. Il faut juste conserver une tension suffisante pour ne pas glisser sur le tambour. Il est à noter que la structure de mât 10 comporte des moyens 36 de recharge de la batterie 30, portés par le support de mât 12. Les moyens de recharge 36 comportent une première borne de recharge 36a, à proximité de la première extrémité 15a du rail de guidage 15, et une seconde borne de recharge 36b, à proximité de la seconde extrémité 15b du rail de guidage 15. Plus particulièrement, la première borne de recharge 36a est agencée de manière à permettre le rechargement de la batterie 30 lorsque le chariot 20 est dans sa position affalée, et la seconde borne de recharge 36b est agencée de manière à permettre le rechargement de la batterie 30 lorsque le chariot 20 est dans sa position déployée. Bien entendu, il est possible de prévoir davantage de bornes de recharge, mais les première 36a et seconde 36b bornes de recharge décrites ci-dessus sont généralement suffisante, car le chariot 20 demeure la majeure partie du temps dans l’une des positions affalée ou déployée. On peut également envisager des moyens de recharge 36 ne comportant qu’une borne de recharge, par exemple agencée pour le rechargement de la batterie 30 lorsque le chariot 20 est dans sa position affalée. Les bornes de recharge 36a, 36b sont de tout type envisageable, et par exemple des bornes de recharge par induction, n’impliquant aucun contact entre les bornes de recharge 36a, 36b et la batterie 30. Ainsi, on s’affranchit de liaisons de puissance et de connexions. Avantageusement, la batterie 30 est rechargée par induction avec une puissance de charge qui ne dépasse pas le vingtième de la puissance crête du mât. On réduit ainsi la dépendance au choix de servitude du navire (440V, 115V ou autre) en disposant à bord un simple transformateur d’alimentation des batteries du mât. Il est à noter que l’invention recourt préférentiellement au courant continu pour éviter les problèmes de discrétion induits par l’usage d’alternatif en extérieur de la coque (moteur asynchrone ou synchrone dont l’onduleur est très signant dans la plage des sonars usuels). Les bornes de recharge sont alimentées au moyen d’un coffret d’énergie porté par la partie structurelle du véhicule sous-marin, et préférentiellement redondé. Dans le cas, présentement décrit, d’un mât hissable à deux étages, les moyens de déplacement 28 comprennent en outre un second tambour de treuil électrique 38. Avantageusement, le second tambour 38 est également porté par le premier étage 16, et plus particulièrement porté par le premier chariot 30. Le second tambour 38 comporte également une motorisation alimentée par une batterie portée par le premier étage 16, et de préférence alimenté par la même batterie électrique 30 décrite précédemment, la structure de mât ne comportant alors qu’une seule batterie 30. Par exemple, le second tambour est entrainé par le même moteur que le premier tambour, mais par l’intermédiaire d’un second réducteur, préférentiellement débrayable, distinct du premier réducteur. Le second tambour 38 coopère avec un second câble 40 partiellement enroulé autour du second tambour 38, et relié à ses extrémités au second chariot 24, par l’intermédiaires de poulies 42a, 42b portées par le premier montant. Le second câble 40 est préférentiellement textile. Un tel câble textile présente une durée de vie optimale pour cette utilisation. Plus particulièrement, une première poulie 42a est agencée à proximité d’une extrémité du premier étage 16 (à proximité du chariot 20) et la seconde poulie 42b est agencée à proximité de l’autre extrémité du premier étage 16 (à distance du premier chariot 20). Le fait que le second câble 40 soit partiellement enroulé autour du second tambour 38 alors que ses extrémités sont fixées au second chariot 24 permet un déplacement relatif du second chariot 24 par rapport au second tambour 38 lorsque le second tambour 38 est en rotation. Le second tambour 38 étant fixe par rapport au premier chariot 20, sa rotation entraine donc le déplacement du second chariot 24 par rapport au premier chariot 20. Dans un sens de rotation, le second chariot 24 se déplace vers sa position escamotée, et dans l’autre sens de rotation, le second chariot 24 se déplace vers sa position déployée. Comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, les premier 32 et second 38 tambours sont de préférences agencés respectivement sur des côtés opposés du premier chariot 20. Les moyens de commande permettent de commander la rotation du second tambour 38 dans l’un ou l’autre des sens de rotation. On notera que l’intégralité des moyens de déplacement 28 est portée par le premier étage 16, et plus particulièrement par le premier chariot 20, et cela quel que soit le nombre d’étage. Ainsi, toute la masse liée aux moyens de déplacement 28 est portée par le premier étage 16, ce qui permet de le lester, et ainsi réduire les inconvénients liés à la flottabilité des matériaux composites constituant les montants des deux étages du mât. Il apparait clairement que l’invention permet un déplacement du mât hissable par des moyens électriques peu encombrants. La structure de mât 10 selon l’invention ne nécessite notamment pas de servitude hydraulique. En outre, son intégration à bord du véhicule sous-marin est aisée, du fait qu’elle ne nécessite que très peu de traversées de coque et de volume occupé dans la coque. Par ailleurs, il est à noter que les déplacements des premier 16 et second 18 étages sont indépendants l’un de l’autre, contrairement à certains mâts de l’état de la technique où les déplacements des deux étages sont liés. La structure de mât 10 selon l’invention répond donc mieux aux exigences opérationnelles de discrétion. Elle permet notamment d’ajuster la hauteur de chaque étage au besoin opérationnel du moment (portée de détection, furtivité, résistance à l’état de mer, etc.). Avantageusement, la structure de mât 10 comporte des moyens de détermination de la position du mât hissable, et notamment de chacun de ses étages. Ces moyens de détermination comportent par exemple au moins un capteur linéaire « pleine course » tel qu’un capteur magnétostrictif, ou en variante des moyens de comptage de tour associés aux tambours, à partir d’un point de référence « mât affalé » au repos. On décrira ci-dessous un exemple (non limitatif) de dimensionnement des treuils et de la batterie. L’effort de déplacement du premier étage est de l’ordre de 20 kN à une vitesse qui n’a pas lieu de dépasser 0,5 m/s, alors que l’effort du second étage est par exemple de l’ordre d 10 kN à une vitesse qui atteindra utilement 1 m/s, soit 10 kW utile dans les deux cas. Pour un tambour de 0,2 m de diamètre (périmètre de 0,628 m), le couple au 1er étage sera de 2 kN.m. Avec un réducteur usuel de rapport R=160, le couple moteur devra être de l’ordre de 12,5 N.m (15 N.m en comptant les rendements). Les moteurs électriques permettent de fournir brièvement un pic d’effort au-delà du domaine de dimensionnement. Un déplacement de mât dure entre 5 et 15 secondes. A 0,5 m/s, le tambour effectue 0,8 tr/s. Avec R=160, le moteur tourne à 128 tr/s. Le même moteur sera associé à un réducteur de R=80 pour le deuxième étage (deux fois moins de couple mais deux fois plus de vitesse). La batterie doit pouvoir assurer 3 ou 4 cycles sans rechargement. Une puissance de charge de 500 W suffit habituellement compte-tenu du cyclage usuel d’un mât et de la présence des deux bornes de charge par induction. On notera que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, et pourrait présenter diverses variantes. Structure de mât (10), notamment pour un véhicule sous-marin, comportant : - un support de mât (12) destiné à être fixé à une partie structurelle, comprenant un rail de guidage (15) s’étendant dans une direction de levage entre une première extrémité (15a) et une seconde extrémité (15b), - un mât hissable (14) à au moins un étage, comprenant un premier étage de mât (16) comportant un premier chariot (20) monté coulissant le long du rail de guidage (15) entre une position affalée à proximité de ladite première extrémité (15a) et une position déployée à proximité de ladite seconde extrémité (15b), le premier étage de mât (16) comportant également un premier montant (22) solidaire du premier chariot (20), - une tête de mât (13) portée par le mât hissable (14), caractérisé en ce qu’il comporte des moyens (28) de déplacement du mât, portés par le premier étage (16), les moyens de déplacement (28) comportant : - une batterie électrique (30), solidarisée au premier étage (16), - un premier tambour de treuil électrique (32), porté par le premier étage (16) et entrainé par un moteur alimenté par la batterie électrique (30), le premier tambour (32) coopérant avec un premier câble (34) partiellement enroulé autour du premier tambour et relié à ses extrémités à proximité des extrémités basse (15a) et haute (15b) du rail de guidage (15). Structure de mât (10) selon la revendication 1, dans laquelle le mât hissable (14) comporte un second étage de mât (18) comportant un second chariot (24) monté coulissant le long du premier montant (22), et un second montant (26) solidaire du second chariot (24), la tête de mât (13) étant portée par le second montant (26), les moyens de déplacement (28) comprenant un second tambour de treuil électrique (38), porté par le premier étage et entrainé par un moteur alimenté par la batterie électrique (30), le second tambour (38) coopérant avec un second câble (40) partiellement enroulé au second tambour et relié à ses extrémités au second chariot (24), par l’intermédiaires de poulies (42a, 42b) portées par le premier montant (22). Structure de mât (10) selon la revendication 2, dans laquelle le second tambour (38) est entrainé par le même moteur que le premier tambour (32), le premier tambour (32) étant entrainé par l’intermédiaire d’un premier réducteur, de préférence débrayable, et le second tambour (38) étant entrainé par l’intermédiaire d’un second réducteur, de préférence débrayable. Structure de mât (10) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle les premier (32) et second (38) tambours sont agencés respectivement sur des côtés opposés du premier chariot (20). Structure de mât (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens (36) de recharge de la batterie (30), comprenant au moins : - une première borne de recharge (36a) destinée à être fixé à la partie structurelle du véhicule sous-marin, agencé à proximité de la première extrémité (15a) du rail de guidage (15) de manière à pouvoir recharger la batterie (30) lorsque le premier chariot (20) est en position affalée, et/ou - une seconde borne de recharge (36b) destinée à être fixé à la partie structurelle du véhicule sous-marin, agencé à proximité de la seconde extrémité (15b) du rail de guidage (15) de manière à pouvoir recharger la batterie (30) lorsque le premier chariot (20) est en position déployée. Structure de mât (10) selon la revendication 5, dans lequel les moyens de recharge (36) sont des moyens de recharge par induction. Structure de mât (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier câble (34) est textile. Véhicule sous-marin, comprenant une partie structurelle portant une structure de mât, caractérisé en ce que la structure de mât (10) est selon l’une quelconque des revendications précédentes.