FR2569326A1 - Transducteurs piezo-electriques et antennes de sonar pouvant etre immerges a grande profondeur - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET DES TRANSDUCTEURS PIEZO-ELECTRIQUES ET DES ANTENNES DE SONAR POUVANT ETRE IMMERGES A GRANDE PROFONDEUR. UNE ANTENNE DE SONAR SELON L'INVENTION COMPORTE PLUSIEURS RANGEES DE TRANSDUCTEURS 1A, 1B... CHAQUE TRANSDUCTEUR COMPORTE UN MOTEUR PIEZO-ELECTRIQUE 3, UN PAVILLON 2 ET UNE CONTREMASSE 4 QUI SONT ENVELOPPES PAR UN BOITIER RIGIDE ET ETANCHE 5, QUI EPOUSE LEUR FORME AVEC UN TRES FAIBLE JEU 5A. LE BOITIER EST RELIE PAR UN TUBE 8 A UNE POCHE DEFORMABLE 9 REMPLIE DE GAZ ET SOUMISE A LA PRESSION HYDROSTATIQUE D'IMMERSION. UNE APPLICATION EST LA CONSTRUCTION D'ANTENNES SONAR POUVANT ETRE IMMERGEES A DES PROFONDEURS DE PLUSIEURS CENTAINES DE METRES.

Description

Transducteurs piézo-électriques et antennes de sonar pouvant être immergés à grande profondeur.
La présente invention a pour objet des transducteurs piézoélectriques et des antennes de sonar pouvant être immergés à grande profondeur.
Le secteur technique de l'invention est celui des transducteurs piézo-électriques utilisés pour construire des antennes de sonar émettrices ou réceptrices, pouvant être immergées à grande profondeur.
Les transducteurs piézo-électriques destinés aux applications sous-marines, notamment les transducteurs du type Tonpilz, comportent un empilement d'éléments piézo-électiques, par exemple de céramiques piézo-électriques, appelé moteur piézo-électrique, qui est intercalé entre une contremasse et un pavillon dont la face avant sert d'interface entre le moteur piézo-électrique de l'eau.
Le moteur piézo-électrique, la face arrière du pavillon et la contremasse doivent être découplés acoustiquement de l'eau environnante et, pour cela, ils sont enfermés dans une enveloppe et séparés de celleci par une lame d'air.
Suivant un premier mode de réalisation connu, l'enveloppe est un boîtier rigide et étanche qui résiste à la pression hydrostatique.
Cette solution ne permet pas de construire des transducteurs pouvant être immergés à des grandes profondeurs de plusieurs centaines de mètres, car il faudrait construire des bottiers très résistants donc très lourds, encombrants et onéreux et le moteur piézo-électrique subirait une pression axiale très élevée. Pour construire des transdcuteurs piézoélectriques pouvant être immerges à grande profondeur,-on a proposé d'enfermer ceux-ci dans des enveloppes souples ou rigide et de mettre le gaz contenu dans le boîtier en équipression avec l'extérieur par diversmoyens.
Le brevet FR. 76/23.652 (Etat Français) décrit des transducteurs piézo-électriques qui sont placés à l'intéireur d'une enveloppe rigidesétanche aux gaz, laquelle enveloppe contient un matériau solide qui délimite un ou plusieurs canaux cylindriques qui communiquent avec l'extérieur et qui contiennent chacun un piston.
La publication FR. A. 2.215.008 (Etat Français) décrit un transducteur comportant un moteur piézo-électrique qui est entouré par une enveloppe rigide, laquelle est entourée d'une deuxième enveloppe rigide qui délimite avec la première un conduit annulaire dans lequel se déplace un piston annulaire.
Les solutions décrites'dans ces brevets antérieurs présentent I'inconvénient d'accroire sensiblement les dimensions des transducteurs et, de ce fait, elles ne conviennent pas bien pour construire des antennes de sonar composées de colonnes de transducteurs car elles conduisent à des antennes très encombrantes.
L'objectif de la présente invention est de procurer des transducteurs et des antennes de sonar qui peuvent être immergés à très grande profondeur, grâce à une mise en équipression du boîtier contenant chaque transducteur avec 1 1extérieur par des moyens de mise en équipression qui n'augmentent pas ltencombrement de chaque transducteur et qui sont particulièrement adaptés à la construction d'antennes de sonar comportant des rangées de transducteurs juxtaposés.
L'invention a pour objet des transducteurs du type connu comportant un moteur piézo-électrique intercalé entre une contremasse et un pavillon, qui sont enveloppés par un boîtier rigide et étanche.
L'objectif de l'invention est atteint au moyen de transducteurs piézo-électriques dans lesquels le bottier rigide épouse la forme de la contremasse, du moteur piézo-électrique et de la paroi arrière du pavillon dont il est séparé par un très faible jeu rempli de gaz et ledit boîtier est relié à une poche déformable, qui est remplie du même gaz et qui est soumise à la pression d'immersion.
Afin d'atteindre des profondeurs d immersion plus importantes, le gaz contenu dans la poche déformable est avantageusement précomprimé.
L'invention a également pour objet des antennes de sonar pouvant être immergées à grande profondeur, du type composé-de plusieurs rangées de transducteurs selon l'invention, dans lesquelles les poches déformables sont placées entre les rangées de transducteurs, de telle sorte que l'encombrement total de l'antenne est inchangé.
L'invention a pour résultat de nouveaux transducteurs piézoélectriques et des nouvelles antennes de sonar qui peuvent être immergées à des profondeurs de plusieurs centaines de mètres, sans augmenter l'en- combrement des antennes.
En effet, les transducteurs selon l'invention contiennent un volume de gaz très faible, qui est nécessaire pour assurer le découplage acoustique entre le boîtier et le moteur piézo-électrique.
Par exemple, dans le cas d'un transducteur du type Tonpilz, dont le pavillon a un diamètre de 160 mm et qui a une longueur totale de 385 mm avec un jeu entre le boîtier et les éléments du transducteur de l'ordre de 0,5 mm, le volume d'air contenu dans le boîtier est de
3 ltordre de 53 cm
Si lton associe à chaque transducteur une poche déformable ayant au repos un volume de l'ordre de deux litres, soit environ 40 fois le volume d'air contenu dans le bottier, un tel transducteur pourra rester en équipression jusqu a une profondeur telle-que tout l'air de la poche soit passé dans le bottier en étant alors comprimé sous une pression de 40 bars, soit une profondeur d'immersion de 400 mètres.
Si, de plus, on précomprime l'air contenu dans la poche déformable sous une pression de 5 bars à laquelle la poche peut résister, on peut atteindre une pression d'immersion cinq fois plus élevée, soit environ 2000 mètres.
La description suivante se réfère au dessin annexé qui représente un mode de réalisation d'une antenne de sonar selon l'invention.
La figure unique représente une coupe partielle perpendiculaire à l'axe d'une antenne de sonar qui comporte plusieurs rangées de transducteurs de type Tonpilz, chaque rangée étant parallèle à l'axe.
La figure unique représente deux transducteurs la et lb appartenant à deux rangées juxtaposées.
Les transducteurs représentés sur la figure comportent chacune de façon connue, un pavillon 2 dont la face externe est un contact avec l'eau, un empilement de plaquettes piézo-électriques 3 intercalées entre des électrodes qui constituent le moteur piézo-électrique et une contremasse 4. Le pavillon et la contremasse sont reliés par une tige de précontrainte qui peut être une tige centrale ou bien une tige creuse qui enveloppe le moteur piézo-électrique.
Selon l'invention, chaque transducteur comporte un boîtier rigide et étanche qui enveloppe la contremasse, le moteur piézoélectrique et l'arrière du pavillon avec un très faible jeu 5a, de l'ordre de 0,5 mm, qui est suffisant pour obtenir un bon découplage acoustique.
Le boîtier 5 peut être très mince puisqu'il est maintenu en équipression avec l'extérieur et il n'a donc pas à résister à la pression.
Par exemple, le boîtier 5 peut être construit en résine stratifiée.
L'ensemble constitué par le pavillon 2, le moteur 3 et la contremasse 4 est maintenu centré à l'intérieur du boîtier 5 par des joints toriques 6 en matériau elastomère qui sont des joints fendus pour permettre le passage de ltair. Un tampon élastique 7, par exemple un tampon annulaire fendu ou un ressort est intercalé entre la face arrière de la contremasse et le fond du boîtier 5 pour maintenir le transducteur écarté du fond du boîtier.
L'espace libre entre le bottier et le transducteur est relié- par un tube 8 souple ou rigide ou par tout autre moyen équivalent à une poche déformable 9, dont le volume au repos est nettement supérieur au volume occupé par le gaz à l'intérieur du boîtier 5.
La poche 9 est~par exemple une poche en un matériau élastomère très souple. Elle est placée à l'extérieur du boîtier et elle est plongée dans l'eau, de sorte qu'elle est soumise à la pression hydrostatique et que le gaz qu'elle contient est en équilibre de pression avec 1 t extérieur.
Avantageusement, avant l'immersion, le gaz contenu dans la poche 9, peut être précomprimé à une pression de quelques bars compatible avec la résistance au gonflage de la poche.
La figure unique montre que les poches déformables peuvent être placées dans l'espace libre entre les rangées de transducteurs sans avoir à augmenter l'encombrement de l'antenne. On peut facilement loger une poche déformable ayant au repos un volume de l'ordre de deux litres entre deux transducteurs juxtaposés, de type Tonpilz, dont le pavillon a un diamètre de l'ordre de 160 mm et qui ont une longueur de l'ordre de 400 mm.
On peut utiliser une poche pour chaque transducteur ou bien une seule poche commune à une rangée de transducteurs.
Afin que le volume de gaz contenu à I'intérieur du boîtier 5 soit le plus faible possible et qu'on puisse donc rester en équipression jusqu'à une grande profondeur d'immersion en utilisant des poches déformables de volume relativement réduit, il faut réduire au maximum le jeu entre les parois du boîtier et les éléments du transducteur.
Pour cela, il faut que la surface externe des éléments du transducteur soit une surface géométrique bien définie et régulière.
Avantageusement, on peut enrober les éléments du transducteur dans un film de résine qui permet d'obtenir une surface unie ou envelopper les éléments du transducteur dans un matériau de remplissage. Le transducteur comporte des conducteurs qui relient les électrodes du moteur piézo-électrique à l'extérieur. Avantageusement, on fait passer ces conducteurs à l'intérieur du moteur piézo-électrique, soit entre la tige de précontrainte et les céramiques, soit à l'intérieur de ia tige de précontrainte qui est creuse et qui peut être soit à l'inte- rieur, soit à l'extérieur du moteur.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Transducteur piézo-électrique pouvant être immergé à grande profondeur, du type comportant un moteur piézo-électrique (3) intercalé entre une contremasse (4) et un pavillon (2) qui sont enveloppés par un bottier (5) rigide et étanche, caractérisé en ce que ledit boîtier rigide épouse la forme de ladite contremasse, dudit moteur piézo-électrique et de la paroi arrière du pavillon, dont il est séparé par un très faible jeu (5a) rempli de gaz et ledit boîtier est relié à une poche déformable (9) qui est remplie du même gaz et qui est soumise à la pression d'immersion.
2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz contenu dans ladite poche déformable est précomprime.
3. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit moteur piézo-électrique (3), ledit pavillon (2) et ladite contremasse (4) sont maintenus centrés à l'in térieur dudit boîtier (5) par des joints fendus (6).
4. Antenne de sonar pouvant être immergée à grande profondeur, du type composé de plusieurs rangées de transducteurs (la, lb...); caractérisée en ce que lesdits transducteurs sont construits selon l'une des revendications 1 à 3, et lesdites poches déformables (9) sont placées entre les rangées de transducteurs.
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