FR2625064A1

FR2625064A1 - Method for manufacturing an acoustic antenna, in particular a linear acoustic antenna

Info

Publication number: FR2625064A1
Application number: FR8717878A
Authority: FR
Inventors: Rene Reynier; Jean-Francois Gelly
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1989-06-23
Anticipated expiration: 2007-12-22
Also published as: FR2625064B1

Abstract

The invention relates to acoustic antennas, in particular linear acoustic antennas. It consists in replacing the liquid intended to fill the space between the outer sheath of such an antenna and the sensors contained in this sheath, by a gel obtained by mixing a styrene-based copolymer and a naphthenic paraffin oil. It makes it possible to limit the drawbacks of leakage and decrease the noise induced by the filling material.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE ANTENNE
ACOUSTIQUE, NOTAMMENT D'UNE
ANTENNE ACOUSTIQUE LINEAIRE
La présente Invention se rapporte aux procédés de fabrication des antennes acoustiques, notamment des antennes acoustiques linéaires remorquées par des bâtiments navals pour recevoir et/ou émettre des ondes acoustiques permettant de détecter des objets immergés.METHOD FOR MANUFACTURING AN ANTENNA
ACOUSTICS, ESPECIALLY FROM A
LINEAR ACOUSTIC ANTENNA
The present invention relates to methods of manufacturing acoustic antennas, in particular linear acoustic antennas towed by naval vessels to receive and / or emit acoustic waves making it possible to detect submerged objects.

On utilise couramment des antennes acoustiques linéaires formées d'un chapelet de capteurs répartis sur une distance pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres. Ces antennes sont par exemple remorquées par un sous-marin pour détecter les navires en surface, ou par un bâtiment de surface pour faire de la prospection pétrolière. Linear acoustic antennas are commonly used formed by a chain of sensors distributed over a distance of up to several hundred meters. These antennas are for example towed by a submarine to detect ships on the surface, or by a surface vessel to do oil exploration.

Afin de protéger les coapteurs, ceux-ci sont placés dans un tube cylindrique souple et l'antenne se présente ainsi sous la forme d'un tuyau fermé composé de plusieurs segments raccordés les uns aux autres pour obtenir la longueur nécessaire. To protect the coaptors, they are placed in a flexible cylindrical tube and the antenna is thus in the form of a closed pipe composed of several segments connected to each other to obtain the necessary length.

Pour assurer la propagation des ondes acoustiques entre le milieu extérieur, dans lequel baigne l'antenne, et les capteurs, l'intérieur du tube cylindrique souple est rempli d'un liquide qui permet l'adaptation acoustique en présentant une faible absorption et dans lequel la vitesse du son est sensiblement égale å celle dans le milieu extérieur. Pour faciliter les problèmes d'isolement des capteurs et des circuits électriques auxquels ils sont reliés, ce liquide est électriquement isolant. Pour cela on utilise généralement une huile paraffinique dont la densité, inférieure å 1, est choisie pour permettre d'obtenir une flottabilité à peu près neutre de l'ensemble de l'antenne. Ce liquide est mis en légère pressurisation pour éviter les rentrées d'eau éventuelles. To ensure the propagation of acoustic waves between the external environment, in which the antenna is surrounded, and the sensors, the interior of the flexible cylindrical tube is filled with a liquid which allows acoustic adaptation with low absorption and in which the speed of sound is approximately equal to that in the external environment. To facilitate the problems of insulation of the sensors and of the electrical circuits to which they are connected, this liquid is electrically insulating. For this, a paraffinic oil is generally used, the density of which, less than 1, is chosen to make it possible to obtain an approximately neutral buoyancy of the whole of the antenna. This liquid is put under slight pressurization to avoid any backflow of water.

Dans le cas des antenne-s de sonar placées sous la coque d'un bateau et protégées au moyen d'un dôme étanche de forme hydrodynamique, l'étanchéité est réalisée au niveau de l'antenne et lton utilise simplement dans ce cas de 1 eau pour remplir le dôme et pour assurer l'adaptation acoustique. In the case of sonar antennas placed under the hull of a boat and protected by means of a waterproof dome of hydrodynamic shape, the sealing is carried out at the level of the antenna and lton simply uses in this case 1 water to fill the dome and to ensure acoustic adaptation.

L'utilisation d'une huile fluide dans le cas des antennes linéaires entraîne au moins deux inconvénients
- Tout d'abord en cas de fuite, en particulier aux raccords qui permettent de réunir les différents tronçons, huile remonte à la surface et permet de détecter le sous-marin. Dans le cas d'une fuite importante, on assiste à une rentrée de l'eau de mer dans le tube et à une mise hors service de l'antenne.The use of a fluid oil in the case of linear antennas involves at least two drawbacks
- First of all in the event of a leak, in particular at the connections which allow the various sections to be brought together, oil rises to the surface and makes it possible to detect the submarine. In the event of a major leak, there is a re-entry of seawater into the tube and a decommissioning of the antenna.

- D'autre part le liquide se déplace dans le tuyau en fonction des déformations de celui-ci, avec en particulier création d'un effet de "carène fluide" sous l'influence des efforts de traction. Le liquide en mouvement vient alors frotter sur les capteurs en donnant naissance à des signaux indésirables qui peuvent masquer les signaux utiles. - On the other hand the liquid moves in the pipe according to the deformations of the latter, with in particular creation of an effect of "fluid hull" under the influence of the tensile forces. The moving liquid then rubs against the sensors, giving rise to unwanted signals which can mask useful signals.

Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose de remplacer le liquide de remplissage par un gel, obtenu notamment à partir d'un mélange de copolymère à base de styrène, et d'huile paraffinique. Selon que la consistance du gel est faible ou forte, on peut directement remplir le tuyau ou extruder le gel sur le chapelet capteurs pour obtenir directement une antenne linéaire solide. To overcome these drawbacks, the invention proposes to replace the filling liquid with a gel, obtained in particular from a mixture of copolymer based on styrene, and paraffinic oil. Depending on whether the consistency of the gel is weak or strong, one can directly fill the pipe or extrude the gel on the sensor chain to obtain a solid linear antenna directly.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif. Other features and advantages of the invention will appear clearly in the following description given by way of nonlimiting example.

A température ambiante les gels ont l'apparence d'un produit visqueux non liquide et qui ne s'écoule pas. Leur consistance est très variable suivant la composition, ce qui permet d'obtenir une large gamme de matériaux. At room temperature the gels have the appearance of a viscous non-liquid product which does not flow. Their consistency is very variable depending on the composition, which makes it possible to obtain a wide range of materials.

Pour les produits les moins consistants, la cohésion du gel est juste suffisante pour lui permettre de conserver une forme relativement constante quand il n'est pas soumis à une force extérieure. Un tel gel ne peut donc pas être utilisé pour former une structure, mais uniquement pour servir de masse de remplissage. For the less consistent products, the cohesion of the gel is just sufficient to allow it to maintain a relatively constant shape when it is not subjected to an external force. Such a gel cannot therefore be used to form a structure, but only to serve as a filling mass.

Pour les produits les plus consistants, la cohésion du gel est suffisante pour que sa dureté soit comprise dans les premiers degrés de l'échelle de dureté Shore A des élastomères. For the most consistent products, the cohesion of the gel is sufficient for its hardness to be included in the first degrees of the Shore A hardness scale of the elastomers.

Un tel gel peut servir de matériau de construction pour au moins participer à la résistance structurale de l'objet dans lequel il est moulé.Such a gel can serve as a building material to at least participate in the structural strength of the object in which it is molded.

Pour obtenir un gel, on mélange deux composants principaux
- un copolymère (ou un mélange de copolymères) thermoplastique, séquencé, susceptible de subir une réticulation physique réversible, et capable de gonfler par absorption irréversible d'une quantité importante du deuxième composant principal
- un liquide (ou un mélange de liquides) compatible avec ce copolymère et capable de faire gonfler une séquence du copolymère sans détruire l'autre séquence responsable de la réticulation physique reversible de celuf-ci, afin de garder le caractère thermoplastique du matériau.To obtain a gel, two main components are mixed
- a thermoplastic, block copolymer (or mixture of copolymers), capable of undergoing reversible physical crosslinking, and capable of swelling by irreversible absorption of a large quantity of the second main component
- A liquid (or a mixture of liquids) compatible with this copolymer and capable of swelling a block of the copolymer without destroying the other block responsible for the reversible physical crosslinking thereof, in order to keep the thermoplastic character of the material.

En ce qui concerne le premier composant principal, on utilise généralement un copolymère tri-séquencé élastomérique, comportant une chaîne moléculaire qui est typiquement constituée de deux segments rigides reliés entre eux par un segment médiant souple de nature élastomérique. Les segments rigides sont le plus souvent du polystyrène présentant une température de transition vitreuse d'environ 1000 C. Le segment souple est généralement un polydiène, par exemple du polybutadiène, du polylsoprène ou encore du polyéthylène-butylène, dont la température de transition vitreuse est inférieure d'environ 500 C à la température ambiante. As regards the first main component, an elastomeric tri-block copolymer is generally used, comprising a molecular chain which typically consists of two rigid segments linked together by a flexible mediating segment of elastomeric nature. The rigid segments are most often polystyrene having a glass transition temperature of approximately 1000 C. The flexible segment is generally a polydiene, for example polybutadiene, polylsoprene or else polyethylene-butylene, the glass transition temperature of which is about 500 C below room temperature.

En ce qui concerne le deuxième composant principal on utilise un certain nombre de produits auxquels sont très sensibles les élastomères de polydlène. Ces produits sont essentiellement les solvants organiques, les huiles de pétrole, et certains polymères liquides de nature chimique apparentés aux polydiènes, tels que les dérivés du butylène et de ses isomères. With regard to the second main component, a number of products are used to which the polydlene elastomers are very sensitive. These products are essentially organic solvents, petroleum oils, and certain liquid polymers of a chemical nature related to polydienes, such as derivatives of butylene and its isomers.

On exploite cette sensibilité élevée pour obtenir des produits particulièrement adaptés à la fabrication des antennes acoustiques sous-marines. This high sensitivity is exploited to obtain products which are particularly suitable for the manufacture of underwater acoustic antennas.

Quand on dissout un polydiène isolé dans un de ses solvants, on obtient une dissolution dont la viscosité varie de façon continue en fonction de la teneur en polymère et en fonction de la température. Le produit obtenu est en pratique toujours un liquide plus ou moins visqueux. When an isolated polydiene is dissolved in one of its solvents, a solution is obtained, the viscosity of which varies continuously as a function of the polymer content and as a function of temperature. The product obtained is in practice always a more or less viscous liquid.

Par contre, lorsqu'on disssout un polydiène, non plus isolé comme précédemment, mais copolymérisé à du styrène, on obtient un produit qui coagule à une température située en-dessous de la température de transition vitreuse du polystyrène. By cons, when dissolving a polydiene, no longer isolated as above, but copolymerized with styrene, a product is obtained which coagulates at a temperature below the glass transition temperature of the polystyrene.

Le produit obtenu à la suite de cette coagulation est un gel, et ce mécanisme se produit même lorsque la dilution du polymère dans son milieu solvant est très importante. The product obtained following this coagulation is a gel, and this mechanism occurs even when the dilution of the polymer in its solvent medium is very large.

Le gel ainsi formé contient trois phases
- une phase continue polydiénique élastomérique
- une phase liquide continue retenue dans le réseau moléculaire du polydiène ; et
- une phase discontinue, à segments rigides thermoplastiques, liée chimiquement à la phase élastomérique et assurant la gélification de l'ensemble.The gel thus formed contains three phases
- a continuous elastomeric polydienic phase
- a continuous liquid phase retained in the molecular network of polydiene; and
- a discontinuous phase, with rigid thermoplastic segments, chemically linked to the elastomeric phase and ensuring the gelling of the whole.

Pour fabriquer un tel gel, on commence par mélanger dans les proportions prévues les deux composants principaux, en ajoutant éventuellement les composants secondaires utiles. On porte ensuite progressivement l'ensemble à une température supérieure à 1000 C, tout en brassant le mélange, pendant la durée nécessaire à la dissolution complète du premier composant dans le second. On procède ensuite à un débullage du produit obtenu, en le laissant reposer, soit à la pression ambiante, soit de préférence sous un vide primaire. Après refroidissement on obtient le gel thermoplastique désiré pour fabriquer des antennes acoustiques. To make such a gel, we start by mixing the two main components in the proportions provided, possibly adding the useful secondary components. The whole is then gradually brought to a temperature above 1000 ° C., while stirring the mixture, for the time necessary for the complete dissolution of the first component in the second. The product obtained is then debubbled, leaving it to stand, either at ambient pressure, or preferably under a primary vacuum. After cooling, the desired thermoplastic gel is obtained to manufacture acoustic antennas.

Dans un premier mode de réalisation, on utilise ce gel pour remplacer purement et simplement le liquide de remplissage d'une antenne acoustique linéaire, en effectuant cette opération de remplissage de l'antenne assemblée soit par coulée, soit par un injection. Pour cela il faut que la consistance du gel soit relativement faible. Un gel de consistance adéquate correspond par exemple à la formulation suivante
Composant nO 1- 1 part
Copolymère styrène-isoprène-styrène avec 15% de
teneur en styrène.In a first embodiment, this gel is used to replace purely and simply the filling liquid of a linear acoustic antenna, by carrying out this filling operation of the assembled antenna either by casting or by injection. For this it is necessary that the consistency of the gel is relatively weak. A gel of adequate consistency corresponds for example to the following formulation
Component nO 1- 1 part
Styrene-isoprene-styrene copolymer with 15%
styrene content.

Composant nO 2 - 10 parts
Huile paraffinique-naphténique de viscosité à 200 C
sensiblement égale à 250 cSt.Component nO 2 - 10 parts
Paraffinic-naphthenic oil with viscosity at 200 C
substantially equal to 250 cSt.

Les caractéristiques du gel ainsi obtenu sont les suivantes - dureté Shore A : non mesurable - célérité acoustique 1520 m/s - absorption : 3 dB/cm à 3 MHz - densité : 0,9 - excellente adhérence sur tous les matériaux.The characteristics of the gel thus obtained are as follows - Shore A hardness: not measurable - acoustic speed 1520 m / s - absorption: 3 dB / cm at 3 MHz - density: 0.9 - excellent adhesion to all materials.

Dans un deuxième mode de réalisation, on utilise un gel de consistance forte, permettant de supporter au moins une partie des efforts appliqués à l'antenne. Ceci ne permet pas de remplir le tuyau par coulage et on enrobe alors avec ce gel la chaîne formée par les capteurs, et éventuellement les circuits d'adaptation et d'amplification, reliés par les fils ' de connexion, en surmoulant le gel sur cette chaîne. Pour cela, on utilise une boudineuse à vis munie d'une filière en T dans laquelle la chaîne rentre d'un côté pour sortir de l'autre revêtue du gel. On pourrait, dans des cas très particuliers, songer à utiliser directement l'antenne ainsi obtenue, mais elle serait alors très fragile. Dans le cas général, on recouvre cette antenne d'une gaine protectrice jouant le rôle du tube décrit plus haut.Cette gaine protectrice est mise en place par exemple par boudinage sur le boudin de gel obtenu précédemment, dont la consistance est suffisamment forte pour pouvoir pénétrer dans la tête de la boudineuse. Un gel de consistance adéquate pour ce. deuxième mode - de réalisation correspond par exemple à la formulation suivante
Composant nO 1 - 1 part
Copolymère- styrène -éthylène - butylène - styrène avec 30%
de teneur en styrène.In a second embodiment, a gel of strong consistency is used, making it possible to withstand at least part of the forces applied to the antenna. This does not make it possible to fill the pipe by pouring and the chain formed by the sensors is then coated with this gel, and optionally the adaptation and amplification circuits, connected by the connecting wires, by overmolding the gel on this chain. For this, we use a screw extruder with a T-shaped die in which the chain goes on one side to exit the other coated with gel. One could, in very specific cases, consider using the antenna thus obtained directly, but it would then be very fragile. In the general case, this antenna is covered with a protective sheath playing the role of the tube described above. This protective sheath is put in place for example by extrusion on the gel strand obtained previously, the consistency of which is strong enough to be able to penetrate the head of the extruder. A gel of adequate consistency for this. second embodiment - corresponds for example to the following formulation
Component 1 - 1 part
Copolymer - styrene - ethylene - butylene - styrene with 30%
styrene content.

Composant nO 2 - 2 parts
Huile paraffinique-naphténique de viscosité à 200 C
sensiblement égale à 100 cSt.Component nO 2 - 2 parts
Paraffinic-naphthenic oil with viscosity at 200 C
substantially equal to 100 cSt.

Les caractéristiques du gel ainsi obtenu sont les suivantes - dureté Shore A : 16 - célérité acoustique : 1500 m/s - absorption : 3,3 dB/cm à 3 MHz - densité : : 0, 9 . The characteristics of the gel thus obtained are as follows - Shore A hardness: 16 - acoustic speed: 1500 m / s - absorption: 3.3 dB / cm at 3 MHz - density:: 0.9.

L'invention s'étend également aux gels de consistances intermédiaires entre celle de ces deux exemples, qui peuvent être obtenus en jouant sur les proportions respectives des deux composants principaux. Ces gels peuvent être utilisés pour le remplissage des enveloppes protectrices de tous les types de sonars, en prenant celui dont la consistance s'adapte le mieux au remplissage de l'enveloppe. The invention also extends to gels of intermediate consistencies between that of these two examples, which can be obtained by varying the respective proportions of the two main components. These gels can be used for filling the protective envelopes of all types of sonar, taking the one whose consistency best adapts to the filling of the envelope.

Claims

1. Manufacturing method for acoustic antenna, in particular for linear acoustic antenna, in which a material is used to fill the space between a protective envelope of this antenna and the active elements thereof, characterized in that this liquid is replaced by a gel comprising a first component formed of a copolymer - styrene - polydiene and a second main component formed of a polydiene solvent.

2. Method according to claim 1, characterized in that the first component is a copolymer-styrene isoprene-styrene having a styrene content substantially equal to 15%, that the second component is a paraffinic-naphthenic oil whose viscosity at 20 ° C. is about 250 cSt, and that one part of the first component is mixed with ten parts of the second component.

3. Method according to claim 2, characterized in that, the acoustic antenna being a linear antenna comprising a chain of sensors located in a flexible pipe, the gel is injected inside this pipe.

4. Method according to claim 1, characterized in that the first component of the gel is a styrene ethylene-butylene-styrene copolymer whose styrene content is substantially equal to 30%, that the second main component is a paraffinic-naphthenic oil of which the viscosity at 200 C is substantially equal to 100 cSt, and that one part of the first component is mixed with two parts of the second component.

5. Method according to claim 4, characterized in that, the acoustic antenna being a linear antenna carrying an elongated chain of sensors joined by connection wires, the gel is rolled up on the sensor chain to obtain an elongated cylinder of gel which includes the sensor chain.