FR2807278A1 - Dispositif pour controler la navigation d'un objet sous- marin remorque - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les " oiseaux " qui permettent de contrôler la navigation d'une antenne acoustique linéaire remorquée.Elle consiste à munir un tel oiseau d'une paire d'ailes horizontales (117, 118) et d'une paire d'ailes verticales (119-120). Ces ailes sont maintenues horizontales et verticales par pendulation de l'oiseau autour de l'antenne (105) sur laquelle il est fixé. On découple ainsi l'action des ailes horizontales, qui jouent uniquement sur l'immersion, et des ailes verticales, qui jouent uniquement sur le déport latéral.La consommation d'énergie de l'oiseau est réduite, permettant ainsi de l'alimenter par batteries interne (108) et de monter l'oiseau sur des antennes existantes.

Description

présente Invention se rapporte aux dispositifs qui permettent de contrôler la navigation d'un objet sous-marin remorqué, notamment d'une antenne acoustique linéaire remorquée, plus particulièrement pour maintenir celle-ci à une Immersion constante et à une distance constante par rapport d'autres antennes linéaires remorquées parallèlement à celle-ci pour former un réseau ayant la forme d'un peigne. Ces antennes acoustiques sont plus particulièrement utilisées dans la prospection pétrolière.

Des dispositifs de cette nature sont plus particulièrement connus du brevet d'invention n 2 744 870 déposé par la demanderesse le 13 février 1996 sous le n 96 01741, publié le 14 août 1997 et délivré le 6 mars 1998. Ce brevet expose notamment les nécessités opérationnelles et le principe du fonctionnement des dispositifs cette nature, qui sont couramment appelé "oiseaux" en raison de leur forme et de la présence d'ailes destinées à générer une force hydrodynamique qui vient agir sur le câble pour le maintenir dans une configuration déterminée.

Les oiseaux décrits dans ce brevet antérieur comprennent une paire d'ailes coplanaires dont l'inclinaison peut être réglée séparément au moyen de deux moteurs, ce qui permet à l'oiseau de s'orienter autour de son axe et donc d'agir sur la force hydrodynamique due aux ailes en direction et en amplitude. On peut ainsi faire bouger l'antenne ou plus précisément le segment d'antenne sur lequel est fixé l'oiseau, aussi bien dans le sens vertical, comme cela était connu auparavant, pour régler l'immersion, que dans le sens horizontal pour maintenir la rectitude de l'antenne et son espacement par rapport aux antennes adjacentes.

Cependant il n'y a pas séparation entre le réglage en immersion et celui en latéral. Donc pour faire bouger le segment d'antenne, que ce soit seulement en immersion ou seulement en latéral, il faut actionner les deux moteurs car le positionnement en rotation de l'oiseau autour de l'axe de l'antenne n'est pas naturellement stable. La consommation d'énergie électrique est dans ces conditions trop importante pour qu'ils puissent être alimentés par une source d'énergie interne à l'oiseau, par exemple des piles. En effet, compte tenu de l'autonomie nécessaire à l'acquisition des signaux sismiques, le volume de piles serait prohibitif. On est donc amené, comme décrit dans le brevet cité cl-dessus, utiliser un transformateur pour transmettre l'énergie. II est donc nécessaire de modifier structure de l'antenne pour y Inclure le primaire du transformateur, le secondaire étant situé dans le corps de l'oiseau, ce qui présente l'inconvénient majeur d'empêcher l'utilisation d'antennes existantes.

Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un dispositif pour contrôler la navigation d'un objet sous-marin remorqué, notamment d'une antenne acoustique Ilnéaire remorquée, comprenant un corps muni de moyens pour le fixer manière démontable sur une antenne, au moins une première paire d'ailes fixée horizontalement sur le corps et des premiers moyens pour modifier l'inclinaison de cette première paire d'ailes afin de contrôler l'immersion du dispositif, principalement caractérisé en ce qu'il comprend en outre une deuxième paire d'ailes fixée verticalement sur le corps des deuxièmes moyens pour modifier l'inclinaison de cette deuxième paire d'ailes afin de contrôler la position horizontale du dispositif dans une situation déterminée.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend des moyens de fixation sur une antenne linéaire qui permettent une libre rotation du dispositif autour de l'axe de l'antenne, et ce dispositif a un poids nul dans l'eau de mer, et la répartition des masses fixe son centre de volume de gravité en dessous de son centre volume de manière maintenir la première paire d'ailes horizontale et la deuxième paire d'ailes verticale par action pendulaire; ces ailes étant symétriques par rapport à son axe de rotation, qui est confondu avec l'axe de l'antenne.

Selon une autre caractéristique, l'aile verticale inférieure comprend à son extrémité libre un lest et l'aile verticale supérieure comprend à son extrémité libre un flotteur; les formes et dimensions du lest et du flotteur étant sensiblement identiques et adaptées pour avoir un effet analogue à celui de plaques marginales d'extrémités d'ailes. Selon une autre caractéristique, le corps comprend une partie haute au-dessus de l'antenne dans laquelle est disposé un volume ajustable en flottabilité, et une partie basse dans laquelle sont rassemblés les organes de contrôle et des inclinaisons des ailes.

Selon une autre caractéristique, le corps est formé d'une première partie creuse située au-dessus de l'antenne, d'une deuxième partie creuse située en dessous de cette antenne, et de deux pièces de liaison et allongées de largeur sensiblement égale au diamètre des tubes et reliant ceux-ci respectivement à l'avant et l'arrière, et au milieu desquelles sont fixés les moyens de fixation sur l'antenne.

Selon une autre caractéristique les deux ailes verticales sont fixées respectivement sur deux axes traversant respectivement la partie haute et la partie basse du corps et reliées ensemble par une pièce de liaison en forme de demi-cercle qui vient entourer l'antenne de manière ce que les deux ailes soient solidaires dans leur mouvement et à ce que ladite pièce de liaison ne vienne pas heurter l'antenne lorsque les ailes tournent.

Selon une autre caractéristique, comprend en outre un module de récupération fixé sur le corps.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent - la figure 1, une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2, une vue de côté et en transparence de ce même dispositif; - la figure 3, une vue de face et en transparence de ce même dispositif<B>;</B> et - la figure 4, un schéma bloc des moyens de communication de ce dispositif.

L'oiseau selon l'invention représenté sur les figures 1 à 3 comprend un corps essentiellement formé d'une partie supérieure de forme tubulaire creuse 101 et d'une partie Inférieure également de forme tubulaire creuse 102. Ces parties sont reliées par des pièces de liaison 103 et 104 allongées et de largeur sensiblement égale au diamètre des parties, de manière former avec ces derniers un cadre de forme sensiblement rectangulaire. La partie avant de la pièce de liaison 103 est profilée de manière à obtenir un bon coefficient de traînée dans l'eau. La partie centrale de ces pièces 103 et 104 est évidee, de manière à pouvoir fixer ce corps sur une antenne linéaire acoustique 105 qui vient se mettre en place à l'intérieur de ces évidements. Deux pièces d'attache 106 et 107 viennent refermer ces évidements, de manière à emprisonner l'antenne au milieu des deux pièces liaison 103 et 104 en assurant une possibilité de rotation du corps autour de l'antenne. Ces pièces d'attaches sont fixées sur les pièces de liaison par un système de clips de sécurité qui permet à la fois ûn montage et un démontage rapide tout en assurant une fixation sûre qui ne peut pas se démonter sans l'intervention d'un opérateur. Ce dispositif permet de monter et de démonter les oiseaux sur l'antenne de manière à pouvoir ranger celle-ci à bord du navire tracteur, par exemple en l'enroulant sur un treuil. Les oiseaux sont alors stockés séparément La partie inférieure 102 sert essentiellement dans ce mode de réalisation à contenir les différents organes destinés à assurer le fonctionnement de l'oiseau. On distingue ainsi une batterie d'alimentation électrique 108, formée par exemple d'un ensemble de piles à haute capacité, des moteurs 109 et 110 permettant de manoeuvrer les ailes qui sont décrites plus loin, un capteur de pression 111, un capteur de cap 112, une bobine 113 de communication avec l'antenne, et une unité de contrôle 114 alimentée par les piles 108 et permettant de faire fonctionner les moteurs 109/110 à partir des signaux reçus par la bobine 113 et des indications obtenues à partir des capteurs 111 et 112.

La partie supérieure 101 quant à elle est essentiellement consacrée au maintien de la flottabilité, sensiblement nulle dans l'eau de mer, de l'ensemble de l'oiseau. La partie supérieure 101 comporte pour cela un volume 115, ajustable en densité. L'arrière de la partie 101 est prolongé par un module de récupération 116 qui pénètre partiellement à l'intérieur de cette partie pour être solidarisé avec celul-ci.

Ce module de récupération, connu de l'état de l'art, permet en cas de besoin, la suite par exemple d'une perte de contrôle accidentelle, de faire remonter à la surface de la mer l'oiseau et la partie de l'antenne laquelle il est accroché.

Le cas échéant ce module de récupération pourra être remplacé par un sous-ensemble passif, de forme de masse et de poids dans l'eau Identiques à ceux du module de récupération, pour ne pas perturber l'équilibre de l'oiseau.

L'oiseau comporte une première paire d'ailes horizontales 117/118 qui sont fixées sur la partie inférieure 102 sensiblement au milieu de celle-ci. L'incidence de ces ailes est réglable à partir de l'unité de contrôle 114 par l'intermédiaire de l'un des deux moteurs 109/110. La variation de l'incidence est la même pour les deux ailes car celles-ci sont reliées par un moyen de fixation rigide qui traverse la partie Inférieure 102, de manière à obtenir un mouvement identique pour les deux ailes. La variation de l'incidence de ces ailes horizontales permet donc d'agir sur leur portance et de contrôler l'immersion de l'oiseau au sein de la mer, de manière connue.

L'oiseau comporte en outre une deuxième paire d'ailes verticales 119/120, dont l'une est fixée en dessous de la partie inférieure 102 et l'autre au-dessus de la partie supérieure 101, sensiblement au milieu de ces deux parties. Ces ailes sont fixées respectivement à des axes de rotation 121 et 122 qui traversent verticalement et respectivement les deux parties 101 et 102. Ces axes de rotation sont reliés par une pièce de liaison 123 en forme de demi- cercle qui vient entourer l'antenne 105. Le diamètre de cette pièce est suffisamment grand pour que lors du débattement de la paire d'ailes verticales cette pièce ne vienne pas heurter l'antenne 105. Cet ensemble est entraîné en rotation par l'autre des moteurs 109/110, à partir des signaux de commande délivrés par l'unité de contrôle 114, de manière à obtenir une force latérale qui, par l'intermédiaire de l'oiseau, vient faire bouger l'antenne 105 dans le plan horizontal de manière contrôler son déport latéral afin d'une part de maintenir cette antenne aussi droite que possible et d'autre part de maintenir l'écartement entre deux antennes naviguant de conserve une distance constante et égale à une valeur déterminée.

L'oiseau est conçu, selon l'invention, pour satisfaire aux 3 conditions suivantes - poids nul, ou quasi nul, dans l'eau de mer (typiquement de masse volumique p = 1026 kg/m3), - centre de gravité au-dessous du centre de volume, - symétrie drolte/gauche et haut/bas des couples dus aux efforts hydrodynamiques autour de l'axe de rotation de 'l'oiseau correspondant à l'axe de l'antenne 130.

Si M est la masse de l'oiseau et V son volume, on réalise M =pV pour satisfaire à la première condition.

L'extrémité libre de l'aile inférieure verticale 119 est munie d'un lest profilé 123, et l'aile supérieure verticale 120 d'un flotteur profilé 124 contribuant à satisfaire la deuxième condition.

Enfin, on réalise par construction la symétrie entre les ailes verticales, lest et flotteur compris, et les ailes horizontales, par rapport à l'axe de rotation de l'oiseau, pour satisfaire à la troisième condition.

Ainsi l'oiseau constitue un système pendulaire stable dans l'eau, en statique et en dynamique, lequel adopte donc une position d'équilibre telle que le plan de ses ailes verticales reste sensiblement vertical et le plan de ses ailes horizontales sensiblement horizontal. De cette manière les ailes horizontales agissent uniquement sur l'immersion de l'oiseau, et donc de l'antenne, et les ailes verticales agissent uniquement sur le déport latéral de l'oiseau et de l'antenne. On découple ainsi le contrôle d'immersion et le contrôle latéral de la géométrie de l'antenne sur laquelle sont fixés les oiseaux.

Ainsi, en régime permanent l'ensemble est stable et il n'est plus nécessaire de contrôler en permanence le mouvement des ailes afin d'assurer cette stabilité, comme c'était le cas dans l'oiseau décrit dans la demande de brevet de la demanderesse citée plus haut. Donc, lorsque l'incidence des ailes horizontales et verticales permet d'obtenir la géométrie voulue de l'antenne, il n'est plus alors nécessaire de modifier ces Incidences et donc d'alimenter les moteurs correspondants pour obtenir ces modifications. Cette alimentation ne sera alors nécessaire que lorsque l'on voudra modifier cette géométrie, par exemple pour corriger les variations provenant des courants marins. Enfin le lest 123 et le flotteur 124 exercent une action hydrodynamique analogue celle obtenue avec des plaques marginales d'extrémités d'ailes, qui permet d'obtenir une même portance avec une inclinaison plus faible des ailes verticales.

Les différents sous-ensembles destinés à commander les ailes, qui ont été décrits plus haut, sont réunis de la manière présentée sur la figure 4. La bobine communication 113 est formée de préférence avec une bobine d'induction, qui comprend par exemple un barreau de ferrite placé longitudinalement tout près de la surface de l'antenne 105. Une autre bobine, non représentée sur la figure, comprenant également un barreau de ferrite, est située dans cette antenne parallèlement à la bobine 113 et le plus près possible de celle-ci, afin d'assurer un couplage magnétique entre les deux. Un fil conducteur parcourant l'antenne et situé à l'intérieur de celle-ci relie la bobine au bateau. La communication entre les bobines est bidirectionnelle de manière pouvoir envoyer au bateau remorqueur des signaux de mesure et/ou de contrôle provenant de l'oiseau, et réciproquement.

De cette manière, l'unité de contrôle peut recevoir des messages provenant du système de contrôle général des oiseaux situé à bord du navire remorqueur, et réciproquement. Ces messages comprennent par exemple des consignes d'inclinaison des plans d'ailes. A partir de la valeur de ces consignes, l'unité de contrôle peut effectuer une comparaison entre l'inclinaison effective du plan des ailes et celle à obtenir. Elle élabore alors des signaux de commande des moteurs 109/110.

La commande des mouvements des ailes peut également être déterminée directement au niveau de l'unité de contrôle à partir des mesures provenant du capteur de cap 112 et du capteur de pression 111, afin non pas d'effectuer une commande directe de ces mouvements depuis le bateau mais une commande in situ permettant de ramener l'immersion et le cap des valeurs de consigne déterminées.

Comme déjà cité plus haut, les moteurs 109 et 110 fonctionnent de manière Intermittente pour amener les plans d'ailes aux l'incidences voulues. Lorsque celles-ci sont atteintes, leur alimentation est coupée, ce qui permet de minimiser la consommation d'énergie de l'oiseau pour pouvoir utiliser uniquement la source d'énergie interne formée parla batterie 108.

Pour cela chaque bloc de motorisation comporte par exemple un servomoteur équipé d'un codeur permettant de connaïtre à tout moment la position angulaire du plan d'ailes correspondant, et un système de transmission Irréversible permettant de relier l'axe du moteur à l'axe de rotation du plan d'ailes en évitant que les efforts hydrodynamiques sur ces ailes ne viennent modifier la valeur de leur inclinaison lorsque l'alimentation du moteur est coupée.

Claims (1)

1. <B>REVENDICATIONS</B> 1 - Dispositif pour contrôler la navigation d'un objet sous- marin remorqué, notamment d'une antenne acoustique linéaire remorquée (105), comprenant un corps (10l-104) muni de moyens (106-107) pour le fixer de manière démontable sur une antenne ( 05), au moins une première paire d'ailes (117,118) fixée horizontalement sur le corps et des premiers moyens (109) pour modifier l'inclinaison de cette première paire d'ailes afin de contrôler l'immersion du dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une deuxième paire d'ailes (119,120) fixée verticalement sur le corps et des deuxièmes moyens (110) pour modifier l'inclinaison de cette deuxième paire d'ailes afin de contrôler la position horizontale du dispositif dans une situation déterminée. 2 - Dispositif selon la revendication 1, qui comprend des moyens (106-107) de fixation sur une antenne linéaire (105) qui permettent une libre rotation du dispositif autour de l'axe de l'antenne, caractérisé en ce que ce dispositif a un poids nul dans l'eau de , et que la répartition des masses fixe son centre de gravité en dessous de son centre de volume de manière à maintenir la première paire d'ailes (117,1 8) horizontale et la deuxième paire d'ailes (119,120) verticale par action pendulaire; ces ailes étant symétriques par rapport à son axe de rotation, qui est confondu avec l'axe (130) de l'antenne. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aile verticale inférieure (119) comprend à son extrémité libre un lest (123) et que l'aile verticale supérieure (120) comprend à son extrémité libre un flotteur (124); les formes et dimensions du lest et du flotteur étant sensiblement Identiques et adaptées pour avoir un effet analogue à celui de plaques marginales d'extrémités d'ailes, 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que le corps comprend une partie haute (1O1) au-dessus de l'antenne (105) dans laquelle est disposé un volume ajustable en flottabilité (115), et une partie basse (102) dans laquelle sont rassemblés les organes (108-114) de contrôle et des Inclinaisons des ailes. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 4, caractérisé en ce que le corps est formé d'une première partie (1O1) creuse située au-dessus de l'antenne (105), d'une deuxième partie (102) creuse située en dessous de cette antenne, et de deux pièces de liaison (103) et (104) allongées de largeur sensiblement égale au diamètre des tubes et reliant ceux-ci respectivement a l'avant et à l'arrière, et au milieu desquelles sont fixés les moyens (106 107) de fixation sur l'antenne. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 5, caractérise en ce que les deux ailes verticales (119,120) sont fixées respectivement sur deux axes (121,122) traversant respectivement la partie haute et la partie basse du corps et reliées ensemble par une pièce de liaison (123) en forme de demi-cercle qui vient entourer l'antenne (1 de manière à ce que les deux ailes soient solidaires dans leur mouvement et à ce que ladite pièce de liaison ne vienne pas heurter l'antenne lorsque les ailes tournent. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un module de récupération (116) fixé sur le corps.