FR2990925A1 - Ensemble de coque metallique pour vehicule discret ou furtif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ensemble de coque métallique de véhicule de révolution selon un axe longitudinal comprenant des raidisseurs selon une répartition périodique présentant une période et comprenant une pluralité de structures élémentaires acousto-mécaniques annulaires résonnantes indexées selon un index, disposées selon respectivement une pluralité de positions selon l'axe longitudinal et présentant respectivement une pluralité de fréquences de résonance, une couche interne métallique présentant une impédance acoustique interne et une épaisseur interne radiale, une couche intermédiaire présentant une impédance acoustique intermédiaire et une épaisseur intermédiaire radiale, une couche externe formée d'une portion de la coque de longueur sensiblement égale à ladite période et centrée sur ladite position longitudinale. De plus au moins une des fréquences de résonances d'une structure élémentaire est comprise dans une bande de fréquence déterminée comprenant des fréquences des ondes acoustiques dépendant de la répartition périodique des raidisseurs, et au moins une des épaisseurs radiales est variable en fonction de l'index de sorte que les fréquences de résonances associées aux épaisseurs radiales soient également variables.

Description

Ensemble de coque métallique pour véhicule discret ou furtif DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des véhicules comprenant une coque métallique et des raidisseurs périodiques émettant une onde acoustique dépendant de la périodicité des raidisseurs. Plus particulièrement, la présente invention concerne de domaine de la furtivité des véhicules aquatiques tels que des sous-marins et la discrétion des véhicules se déplaçant dans l'air, tels les aéronefs.

ETAT DE LA TECHNIQUE La présence d'un véhicule peut être détectée par des ondes acoustiques 15 selon deux modes, un mode passif ou un mode actif. Dans le mode passif, un détecteur écoute les ondes acoustiques rayonnées par la coque métallique du véhicule. La coque métallique rayonne une onde acoustique du fait que la coque est excitée, par exemple par l'écoulement du 20 fluide sur sa surface ou par des vibrations mécaniques. Les ondes acoustiques rayonnent dans une très large bande de fréquence. Pour rendre le véhicule moins détectable dans ce cas, on emploie la notion de discrétion. Dans le mode de détection incohérente, le détecteur intègre dans le temps l'énergie du signal acoustique émis par la coque. Un détecteur est capable 25 de détecter un signal sur une large bande de fréquences acoustiques, y compris les basses fréquences. Il n'existe pas de système actuel capable d'atténuer le signal acoustique aux très basses fréquences. Dans le mode actif, une onde acoustique est émise, se réfléchit sur la coque 30 métallique, ce qui donne naissance à une onde acoustique diffractée, qui est susceptible d'être détectée. Le signal diffracté est dénommé écho. Lorsque l'émetteur et le récepteur sont situés au même point, on parle de détection mono-statique, lorsque l'émetteur et le récepteur sont situés en des points différents, on parle de détection bi-statique. La détection dans le mode actif peut s'effectuer par corrélation entre le signal émis et le signal réfléchi (appelé traitement cohérent). La détection est cohérente, du fait que l'on dispose du signal émis et du signal réfléchi, qui ont une relation de phase entre eux. Pour rendre le véhicule moins détectable dans ce cas, on emploie la notion de furtivité. Le véhicule devient furtif lorsque l'écho est soit complètement atténué, soit partiellement atténué et brouillé, c'est à dire lorsque l'écho est décorrélé du 10 signal d'émission et présente un spectre ayant une forte dispersion fréquentielle aléatoire. Une solution existante pour atténuer l'écho consiste à amortir les vibrations de la coque. Dans les structures amortissantes, on cherche à atténuer les 15 vibrations de la coque en ajoutant à celles-ci des dispositifs pour augmenter le coefficient d'amortissement. Par exemple on utilise une structure amortissante en sandwich dans laquelle une couche viscoélastique est insérée entre deux couches métallique, l'amortissement étant obtenu en faisant travailler la couche viscoélastique en cisaillement. 20 Une autre solution existante pour atténuer l'onde acoustique consiste à utiliser des revêtements de coque qui absorbent le son. On distingue trois catégories de revêtements, les revêtements à adaptation brusque d'impédance, à adaptation progressive d'impédance et à inclusions 25 résonnantes. Dans les deux premières catégories, le revêtement est constitué de matériau hétérogène formé par une matrice viscoélastique dans laquelle sont disséminées des inclusions, ce qui induit un double effet d'atténuation et de diffusion. L'atténuation de l'énergie est réalisée dans la matrice et la diffusion 30 par les inclusions. Alors que dans le premier cas l'adaptation d'impédance est seulement réalisée à l'interface fluide-revêtement, dans le deuxième cas l'adaptation d'impédance est progressive, ce qui permet d'utiliser des matrices ayant un effet d'atténuation plus important (par exemple multicouches ou structures pyramidales). 35 Un inconvénient des deux premières catégories de solutions est que, de manière générale, les épaisseurs nécessaires pour ces matériaux sont proportionnelles à la longueur d'onde, et deviennent donc impossibles à réaliser en pratique aux très basses fréquences soit en dessous de 1 à 2 kHz en Acoustique Sous Marine, du fait de leur masse et de leur encombrement. Il est cependant possible de réaliser des revêtements moins épais que les précédents, en utilisant des revêtements selon la troisième catégorie, à inclusions résonnantes, plus efficaces à basses fréquences. L'énergie est dans ce cas principalement absorbée par la matrice aux fréquences de résonance des inclusions, qui sont souvent de taille différentes pour élargir la bande de fréquence utile. Un inconvénient de ce type de revêtement est qu'il est fortement dépendant des paramètres extérieurs tels que la température, la pression 15 hydrostatique... DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention a pour objectif de remédier aux inconvénients précités, 20 en proposant une solution pour atténuer sur une large bande l'onde acoustique rayonnée, fonctionnant aux très basses fréquences, indépendantes des paramètres extérieurs au véhicule et d'un encombrement compatible avec les dimensions des véhicules que l'on souhaite rendre discrets ou furtifs. La présente invention est applicable à la discrétion et à la 25 furtivité. Cet objectif est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un ensemble de coque métallique de véhicule sensiblement de révolution selon un axe longitudinal comprenant des raidisseurs selon une répartition 30 sensiblement périodique présentant une période et comprenant une pluralité de structures élémentaires acousto-mécaniques annulaires résonnantes indexées selon un index, disposées selon respectivement une pluralité de positions selon l'axe longitudinal et présentant respectivement une pluralité de fréquences de résonance, une couche interne métallique présentant une 35 impédance acoustique interne et une épaisseur interne radiale, une couche intermédiaire présentant une impédance acoustique intermédiaire et une épaisseur intermédiaire radiale, une couche externe formée d'une portion de la coque de longueur sensiblement égale à ladite période et centrée sur ladite position longitudinale. De plus, l'impédance acoustique intermédiaire 5 est inférieure ou égale à un vingtième de l'impédance interne, au moins une des fréquences de résonance d'une structure élémentaire est comprise dans une bande de fréquences déterminée comprenant des fréquences des ondes acoustiques dépendant de la répartition périodique des raidisseurs, et au moins une des épaisseurs radiales est variable en fonction de l'index de 10 sorte que les fréquences de résonance associées aux épaisseurs radiales soient également variables. Dans un mode de réalisation, au moins une structure de l'ensemble est disposée entre deux raidisseurs. 15 Dans un mode de réalisation, au moins une structure de l'ensemble est respectivement disposée en remplacement d'un raidisseur. Dans un mode de réalisation, une couche externe d'au moins une structure résonnante comprend en outre un raidisseur directement fixé à la coque. Dans un mode de réalisation chaque structure résonnante comprend un 20 raidisseur directement fixé à la coque. Avantageusement, les structures ont une épaisseur interne radiale sensiblement identique 25 Selon une variante, la couche élastique comprend un matériau homogène. Selon une variante, couche élastique comprend un matériau inhomogène. Avantageusement, le matériau inhomogène est une structure en nid d'abeilles. 30 Selon une variante, au moins une des épaisseurs radiales de l'ensemble est variable en fonction de l'index selon une loi de répartition aléatoire, de manière à obtenir des fréquences de résonance associées également aléatoirement réparties. Avantageusement, la loi de répartition aléatoire est une loi mathématique 35 statistique de probabilité donnée.

Selon une variante, les positions des structures ont une répartition aléatoire selon l'axe longitudinal.

Selon un mode de réalisation, le véhicule de l'ensemble est un aéronef et les ondes acoustiques sont des ondes de type Bloch-Floquet égales aux ondes de structure issues de l'excitation de la coque par un écoulement de l'air sur sa surface ou par des vibrations mécaniques, qui se propagent à sa surface et sont rayonnées au contact desdits raidisseurs.

Selon un mode de réalisation, le véhicule de l'ensemble est un sous-marin immergé qui reçoit une onde acoustique incidente et dans lequel les ondes acoustiques comprennent une onde acoustique diffractée de type Bragg et des ondes de type Bloch-Floquet égales aux ondes de structure issues de l'excitation de la coque par l'onde acoustique incidente, se propagent à la surface de ladite coque, sont diffractées au contact desdits raidisseurs et en accord de phase avec ladite onde acoustique incidente. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés données à titre d'exemple non limitatifs et sur lesquels : -la figure 1 décrit un ensemble de coque métallique de véhicule selon l'invention vu de profil. -la figure 2 décrit l'ensemble selon l'invention selon trois coupes 25 transversales dans le plan Oxy -la figure 3 représente un exemple d'ensemble selon l'invention vu de profil dans le plan Oyz -la figure 4 décrit une variante où chacune des structures résonnantes est disposée en remplacement d'un raidisseur périodique 30 -la figure 5 décrit un cas particulier de la variante de la figure 4 où tous les raidisseurs sont remplacés par des structures résonnantes selon l'invention -la figure 6 décrit une variante où chacune des structures bicouche est fixée à un raidisseur périodique -la figure 7 décrit un cas particulier de la variante de la figure 6 où tous les 35 raidisseurs comprennent une structure bicouche 2 99092 5 6 -la figure 8 décrit un exemple de structure résonnante élémentaire -la figure 9 illustre la pression diffractée en champ lointain d'une coque cylindrique métallique munie de raidisseurs métalliques. -la figure 10 décrit les valeurs calculées de fréquences de résonance 5 correspondant aux structures résonnantes selon l'invention -la figure 11 illustre la pression diffractée en champ lointain d'une coque cylindre métallique muni de raidisseurs métalliques et de structures résonnantes selon une variante de l'invention 10 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On va tout d'abord expliciter un effet modélisé dans les coques cylindriques métalliques munies de raidisseurs périodiques. 15 La publication « Scattring from a ribbed finite cylindrical shell with internai axisymmetric oscillators" Michel tran-Van-Nhieu, Journal of Acoustical Society of America n°112 (2), August 2002,p. 402-410 décrit une étude purement théorique sur le champ acoustique diffracté par une coque métallique cylindrique munie de raidisseurs ("ribs" en anglais"). 20 La pression acoustique diffractée en champ lointain, dit « backscattering » en anglais, est calculée à l'aide d'une modélisation mathématique, en fonction de la fréquence de l'onde acoustique incidente f/inc, et de l'angle selon lequel l'onde est incidente sur le cylindre, angle/inc, repéré par rapport à l'axe longitudinal z du cylindre. En détection monostatique, le détecteur est positionné au même point que l'émetteur de l'onde incidente, donc selon le même angle. La pression acoustique diffractée présente une énergie E qui est fonction de f/inc et de angle/inc, illustrée sur la figure 2 de la publication précitée. L'échelle de gris associé au point considéré dans le plan (f, angle) 30 correspond à l'amplitude de l'énergie de l'onde acoustique diffractée en ce point. On constate un maxima (blanc) de l'énergie E à un angle de 90°, pour l'ensemble des valeurs de fréquences considérées. Ce maxima correspond essentiellement à la réflexion spéculaire de l'onde incidente sur le cylindre à un angle de 90° soit perpendiculairement à son axe, qui est réfléchie selon ce même angle. Sur la figure 2 on constate que certaines zones du plan (f, angle) présentent des maximas d'énergie acoustique. Ces zones correspondent à la signature 5 fréquentielle d'effets particuliers. Des zones spécifiques correspondent aux maximas des ondes de Bloch-Floquet (voir figure 2 et figure 4 de la publication précitée). Les ondes de Bloch Floquet sont des ondes de structure issues de l'excitation mécanique du cylindre métallique, qui se propagent en surface et qui sont diffractée par 10 la structure périodique des raidisseurs. Il s'agit d'une onde de structure liée à la périodicité des raidisseurs. Les maximas de ces ondes sont fonction : -des caractéristiques géométriques et mécaniques du cylindre et des nervures 15 -de l'impédance acoustique des matériaux constituant la coque et les raidisseurs - de la périodicité des raidisseurs. Des zones spécifiques correspondent à la diffraction de Bragg (voir figure 2 20 et figure 4 de la publication précitée) de l'onde acoustique incidente. La diffraction de Bragg de l'onde acoustique incidente sur le réseau de raidisseurs est un effet purement géométrique, qui ne met pas en oeuvre les vibrations du cylindre. Dans le modèle de la publication précitée, des structures situées à l'intérieur 25 du cylindre métallique sont modélisées par des systèmes masse/ressort. Ces structures modélisent les pieds de support des objets à bord qui sont montés sur des systèmes antivibratoires pour réduire les bruits rayonnés par la coque, comme cela est le cas dans les sous marins par exemple. Dans la publication précitée, on a supposé que ces pieds de support qui sont en 30 contact avec la coque, sont de révolution axiale pour pouvoir résoudre le problème théoriquement. Il s'agit d'une hypothèse simplificatrice car ils ne sont pas en général de révolution mais occupent plutôt une surface ponctuelle Les structures masse/ressort sont supposées réparties de manière aléatoire selon l'axe z. Un système masse-ressort a une fréquence 35 de résonance unique (dans la publication p 407), et les masses accrochées aux ressorts sont supposées toutes identiques dans la publication (page 408). Dans certaines conditions de fréquence de résonance des ressorts et de 5 valeur des masses, il est constaté une modification de l'onde acoustique réfléchie par le cylindre, prenant une forme de « christmas tree » (figure 7). Lorsque les masses sont suffisamment importantes (figure 8), il est constaté que le diagramme d'énergie diffractée est majoritairement fonction des mouvements de la coque dû aux systèmes masse/ressort, au détriment des 10 autres signatures. Ainsi, cette étude théorique modélise l'influence de la présence de systèmes masse/ressort à l'intérieur d'un cylindre métallique muni de raidisseurs périodiques sur l'onde acoustique réfléchie sur ce cylindre. Cette publication constate un effet, et ne propose pas de dispositif pratique capable de mettre 15 en oeuvre le concept d'atténuation des ondes de structures et de la diffraction de Bragg avec un dispositif peu encombrant, fonctionnant aux basses fréquences et indépendant des paramètres extérieurs. Le cas de la discrétion n'est également pas abordé. 20 La présente invention propose un ensemble de coque métallique de véhicule comprenant des raidisseurs périodiques et muni de structures résonnantes destinées à rendre l'ensemble discret et/ou furtif. Les paramètres géométriques et acoustiques de ces structures sont choisis de manière à obtenir un effet optimal. 25 Cet effet est obtenu en atténuant (pour une application discrétion) et éventuellement en plus en brouillant (pour une application furtivité) les ondes de Bloch-Floquet. Pour l'application furtivité, on cherche également à atténuer la diffraction de Bragg de l'onde acoustique incidente sur le réseau de raidisseurs 30 S'il n'y a pas de structure périodique, lorsque la coque est excitée mécaniquement, et quelque soit l'origine de cette excitation, les ondes de flexion se propageant le long de la surface de la coque et rayonnent sur une très large bande de fréquences. Le fait d'introduire une structure périodique de raidisseurs concentre l'énergie 35 vibratoire autour de l'énergie des ondes de Bloch-Floquet. Nous dénommerons bande de fréquences Deltaf la réunion des bandes de fréquences dans lesquelles sont situées les ondes acoustiques rayonnées ou diffractées dépendant de la répartition périodique des raidisseurs. Pour une application dans le domaine de la discrétion des aéronefs, on 5 cherche par exemple à diminuer les bruits rayonnés issus de l'excitation de la coque métallique de l'aéronef par l'écoulement d'air sur sa surface. L'ajout d'un réseau de raidisseurs à la coque concentre l'énergie des ondes de Bloch-Floquet dans des fréquences comprises dans la bande de fréquence déterminée Deltaf. Ainsi, les ondes de Bloch-Floquet présentes en surface de 10 la coque et rayonnées par les raidisseurs sont des ondes acoustiques dont les caractéristiques dépendent de la répartition périodique des raidisseurs. Ces ondes sont atténuées grâce aux structures résonnantes selon l'invention, qui d'absorbent l'énergie efficacement dans une bande étroite autour de leurs fréquences de résonance. 15 Pour une application dans le domaine de la furtivité des sous-marins, le navire en immersion possède nécessairement un réseau de raidisseurs pour résister à la très forte pression extérieure. Les ondes de Bloch-Floquet, issues de l'excitation mécanique de la coque par l'onde acoustique incidente, 20 et diffractées par les raidisseurs sont donc également importantes dans une pluralité de bandes de fréquences déterminées (que nous dénommerons A, B ...) dont la réunion est dénommée bande Deltafl . La diffraction de Bragg de l'onde incidente est également importante dans une bande de fréquence déterminée Deltaf2. 25 En effet l'amplitude du champ acoustique diffracté est maximale lorsqu'il y a un accord de phase entre l'onde incidente et soit les ondes libres de Bloch-Floquet qui se propagent le long de la coque, soit les réflexions géométriques sur les raidisseurs périodiques (phénomène de diffraction de Bragg). 30 Les ondes de Bloch-Floquet et la diffraction de Bragg dépendent de la répartition périodique des raidisseurs et de la nature des matériaux de la coque et des raidisseurs. La bande de fréquences déterminée Deltaf est dans ce cas la somme, ce qui équivaut à la réunion, des deux bandes Deltafl et Deltaf2, qui généralement se recouvrent au moins partiellement. 35 Deltaf = Delfafl U Deltaf2 Pour les deux applications, discrétion et furtivité, l'atténuation des ondes acoustiques dépendant de la répartition périodique des raidisseurs est réalisée en optimisant les structures résonnantes selon un aspect de l'invention de manière à ce qu'au moins une des fréquences de résonance de chaque structure soit comprise dans la bande de fréquence prédéterminée Deltaf. La figure 1 décrit un ensemble de coque métallique de véhicule selon 10 l'invention vu de profil et vu de l'extérieur La coque est sensiblement de révolution autour d'un axe longitudinal z. On défini un repère orthogonal Oxyz, O étant situé sur l'axe de révolution z. La figure 2 décrit l'ensemble selon l'invention selon trois coupes 15 transversales dans le plan Oxy, AA (figure 2a, z=d1), BB (figure 2b,z=d2) et CC (figure 2c,z=di), chaque coupe étant effectuée dans un plan dans lequel se trouve une structure élémentaire résonnante SE selon l'invention. L'ensemble selon l'invention comprend une pluralité de structures résonnantes, indicées par l'index i. La structure résonnante d'index i est 20 dénommée SEi. Par exemple une structure élémentaire SE1 est décrite sur la figure 2a, une structure élémentaire SE2 est décrite sur la figure 2b une structure élémentaire SEi est décrite sur la figure 2c. Une structure résonnante selon l'invention est multi couche. Elle comprend 25 une portion de la coque qui participe à l'état vibratoire général au voisinage de la structure résonnante et deux couches qui épousent la forme de la coque dans le plan transversal dans lequel elles sont disposées. La portion de coque et chacune des deux couches sont en coupe de forme annulaire, les structures selon l'invention sont donc de forme annulaire et 30 disposées le long de l'axe z. Sur les figures 2a, 2b et 2c sont représentés en coupe une portion de la coque métallique 10, la couche interne métallique 13 et la couche intermédiaire 12 située entre la portion de la coque 10 et la couche métallique 13.

La couche interne métallique 12 a une épaisseur radiale variable Hsi selon l'indice i de la structure SEi. Par exemple la structure SE2 a une épaisseur interne radiale Hs2. La couche interne métallique a une impédance acoustique Zs.

La couche intermédiaire 13 a une épaisseur radiale variable Hei selon l'indice i de la structure SEL La couche intermédiaire a une impédance acoustique Ze. Les structures selon l'invention comprennent une couche interne métallique annulaire, et réalisent donc également une fonction de renforcement de la tenue mécanique de la coque (raidisseur). Ces structures ont un effet raidisseur aussi important que les raidisseurs purement métalliques. Ces structures ont donc l'avantage de contribuer au renforcement de la coque. Le positionnement des structures selon l'invention par rapport aux raidisseurs peut être réalisé selon différentes variantes telles que décrit ci-dessous. La figure 3 représente un exemple d'ensemble selon l'invention vu de profil dans le plan Oyz, en représentant à titre d'exemple les structures 20 élémentaires SE1, SE2 et SEi. La structure SEi remplace un raidisseur 30, les structures élémentaires SE1 et SE2 sont situées entre les raidisseurs. Ainsi selon une variante, au moins une structure résonnante est disposée entre les raidisseurs périodiques. Un avantage est que la mise en oeuvre de 25 l'invention est compatible avec des véhicules existants comprenant des raidisseurs. Selon une autre variante au moins une structure résonnante est disposée en remplacement respectivement d'un raidisseur périodique. Un avantage est que la mise en oeuvre de l'invention présente un faible encombrement. 30 En variante, chacune des structures résonnantes est disposée en remplacement d'un raidisseur périodique, tel qu'illustré sur la figure 4. Un cas particulier de cette variante est que tous les raidisseurs sont remplacés par des structures résonnantes SE, tel qu'illustré à titre d'exemple non limitatif sur la figure 5. La tenue mécanique de la coque est dans ce cas exclusivement assurée par la structure bicouche de type couche intermédiaire/couche interne. Selon une autre variante, la couche externe d'au moins une structure résonnante comprend un raidisseur. La couche intermédiaire 12 d'au moins une structure résonnante est ainsi fixée sur un raidisseur 30. Dans ce cas, la structure résonnante à considérer comprend le raidisseur, en plus de la portion de la coque considérée. Un avantage est que la mise en oeuvre de l'invention est compatible avec des véhicules existants comprenant des raidisseurs. Un autre avantage est que la mise en oeuvre de l'invention présente un faible encombrement. Un autre avantage est que la structure résonnante a une meilleure efficacité d'atténuation car la structure bicouche réalisant contrepoids est directement fixée aux raidisseurs générant les ondes acoustiques que l'on cherche à atténuer et éventuellement à brouiller. En variante, chacune des structures bicouche est fixée à un raidisseur périodique, tel qu'illustré sur la figure 6. Un avantage est que l'on calcule plus facilement des fréquences de résonances associées.

Un cas particulier de cette variante est que tous les raidisseurs 30 comprennent une structure bicouche, tel qu'illustré sur la figure 7 : Le nombre de structures résonnantes SE et de raidisseurs est dans ce cas identique.

Les structures résonnantes selon l'invention présentent une pluralité de fréquences de résonance FRi,k, k étant un index des fréquences de résonances de la structure d'index i, et sont optimisées comme suit. La couche élastique intermédiaire travaille en traction-compression et non en cisaillement. Sa fonction est de transmettre les vibrations de la coque à la couche métallique 13, qui a une masse « lourde », de manière à modifier, par couplage mécanique entre la portion de coque au voisinage de la couche élastique et la couche métallique 13, le comportement vibratoire de l'ensemble de la coque.

Ce fonctionnement est obtenu en choisissant une impédance acoustique de la couche intermédiaire Ze très faible par rapport à l'impédance acoustique Zs de la couche interne métallique. La couche intermédiaire a une impédance acoustique Ze inférieure ou égale au vingtième de l'impédance acoustique Zs illustré par la formule : Ze 5. Zs/20. L'impédance acoustique Z d'un matériau est égale au produit de la masse volumique du matériau p par la célérité longitudinale C illustré par l'équation : Z= p.0 C correspond à la vitesse de propagation longitudinale du son dans le matériau. Une faible impédance acoustique Ze est par exemple obtenue avec du caoutchouc ou du polystyrène Pour le caoutchouc : Zcaout = 900 kg/m3 x 1480 m/s = 1332. 103 Pa.s/m Pour le polystyrène : Zpolys = 1060 kg/m3 x 2350 m/s = 2491. 103 Pa.s/m Pour une coque métallique, une couche interne également métallique présente plusieurs avantages. Les structures selon l'invention ont un effet d'autant plus important sur les vibrations de la coque que la masse globale de l'anneau interne associé à chaque structure est importante (effet de contrepoids). Pour obtenir des structures compatibles avec l'espace disponible à l'intérieur de la coque, on choisi donc un matériau métallique « lourd », qui possède une densité volumique importante. La masse globale de l'ensemble des anneaux internes métalliques doit au moins être supérieure ou égale à 5% de la masse globale de la coque 30 (incluant éventuellement la masse des raidisseurs si la coque comprend des raidisseurs). Théoriquement, plus la masse des contrepoids est importante, plus l'effet est important. Mais une masse importante implique un encombrement important, un compromis doit donc être trouvé.

Le métal présente, en plus d'une masse volumique élevée, une impédance acoustique élevée, ce qui a l'avantage de mieux coupler les vibrations de la couche interne avec la coque. Typiquement pour l'acier : Zacier = 7800 kg/m3 x 6000 m/s = 46800. 103 Pa.s/m Les valeurs des hauteurs Hei et Hsi de la structure SEi permettent de déterminer, en tenant également compte des paramètres de la coque et des raidisseurs (géométrie, dimensions, impédance acoustique, période p), les 10 valeurs des différentes fréquences de résonance FRi,k. Par exemple dans le cas où les structures résonnantes sont fixées aux raidisseurs, la structure résonnante comprend outre la structure bi-couche, le raidisseur auquel elle est fixée et une portion de la coque 80 de longueur égale à la période p et centrée sur ce raidisseur, comme illustré figure 8. 15 Le calcul des fréquences de résonance d'une structure SEi s'effectue en résolvant le système différentiel formé par les équations de vibration, décrites par la théorie des coques minces, de la coque et de la couche interne qui est considérée comme un anneau et par les mouvements des 20 particules de la couche élastique décrits par la théorie de l'élasticité linéaire. L'action du fluide extérieur sur les vibrations de ces structures est négligeable pour l'air ; par contre pour l'eau qui est un fluide lourd, il est nécessaire de prendre en compte dans les équations la pression du fluide environnant sur la coque. 25 La variation des hauteurs Hei et Hsi d'une structure à l'autre permet d'obtenir un grand nombre de fréquences de résonances différentes à l'intérieur de la bande de fréquence prédéterminée Deltaf, ce qui a pour avantage de maximiser l'effet d'atténuation. 30 L'action de chaque structure résonnante sur la coque est maximale à la fréquence de résonance du système constitué par une portion de coque (incluant le cas échéant un raidisseur), la couche intermédiaire et la couche interne. Cette action a pour effet de modifier et d'atténuer localement la vibration de la coque en lui transmettant les caractéristiques de la couche interne via la couche élastique par couplage mécanique, à cette fréquence et à l'emplacement de la structure résonnante. En répartissant les structures résonnantes tout le long de la coque et en ajustant les valeurs des fréquences de résonance de manière à ce qu'elles soient comprises dans la bande de fréquences déterminée Deltaf, les vibrations de l'ensemble de la coque sont significativement atténuées et modifiées, et donc le spectre de la pression diffractée dans cette gamme de fréquences est également modifié, Pour la diffraction de Bragg, où les coefficients de réflexion au niveau de 10 chaque raidisseur sont modifiés, l'effet de réseau est atténué. Selon une variante, l'épaisseur interne radiale Hsi est sensiblement identique pour toutes les structures SEi. Un avantage est que la réalisation de la structure est faite à moindre coût, en utilisant comme couche interne des 15 anneaux métalliques de dimension identique. Seule l'épaisseur intermédiaire radiale est variable d'une structure à l'autre. Selon un mode réalisation de l'invention la couche élastique comprend un matériau homogène. La réalisation de structures selon l'invention est faite à 20 moindre coût, en utilisant des matériaux élastiques connus et peu onéreux tel que le caoutchouc. Selon un mode de réalisation, la couche élastique comprend un matériau inhomogène. Les matériaux inhomogènes permettent d'obtenir des 25 impédances acoustiques plus faibles que celles des matériaux homogènes et donc d'obtenir des fréquences de résonance plus basses, avec un poids plus léger et éventuellement une meilleure résistance mécanique en compression. Par exemple, le matériau inhomogène est une structure en nid d'abeilles. 30 Selon une variante, l'épaisseur interne radiale et/ou l'épaisseur intermédiaire radiale est variable en fonction de l'index i selon une loi de répartition aléatoire, de manière à obtenir des fréquences de résonance (FRi,k) associées également aléatoirement réparties.

Le caractère aléatoire, d'une structure à l'autre, des fréquences de résonances, créé une dispersion fréquentielle aléatoire du spectre de l'écho et décorrèle l'écho du signal émis ce qui diminue son énergie après traitement cohérent. La répartition aléatoire d'au moins une des épaisseurs radiales Hsi, Hei des structures selon l'invention brise également l'effet de diffraction du réseau de raidisseurs périodiques, atténuant la diffraction de Bragg de l'onde acoustique incidente. Selon un mode de réalisation préféré, la loi de répartition aléatoire suit une loi mathématique statistique de probabilité donnée. Cela permet de calculer puis de réaliser pratiquement les structures selon l'invention. Un exemple est une densité de probabilité uniforme des fréquences de résonance dans la bande de fréquences étudiées. Un autre exemple est une densité de probabilité normale (gaussienne).

Selon une variante de l'invention, les structures résonnantes selon l'invention sont disposées aléatoirement selon l'axe longitudinal (z). La répartition aléatoire des structures selon z crée un étalement fréquentielle aléatoire de la pression, disperse l'énergie diffractée dans des fréquences situées en dehors de la bande Deltaf et induit un déphasage aléatoire qui rend la corrélation inopérante. Le brouillage est ainsi amélioré avec en plus une diminution de la diffraction de Bragg. Le caractère aléatoire des fréquences de résonance est selon l'axe longitudinal z est également avantageux pour la discrétion dans le cas d'une atténuation faible, car il augmente l'effet de brouillage en superposant les caractères aléatoires des fréquences de résonance avec une variation statistique des distances entre les structures résonnantes.

Pour rendre un aéronef discret, les ondes de type Bloch-Floquet sont atténuées par lesdites structures selon l'invention. Les ondes de Bloch-Floquet dans ce cas sont des ondes de structure issues par exemple de l'excitation de la coque de l'aéronef par un écoulement de l'air sur sa surface ou par une excitation mécanique. Ces ondes se propagent à la surface de la coque et sont rayonnées au contact des raidisseurs. Ces ondes présentent des maximas lorsqu'il y a un accord de phase, c'est à dire lorsque la projection du nombre d'onde rayonnée sur l'axe de la coque est égale à la somme du nombre d'onde de Bloch-Floquet plus un nombre entier fois de 27c/p. Les maxima d'amplitude dépendent de l'intensité des excitations mécaniques sur la coque. Dans ce cas on dispose d'un paramètre supplémentaire d'optimisation : la période p des raidisseurs. En effet, un aéronef n'est pas soumis aux même contraintes de tenue à la pression qu'un sous marin, et ce paramètre est ajustable de façon à concentrer l'énergie des ondes de Bloch-Floquet dans la bande de fréquences Deltaf où l'on souhaite atténuer les vibrations de la coque. Les fréquences de résonance des structures selon un aspect de l'invention sont calculées pour être comprises dans la bande Deltaf. Pour une application en acoustique sous marine pour la furtivité d'un sous-15 marin immergé muni de raidisseurs, la période p des raidisseurs est un paramètre imposé. Le sous marin reçoit une onde acoustique incidente. L'onde acoustique incidente est diffractée par le réseau de raidisseur. Le phénomène de la diffraction de Bragg apparait quand il y a un accord de 20 phase entre l'onde incidente avec le réseau de raidisseurs c'est à dire quand la projection du nombre d'onde incidente sur l'axe de la coque est égale à un nombre entier fois de rcip. L'onde acoustique correspondant à la diffraction de Bragg présente donc des maximas d'amplitude dans le plan (f, angle) tel que décrit précédemment lorsque l'onde diffractée présente un accord de phase 25 avec l'onde incidente. En configuration monostatique, cette onde est comprise dans une bande de fréquence donnée Deltaf2. Les ondes de Bloch-Floquet dans ce cas sont des ondes de structure issues de l'excitation de la coque du sous marin par l'onde acoustique incidente sur sa surface, qui se propagent à la surface de la coque et qui sont diffractées 30 au contact des raidisseurs. Les ondes de Bloch-Floquet qui présentent un maxima d'amplitude sont celles qui présentent un accord de phase avec les ondes acoustiques incidente et diffractée c'est à dire quand la projection du nombre d'onde incidente et diffractée sur l'axe de la coque est égale à la somme du nombre d'onde de Bloch-Floquet plus un nombre entier fois de 27c/p. Ces ondes ont des fréquences comprises dans une pluralité de bandes de fréquences dont la réunion est dénommée Deltafl. Une structure résonnante SEi d'index i selon l'invention possède une pluralité de fréquence de résonance FRi,k, k étant le nombre de fréquences de 5 résonances de la structure d'index i. Pour atténuer et brouiller l'écho, au moins une fréquence de résonance FRi,k est déterminée de manière à être comprise dans la bande de fréquence Deltaf égale à la réunion de delfl et de Deltaf2 : Deltaf = Deftafl U Deltaf2 10 La détection cohérente dans le mode actif est faite par corrélation entre le signal émis et l'écho reçu. Considérée isolément, une forte atténuation des effets de réseau rendrait difficile sinon impossible l'identification de la cible. Néanmoins cette atténuation exigerait des revêtements très épais aux très basses fréquences. Un avantage de l'invention est qu'elle brouille l'écho de 15 façon passive en réalisant une atténuation beaucoup plus faible que l'atténuation nécessaire à elle seule pour rendre impossible l'identification de la cible Nous allons maintenant présenter un exemple de réalisation de l'invention 20 dans le domaine de l'acoustique sous marine pour une application furtivité. Le calcul présenté est effectué pour un cylindre métallique de faible dimension. Par souci de clarté et pour mettre en évidence les effets de réseau que l'on veut éliminer, ce calcul concerne seulement les composantes de la pression 25 diffractée liées aux réflexions géométriques et aux vibrations de la coque liées aux raidisseurs. Les ondes de compression et de torsion qui proviennent de la coque seule ne sont pas prises en compte. Le calcul est extrapolable à un cylindre de dimension plus importante, les fréquences calculées étant dans ce cas plus faibles que pour le cylindre de 30 faible dimension. On considère un cylindre métallique de rayon 6.92 cm, de longueur 85.6 cm et d'épaisseur 0.635 mm en Nickel, muni de raidisseurs périodiques également en Nickel. Les raidisseurs ont une largeur de 0.533 mm et une 35 épaisseur radiale de 5.7 mm. Les raidisseurs sont espacés d'une distance p = 1.05 cm et sont disposés tout le long de l'axe longitudinal z, soit au total 80 raidisseurs. La figure 9 illustre la pression diffractée en champ lointain, sans la 5 contribution des ondes de compression et de torsion, en configuration monostatique en fonction de l'angle d'incidence de l'onde acoustique incidente et de la fréquence de l'onde acoustique incidente. Les amplitudes sont normalisées par rapport à la pression incidente et exprimées en dB. Pr est l'énergie acoustique diffractée et Pi est l'énergie acoustique incidente.

10 Les points noirs sur la figure 9 correspondent à des points où : Pr/Pi > -25 dB On remarque une zone de maximas 93 autour d'un angle de 90°, qui correspond essentiellement à la réflexion spéculaire pour une onde incidente selon l'axe x perpendiculaire à l'axe longitudinal z, pour laquelle la réflexion 15 spéculaire est renvoyée selon le même angle d'incidence 90°. On remarque également sur cette figure que le champ acoustique diffracté comporte un certain nombre maximas liés aux accords de phase entre l'onde incidente et : - les réflexions géométriques sur les raidisseurs, correspondant à la 20 diffraction de Bragg. Ces zones notées 91, symétriques, sont situées entre 50° et 80° par rapport à l'axe x, avec respectivement des fréquences comprises dans une bande Deltaf2 comprise entre 75 kHz et 100 kHz : Deltaf2 = [75kHz ; 100 kHz] - les ondes de Bloch-Floquet telles que décrites précédemment. Les zones 25 notées 92 correspondent aux maximas issus des ondes de Bloch-Floquet. Ces maximas sont situés dans une première bande A comprise entre 25 kHz et 95 kHz (onde de Bloch-Floquet du premier ordre) et une deuxième bande B comprise 105 kHz et 120 kHz (ondes de Bloch Floquet de second oredre). On a donc Deltaf1 = A U B = [25kHz ; 95 kHz] U [105 kHz ; 120 kHz] 30 Deltaf2 est partiellement inclus dans A, seule la partie [95 kHz ; 100 kHz] de Deltaf2 n'est pas comprise dans A. On a donc : Deltaf = [25kHz ; 100 kHz] U [105 kHz ; 120 kHz] On cherche à obtenir une atténuation et un brouillage des ondes de Bloch Floquet de fréquences comprises dans la bande A et de la diffraction de Bragg de fréquences comprises dans la bande Deltaf2. Un calcul à partir d'équations différentielles a permis d'obtenir des fréquences de résonnance de structures selon l'invention dans la bande choisie [45 kHz ; 100 kHz] incluse dans Deltaf, en optimisant les paramètres Hei et Hsi, et les matériaux de la couche interne et de la couche intermédiaire. Dans cet exemple, on associe à chaque raidisseur un système résonnant lo SEi selon l'invention, ce qui correspond à la variante décrite figure 7. L'index i indice alors à la fois les structures et les raidisseurs : i est un entier entre 0 à 80. La figure 10 décrit une fréquence de résonnance FRi de la structure résonnante SEi calculée en fonction de l'index i de la structure résonnante.

15 Les structures de résonnance selon l'invention ont plusieurs fréquences de résonance, dépendant du mode circonférentiel et des équations de coque mince adoptées pour décrire les vibrations des structures. La couche intermédiaire est une couche en caoutchouc, d'épaisseur radiale aléatoire Hei comprise entre 1 mm et 5 mm en fonction de l'index i des 20 structures SEi. La couche interne est une couche métallique en Nickel d'épaisseur radiale identique Hs pour toutes les structures SEi et égale à 0.48mm. Ces deux couches ont une largeur de 0.4mm. La masse totale de toutes les couches internes métallique est égale à 30% 25 de la masse de la coque plus la masse des raidisseurs. Du fait du choix des paramètres Ze, Zs, des épaisseurs Hei et Hs, et en tenant compte du matériau et de la structure géométrique de la coque et des raidisseurs, les fréquences de résonance calculées FRi des structures SEi sont comprises dans la bande choisie, entre 45 kHz et 100 kHz, comme 30 décrit figure 10. En effet on constate sur la figure 10 qu'au moins une fréquence de résonnance FRi de chaque structure SEi est comprise dans la bande de fréquence choisie [45 kHz ; 100 kHz]. Les valeurs de ces fréquences ont une répartition aléatoire en fonction de i selon une densité de probabilité uniforme.

35 La figure 11 illustre la pression diffractée en champ lointain par le cylindre métallique muni des structures résonnantes selon l'invention de l'exemple décrit ci-dessus. En faisant varier aléatoirement l'épaisseur radiale Hei entre 1 mm et 5 mm 5 sur tous les raidisseurs le long de la coque, le champ diffracté simulé des ondes de Bloch Floquet 92 est fortement atténué et brouillé pour les fréquences comprises dans la bande choisie, entre 45 kHz et 100 kHz. On constate également une atténuation des ondes de Bloch-Floquet de second ordre (bande B plus haute fréquence) et des ondes de Bloch Floquet plus 10 basse fréquence [25 kHz ; 40 kHz]). Cette atténuation est due à l'effet d'amortissement naturel des structures résonnantes qui opère même en dehors de la bande choisie. La diffraction de Bragg 91 est simplement atténuée et non brouillée comme le sont les ondes de Bloch-Floquet. 15

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Ensemble de coque métallique (10) de véhicule sensiblement de révolution selon un axe longitudinal (z) comprenant des raidisseurs selon une répartition sensiblement périodique présentant une période (p) caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de structures élémentaires acousto- mécaniques (SEi) annulaires résonnantes indexées selon un index (i), disposées selon respectivement une pluralité de positions (di) selon l'axe longitudinal (z) et présentant respectivement : -une pluralité de fréquences de résonance (FRi,k) -une couche interne métallique (13) présentant une impédance acoustique 10 interne (Zs) et une épaisseur interne radiale (Hsi), -une couche intermédiaire (12) présentant une impédance acoustique intermédiaire (Ze) et une épaisseur intermédiaire radiale (Hei), -une couche externe formée d'une portion de la coque de longueur sensiblement égale à ladite période (p) et centrée sur ladite position 15 longitudinale (di), et caractérisé en ce que : - ladite impédance acoustique intermédiaire (Ze) est inférieure ou égale à un vingtième de ladite impédance interne (Zs), -au moins une desdites fréquences de résonances (FRi,k) d'une structure 20 élémentaire (SEi) est comprise dans une bande de fréquence déterminée (Deltaf) comprenant des fréquences des ondes acoustiques dépendant de ladite répartition périodique desdits raidisseurs, - au moins une desdites épaisseurs radiales (Hei, Hsi) est variable en fonction dudit index (i) de sorte que lesdites fréquences de résonances 25 (FRi,k) associées auxdites épaisseurs radiales soient également variables.
2. 2. Ensemble selon la revendication 1 dans lequel au moins une structure (SEi) est disposée entre deux raidisseurs (30). 30
3. 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 2 dans lequel au moins une structure (SEi) est respectivement disposée en remplacement d'un raidisseur (30).
4. 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel une couche externe d'au moins une structure résonnante comprend en outre un raidisseur directement fixés à ladite coque.
5. 5. Ensemble selon la revendication 4 dans lequel chaque structure résonnante (SEi) comprend un raidisseur directement fixés à ladite coque.
6. 6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdites structures (SEi) ont une épaisseur interne radiale (Hsi) sensiblement 10 identique
7. 7. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel la couche élastique comprend un matériau homogène 15
8. 8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel la couche élastique comprend un matériau inhomogène
9. 9. Ensemble selon la revendication 8 dans lequel le matériau inhomogène est une structure en nid d'abeille. 20
10. 10. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une desdites épaisseurs radiales (Hei, Hsi) est variable en fonction dudit index (i) selon une loi de répartition aléatoire, de manière à obtenir des fréquences de résonance (FRi,k) associées également aléatoirement 25 réparties.
11. 11. Ensemble selon la revendication 10 dans lequel ladite loi de répartition aléatoire est une loi mathématique statistique de probabilité donnée.
12. 12. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel 30 lesdites positions (di) desdites structures (SEi) ont une répartition aléatoire selon l'axe longitudinal (z).
13. 13. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit véhicule est un aéronef et lesdites ondes acoustiques sont des ondes de 35 type Bloch-Floquet égales aux ondes de structure issues de l'excitation de lacoque par un écoulement de l'air sur sa surface ou par des vibrations mécaniques, qui se propagent à sa surface et sont rayonnées au contact desdits raidisseurs.
14. 14. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 12 dans lequel ledit véhicule est un sous-marin immergé qui reçoit une onde acoustique incidente et dans lequel lesdites ondes acoustiques comprennent une onde acoustique diffractée de type Bragg et des ondes de type Bloch-Floquet égales aux ondes de structure issues de l'excitation de la coque par ladite onde acoustique incidente, se propagent à la surface de ladite coque, sont diffractées au contact desdits raidisseurs et en accord de phase avec ladite onde acoustique incidente.15