FR3027586A1

FR3027586A1 - Engin sous-marin a portance variable selon le mode de navigation

Info

Publication number: FR3027586A1
Application number: FR1402390A
Authority: FR
Inventors: Michael Jourdan; Christophe Borel; Jean Philippe Brunet
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-04-29
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: FR3027586B1; CA2965585A1; US20170313396A1; SG11201703286QA; EP3209554A1; WO2016062769A1

Abstract

La présente invention se situe dans le domaine naval et concerne un engin sous-marin (1), adapté à une navigation en surface (7) ou sous l'eau (8), possédant une coque et au moins un générateur de force normale (6) à un axe longitudinal (4) dudit engin sous-marin (1) porté par ladite coque, caractérisé en ce qu'une partie (5) avant de ladite coque est asymétrique par rapport audit axe longitudinal (4), de façon à générer une portance (10) lors du déplacement dudit engin sous-marin (1) et en ce que ladite portance (10) est de sens opposé à la résultante des forces (11) dudit ou desdits générateurs de force normale (6).

Description

I Engin sous-marin à portance variable selon le mode de navigation La présente invention concerne un engin sous-marin. Elle s'applique notamment aux engins sous-marins dont la propulsion est autonome, dits sous-marin autopropulsés, utiles pour la détection de corps 5 immergés, tels notamment que des mines sous-marines. La recherche et la détection de mines sous-marines est souvent effectuée en utilisant un sonar immergé, remorqué au moyen d'un câble derrière un bâtiment de surface. Pour être efficace, le sonar doit être io éloigné du bâtiment de surface et avoir une portée très importante, afin de pouvoir explorer l'espace marin suffisamment loin devant le bâtiment de surface. De tels sonars sont très sophistiqués et très coûteux. Il existe également des engins sous-marins équipés de 15 caméras vidéo et/ou d'un sonar pour la recherche et la détection des objets immergés tels que les mines sous-marines. Ces engins peuvent être mis à l'eau depuis un bâtiment ou navire porteur. Ils sont, selon les cas, soit indépendants du navire porteur dans le cas d'engins sous-marins autonomes, et possèdent une autonomie limitée, soit reliés au navire porteur 20 par un câble de liaison qui les alimente en énergie et transmet les informations nécessaires à la manoeuvre de l'engin sous-marin ainsi qu'à la commande des moyens d'informations. Le navire doit alors en permanence remorquer le câble au cours de ses déplacements, au détriment des capacités d'évolution aussi bien du navire que de l'engin sous-marin. 25 Les engins sous-marins autonomes, ou engins sous-marins autopropulsés, peuvent se déplacer de deux manières distinctes : la navigation peut être sous-marine, dans le cas où l'ensemble de l'engin sous-marin est immergé ou bien en surface, dans le cas où une partie de l'engin sous-marin se situe au-dessus de la surface de l'eau. Un exemple d'un tel sous-marin autonome est donné dans le brevet US 2007125289. Différents problèmes techniques sont rencontrés quand l'engin navigue en 5 surface : - l'engin possède une stabilité limitée car il est soumis aux mouvements de l'interface mer/air. Ce manque de stabilité peut être un problème lors de la récupération de l'engin sous-marin. 10 - La surface immergée de la coque est très limitée à l'avant de l'engin pour des raisons d'hydrodynamisme. Cette surface est pourtant d'une grande utilité pour loger des capteurs destinés à la recherche et à la détection d'objets immergés. 15 - La partie de la surface émergée de l'engin sous-marin est aussi extrêmement limitée. Cette surface est pourtant nécessaire pour utiliser des appareils de communication et/ou de localisation utilisant l'air comme support. Les engins sous-marins autonomes doivent 20 souvent s'arrêter pour mettre en oeuvre par exemple une localisation au moyen d'un système de type GPS. - La limitation de la partie émergée limite ou empêche un approvisionnement en air comme comburant pour le fonctionnement 25 du ou des moteurs thermiques de l'engin, réduisant ainsi son autonomie. L'immersion totale du moyen de propulsion n'est pas assurée. La ou les turbines du moyen de propulsion de l'engin sous-marin ne sont 30 alors plus adaptées aux propriétés d'un milieu composé d'air ou d'un milieu diphasique eau/air ce qui peut entraîner une dégradation rapide du moteur qui actionne le ou les moyens de propulsion de l'engin sous-marin.

L'invention a pour objet un engin sous-marin, adapté à une navigation en surface ou sous l'eau, possédant une coque et au moins un générateur de force normale à un axe longitudinal dudit engin sous-marin, caractérisé en ce que : - une partie avant de ladite coque est asymétrique par rapport audit axe longitudinal, de façon à générer une portance lors du déplacement dudit engin sous-marin et - en ce que ladite portance est de sens opposé à la résultante des forces dudit ou desdits générateurs de force normale. Avantageusement, l'engin sous-marin comporte au moins un dit générateur de force normale disposé de telle manière à être émergé lors 20 d'une navigation de surface. Avantageusement, l'engin sous-marin comprend au moins un moteur alimenté de manière autonome qui est adapté à actionner au moins un moyen de propulsion. Le moteur alimenté de manière autonome peut-être 25 notamment un moteur thermique, ou bien un moteur électrique alimenté par une pile à combustible ou par un groupe électrogène entraîné à son tour par un moteur thermique. Des batteries peuvent être prévues pour stocker l'énergie électrique éventuellement produite par la pile à combustible et/ou le groupe électrogène. 30 Avantageusement, l'engin sous-marin comporte au moins un dit générateur de force normale choisi parmi un aileron porté par ladite coque, un générateur de vortex porté par ladite coque et un dit moyen de propulsion dont la poussée comprend une composante selon un axe normal audit axe longitudinal. Avantageusement, l'engin sous-marin comprend au moins un instrument de mesure sous-marine situé sur ladite partie avant de ladite coque, ladite partie étant à la fois immergée en navigation de surface et 10 asymétrique par rapport audit axe longitudinal. Avantageusement, la normale en tout point de ladite partie avant de ladite coque dudit engin comprend au moins une composante dans le sens dudit axe longitudinal et au moins une composante dans le sens opposé à 15 ladite portance. Avantageusement, le nez dudit engin sous-marin comporte au moins un système de ballast. 20 Avantageusement, l'engin sous-marin comprend également une conduite d'air reliant au moins un moteur thermique à au moins un dit ballast. Avantageusement, l'engin sous-marin comprend au moins une conduite munie d'une turbine à air immergeable reliant au moins un dit 25 ballast à l'air extérieur. Avantageusement, la partie émergée en navigation de surface dudit engin sous-marin contient au moins un instrument choisi parmi au moins un instrument de mesure aérien et au moins un instrument de communication 30 aérien.

L'invention a aussi pour objet une méthode de navigation en surface d'un engin sous-marin dont ladite assiette est comprise dans une plage allant de 5° à 200 . L'invention a aussi pour objet une méthode de navigation en surface d'un engin sous-marin dont ladite assiette est suffisante pour conserver au moins un dit moyen de propulsion sous la surface de l'eau. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages, détails io et caractéristiques de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de profil de l'invention en navigation sous-marine, 15 - la figure 2 est une vue schématique de profil de l'invention en navigation en surface, - la figure 3 est une coupe de profil de la partie avant de l'invention. 20 La description suivante présente plusieurs exemples de réalisation du dispositif de l'invention : ces exemples sont non limitatifs de la portée de l'invention. Ces exemples de réalisation présentent à la fois les caractéristiques essentielles de l'invention ainsi que des caractéristiques additionnelles liées aux modes de réalisation considérés. Par souci de clarté, 25 les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. Dans la suite du texte, les termes avant, arrière, devant et derrière sont définis par rapport à l'axe longitudinal (4) de l'engin sous-marin, orienté 30 de l'arrière vers l'avant de l'engin, illustré sur la figure 1 de la gauche vers la droite.

De plus, la dénomination de nez de l'engin sous-marin est assimilée à celle d'avant de l'engin sous-marin dans la suite du texte.

Le terme assiette est ici employé dans son sens usuel : l'assiette est définie par l'angle formé par l'axe longitudinal 4 de l'engin sous-marin 1 et l'horizontal. Le terme générateur de force normale fait toujours référence à io une force normale à l'axe longitudinal 4 de l'engin sous-marin 1. La figure 1 illustre l'engin sous-marin 1 lors d'une navigation sous-marine : dans une réalisation particulière de l'invention, il évolue dans l'eau 8, suivant l'axe de déplacement 17 confondu à son axe longitudinal 4. 15 L'engin sous-marin 1 possède un moyen de propulsion 2, un nez 3 dont une partie 5 de la coque crée une portance 10. Dans des réalisations particulières de l'invention, le moyen de propulsion 2 peut être une hélice ou une turbine. Un générateur de force normale 6 crée une force 11 dont une composante est normale à l'axe 4, dans la même direction que 10, mais 20 dans le sens opposé. Dans le cas non restrictif de la figure 1, la somme des forces 10 et 11 s'annule. La poussée due au moyen de propulsion 2 permet un déplacement de l'engin sous-marin 1 effectué dans le sens de l'axe longitudinal 4, avec une assiette nulle. Dans une réalisation particulière de l'invention, l'engin sous-marin 1 considéré est un engin sous-marin 25 autonome, soit un engin sous-marin 1 qui ne possède pas de lien physique tel qu'un câble avec un navire porteur pour s'alimenter en énergie ou pour échanger des informations. Dans une autre réalisation particulière de l'invention, le 30 générateur de force normale 6 de la figure 1 est un générateur de portance tel qu'un aileron ou bien un générateur de vortex.

Dans une réalisation particulière de l'invention, le générateur de force normale 6 peut consister dans une inclinaison de la poussée du moyen de propulsion 2 par rapport à l'axe longitudinal 4 de l'engin sous-marin 1, en 5 combinaison avec des ailerons, des générateurs de vortex ou seule. La figure 2 illustre la navigation de l'engin sous-marin 1 en surface 7, à vitesse stationnaire suffisante, c'est-à-dire pour une vitesse comprise entre 0,1 m.s-1 et 100 m.s-1, et préférentiellement comprise entre 1 10 m.s-1 et 20 m.s-1. L'interface entre eau 8 et air 9 est délimitée par la surface 7. Dans le cas non restrictif représenté dans la figure 2, la vitesse de déplacement stationnaire est suffisante pour maintenir une partie du nez de l'engin sous-marin 1 émergée. Le déplacement de l'engin sous-marin 1 est effectué dans le sens de l'axe de déplacement 17. 15 La partie émergée comporte un générateur de force normale 6, qui est dans ce cas un générateur de vortex. Les forces de tramée dans l'air 9 étant de plusieurs ordres de grandeur plus faibles que dans l'eau 8, la force 11 est négligeable dans le cas de la figure 2. En revanche, la partie 5 de la 20 coque du nez 3 est immergée. La vitesse de l'engin sous-marin 1 entraîne une portance 10, qui peut par exemple être égale à celle de la réalisation illustrée en figure 1. La résultante de ces deux portances permet à l'engin sous-marin 1 de posséder une assiette constante et qui, dans le cas non restrictif de la figure 2 est de 10°. Dans une réalisation particulière de 25 l'invention, la partie 5 de la coque et le générateur de force normale 6 sont situés de part et d'autre de l'axe longitudinal 4 de l'engin sous-marin 5 illustré dans la figure 2. L'assiette obtenue par l'effet de la portance 10 permet 30 avantageusement de conserver le moyen de propulsion 2 sous la surface de l'eau. La ou les turbines du moyen de propulsion 2 de l'engin sous-marin 1 ne sont pas mises au contact de l'air 9. Cet effet prévient d'une dégradation du moteur qui actionne le moyen de propulsion 2: la présence d'air 9 dans les turbines, partielle ou totale, entraîne un changement brutal de résistance hydraulique imposée à une turbine de l'engin sous-marin 1, auquel le moteur qui actionne le ou les moyens de propulsion 2 n'est pas adapté. La figure 3 est une coupe de profil du nez 3 de l'engin sous-marin 1, quand l'engin sous-marin 1 se déplace de la même manière qu'en figure 2, soit en surface, à une vitesse stationnaire suffisante pour maintenir io une partie du nez 3 de l'engin sous-marin 1 émergée, c'est-à-dire à une vitesse comprise entre 0,1 m.s-1 et 100 m.s-1, et préférentiellement comprise entre 1 m.s-1 et 20 m.s-1. Le nez 3 de l'engin sous-marin 1 présente à la fois une partie immergée et une partie émergée. Dans une réalisation particulière de l'invention présentée en figure 3, le nez 3 comporte un système de ballast 15 13 qui permet de faciliter la montée en surface de l'engin sous-marin 1 et sa prise d'immersion. La partie 5 de la coque, qui crée la portance 10, comprend des instruments de mesure sous-marine 12 tels que des caméras ou des capteurs acoustiques. Cet emplacement est avantageux pour l'utilisation des instruments de mesure sous-marine 12 car il permet 20 d'observer vers le fond et en avant de l'engin sous-marin 1. Cet emplacement du système de ballast 13 est aussi avantageux pour imposer une assiette à l'engin sous-marin 1, telle que décrite dans la figure 2 mais indépendamment de la vitesse de l'engin sous-marin 1. Le système de ballast 13 crée dans ce cas une poussée normale à l'axe longitudinal 4, dans 25 le nez 3 de l'engin sous-marin 1, quelque soit sa vitesse. Dans des réalisations particulières de l'invention, un moteur thermique 18 peut permettre l'actionnement du moyen de propulsion 2 et/ou permettre la recharge d'une ou plusieurs batteries 20. Indépendamment, 30 dans des réalisations particulières de l'invention, le ou les moyens de propulsion 2 peuvent être actionnés par un moteur thermique 18 et/ou un moteur électrique 19 alimenté par exemple par une ou plusieurs batteries 20 ou par une pile à combustible. Le système de ballast 13 est rattaché, dans une réalisation 5 particulière de l'invention, illustrée en figure 3, à: - une conduite d'air 14 qui le relie au moteur thermique 18 ou à une pile à combustible, - une conduite munie d'une turbine à air immergeable 16 qui le relie à l'air 9. Cette turbine permet d'imposer dans le système de ballast une io pression composée de la pression hydrostatique maximale imposée à l'engin sous-marin 1, et d'une surpression utile à l'évacuation de l'eau. La pression maximale imposée par la turbine peut être comprise entre 10 et 800 mbar, préférentiellement entre 50 et 500 mbar et préférentiellement entre 100 et 300 mbar. 15 Cet agencement permet au moteur thermique 18 ou à une pile à combustible d'être alimenté en air 9 par l'intermédiaire d'une conduite munie d'une turbine à air immergeable 16, du système de ballast 13 et de la conduite d'air 14. La conduite 16 est immergeable, c'est à dire résistante, 20 sans être fonctionnelle, à une immersion dans l'eau. Sa résistance peut être mécanique : la turbine supporte alors les contraintes liées à la pression hydrostatique ou hydrodynamique. La résistance peut aussi être chimique : la turbine est dans ce cas résistante à la corrosion. L'eau potentiellement introduite par la conduite munie d'une turbine à air immergeable 16 coule par 25 gravité au fond du ballast 13 où elle est évacuée, par exemple par surpression. Ce système empêche son écoulement dans la conduite d'air 14. Le moteur thermique 18 est adapté pour s'approvisionner en comburant air 9 lorsque l'engin sous-marin 1 navigue en surface 7: on parle alors d'un fonctionnement aérobie du moteur thermique 18. Ce fonctionnement aérobie 30 est très avantageux pour l'engin sous-marin 1 car il permet à l'engin sous-marin 1 d'avoir une forte autonomie lorsqu'il navigue en surface 7.

La partie émergée du nez 3 de l'engin sous-marin 1 lors d'une navigation en surface 7, comme illustré dans la figure 3, comprend des instruments de mesure et/ou de communication aériens 15. On qualifie ici d'aériens des instruments dont la réalisation est facilitée par un transport aérien d'ondes électromagnétiques. C'est par exemple le cas lors de l'utilisation d'un système GPS. L'utilisation de ces instruments de mesure et/ou de communication aériens 15 est facilitée par la stabilité acquise par l'engin sous-marin 1 naviguant en surface 7 avec une assiette comprise io préférentiellement entre 50 et 200 . Dans l'ensemble des figures 1, 2 et 3, la partie 5 de la coque qui crée la portance 10 possède une caractéristique particulière : en tout point de cette partie, la normale à la coque possède au moins une 15 composante dans le sens de l'axe longitudinal 4 et une composante dans le sens opposé à la portance 10. Cette caractéristique permet de créer la portance 10 tout en limitant la force de tramée relative à cette partie 5 de la coque. La limitation de la force de tramée relative à cette partie 5 de la coque permet avantageusement à l'engin sous-marin autopropulsé d'augmenter 20 son autonomie énergétique.

Claims

REVENDICATIONS1. Engin sous-marin (1), adapté à une navigation en surface (7) ou sous l'eau (8), possédant une coque et au moins un générateur de force normale (6) à un axe longitudinar(4) dudit engin sous-marin (1), caractérisé en ce que : - une partie (5) avant de ladite coque est asymétrique par rapport audit axe longitudinal (4), de façon à générer une portance (10) lors du déplacement dudit engin sous-marin (1) et 10 - en ce que ladite portance (10) est de sens opposé à la résultante des forces (11) dudit ou desdits générateurs de force normale (6).
2. Engin sous-marin (1) selon la revendication précédente dont au moins un dit générateur de force normale (6) est disposé de telle manière à 15 être émergé lors d'une navigation de surface (7).
3. Engin sous-marin (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un moteur alimenté de manière autonome est adapté à actionner au moins un moyen de propulsion (2). 20
4. Engin sous-marin (1) selon l'une des revendications précédentes, dont au moins un dit générateur de force normale (6) est porté par ladite coque et choisi parmi un aileron et un générateur de vortex. 25
5. Engin sous-marin (1) selon l'une des revendications 1 et 3 dont au moins un dit générateur de force normale (6) est choisi parmi un aileron porté par ladite coque, un générateur de vortex porté par ladite coque et un ditmoyen de propulsion (2) dont la poussée comprend une composante selon un axe normal audit axe longitudinal (4).
6. Engin sous-marin selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un instrument de mesure sous-marine (12) situé sur ladite partie (5) avant de ladite coque, ladite partie (5) étant à la fois immergée en navigation de surface (7) et asymétrique par rapport audit axe longitudinal (4). Io
7. Engin sous-marin (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la normale en tout point de ladite partie (5) avant de ladite coque comprend au moins une composante dans le sens dudit axe longitudinal (4) et au moins une composante dans le sens opposé à ladite portance (10). is
8. Engin sous-marin (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le nez (3) dudit engin sous-marin (1) comporte au moins un système de ballast (13).
9. Engin sous-marin (1) selon la revendication 8 comprenant zo également une conduite d'air (14) reliant un élément choisi parmi au moins un moteur thermique (18) et au moins une pile à combustible à au moins un dit ballast (13).
10. Engin sous-marin (1) selon l'une des revendications 8 à 9, 25 comprenant au moins une conduite munie d'une turbine à air immergeable (16) reliant au moins un dit ballast (13) à l'air (9) extérieur.
11. Engin sous-marin (1) selon l'une des revendications précédentes, dont la partie émergée en navigation de surface (7) contient au moins un 30 instrument choisi parmi au moins un instrument de mesure aérien (15) et au moins un instrument de communication aérien (15).
12. Méthode de navigation en surface (7) d'un engin sous-marin (1) selon l'une des revendications précédentes dont ladite assiette est comprise dans une plage allant de 50 à 200 . s
13. Méthode de navigation en surface (7) d'un engin sous-marin (1) selon l'une des revendications 1 à 11, dont ladite assiette est suffisante pour conserver au moins un dit moyen de propulsion (2) sous la surface de l'eau (8).