FR3075163A1

FR3075163A1 - Procede de reglage de la flottabilite d un vehicule sous-marin

Info

Publication number: FR3075163A1
Application number: FR1701321A
Authority: FR
Inventors: Christophe Borel; Eric Rouvier; Cyril BOUYER
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-06-21
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: WO2019120926A1; US11167828B2; AU2018389953A1; AU2018389953B2; EP3728020B1; US20200361583A1; FR3075163B1; SG11202003033QA; EP3728020C0; CA3085422A1; EP3728020A1

Abstract

Procédé de réglage de la flottabilité d'un véhicule (1) sous-marin de façon qu'il présente sensiblement une flottabilité cible Fc prédéterminée lorsqu'il est plongé dans un volume de liquide délimité par une première surface et une deuxième surface selon un axe vertical (z), le procédé comprenant : - à partir d'une flottabilité initiale du véhicule maintenant le véhicule au niveau de la première surface (S), une première étape (100) de modification de la masse volumique du véhicule (1) de façon qu'il se rapproche de la deuxième surface, la première étape étant mise en œuvre jusqu'à une deuxième étape (200) de détection du franchissement, par le véhicule (1), d'un seuil de distance (SD) non nul prédéterminé par rapport la première surface (S), selon l'axe vertical, - puis une troisième étape de modification de la masse volumique du véhicule (1) jusqu'à ce que le véhicule présente sensiblement la flottabilité cible.

Description

PROCEDE DE REGLAGE DE LA FLOTTABILITE D’UN VEHICULE SOUSMARIN

Le domaine de l’invention est celui des véhicules sous-marins. Ces véhicules sont aptes à présenter une flottabilité négative, c'est-à-dire aptes à être totalement immergés. Elle concerne plus particulièrement les véhicules sous-marins sans équipage, aussi appelés UUV en référence à l’expression anglo-saxonne « Unmanned Underwater Vehicles », qui peuvent être des véhicules autonomes aussi appelés AUV en référence à l’expression anglosaxonne (« Autonomous Underwater Vehicle ») ou des véhicules non autonomes aussi appelés ROV en référence à l’expression anglo-saxonne « remotely operated vehicle » ou des véhicules couramment appelés poissons lorsqu’ils sont dépourvus de propulseurs.

La flottabilité est la force agissant sur le véhicule sous-marin est la résultante de la différence entre la poussée d’Archimède et le poids de l’engin. Cette force peut être dirigée de bas en haut (flottabilité positive, poids inférieur à la poussée d’Archimède) ou de haut en bas (flottabilité négative, poids supérieur à la poussée d’Archimède).

Un véhicule sous-marin doit classiquement présenter une flottabilité positive à sa mise à l’eau. Ainsi, le véhicule revient naturellement flotter à la surface de l’eau lorsqu’il est uniquement soumis à la poussée d’Archimède et à son poids. Cela permet sa récupération depuis une plate-forme de surface lorsque le véhicule ne dispose plus d’énergie pour sa propulsion. Cela permet également au véhicule sous-marin de communiquer avec une plateforme de surface par de moyens de communication radioélectriques du véhicule sous-marin qui sont alors émergés. Cela permet également l’approvisionnement du véhicule sous-marin en énergie depuis une plateforme de surface sans qu’il ne consomme d’énergie pour sa propulsion. Une fois le véhicule sous-marin mis à l’eau, il est classiquement destiné à effectuer des missions sous-marines, par exemple d’inspection, de sorte qu’il est amené à plonger, au moyen d’un propulseur, pour rejoindre des positions de grande profondeur avant de remonter à la surface, par exemple, pour faire le plein d’énergie, pour communiquer avec un débit de transmission important, pour être récupéré depuis une plate-forme de surface.

Or, afin de plonger sous l’eau pour effectuer sa mission et maintenir sa position immergée, le véhicule sous-marin qui présente une flottabilité positive, doit vaincre des forces d’autant plus importantes que sa flottabilité est importante. Il peut ainsi se retrouver dans l’incapacité de plonger sous l’eau ou à devoir consommer, pour plonger, une énergie d’autant plus importante que sa flottabilité est importante ce qui a pour effet de limiter son endurance et la durée de sa mission. Lorsque sa flottabilité positive est trop élevée, le véhicule peut également avoir des difficultés pour plonger à cause de perturbations générées par l’état de surface de la mer qui découvre partiellement et aléatoirement les actionneurs de l’engin, tels que son propulseur, devenant inefficaces hors de l’eau. L’ajustement de la flottabilité du véhicule (ou équilibrage par ajustement de sa flottabilité) est donc primordial et cette étape doit être réalisée avec une très grande précision.

Les véhicules sous-marins peuvent aussi être équilibrés avec une flottabilité négative lors de leur mise à l’eau. Cela permet d’être dans une configuration où le véhicule sous-marin va venir naturellement se poser sur le fond marin et ainsi être invisible depuis la surface. Lors de sa mission, le véhicule sous-marin va être amené à remonter à la surface ponctuellement ou vers la surface. Or, afin de remonter à la surface le véhicule sous-marin qui présente une flottabilité négative, doit vaincre des forces d’autant plus importantes que sa flottabilité négative est faible, c'est-à-dire présente une valeur absolue élevée. Il peut ainsi se retrouver dans l’incapacité de remonter ou à devoir consommer, pour remonter, une énergie d’autant plus importante que sa flottabilité négative est faible ce qui a pour effet de limiter son autonomie et la durée de sa mission.

Il apparaît donc que pour réaliser sa mission de manière optimale, le véhicule sous-marin doit pouvoir régler sa flottabilité en fonction des étapes de la mission : flottabilité positive à la mise à l’eau, neutre pendant les phases de plongée et négative pour être discret.

Une solution pour régler la flottabilité des véhicules sous-marins est de réaliser une pesée statique avant sa mise à l’eau de manière à équilibrer sensiblement le poids et la poussée d’Archimède. Des défauts de cette solution sont que ce réglage est fixé pour la durée de la mission (la flottabilité ne peux pas être contrôlée) et que ce réglage n’est pas robuste aux variations locales de densité de l’eau (le véhicule initialement pesé pour être légèrement flottant en eau de mer peut devenir coulant en arrivant en eau douce) ni aux variations de masse du véhicule sous-marin, par exemple lorsqu’un coquillage ou une algue vient se fixer sur sa coque, ni aux variations de volume du corps du véhicule, par exemple, par compression de la coque sous l’effet de la pression.

Une autre solution consiste à équiper le véhicule sous-marin de moyens pour faire varier sa masse volumique du véhicule sous-marin. Un procédé de réglage de la flottabilité d’un véhicule sous-marin lors de sa mise consiste classiquement à commander manuellement les moyens pour faire varier la masse volumique. Le véhicule présente initialement une flottabilité positive qui n’est pas connue de manière précise, un opérateur commande les moyens pour faire varier la masse volumique pour faire augmenter lentement la masse volumique du véhicule sous-marin de sorte que sa flottabilité diminue continûment jusqu’à ce que le véhicule atteigne une flottabilité cible positive plus faible. Cette solution est longue, délicate et difficile à automatiser. Par exemple, une faible variation de la masse du véhicule sous-marin peut faire varier la flottabilité du véhicule sous-marin de façon significative, l’ajustement de la flottabilité du véhicule sous-marin doit donc être réalisé avec une grande précision et très lentement pour éviter que le véhicule sous-marin ne coule ce qui peut empêcher l’opérateur de récupérer le véhicule.

Un but de l’invention est de limiter au moins un des inconvénients cidessus.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de réglage de la flottabilité d’un véhicule sous-marin de façon qu’il présente sensiblement une flottabilité cible prédéterminée lorsqu’il est plongé dans un volume de liquide délimité, selon un axe vertical, par une première surface et une deuxième surface, le procédé comprenant :

- à partir d’une flottabilité initiale du véhicule maintenant le véhicule au niveau de la première surface, une première étape de modification de la masse volumique du véhicule de façon qu’il se rapproche de la deuxième surface, la première étape étant mise en oeuvre jusqu’à une deuxième étape de détection du franchissement, par le véhicule, d’un seuil de distance non nul prédéterminé par rapport la première surface, selon l’axe vertical,

- puis une troisième étape de modification de la masse volumique du véhicule jusqu’à ce que le véhicule présente sensiblement la flottabilité cible.

Avantageusement, la variation de masse volumique du véhicule lors de la troisième étape est prédéterminée.

Avantageusement, durant la mise en œuvre du procédé, le véhicule se déplace, selon l’axe vertical, uniquement sous l’effet d’une variation de sa flottabilité.

Avantageusement, la première surface est la surface du liquide, c'està-dire sa surface supérieure, et la flottabilité initiale est positive, la première étape de modification de la masse volumique étant une étape d’augmentation de la masse volumique du véhicule, le seuil de distance étant un seuil d’immersion.

Avantageusement, la première surface est un fond du volume de liquide, la flottabilité initiale est négative, la première étape de modification de la masse volumique étant une étape de réduction de la masse volumique, le seuil de distance étant un seuil d’altitude par rapport à la première surface.

Avantageusement, lors de la première étape et lors de la troisième étape, on fait varier la masse du véhicule, à volume constant du véhicule sous-marin, et/ou on fait varier le volume du véhicule marin à masse constante à masse constante du véhicule sous-marin.

Avantageusement, le véhicule comprend un premier réservoir à masse volumique variable, dont la variation de masse volumique fait varier la masse volumique du véhicule, disposé à proximité d’une première extrémité longitudinale du véhicule, et un deuxième réservoir à masse volumique variable, dont la variation de masse volumique fait varier la masse volumique du véhicule et qui disposé à proximité d’une deuxième extrémité longitudinale du véhicule, dans lequel, lors de la première étape, on fait varier la masse volumique d’un unique réservoir prédéterminé, pris parmi le premier réservoir et le deuxième réservoir.

Avantageusement, l’invention se rapporte également à un procédé d’équilibrage comprenant le procédé de réglage de la flottabilité suivi du procédé de réglage de la flottabilité selon l’invention et une étape de réglage de l’assiette longitudinale du véhicule.

L’invention se rapporte également à un dispositif de réglage de la flottabilité permettant de régler la flottabilité du véhicule sous-marin et comprenant des moyens pour faire varier la masse volumique du véhicule sous-marin et au moins un capteur permettant de détecter le franchissement, par le véhicule, d’un seuil de distance non nul prédéterminé par rapport à une première surface délimitant, selon une direction verticale, le volume d’un liquide dans lequel est plongé le véhicule, le dispositif de réglage de la flottabilité étant configuré pour mettre en œuvre un procédé comprenant les étapes suivantes lorsqu’une condition de réglage de la flottabilité est vérifiée :

à partir d’une flottabilité initiale maintenant le véhicule au niveau de la première surface ; une première étape de modification de la masse volumique du véhicule par les moyens pour faire varier la flottabilité, de façon que le véhicule se rapproche d’une deuxième surface délimitant également le volume de liquide selon la direction verticale, la première étape étant mise en œuvre jusqu’à une deuxième étape de détection, par le capteur, du franchissement du seuil de distance par le véhicule, puis une troisième étape de modification de la masse volumique du véhicule, par les moyens pour faire varier la flottabilité, jusqu’à ce que le véhicule présente sensiblement la flottabilité cible.

L’invention se rapporte également à un véhicule comprenant le dispositif de variation de réglage de la flottabilité selon l’invention.

L’invention sera mieux comprise à l’étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d’exemples nullement limitatifs, et illustrés par des dessins annexés sur lesquels :

- les figures 1a, 1b et 1c représentent différentes situations d’un engin sous-marin lors de la mise en œuvre du procédé selon l’invention,

- la figure 2 représente schématiquement un exemple de moyens d’ajustement de la flottabilité d’engin marin selon l’invention.

D’une figure à l’autre les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques.

Dans la présente demande de brevet, les directions verticales et horizontales sont définies dans un référentiel terrestre. Les positions supérieures et inférieures étant déterminées selon un axe vertical z du référentiel terrestre.

L’invention se rapporte à un procédé de réglage de la flottabilité du véhicule sous-marin 1 de façon qu’il présente une flottabilité finale sensiblement égale à une flottabilité cible.

Le véhicule sous-marin 1 présente initialement une flottabilité, dite initiale, telle qu’elle maintient le véhicule sous-marin 1 au niveau d’une surface S, dite initiale, délimitant le volume de liquide dans lequel le véhicule sous-marin est plongé, par exemple de l’eau E , par exemple de l’eau de mer ou de l’eau douce, selon une direction verticale (définie dans un référentiel terrestre). Le véhicule 1 est maintenu au niveau de la surface S initiale uniquement par sa flottabilité.

Cette surface initiale est, par exemple, la surface supérieure du volume du liquide, par exemple la surface de l’eau S. La flottabilité initiale du véhicule sous-marin 1 est alors positive et le véhicule sous-marin flotte initialement à la surface de l’eau.

Le volume de liquide dans lequel est plongé le véhicule sous-marin est délimité, selon la direction verticale z, par deux surfaces distantes l’unes de l’autre selon la direction verticale, dont la surface supérieure et une surface inférieure. Dans le cas d’un véhicule plongé dans l’eau de mer, ce volume est délimité par la surface de l’eau S (surface supérieure) et par le fond marin Fd (surface inférieure).

La surface initiale peut en variante être la surface inférieure du volume du liquide, c'est-à-dire le fond du volume du liquide, par exemple le fond marin. La flottabilité initiale du véhicule est alors négative et le véhicule est initialement posé sur la surface inférieure du volume du liquide, c'est-àdire sur le sol ou le fond marin.

Sur la figure 1a, on a représenté un véhicule sous-marin 1 présentant initialement une flottabilité positive. Le véhicule sous-marin 1, dans sa situation initiale représentée sur la figure 1a, flotte à la surface de l’eau S. En variante, le véhicule sous-marin 1 présente initialement une flottabilité négative de sorte à être maintenu contre le fond marin Fd.

Typiquement, la flottabilité initiale positive du véhicule est de l’ordre de 5% de son poids. Le but du procédé est de donner au véhicule sous-marin une flottabilité finale la plus proche de 0 tout en restant positive. On cherche typiquement à atteindre une flottabilité de consigne comprise entre 0.05 % et 0.01% du poids du véhicule. Pour un véhicule de 1000 kg, cela revient à devoir équilibrer le véhicule avec une précision de 100 g près. Lorsque le véhicule sous-marin présente une flottabilité positive très faible, sa remontée à la surface, en cas de panne de son propulseur, est assurée et sa consommation en énergie pour plonger vers le fond marin est minimale. Le fait que la flottabilité de consigne soit positive donne une marge de flottabilité qui permet de garantir le fait que la flottabilité finale du véhicule sous-marin à la fin de la mise en œuvre du procédé soit positive.

Le procédé comprend les étapes représentées sur les figures 1a à 1c.

Ce procédé comprend une première étape 100 de modification de la masse volumique du véhicule 1 de façon qu’il s’éloigne de la surface initiale S en se rapprochant de l’autre surface délimitant le volume de liquide. Ainsi, le véhicule se déplace selon la direction verticale. La variation de la masse volumique du véhicule fait varier la flottabilité du véhicule. Dans l’exemple des figures 1a à 1c, cette étape 100 est une étape d’augmentation de la masse volumique du véhicule sous-marin 1 de façon que le véhicule sousmarin 1 coule, c'est-à-dire s’éloigne de la surface de l’eau S ou se rapproche du fond marin Fd. Dans le cas où le véhicule sous-marin présente une flottabilité initiale négative, cette étape est une étape de diminution de la masse volumique du véhicule sous-marin 1 de façon que le véhicule sousmarin 1 remonte vers la surface de l’eau S, c'est-à-dire s’éloigne du fond marin Fd.

La première étape 100 de modification de la masse volumique est mise en œuvre jusqu’à une deuxième étape 200.

Lors de première étape 100, l’assiette du véhicule peut varier sous l’effet de la variation de la masse volumique, ce qui n’impacte pas le procédé de réglage de la flottabilité selon l’invention.

Cette deuxième étape 200 est une étape de détection du franchissement, par le véhicule sous-marin 1, d’un seuil de distance SD non nul prédéterminé par rapport la surface S initiale, selon un axe vertical z. Dans le cas où la surface initiale S est la surface de l’eau, le seuil de distance SD est un seuil d’immersion ou seuil de distance par rapport à la surface de l’eau. Dans les cas où la surface initiale S est le fond marin, le seuil de distance SD est un seuil d’altitude, c'est-à-dire de distance par rapport au fond marin selon l’axe z.

La première étape 100 est arrêtée dès la détection 200 du passage du seuil SD par le véhicule 1.

Le procédé comprend ensuite une troisième étape 300 de modification de la masse volumique du véhicule sous-marin 1 jusqu’à ce que la flottabilité du véhicule sous-marin 1 soit sensiblement égale à la flottabilité cible.

La masse volumique du véhicule 1 varie avantageusement dans un seul sens lors de la troisième étape 300. Autrement dit, la flottabilité du véhicule varie uniquement dans un sens lors de l’étape 300.

Lorsque le véhicule sous-marin 1 franchit le seuil de distance SD, il présente une flottabilité connue ou déterminable. Lorsque le véhicule franchit le seuil de distance SD prédéterminé, il a toujours la même flottabilité, quelque soit sa flottabilité initiale, si des conditions de variation de la flottabilité, lors de la première étape 100, sont les mêmes pour une même assiette longitudinale initiale. Cette flottabilité sert de référence. Une fois que l’on dispose de cette référence, il est possible de déterminer une variation de masse volumique qui permettra d’atteindre la flottabilité cible lors de l’étape 300 quelque soit la flottabilité initiale. Il suffit alors d’évaluer une seule fois cette variation de masse volumique.

Par exemple, pour un véhicule d’environ 1000 kg que l’on alourdi grâce à une pompe ayant un débit choisit, et un seuil de déclenchement d’immersion à 1m, franchira le seuil avec toujours la même flottabilité. Un exemple de flottabilité au franchissement du seuil de - 20N correspond à environ -20/(1000*10) = 0.2% du poids du véhicule pour une constante de newton arrondie à 10 N m² kg'². Si la flottabilité cible est de 0.05% du poids du véhicule, alors il faut, une fois le seuil franchit, alléger le véhicule de (0.05+0.2)/100 * 1000 = 2.5 kg.

Le procédé selon l’invention nécessite une précision d’ajustement relative de la flottabilité du véhicule, plus facile à obtenir qu’une précision absolue de flottabilité du véhicule. Il est indépendant de la flottabilité initiale du véhicule et est donc reproductible.

Ce procédé peut être mis en œuvre à n’importe quel moment, c'est-àdire, à la mise à l’eau du véhicule ou bien au cours d’une mission ou lors d’une reconfiguration du véhicule sous-marin (ajout ou retrait de capteurs, par exemple).

Ce procédé peut être facilement automatisé car ses étapes sont peu nombreuses et séquentielles, il s’adapte donc bien à des véhicules sans équipage UUV et ne nécessite pas l’intervention d’un opérateur extérieur.

Le procédé selon l’invention est indépendant de la masse et/ou de volume du véhicule sous-marin 1. Il permet d’atteindre la flottabilité cible même si un de ces deux paramètres varie, par exemple en cas d’ajout ou de retrait volontaire ou non de composants ou particules notamment en cas de perte d’une pâle d’un propulseur à hélice après sa mise à l’eau initiale.

La procédé selon l’invention est bien plus rapide qu’une série de pesées réalisées par un opérateur dans une eau ayant une certaine densité, permettant de calculer la quantité de lest à ajouter ou retirer sur le véhicule.

Cette solution nécessite uniquement un capteur d’immersion ou de pression afin de détecter le franchissement du seuil. Ce type de capteur est simple et bon marché.

En résumé, la solution proposée est peu onéreuse, simple à mettre en œuvre et permet d’équilibrer le véhicule sous-marin de manière fiable, répétable et facilement automatisable (algorithme simple nécessitant simplement un capteur d’immersion).

Dans l’exemple des figures 1a à 1c, la flottabilité initiale est positive, la flottabilité cible est positive et inférieure à la flottabilité initiale et la flottabilité du véhicule lorsqu’il franchit le seuil SD est négative. Autrement dit, on rend le véhicule légèrement coulant pendant un court laps de temps, il s’éloigne alors de la surface de l’eau S, avant de le rendre à nouveau flottant. La flottabilité du véhicule sous-marin augmente lors de la troisième étape 300 jusqu’à une flottabilité positive, il remonte alors jusqu’à la surface S de l’eau où il flotte pendant la troisième étape 300. En variante, la flottabilité finale est négative ou nulle.

Dans cette réalisation, la flottabilité varie dans un sens lors de l’étape 100 et en sens inverse lors de l’étape 300 mais en variante, la variation de la masse volumique lors de ces étapes pourrait être telle que la flottabilité varie dans le même sens lors de ces deux étapes.

En variante, la flottabilité initiale est négative, la flottabilité au franchissement du seuil est positive et la flottabilité cible est positive. En variante, la flottabilité finale est négative ou nulle.

Lors des étapes 100 et 300, on fait varier la masse volumique du véhicule sous-marin 1 en faisant varier sa masse à volume constant du véhicule sous-marin et/ou en modifiant son volume à masse constante du véhicule sous-marin.

La variation de masse volumique du véhicule lors de l’étape 300, c'est-à-dire la variation de masse ou de volume du véhicule lors de l’étape

300 dépend de la flottabilité du véhicule lorsque le franchissement du seuil est détecté 20, c’est à dire du seuil de distance SD, et de la flottabilité cible

Fc.

Avantageusement, le procédé est mis en œuvre de façon que le véhicule 1 présente une flottabilité prédéterminée lors de la détection du franchissement du seuil, c'est-à-dire à l’arrêt de la première étape 100.

Cela permet d’améliorer la précision du réglage de la flottabilité finale du véhicule sous-marin 1 et de simplifier le procédé. Il suffit de déterminer une seule fois la variation de masse ou de volume alors nécessaire pour atteindre la flottabilité cible lors de l’étape 300. Autrement dit, la variation de masse ou de volume nécessaire pour atteindre la flottabilité lors de l’étape 300 est prédéterminée.

La variation de masse volumique nécessaire pour atteindre la flottabilité cible lors de l’étape 300 peut être obtenue préalablement de façon itérative ou par tâtonnement. On met, par exemple, en œuvre plusieurs fois le procédé selon l’invention avec des conditions initiales prédéterminées et des conditions de variation de la masse volumique prédéterminées lors de l’étape 100 et, une fois que le franchissement du seuil est détecté et l’étape 100 arrêtée, on fait varier le volume (ou la masse) du véhicule. Lors des différentes mises en œuvre du procédé, on fait varier le volume de différentes valeurs et on compare, à chaque fois, la flottabilité finale à la flottabilité cible. Cette étape de comparaison peut être réalisée en mesurant une grandeur représentative de la flottabilité finale et en comparant cette valeur à la valeur que devrait présenter cette grandeur pour la flottabilité cible. Il s’agit par exemple d’une distance, prise selon la direction verticale, du véhicule par rapport à une surface prédéterminée du liquide. Alternativement, on peut déterminer la variation de volume nécessaire, lors de l’étape 300, pour atteindre la flottabilité cible en faisant varier le volume du véhicule petit à petit jusqu’à atteindre la flottabilité cible.

La flottabilité du véhicule au moment de la détection du passage du seuil de distance SD ou à l’arrêt de la première étape dépend de conditions réglables de variations de la masse volumique du véhicule lors de l’étape 100 qui ont une influence sur la flottabilité du véhicule sous-marin 1 lors de la détection du franchissement du seuil. Par exemple, si le véhicule 1 dispose de plusieurs réservoirs dont on peut faire varier la masse volumique indépendamment pour faire varier celle du véhicule, le choix du réservoir a une influence sur la flottabilité du véhicule lors du franchissement du seuil tout comme la vitesse de variation de la masse ou du volume du véhicule (c'est-à-dire la vitesse de variation de masse ou de volume de chaque réservoir). Ces paramètres sont prédéterminés afin que le véhicule 1 présente une flottabilité prédéterminée lors de la détection du franchissement du seuil, c'est-à-dire à l’arrêt de la première étape 100.

En alternative, des variations de masse ou de volume à appliquer au véhicule lors de l’étape 300 pour atteindre la flottabilité cible Fc ou différentes flottabilité cibles peuvent être déterminées préalablement à la mise en œuvre du procédé pour différentes valeurs de ces paramètres et de la flottabilité cible et répertoriées dans une table comme expliqué précédemment. Le procédé comprend avantageusement, préalablement à l’étape 300, une étape de détermination de la variation de masse ou de volume à appliquer au véhicule lors de l’étape 300 pour atteindre la flottabilité cible Fc à partir de la valeur d’au moins un paramètre, par exemple par consultation d’une table.

Les paramètres peuvent aussi comprendre une densité du volume du liquide. La variation de masse ou de volume peut être déterminée pour plusieurs masses volumiques. Le procédé peut alors comprendre une étape de détermination d’une masse volumique du liquide dans lequel est plongé le véhicule par exemple à partir d’une mesure de salinité de l’eau obtenue à partir d’un capteur de salinité 35. En variante, la masse volumique est prédéterminée.

Avantageusement, au moins une condition initiale de mise en œuvre de l’étape 100 ayant une influence sur la flottabilité du véhicule sous-marin au moment de la détection du seuil est prédéterminée, comme par exemple, l’assiette longitudinale initiale du véhicule sous-marin initiale prédéterminée, par exemple nulle ou d’une valeur différente.

Le procédé peut alors comprendre, préalablement à l’étape 100, une étape de réglage de l’assiette du véhicule afin que le véhicule présente une assiette longitudinale prédéterminée, si l’assiette du véhicule est différente de l’assiette longitudinale prédéterminée.

En variante, la variation de masse ou de volume est déterminée indépendamment de cette condition initiale.

Avantageusement, lors de la mise en oeuvre du procédé, la vitesse du véhicule sous-marin selon l’axe vertical est uniquement induite par une variation de sa flottabilité par état de mer calme.

Avantageusement, le véhicule 1 présente une vitesse sensiblement nulle, par rapport au liquide dans lequel il est plongé, dans un plan horizontal.

Cela permet d’éviter les perturbations générées par la portance hydrodynamique sur la flottabilité du véhicule au franchissement du seuil et donc sur la flottabilité finale du véhicule.

Avantageusement, la vitesse initiale du véhicule par rapport au liquide dan lequel il est plongé est nulle.

Comme visible sur les figures, le véhicule sous-marin 1 peut comprendre un propulseur 22 destiné à propulser le véhicule marin 1. Avantageusement, le propulseur 22 est arrêté pendant toute la durée de la mise en œuvre du procédé de réglage de la flottabilité. En variante, le véhicule est dépourvu de propulseur.

Sur la figure 2, on a représenté des moyens de réglage de la flottabilité 10 du véhicule 1 selon l’invention étant aptes à mettre en œuvre le procédé selon l’invention. Ces moyens sont avantageusement configurés pour mettre en œuvre les étapes du procédé lorsqu’une condition de réglage de la flottabilité est vérifiée.

Le véhicule 1 comprend des moyens de détection DET du franchissement du seuil de distance SD permettant de vérifier si le véhicule dépasse le seuil de distance. Ces moyens comprennent au moins un capteur 2, aussi représenté sur les figures 1a à 1c, apte à mesurer une grandeur représentative de la distance séparant le véhicule de la surface initiale selon l’axe z. Ce capteur est par exemple un capteur d’immersion ou de pression. Les moyens de détection DET comprennent également un comparateur COMP permettant de vérifier si une distance du véhicule 1, par rapport à la surface S, déterminée à partir de cette mesure est égale au seuil de distance SD. Le capteur 2 est fixe par rapport au corps 3 du véhicule 1.

Le véhicule sous-marin 1 comprend un dispositif de réglage REG de la flottabilité du véhicule sous-marin 1 permettant de régler la flottabilité du véhicule sous-marin 1.

Le dispositif de réglage REG comprend des moyens VAR pour faire varier la masse volumique du véhicule 1 et un organe de commande 26 permettant de commander ces moyens de façon à mettre en œuvre le procédé selon l’invention. Avantageusement, l’organe de commande est configuré pour commander les moyens VAR pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.

Les moyens VAR pour faire varier la masse volumique comprennent au moins un réservoir 20 ou 21 de masse volumique variable, c'est-à-dire de masse variable et de volume fixe (comme sur l’exemple des figures 1a à 1c) et/ou au moins un réservoir de volume variable et de masse fixe, et des moyens permettant de faire varier cette masse ou ce volume commandables par l’organe de commande 26.

Les réservoirs 20, 21 sont aptes à communiquer avec le milieu dans lequel est plongé le véhicule sous-marin de sorte que du liquide dans lequel est plongé le véhicule sous-marin 1 puisse circuler entre ces réservoirs et le milieu marin de sorte à remplir ou vider les réservoirs de ce liquide. Ce milieu est par exemple le milieu marin mais peut être tout autre liquide. Dans la suite du texte, on fera référence au milieu marin mais l’invention est bien entendu applicable à tout autre liquide.

Les réservoirs 20, 21 sont aptes à communiquer avec le milieu marin par des circuit hydrauliques respectifs 24, 25 pouvant être ouverts ou fermés par des vannes AV et AR respectives 22, 23, la circulation de l’eau du milieu marin vers les réservoirs 20, 21 (ou inversement) étant provoquée par une pompe 29 actionnée par un actionneur 30, par exemple, un moteur. L’actionneur 30 et les vannes AV et AR sont commandés par l’organe de commande 26 pour faire varier les masses des réservoirs 20 et 21 en faisant varier le volume d’eau contenu dans ces réservoirs 20 et 21 (par rejet de l’eau contenue dans les réservoir dans le milieu marin ou inversement) pendant les étapes 100 et 300. L’organe de commande 26 peut également permettre de commander l’actionneur et les vannes pour faire varier les conditions de variation de la masse volumique (débit de la pompe, répartition des variations de masse entre les réservoirs.) En variante, ces conditions sont fixes.

Dans cet exemple, la masse des réservoirs variant et le volume restant fixe, la poussée dArchimède agissant sur le véhicule sous-marin est fixe pendant la mise en œuvre du procédé (si l’on considère que la portion du véhicule située hors de l’eau est négligeable lorsque le véhicule sous-marin flotte) alors que son poids varie.

Après détection du franchissement du seuil de distance SD, la variation de poids (en Newton) nécessaire pour que la flottabilité du véhicule sous-marin atteigne la flottabilité de consigne Fc est constante et dépend du seuil d’immersion SD et de la flottabilité consigne Fc. Pour une flottabilité consigne de 10 N et une flottabilité du véhicule sous-marin 1 de -15 N à la détection du franchissement du seuil, la variation de poids que doit subir le véhicule sous-marin pour atteindre la flottabilité de consigne est de 25 Newton.

On doit alors faire varier la masse des réservoirs de Dm = DP/g = 25/9,81 = 2, 548 kg, g étant l’accélération de la pesanteur (9,81 ms’²). Cela représente une variation de volume d’eau DV = Dm/d où d est la densité volumique du liquide dans lequel est plongé le véhicule sous-marin. Dans le cas de l’eau de mer, d= 1, 025 kg/L. Alors DV = 2,548/1,025 = 2,486 L.

Cela signifie que 2,486 L d’eau de mer doivent être retirés des réservoirs pour alléger le véhicule de sorte à obtenir la flottabilité de consigne.

Sur la réalisation non limitative des figures, les réservoirs 20 et 21 sont espacés selon un axe x du véhicule sous-marin 1 qui est, sur l’exemple non limitatif des figures, un axe longitudinal selon lequel le véhicule sousmarin s’étend longitudinalement. Les deux réservoirs 20, 21 sont alors placés chacun à proximité d’une des extrémités du véhicule sous-marin 1. Le réservoir 21 est placé à proximité de l’extrémité avant AV et le réservoir 20 de l’extrémité arrière AR du véhicule sous-marin. En variante, les moyens pour faire varier la flottabilité comprennent un seul réservoir ou plus de deux réservoirs. Le véhicule est destiné à se déplacer principalement selon l’axe longitudinal dans le sens de l’extrémité arrière AR vers l’extrémité avant AV.

En variante ou en plus, les moyens VAR pour faire varier la masse volumique comprennent au moins un réservoir, dit externe de volume variable agencé de façon qu’une variation du volume du réservoir entraîne une modification du volume du véhicule sous-marin 1. Ce réservoir communique par exemple avec un réservoir interne disposé à l’intérieur du corps du véhicule sous-marin via une vanne de sorte à permettre de faire passer un fluide d’un des réservoirs à l’autre ou bloquer le passage de ce fluide entre les deux réservoirs, une pompe provoquant la circulation du fluide via la vanne. Un actionneur, par exemple un moteur est prévu pour actionner la pompe. La vanne et la pompe sont commandées par un organe de commande recevant des mesures issues d’un capteur d’immersion permettant de mesurer une immersion du véhicule sous-marin et commandant la vanne pour faire varier le volume du réservoir externe de façon que le véhicule sous-marin présente une immersion de consigne reçue par l’organe de commande. Cette solution entraîne moins de problème de corrosion et de fiabilité que la solution précédente au dépend du véhicule sous-marin. Deux réservoirs peuvent être prévus, un à chaque extrémité longitudinale du véhicule sous-marin.

Dans ce cas, le poids du véhicule sous-marin est constant mais la poussée d’Archimède varie lors de la mise en oeuvre du procédé. Pour une flottabilité consigne de 10 N et une flottabilité du véhicule sous-marin de -15 N au déclenchement de l’étape 200, la variation de poussée d’Archimède DA que doit subir le véhicule sous-marin pour atteindre la flottabilité de consigne est de 25 Newton. Il faut donc augmenter le volume du véhicule sous-marin de DV = DA/(g*d) = 25/(9,81*1,025) = 2, 486 L.

L’organe de commande 26 déclenche la mise en œuvre du procédé lorsque la condition de réglage de la flottabilité est vérifiée. La condition de réglage de la flottabilité peut être vérifiée lorsque l’organe de commande reçoit une consigne C de réglage de la flottabilité. En variante, le procédé comprend une étape de vérification consistant à vérifier si la condition de réglage de la flottabilité est vérifiée, cette étape étant mise en œuvre par l’organe de commande. Cette étape peut être réalisée à partir d’une mesure de la masse volumique du liquide. La consigne de réglage de la flottabilité est par exemple vérifiée lorsque la masse volumique de l’eau passe en dessous ou au-delà d’un certain seuil ou par exemple lorsqu’une variation du volume ou de la masse du véhicule sous-marin dépasse un certain seuil (par exemple lorsque des coquillages ont investi la coque du véhicule sous-marin ou lors de l’installation d’un nouvel équipement).

Avantageusement, lors de l’étape 100, on modifie la masse volumique d’un seul réservoir prédéterminé, parmi les deux réservoirs 20 et 21. Cela permet d’obtenir une plongée plus rapide du véhicule sous-marin 1 et donc, le franchissement du seuil d’immersion a lieu après ajout d’une quantité moindre d’eau que lors d’un remplissage des deux réservoirs simultanément. Le procédé est donc plus rapide (la quantité d’eau à retirer des réservoirs pendant l’étape 200 est aussi moins importante) et nécessite moins d’énergie.

Dans la réalisation dans laquelle le volume du véhicule sous-marin 1 est modifié pendant l’étape 100, on peut modifier le volume d’un seul des deux réservoirs à volume variable situé à une des extrémités du véhicule sous-marin de sorte à faire varier le volume du véhicule sous-marin uniquement à proximité de cette extrémité.

Avantageusement, le réservoir dont on fait varier la masse volumique lors de l’étape 100 est le réservoir 20 situé à proximité d’une extrémité (ici AR) opposée à une autre extrémité AV longitudinale du véhicule à proximité de laquelle sont disposés un capteur ou un émetteur d’ondes radioélectriques du véhicule destiné à être utilisé lorsque ce capteur ou ce détecteur est émergé pour que le véhicule communique avec un capteur/détecteur extérieur au véhicule. Cela permet de maintenir plus longtemps une communication du véhicule avec l’extérieur lorsqu’il va venir plonger.

En variante, lors de l’étape 100, on modifie la masse volumique des réservoirs selon un ordre prédéterminé des réservoirs. Par exemple, on remplit d’abord le réservoir 21 puis le réservoir 20 lorsque le réservoir 21 est rempli.

L’invention porte également sur un procédé d’équilibrage comprenant le procédé de réglage de la flottabilité décrit précédemment et une étape de réglage de l’assiette longitudinale de façon que le véhicule présente, à l’issu du procédé, une assiette longitudinale de consigne.

A cet effet, le véhicule sous-marin 1 comprend avantageusement des moyens pour régler l’assiette longitudinale du corps 11 du véhicule sousmarin 10.

Ces moyens pour régler l’assiette longitudinale du corps 11 comprennent des moyens pour faire varier l’assiette longitudinale du corps du véhicule sous-marin comprenant, sur l’exemple non limitatif de la figure 2, les deux réservoirs 20, 21 espacés selon l’axe longitudinal x et placés respectivement à proximité de l’extrémité arrière AR et de l’extrémité avant AV du corps 11. Les moyens pour faire varier l’assiette longitudinale du corps 10 comprennent un circuit hydraulique 36 par lequel les réservoirs 21 communiquent l’un avec l’autre de sorte que le passage d’un fluide de l’un à l’autre est possible via une vanne 37 pouvant fermer le circuit hydraulique 36 ou l’ouvrir pour permettre ou non cette communication fluidique. Une deuxième pompe 38 permet de faire circuler le liquide entre les deux réservoirs via la vanne 37 et un deuxième actionneur associé 39 permettant d’actionner la pompe 38.

En variante, une même pompe peut être utilisée pour la variation de l’assiette longitudinale et de la flottabilité. Un distributeur ou une ou plusieurs vannes supplémentaires sont alors prévus pour connecter la pompe à un des deux circuits hydrauliques. Le distributeur ou chaque vanne est commandé au moyen de l’organe de commande.

Les moyens de réglage de l’assiette longitudinale comprennent également un organe de commande permettant de commander les moyens permettant de faire varier l’assiette longitudinale en fonction d’une assiette longitudinale de consigne et de mesures d’un capteur d’assiette 40, permettant de mesurer l’assiette longitudinale du véhicule sous-marin, comprenant par exemple des capteurs d’immersion disposés aux deux extrémités longitudinales respectives du véhicule sous-marin ou un capteur de gravité mesurant la verticalité du véhicule sous-marin ou une centrale inertielle. Cet organe de commande est l’organe de commande 26 des moyens de réglage de la flottabilité sur la figure 2 mais peut être un autre organe de commande.

Le réglage de la flottabilité et de l’assiette longitudinale par les même réservoirs comme représenté sur la figure permet de mutualiser ces moyens ce qui limite le volume dédié à ces réglages ainsi que le nombre d’éléments dédiés à ces réglages.

Les moyens de réglage de l’assiette longitudinale sont avantageusement configurés pour que l’étape de réglage de l’assiette longitudinale du véhicule sous-marin, consiste à transférer de l’eau (ou autre liquide) depuis un réservoir disposé à proximité d’une extrémité du véhicule sous-marin, par exemple le réservoir 21, vers l’autre réservoir disposé à proximité de l’autre extrémité longitudinale du véhicule sous-marin, par exemple le réservoir 20. Ainsi la flottabilité n’est pas modifiée, seule l’assiette varie.

D’autres types de moyens internes commandables peuvent être utilisés pour faire varier l’assiette du véhicule sous-marin comme des masses mobiles en translations selon l’axe x, dont un exemple est décrit dans le document GB 2 335 888, mais ce système nécessite un actionneur supplémentaire et dédié.

En variante, les réservoirs 20, 21 sont remplacés par des réservoirs à volume variable tels que décrits précédemment. En variante, le véhicule comprend les deux types de réservoirs.

Chaque organe de commande et le comparateur peuvent chacun comprendre un ou plusieurs circuits électroniques dédiés ou un circuit à usage général. Chaque circuit électronique peut comprendre une machine de calcul reprogrammable (un processeur ou un micro contrôleur par exemple) et/ ou un calculateur exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions et/ou une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble 10 de portes logiques comme un FPGA un DSP ou un ASIC, ou tout autre module matériel).

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de réglage de la flottabilité d’un véhicule (1) sous-marin de façon qu’il présente sensiblement une flottabilité cible Fc prédéterminée lorsqu’il est plongé dans un volume de liquide délimité par une première surface et une deuxième surface, selon un axe vertical (z), le procédé comprenant :

à partir d’une flottabilité initiale du véhicule maintenant le véhicule au niveau de la première surface (S), une première étape (100) de modification de la masse volumique du véhicule (1) de façon qu’il se rapproche de la deuxième surface, la première étape étant mise en œuvre jusqu’à une deuxième étape (200) de détection du franchissement, par le véhicule (1), d’un seuil de distance (SD) non nul prédéterminé par rapport la première surface (S), selon l’axe vertical, puis une troisième étape (300) de modification de la masse volumique du véhicule (1) jusqu’à ce que le véhicule présente sensiblement la flottabilité cible.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la variation de masse volumique du véhicule lors de la troisième étape (300) est prédéterminée.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, durant la mise en œuvre du procédé, le véhicule se déplace, selon l’axe vertical, uniquement sous l’effet d’une variation de sa flottabilité.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première surface est la surface du liquide et la flottabilité initiale est positive, la première étape de modification de la masse volumique étant une étape d’augmentation de la masse volumique du véhicule, le seuil de distance étant un seuil d’immersion.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première surface est un fond du volume de liquide, la flottabilité initiale est négative, la première étape de modification de la masse volumique étant une étape de réduction de la masse volumique, le seuil de distance étant un seuil d’altitude par rapport à la première surface.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de la première étape (100) et lors de la troisième étape (300), on fait varier la masse du véhicule, à volume constant du véhicule sous-marin, et/ou on fait varier le volume du véhicule marin à masse constante à masse constante du véhicule sous-marin.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le véhicule (1) comprend un premier réservoir à masse volumique variable, dont la variation de masse volumique fait varier la masse volumique du véhicule (1), disposé à proximité d’une première extrémité longitudinale du véhicule (1), et un deuxième réservoir à masse volumique variable dont la variation de masse volumique fait varier la masse volumique du véhicule (1) et disposé à proximité d’une deuxième extrémité longitudinale du véhicule (1), dans lequel, lors de la première étape (100), on fait varier la masse volumique d’un unique réservoir prédéterminé, pris parmi le premier réservoir et le deuxième réservoir.
8. Procédé d’équilibrage comprenant le procédé de réglage de la flottabilité selon l’une quelconque des revendications précédentes suivi d’une étape de selon l’une quelconque des revendications précédentes et une étape de réglage de l’assiette longitudinale du véhicule (1).
9. Dispositif de réglage de la flottabilité d’un sous-marin comprenant des moyens de variation de la flottabilité permettant de faire varier la masse volumique du véhicule sous-marin et au moins un capteur permettant de détecter le franchissement, par le véhicule, d’un seuil de distance non nul prédéterminé par rapport à une première surface délimitant, selon une direction verticale, le volume d’un liquide dans lequel est plongé le véhicule, le dispositif de réglage de la flottabilité étant configuré pour mettre en œuvre un procédé comprenant les étapes suivantes lorsqu’une condition de réglage de la flottabilité est vérifiée :

à partir d’une flottabilité initiale maintenant le véhicule au niveau de la première surface ; une première étape de modification de la masse volumique du véhicule par les moyens de variation de la flottabilité, de façon que le véhicule se rapproche d’une deuxième surface délimitant le volume de liquide selon la direction verticale, la première étape étant mise en œuvre jusqu’à une deuxième étape (200) de détection, par le capteur, du franchissement du seuil de distance par le véhicule, puis une troisième étape (300) de modification de la masse 5 volumique du véhicule (1), par les moyens de variation de la flottabilité, jusqu’à ce que le véhicule présente sensiblement la flottabilité cible.
10. Véhicule sous-marin comprenant le dispositif de réglage de la flottabilité selon l’invention.

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