WO1993010644A1 - Membrane d'etancheite pour dispositif acoustique sous-marin - Google Patents

Membrane d'etancheite pour dispositif acoustique sous-marin Download PDF

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WO1993010644A1
WO1993010644A1 PCT/FR1992/001040 FR9201040W WO9310644A1 WO 1993010644 A1 WO1993010644 A1 WO 1993010644A1 FR 9201040 W FR9201040 W FR 9201040W WO 9310644 A1 WO9310644 A1 WO 9310644A1
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Inventor
René Reynier
Olivier Lacour
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Thomson-Csf
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G10K11/006—Transducer mounting in underwater equipment, e.g. sonobuoys
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/44—Special adaptations for subaqueous use, e.g. for hydrophone

Definitions

  • the present invention relates to membranes which make it possible to seal a device, generally hollow, intended to be immersed in a fluid medium. It relates more particularly to acoustic devices intended to be immersed in the sea.
  • the first case relates more particularly to the organs for transmitting and receiving acoustic waves, which include electrical members sensitive to humidity.
  • the second case mainly concerns the acoustic adaptation or isolation members, formed from more or less soft materials with particular acoustic characteristics, such as viscoelastic materials with a cellular or fibrous structure. These bodies often constitute baffles or acoustic screens. These materials and / or their functional characteristics tend to deteriorate in the long term when they are not perfectly isolated from ambient humidity, for example by being wrapped in a perfectly waterproof envelope.
  • acoustic materials we will call them in the following text "acoustic materials”. he materials used to make the waterproofing membranes must both be flexible enough to follow the deformations due to the immersion pressure and have good acoustic characteristics, and also be waterproof, not only with liquid water but also at water vapor likely to migrate through the material. This last condition is generally the most restrictive.
  • transducer members such as hydrophones
  • a layer of material such as rubber of the so-called p c type
  • pc is a material whose product of density by the speed of propagation of sound is equal to that of water, so that the acoustic impedances of these two materials are equal and therefore that the elastic material is transparent to acoustic waves without reflecting them at the water / material interface.
  • soft acoustic materials are generally placed in metal envelopes formed of plates welded around their periphery. The seal is then entirely satisfactory, but this system brings considerable additional weight in view of the low density of the acoustic material used.
  • the invention provides a waterproofing membrane for a submerged device, in particular for an underwater acoustic device, mainly characterized in that it comprises a metal sheet sandwiched between two sheets of polymer according to claim 1.
  • Figure 1 a sectional view of a housing comprising transducers, closed by a sealing membrane according to the invention
  • FIG. 4 a sectional view of a baffle made of acoustic material enclosed in an enclosure formed of membranes according to the invention.
  • the emission device shown in FIG. 1 comprises a hollow housing 101, inside of which are arranged a set of transducers 102 whose emission faces face the opening of the housing.
  • the housing 101 is closed by a sealing membrane 103.
  • the membrane is surmounted by a layer of suitable material 104 whose quality and thickness are known. This layer 104 could possibly not be put on.
  • This sealing layer 103 consists in this embodiment, as shown in FIG. 2, of a sandwich comprising a central sheet 203 formed of metal, for example aluminum , of low thickness, around 10 ⁇ m for example.
  • This sheet is sandwiched between two sheets of polymer 201, 202, for example polyethylene or polyester, the thickness of which is substantially greater than that of the layer 203, a few tens of ⁇ m for example.
  • this sandwich is transparent to acoustic waves because of its small thickness compared to the usual wavelengths (several cm).
  • sheets 201 and 202 could be used for sheets 201 and 202.
  • the two sheets can be made of different materials.
  • the polymer layers 201 and 203 are treated on the surface during the sandwich production by the Corona effect, which makes it possible to clean them thoroughly and to give them a structure favorable to adhesion. They are then made to adhere to the aluminum foil by subjecting the sandwich to high pressure, either by calendering or using a press. If necessary, a thin layer of glue is advantageously used to ensure correct adhesion.
  • the adapted layer 103 is then fixed on the layer
  • this layer is cut from a sheet (of rubber for example) available elsewhere, or by direct adhesion by casting of a fluid material (polyurethane for example) which is then polymerized.
  • a piece is cut to the dimensions required to close the housing 101, and then the layer 202 is glued to the edges of this housing 101.
  • the surfaces of the sandwich will be cleaned once more before these operations by the Corona effect, to remove all traces of impurity from the making of the sandwich itself.
  • the total thickness of the sandwich shown in FIG. 2 is approximately 150 ⁇ m, shared between 10 ⁇ m for the central aluminum sheet and 70 ⁇ m for each of the two outer polyethylene sheets.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment in which the adapted layer 304 is located below the membrane 303 produced according to the invention.
  • the sandwich layer / membrane was fixed to the housing by pinching it between the flange 305 of the case and an upper crown 30G.
  • the crown is fixed by gluing to the rim with the interposition of an O-ring. 307.
  • Other fixing methods could be used, by screwing or crimping for example.
  • FIG. 4 shows, by way of example, a block of porous acoustic material 401 of substantially rectangular shape, which is wrapped between two pieces 404 and 414 l O of membranes according to the invention, of the type shown in FIG. 2. These pieces are placed respectively on the large faces of the block 401 and fall back on the short sides of this block, where they are joined by a weld 402. This weld can be obtained by very common methods in
  • the metal is always very much less porous than an elastomeric material.

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Abstract

L'invention concerne les membranes permettant de rendre étanches les appareils immergés. Elle consiste à utiliser pour une telle membrane un sandwich formé d'une feuille intérieure (203) en métal, par exemple en aluminium, et deux feuilles extérieures (201, 202) en un matériau polymère, par exemple du polyéthylène. L'étanchéité intrinsèque du métal améliore considérablement l'étanchéité de la membrane. L'épaisseur de la feuille métallique peut être de 10 νm et celle des feuilles de polymère de quelques dizaines de νm. Elle permet de rendre parfaitement étanches des dispositifs acoustiques sous-marins.

Description

MEMBRANE D ' ETANCHEITE POUR DISPOSITIF ACOUSTIQUE SOUS-MARIN
La présente invention se rapporte aux membranes qui permettent de rendre étanche un dispositif , généralement creux , destiné à être immergé dans un milieu fluide . Elle concerne plus particulièrement les dispositifs acoustiques destinés à être immergés dans la mer.
On est souvent amené , plus particulièrement en acoustique sous-marine, à immerger des dispositifs qui sont enfermés dans un récipient creux, lui-même fermé par une membrane élastique . Eventuellement ces dispositifs sont entièrement enveloppés dans une telle membrane élastique . Le premier cas concerne plus particulièrement les organes d'émission et de réception des ondes acoustiques, qui comportent des organes électriques sensibles à l'humidité . Le second cas concerne lui essentiellement les organes d'adaptation ou d'isolement acoustiques, formés de matériaux plus ou moins mous de caractéristiques acoustiques particulières , tels que des matériaux viscoélastiques à structure alvéolaire ou fibreuse . Ces organes constituent souvent des baffles ou des écrans acoustiques . Ces matériaux et/ou leurs caractéristiques fonctionnelles ont tendance à se dégrader à long terme lorsqu'ils ne sont pas parfaitement isolés de l'humidité ambiante, par exemple en étant enveloppés dans une enveloppe parfaitement étanche . Nous les appellerons dans la suite du texte "matériaux acoustiques" . es matériaux utilisés pour confectionner les membranes d'étanchéïté doivent à la fois être suffisamment souples pour suivre les déformations dues à la pression d'immersion et présenter de bonnes caractéristiques acoustiques , et également être étanches , non seulement à l'eau liquide mais encore à la vapeur d'eau susceptible de migrer à travers le matériau. Cette dernière condition est généralement la plus contraignante .
En ce qui concerne les organes transducteurs tels que les hydrophones, il est connu de recouvrir un groupement de ces organes par une couche de matériau tel que du caoutchouc du type dit p c, par collage au bord de la cavité qui contient les organes transducteurs. On sait qu'un matériau dit p c est un matériau dont le produit de la densité par la vitesse de propagation du son est égal à celui de l'eau, de manière à ce que les impédances acoustiques de ces deux matériaux soient égales et donc que le matériau élastique soit transparent aux ondes acoustiques sans les réfléchir au niveau de l'interface eau/matériau. Nous appellerons dans la suite du texte ces matériaux, "matériaux adaptés" . Si on sait très bien fabriquer de tels matériaux qui présentent des caractéristiques tout à fait satisfaisantes au point de vue acoustique, l'expérience montre que malheu¬ reusement les matériaux adéquats au point de vue acoustique présentent une imperméabilité insuf isante, et que celle-ci tend en outre à se dégrader dans le temps.
Par ailleurs, en ce qui concerne les matériaux acoustiques mous on les place généralement dans des enveloppes métalliques formées de plaques soudées sur leur pourtour. L'étanchéité est alors tout à fait satisfaisante, mais ce système apporte un poids supplémentaire considérable eu égard à la faible densité du matériau acoustique utilisé.
Pour pallier ces inconvénients l'invention propose une membrane d'étanchéïté pour dispositif immergé, notamment pour dispositif acoustique sous -marin, principalement caractérisée en ce qu'elle comprend une feuille métallique prise en sandwich entre deux feuilles de polymère selon la revendication 1.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui réprésentent : la figure 1 , une vue en coupe d'un boîtier comportant des transducteurs , fermé par une membrane d'étanchéïté selon l'invention ;
- la figure 2 , une vue en coupe d'un fragment de membrane selon l'invention ; la figure 3 , une variante de réalisation du dispositif de la figure 1 ; et
- la figure 4, une vue en coupe d'un baffle en matériau acoustique enfermé dans une enceinte formée de membranes selon l'invention .
Le dispositif d'émission représenté sur la figure 1 comprend un boîtier creux 101 , à l'intérieur duquel sont disposés un ensemble de transducteurs 102 dont les faces d'émission sont tournées vers l'ouverture du boîtier . Selon l'invention, le boîtier 101 est fermé par une membrane d'étanchéïté 103. Pour renforcer la résistance mécanique la membrane est surmontée d'une couche de matériau adapté 104 dont la qualité et l'épaisseur sont connues . On pourrait éventuellement ne pas mettre cette couche 104. Cette couche d'étanchéïté 103 est constituée dans cet exemple de réalisation, comme représenté sur la figure 2 , d'un sandwich comportant une feuille centrale 203 formée de métal, de l'aluminium par exemple , d'épaisseur faible , aux alentours de 10 μm par exemple . Cette feuille est prise en sandwich entre deux feuilles de polymère 201 , 202 , par exemple en polyethylene ou en polyester, dont l'épaisseur est sensiblement plus forte que celle de la couche 203 , quelques dizaines de μm par exemple .
Il faut remarquer que ce sandwich est transparent aux ondes acoustiques du fait de sa faible épaisseur par rapport aux longueurs d'ondes habituelles (plusieurs cm) .
On pourrait utiliser pour les feuilles 201 et 202 d'autres matériaux , tels que les polyamides ou le PVC , qui sont des thermoplastiques , ou l'hypalon, qui est une variété de caoutchoux artificiel vtilcanisé . Les deux feuilles peuvent être en matériaux différents . Pour maintenir ensemble ces différentes couches , on traite lors de la fabrication du sandwich les couches en polymère 201 et 203 en surface par effet Corona, ce qui permet de les nettoyer à fond et de leur donner une structure favorable à l'adhésion. On les fait ensuite adhérer à la feuille d'aluminium en soumettant le sandwich à une forte pression, soit par calandrage soit à l'aide d'une presse. Au besoin on utilisera avantageusement une fine couche de colle pour assurer une adhérence correcte . La couche adaptée 103 est ensuite fixée sur la couche
201, soit par collage dans le cas où cette couche est découpée dans une feuille (de caoutchouc par exemple) disponible par ailleurs, soit par adhésion directe par coulage d'un matériau fluide (du polyuréthane par exemple) qui est ensuite polymérisé . Pour utiliser ce sandwich on en coupe un morceau aux dimensions requises pour fermer le boîtier 101, et on colle ensuite la couche 202 sur les bords de ce boîtier 101.
Au besoin on nettoiera une fois supplémentaire avant ces opérations les surfaces du sandwich par effet Corona, pour enlever toute trace d'impureté provenant de la fabrication elle-même du sandwich.
Dans un exemple particulier de réalisation, l'épaisseur totale du sandwich représenté en figure 2 est sensiblement de 150 μm, partagée entre 10 μm pour la feuille d'aluminium centrale et 70 μm pour chacune des deux feuilles de polyethylene extérieures .
On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation dans laquelle la couche adaptée 304 est située en dessous de la membrane 303 réalisée selon l'invention. En outre, pour faciliter le montage de l'ensemble et pour ne pas altérer l'étanchéité au niveau de joint entre le boîtier 301 et la couche 304, on a fixé le sandwich couche/membrane sur le boîtier en le pinçant entre le rebord 305 du boîtier et une couronne supérieure 30G. Dans cet exemple la couronne est fixée par collage sur le rebord avec interposition d'un joint torique 307. On pourrait utiliser d'autres modes de fixation , par vissage ou par sertissage par exemple .
Pour les applications dans lesquelles il s'agit de protéger un matériau acoustique du genre fibreux, on enveloppe
5 celui-ci avec une feuille du sandwich décrit ci-dessus , qui est collée ou soudée sur ses bords .
On a représenté à titre d'exemple sur la figure 4 un bloc de matériau acoustique poreux 401 de forme sensiblement rectangulaire, qui est enveloppé entre deux morceaux 404 et 414 l O de membranes selon l'invention, du type représenté sur la figure 2. Ces morceaux sont placés respectivement sur les grandes faces du bloc 401 et viennent se rabattre sur les petits côtés de ce bloc, où elles sont réunies par une soudure 402. Cette soudure peut être obtenue par des procédés très courants dans
1 5 l'art, comme par exemple en utilisant une molette chauffante que l'on déplace sur le pourtour du bloc 401 à la surface de l'une des feuilles .
Dans les deux cas décrits ci-dessus, on obtient une étanchéïté intrinsèque extrêmement élevée , provenant du fait que
2 O le métal est toujours très largement moins poreux qu'un matériau élastomère . Les seuls endroits où il y a une possibilité de passage pour quelques molécules d'eau, sont localisés sur les jonctions ou soudures latérales , mais la section équivalente de passage est extrêmement réduite par rapport à la surface totale
25 où le métal forme l'étanchéité .

Claims

REVENDICATIONS
1. Membrane d'étanchéïté pour dispositif immergé , notamment pour dispositif acoustique sous -marin, caractérisée en ce qu'elle comprend une feuille métallique (203) prise en sandwich entre deux feuilles de polymère (201, 202) .
2. Membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur des feuilles de polymère (201, 202) est égale à plusieurs fois l'épaisseur de la feuille métallique (203) .
3. Membrane selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche métallique (203) est sensiblement égale à 10 μm et en ce que l'épaisseur des couches de polymère (201, 202) est sensiblement égale à 70 μm.
4. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la feuille métallique (203) est en aluminium.
5. Membrane selon l'une quelconque des revendications
1 à 4, caractérisée en ce que les feuilles de polymère (201, 202) sont en polyethylene.
6. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les feuilles de polymère (201, 202) sont en polyester.
7. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'une des feuilles (201) est en polyethylene, et que l'autre feuille (202) est en polyester.
8. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les feuilles de polymère (201,
202) sont traitées par effet Corona pour faciliter l'adhésion avec la feuille métallique (203) et avec le dispositif dont elles doivent assurer l'étanchéïté .
9. Membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est recouverte d'une couche
(103) de matériau adapté à l'impédance du milieu fluide où elle sera plongée.
10. Dispositif acoustique sous-marin, du type comprenant un boîtier (101) creux comportant en son intérieur un ensemble de transducteurs acoustiques (103) , caractérisé en ce que sa face ouverte est fermée par une membrane (103) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
11. Dispositif acoustique sous-marin, du type comprenant un bloc de matériau acoustique (401) , caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux morceaux de membrane (404 , 414) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, placée sur le bloc de matériau acoustique pour l'envelopper et dont les bords sont solidarisés l'un à l'autre (402) pour former un sac étanche comportant à son intérieur le bloc de matériau acoustique .
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