WO2014207713A1 - Dispositif de freinage d'un mouvement dans un fluide - Google Patents

Dispositif de freinage d'un mouvement dans un fluide Download PDF

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WO2014207713A1
WO2014207713A1 PCT/IB2014/062660 IB2014062660W WO2014207713A1 WO 2014207713 A1 WO2014207713 A1 WO 2014207713A1 IB 2014062660 W IB2014062660 W IB 2014062660W WO 2014207713 A1 WO2014207713 A1 WO 2014207713A1
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WO
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flexible link
force
width
link
fluid
Prior art date
Application number
PCT/IB2014/062660
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English (en)
Inventor
Emmanuel DE LANGRE
Thomas BAROIS
Original Assignee
Ecole Polytechnique
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/50—Slowing-down means not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/24—Anchors
    • B63B21/48—Sea-anchors; Drogues
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/56—Towing or pushing equipment
    • B63B21/66—Equipment specially adapted for towing underwater objects or vessels, e.g. fairings for tow-cables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/42—Towed underwater vessels

Definitions

  • the present invention relates to braking the movement of an object moving in a fluid.
  • it concerns the braking of an object moving in the water.
  • a drag force generating braking.
  • it is useful to minimize this drag force by choosing a shape having a low coefficient of drag.
  • a marine safety device for boat comprising a flexible material plate adapted to be connected at one end to the boat, the second end of the flexible material plate being adapted to receive weights in a detachable way.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • the present invention aims to provide a braking device for controlling the drag force of an object moving in a fluid, more simply, more robust and less expensive than the solutions of the prior art. .
  • the present invention also aims to provide a braking device making it possible to make the drag force of an object moving in a constant, or almost constant, state over a wide speed range. a fluid.
  • a device for braking an object capable of moving in a fluid, in a direction of displacement comprising a flexible link having a first end attached to said object, and means for applying a force to the second end of the flexible link, said flexible link being moveable between a plurality of positions, including:
  • Such a braking device makes it possible to apply to the object moving in the fluid a drag force which is almost independent of its speed, and which is substantially equal to the value of the force applied to the second end of the flexible link. It is thus possible, very easily to control the drag force applied to the object moving in the fluid.
  • the flexible link, or longitudinal element has, on at least the greater part of its length, a cross section defined by two perpendicular dimensions, a large width and a small width, said wide width being at least twice as large as said small width. It is movable between a plurality of positions as a function of the speed of movement of said object, between a first position corresponding to a low displacement speed, wherein said traction force applied to the second end of the flexible longitudinal member tends to result in said flexible longitudinal member such that the plane defined by said large width extends substantially perpendicular to said direction of movement, and a second position corresponding to a high speed of movement, wherein the reaction force of the fluid tends to bring said member back longitudinally flexible such that the plane defined by said large width extends substantially parallel to said direction of movement, so that the drag force of said object is substantially constant regardless of the speed of displacement.
  • said flexible link is constituted by a ribbon whose width constitutes said large width, and the thickness constitutes said small width.
  • Such a ribbon which is typically of substantially rectangular cross section, with a greater width more than ten times greater than its small width, is very easy to implement.
  • said means for applying a force to the second end of said flexible link are constituted by a weight attached to said second end.
  • ballast makes it possible very easily to apply a constant force to the second end of the flexible link, and thus to apply a substantially constant drag force to said object.
  • said ballast has a variable weight over time.
  • ballast of variable weight for example a bag of pierced sand, makes it possible to very easily apply a controlled variable force to the second end of the flexible link, and thus to apply a variable and controlled drag force to said object.
  • the fluid in which said object moves is a gas
  • said means for applying a force to the second end of said flexible link are constituted by an ascending balloon fixed to said second end.
  • said fluid in which said object moves is a liquid
  • said means for applying a force to the second end of said flexible link are constituted by a submerged buoy attached to said second end.
  • the present invention also relates to immersible and towable equipment, comprising a braking device as described above.
  • the present invention also relates to the use of a braking device as described above in all its combinations, for braking an immersed object.
  • FIGS. 1A, 1B, 1C and 1D are schematic representations of a braking device according to one embodiment of the invention, hooked to an object moving in the water, respectively for four different speeds;
  • FIG. 2 is a curve representing the drag force generated by the device of FIGS. 1A to 1D, as a function of the speed;
  • FIG. 3 is a schematic representation of a variant of the braking device of FIGS. 1A to 1D;
  • Figure 4 is a schematic representation of another variant of the braking device of Figures 1A to 1D.
  • Figures 1A, 1B, 1C and 1D show an object 1 which is immersed in a fluid.
  • This object 1 may for example be a submerged sonar, towed by a ship, or any other object immersed and moving in the water.
  • the object 1 In the case shown in FIG. 1, the object 1 is stationary.
  • FIGS. 1B, 1C and 1D it moves in the direction indicated by the arrows 11, 12 or 13.
  • This object 1 is equipped with a braking device, which is constituted by a flexible link 2, one end of which is attached to the object 1, and the second end of which is fixed a ballast 3.
  • the flexible link 2 has advantageously over its entire length, or at least over most of its length, a cross section having a large width and a small width, in a direction perpendicular to the great width, smaller than the great width.
  • the large width is at least twice as large as the small width.
  • This section may for example be a section of elliptical shape.
  • this section is substantially rectangular, with a greater width more than ten times greater than the small width, which gives the flexible link 2 a ribbon shape.
  • the relatively large dimensions of the large width can provide, over most of the length of the link, a surface providing a plug disturbing the fluid flow perpendicular to the longitudinal direction of the link and perpendicular to this large width.
  • the reduced size of the small width makes it possible to offer the link a flexibility which enables it to transmit tensile forces in its longitudinal direction, but prevents it from transmitting a significant moment along a horizontal axis perpendicular to this longitudinal direction.
  • the flexibility of the link enables it to move from its substantially horizontal position represented by FIG. 1A, under the effect of the weight of the ballast 3, to the positions represented by FIGS. 1B to 1D, under the combined effect of the weight of the ballast. 3 and the friction of the water.
  • the skilled person can choose, to constitute the link 2, any kind of link having both the necessary flexibility, a sufficient length to allow the displacement of the link between its different positions, depending on the speed of movement (this length should generally be greater than ten times the great width, and preferably much greater), and a section whose large width is at least twice the small width over at least most of its length.
  • this link 2 may consist of a link having an elliptical section or a ribbon. It can also be constituted, for example, by a set of successive plates assembled by hinges giving the assembly the necessary flexibility. It should be noted that it is generally irrelevant, for the implementation of the invention, that the large width of the link, for example the width of the ribbon, is uniform or variable, along this link.
  • the flexible link is positioned naturally so that the small width of each of its transverse sections extends substantially in the plane defined by the direction of advancement (arrows 11, 12 or 13) and the vertical direction of the force exerted by the ballast (arrow 30), and its large width extends in a direction substantially perpendicular to this plane.
  • the braking device constituted by the flexible link 2 and the ballast 3, attached to the object 1 moving in the fluid, applies to it a drag force substantially equal to the weight of the ballast 3.
  • this drag force is thus substantially constant, depending only on the weight of the ballast 3 and not on the speed progress in the fluid.
  • Figures 1A to 1D show different positions that can take the braking device constituted by the link 2 and the ballast 3, for different speeds of advance of the object 1.
  • the object 1 is stationary.
  • the link 2 then extends substantially vertically, pulled down by the weight of the ballast 3.
  • the ballast 3 is then located substantially vertically to the object 1. If the object 1 moves at a very low speed, the link 2 is attached to the object 1 so that its entire width of the link 2 has an orientation facing the direction of advance of the object 1. This link 2 thus generates a drag force relatively important, despite the low speed of movement of the object 1.
  • the object 1 moves at a relatively low speed 11.
  • a portion of the link 2, located near the object 1 moves away from its vertical direction, under the effect of friction of the water, and thus generates a lower drag force.
  • the speed 12 of displacement of the object 1 is greater.
  • the portion of the link 2 located near the object 1 extends substantially horizontally, under the effect of the friction of the water on the link 2, and therefore generates only a minimal drag force.
  • another portion of the link 2, located near the ballast 3 extends in a substantially vertical direction and therefore has its large width in a direction substantially perpendicular to the speed of movement of the object 1. The whole Link 2 therefore has a lower drag coefficient than in the case shown in Figure 1B.
  • the increase the drag is much slower, and does not correspond to an increase proportional to the square of the speed. If the value P of the ballast weight is chosen to be significantly greater than the drag force generated by the object 1, the drag force generated by the assembly formed by the object 1, the link 2 and the ballast 3 do not varies only a little with speed.
  • the braking device can be implemented.
  • the force exerted at the second end of the link 2 does not necessarily have to be downward.
  • a submerged buoy 4 is attached to the second end of the link 2 and exerts an upward force 40 on this end.
  • the braking device formed by the link 2 and the buoy 4 then exerts on the object 1 a drag force substantially constant and equal to the force 40 exerted by the buoy on the end of the link 2.
  • the force exerted by the link 2 can thus be exerted in any direction, not necessarily perpendicular to the advancement direction 14 of the object 1.
  • FIG. 4 shows another example of implementation of the invention, in which the drag force exerted on the object 1 is varied in time, moves in the direction indicated by the arrow 15, by varying the force exerted at the second end of the link 2.
  • the ballast 5 is constituted by a bag of sand pierced. The sand 51 flowing, the force exerted at the second end of the link 2 decreases over time, which causes a decrease in the value of the drag force.
  • a braking device as described above can advantageously be associated with an immersed and towed object, such as a towed sonar.
  • the braking device as described above thus makes it possible to control the drag force applied to a body immersed in a fluid, by the implementation of simple, reliable and inexpensive mechanical means.

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Abstract

Un dispositif de freinage d'un objet (1) se déplaçant dans un fluide comprend un lien flexible (2) dont la section transversale présente une grande largeur et une petite largeur, dont une première extrémité est fixée à l'objet (1), et des moyens d'application d'une force (30) à la seconde extrémité du lien flexible, le lien flexible (2) étant mobile au moins entre une première position dans laquelle il présente un coefficient de traînée fort, dans la direction de déplacement de l'objet (1), et une seconde position dans laquelle il présente un coefficient de traînée faible, dans la direction de déplacement de l'objet (1), la force (30) appliquée à la seconde extrémité du lien flexible tendant à entraîner le lien flexible (2) vers la première position, et la force de réaction du fluide lors du déplacement dudit objet (1) tendant à déformer le lien flexible (2) vers la seconde position.

Description

DISPOSITIF DE FREINAGE D'UN MOUVEMENT DANS UN FLUIDE
1. Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne le freinage du mouvement d'un objet se déplaçant dans un fluide. Elle concerne en particulier, dans certains de ses modes de réalisation préférés, le freinage d'un objet se déplaçant dans l'eau.
2. Art antérieur
Un objet se déplaçant dans un fluide, et notamment dans l'eau, subit une force de traînée générant un freinage. Dans certaines circonstances, il est utile de diminuer au maximum cette force de traînée, en choisissant une forme présentant un coefficient de traînée faible. Dans d'autres circonstances, il peut être utile de présenter une force de traînée plus forte.
Dans un grand nombre de configurations pratiques, la force de traînée d'un objet se déplaçant dans un fluide est proportionnelle au carré de la vitesse de cet objet dans le fluide. Cette forte dépendance à la vitesse des forces de traînée complique significativement la conception des systèmes immergés. Ainsi, pour un objet immergé remorqué, les forces verticales telles que la flottabilité positive ou négative sont indépendantes de la vitesse, alors que les forces horizontales de traînée varient avec la vitesse. La position d'équilibre d'un tel objet immergé, et notamment sa profondeur d'immersion, est en conséquence très dépendante de la vitesse.
Des solutions ont été proposées pour contrôler cette force de traînée, afin de la moduler en fonction des circonstances. Il peut ainsi être utile, par exemple, de faire varier la force de traînée d'un objet immergé remorqué par un navire, comme par exemple un sonar remorqué. Ainsi, pour un sonar remorqué, il peut être utile que la force de traînée soit importante à faible vitesse, pour aider le sonar à se placer en position d'utilisation, après sa mise à l'eau. Lors de l'utilisation de ce sonar, il est également souhaitable que les forces de traînée varient le moins possible, afin que la profondeur du sonar reste constante.
Pour compenser les variations de force de traînée dues aux variations de vitesse, il est connu de prévoir des objets immergés présentant des parties mobiles dont la position peut varier pour modifier la forme de l'objet se déplaçant dans le fluide. Ainsi, l'objet peut prendre une forme lui conférant un plus grand coefficient de traînée, par exemple quand l'objet se déplace à faible vitesse, ou lui conférant un plus faible coefficient de traînée, par exemple quand l'objet se déplace à plus grande vitesse. La modification de la force de traînée due à la vitesse est ainsi partiellement compensée par une modification du coefficient de traînée, lié à la forme de l'objet. Une telle solution, qui est par exemple décrite dans le document US 5 517 938, nécessite de mettre en œuvre des pièces mobiles sur l'objet immergé qui se déplace dans le fluide. La mise en œuvre de telles pièces est relativement difficile et onéreuse. Par ailleurs, de telles pièces mobiles sont relativement fragiles, et résistent mal aux contraintes du milieu marin. Enfin, de telles pièces mobiles sont relativement peu efficaces pour réduire la traînée quand la vitesse augmente. Les modifications de la force de traînée qu'elles entraînent ne sont significatives que pour une plage de vitesses étroite, et rendent en conséquence peu prévisible la force de traînée de l'objet immergé pour une grande plage de vitesses.
Par ailleurs, il est connu du document WO 88/01586 un dispositif de sécurité marine pour bateau comprenant une plaque de matériau flexible adaptée à être reliée à une extrémité au bateau, la deuxième extrémité de la plaque de matériau flexible étant adaptée pour recevoir des poids de manière détachable.
3. Objectifs de l'invention
La présente invention a pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. En particulier, la présente invention a pour objectif de fournir un dispositif de freinage permettant de contrôler la force de traînée d'un objet se déplaçant dans un fluide, de façon plus simple, plus robuste et moins onéreuse que les solutions de l'art antérieur.
Dans au moins un de ses modes de réalisation, la présente invention a également pour objectif de fournir un dispositif de freinage permettant de rendre constante, ou quasiment constante, pour une grande plage de vitesse, la force de traînée d'un objet se déplaçant dans un fluide.
4. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un dispositif de freinage d'un objet susceptible de se déplacer dans un fluide, selon une direction de déplacement, ledit dispositif de freinage comprenant un lien flexible dont une première extrémité est fixée audit objet, et des moyens d'application d'une force à la seconde extrémité du lien flexible, ledit lien flexible étant mobile entre une pluralité de position parmi lesquelles :
une première position dans laquelle il présente un coefficient de traînée relativement fort, dans la direction de déplacement dudit objet,
une seconde position dans laquelle il présente un coefficient de traînée relativement faible, dans la direction de déplacement dudit objet, ladite force appliquée à la seconde extrémité du lien flexible tendant à entraîner ledit lien flexible vers ladite première position, et la force de réaction du fluide lors du déplacement dudit objet tendant à déformer ledit lien flexible vers ladite seconde position, dans lequel, selon l'invention, ledit lien présente, sur au moins la plus grande partie de sa longueur, une section transversale définie par une grande largeur et une petite largeur s' étendant perpendiculairement à la grande largeur, la grande largeur étant au moins deux fois plus grande que la petite largeur.
Un tel dispositif de freinage permet d'appliquer à l'objet se déplaçant dans le fluide une force de traînée qui est quasiment indépendante de sa vitesse, et qui est sensiblement égale à la valeur de la force appliquée à la seconde extrémité du lien flexible. Il est ainsi possible, très facilement de contrôler la force de traînée appliquée à l'objet se déplaçant dans le fluide.
Ainsi, selon l'invention, le lien flexible, ou élément longitudinal présente, sur au moins la plus grande partie de sa longueur, une section transversale définie par deux dimensions perpendiculaires, une grande largeur et une petite largeur, ladite grande largeur étant au moins deux fois plus grande que ladite petite largeur. Il est mobile entre une pluralité de positions en fonction de la vitesse de déplacement dudit objet, entre une première position correspondant à une vitesse de déplacement faible, dans laquelle ladite force de traction appliquée à la seconde extrémité de l'élément longitudinal flexible tend à entraîner ledit élément longitudinal flexible de façon que le plan défini par ladite grande largeur s'étende sensiblement perpendiculairement à ladite direction de déplacement, et une seconde position correspondant à une vitesse de déplacement élevée, dans laquelle la force de réaction du fluide tend à ramener ledit élément longitudinal flexible de façon que le plan défini par ladite grande largeur s'étende sensiblement parallèlement à ladite direction de déplacement, de façon que la force de traînée dudit objet soit sensiblement constante indépendamment de la vitesse de déplacement.
Préférentiellement, ledit lien flexible est constitué par un ruban dont la largeur constitue ladite grande largeur, et l'épaisseur constitue ladite petite largeur.
Un tel ruban, qui est typiquement de section transversale sensiblement rectangulaire, avec une grande largeur plus de dix fois supérieure à sa petite largeur, est très facile à mettre en œuvre.
Selon un mode de réalisation avantageux, lesdits moyens d'application d'une force à la seconde extrémité dudit lien flexible sont constitués par un lest fixé à ladite seconde extrémité.
Un tel lest permet d'appliquer très facilement une force constante à la seconde extrémité du lien flexible, et donc d'appliquer une force de traînée sensiblement constante audit objet.
Avantageusement, ledit lest présente un poids variable au cours du temps.
Un tel lest de poids variable, par exemple un sac de sable percé, permet d'appliquer très facilement une force variable contrôlée à la seconde extrémité du lien flexible, et donc d'appliquer une force de traînée variable et contrôlée audit objet. Selon un mode de réalisation avantageux, le fluide dans lequel ledit objet se déplace est un gaz, et lesdits moyens d'application d'une force à la seconde extrémité dudit lien flexible sont constitués par un ballon ascensionnel fixé à ladite seconde extrémité.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, ledit fluide dans lequel ledit objet se déplace est un liquide, et lesdits moyens d'application d'une force à la seconde extrémité dudit lien flexible sont constitués par une bouée immergée fixée à ladite seconde extrémité.
La présente invention concerne également un équipement immergeable et remorquable, comprenant un dispositif de freinage tel que décrit ci-dessus.
La présente invention se rapporte également à l'utilisation d'un dispositif de freinage tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons, pour freiner un objet immergé.
5. Liste des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et accompagnée de figures parmi lesquelles :
- les figures 1A, 1B, 1C et 1D sont des représentations schématiques d'un dispositif de freinage selon un mode de réalisation de l'invention, accroché à un objet se déplaçant dans l'eau, respectivement pour quatre vitesses différentes ;
la figure 2 est une courbe représentant la force de traînée générée par le dispositif des figures 1A à 1D, en fonction de la vitesse ;
- la figure 3 est une représentation schématique d'une variante du dispositif de freinage des figures 1A à 1D ;
la figure 4 est une représentation schématique d'une autre variante du dispositif de freinage des figures 1A à 1D.
6. Description d'un mode de réalisation
Les figures 1A, 1B, 1C et 1D représentent un objet 1 qui est immergé dans un fluide. Cet objet 1 peut par exemple être un sonar immergé, remorqué par un navire, ou tout autre objet immergé et se déplaçant dans l'eau. Dans le cas représenté à la figure 1, l'objet 1 est immobile. En revanche, dans les cas représentés par les figures 1B, 1C et 1D, il se déplace dans la direction indiquée par les flèches 11, 12 ou 13.
Cet objet 1 est équipé d'un dispositif de freinage, qui est constitué par un lien flexible 2, dont l'une des extrémités est fixée à l'objet 1, et à la seconde extrémité duquel est fixé un lest 3.
Le lien flexible 2 présente avantageusement sur toute sa longueur, ou au moins sur la majorité de sa longueur, une section transversale présentant une grande largeur et une petite largeur, dans une direction perpendiculaire à la grande largeur, inférieure à la grande largeur. Pour permettre la mise en œuvre correcte de l'invention, la grande largeur est au moins deux fois plus grande que la petite largeur.
Cette section peut par exemple être une section de forme elliptique.
Cependant, dans un mode de réalisation préféré, cette section est sensiblement rectangulaire, avec une grande largeur plus de dix fois supérieure à la petite largeur, ce qui confère au lien flexible 2 une forme de ruban. Les dimensions relativement importantes de la grande largeur permettent d'offrir, sur la plus grande partie de la longueur du lien, une surface offrant une prise perturbant l'écoulement du fluide perpendiculairement à la direction longitudinale du lien et perpendiculairement à cette grande largeur.
Par ailleurs, la dimension réduite de la petite largeur permet d'offrir au lien une flexibilité qui lui permet de transmettre des efforts de traction dans sa direction longitudinale, mais lui interdit de transmettre un moment important selon un axe horizontal perpendiculaire à cette direction longitudinale. Ainsi, la flexibilité du lien lui permet de passer de sa position sensiblement horizontale représentée par la figure 1A, sous l'effet du poids du lest 3, aux positions représentées par les figures 1B à 1D, sous l'effet combiné du poids du lest 3 et du frottement de l'eau.
L'homme du métier pourra choisir, pour constituer le lien 2, toute sorte de lien présentant à la fois la souplesse nécessaire, une longueur suffisante pour permettre le déplacement du lien entre ses différentes positions, en fonction de la vitesse de déplacement (cette longueur doit généralement être supérieure à dix fois la grande largeur, et de préférence très supérieure), et une section dont la grande largeur est au moins deux fois supérieure à la petite largeur, sur au moins la plus grande partie de sa longueur.
Comme indiqué précédemment, ce lien 2 peut être constitué par un lien présentant une section elliptique ou par un ruban. Il peut également être constitué, par exemple, par un ensemble de plaques successives assemblées par des charnières donnant à l'ensemble la souplesse nécessaire. Il est à noter qu'il est généralement indifférent, pour la mise en œuvre de l'invention, que la grande largeur du lien, par exemple la largeur du ruban, soit uniforme ou variable, le long de ce lien.
Lorsque le dispositif de freinage selon l'invention se déplace dans un fluide, le lien flexible se positionne naturellement de telle sorte que la petite largeur de chacune de ses sections transversales s'étend sensiblement dans le plan défini par la direction d'avancement (flèches 11, 12 ou 13) et la direction verticale de la force exercée par le lest (flèche 30), et sa grande largeur s'étend dans une direction sensiblement perpendiculaire à ce plan.
Les inventeurs ont constaté que le dispositif de freinage constitué par le lien flexible 2 et le lest 3, fixé à l'objet 1 se déplaçant dans le fluide, lui applique une force de traînée sensiblement égale au poids 30 du lest 3. Pour une grande plage de vitesse dans laquelle l'objet 1 peut se déplacer dans le fluide, cette force de traînée est ainsi sensiblement constante, ne dépendant que du poids 30 du lest 3 et pas de la vitesse d'avancement dans le fluide.
Les figures 1A à 1D montrent différentes positions que peut prendre le dispositif de freinage constitué par le lien 2 et le lest 3, pour différentes vitesses d'avancement de l'objet 1. Sur la figure 1A, l'objet 1 est immobile. Le lien 2 s'étend alors sensiblement verticalement, tiré vers le bas par le poids 30 du lest 3. Le lest 3 est alors situé sensiblement à la verticale de l'objet 1. Si l'objet 1 se déplace à très faible vitesse, le lien 2 est fixé à l'objet 1 de telle sorte que l'ensemble de sa grande largeur du lien 2 présente une orientation faisant face à la direction d'avancement de l'objet 1. Ce lien 2 génère ainsi une force de traînée relativement importante, malgré la faible vitesse de déplacement de l'objet 1.
Dans la configuration représentée par la figure 1B, l'objet 1 se déplace à une vitesse 11 relativement faible. Dans cette configuration, une portion du lien 2, située à proximité de l'objet 1, s'éloigne de sa direction verticale, sous l'effet de frottement de l'eau, et génère ainsi une force de traînée plus faible.
Dans la configuration représentée par la figure 1C, la vitesse 12 de déplacement de l'objet 1 est plus importante. Dans cette configuration, la portion du lien 2 située à proximité de l'objet 1 s'étend sensiblement horizontalement, sous l'effet du frottement de l'eau sur le lien 2, et ne génère donc qu'une force de traînée minime. En revanche, une autre portion du lien 2, située à proximité du lest 3, s'étend dans une direction sensiblement verticale et présente donc sa grande largeur dans une direction sensiblement perpendiculaire à la vitesse de déplacement de l'objet 1. L'ensemble du lien 2 présente donc un coefficient de traînée plus faible que dans le cas représenté à la figure 1B.
Dans la configuration représentée par la figure 1D, la vitesse 13 de déplacement de l'objet 1 est encore plus importante. Dans cette configuration, la quasi-totalité du lien 2 s'étend sensiblement horizontalement, sous l'effet du frottement de l'eau sur le lien 2, et ne génère donc qu'une force de traînée minime. L'ensemble du lien 2 présente donc un coefficient de traînée plus faible que dans le cas représenté aux figures précédentes.
Ainsi, quand la vitesse de déplacement de l'objet 1 dans le fluide augmente, une plus grande partie du lien 2 se met dans une position dans laquelle elle présente un coefficient de traînée inférieur. Le coefficient de traînée global du lien 2 diminue donc avec l'augmentation de la vitesse. En conséquence, comme le représente le graphique de la figure 2, la force de traînée générée par le lien 2 est, pour une large plage de vitesses, sensiblement constante. Cette stabilité relative de la force de traînée, indépendamment de la vitesse, s'explique en effet par la diminution du coefficient de traînée avec l'augmentation de la vitesse. Cette stabilité de la force de traînée ne s'observe que pour une certaine gamme de vitesses. Ainsi, comme le montre le graphique de la figure 2, la force de traînée augmente rapidement aux petites vitesses, pour atteindre rapidement une force proche de la valeur P du poids 30 du lest 3. Une fois cette valeur atteinte, cependant, l'augmentation de la traînée est beaucoup plus lente, et ne correspond pas à une augmentation proportionnelle au carré de la vitesse. Si la valeur P du poids du lest est choisie pour être nettement supérieure à la force de traînée générée par l'objet 1, la force de traînée générée par l'ensemble formé par l'objet 1, le lien 2 et le lest 3 ne varie que peu avec la vitesse.
Quand la vitesse de déplacement de l'objet 1 dépasse la vitesse à laquelle la quasi-totalité du lien 2 s'étend sensiblement horizontalement, comme le représente la figure 1D, la déformation du lien 2 ne peut plus compenser l'augmentation de la force de traînée due à la vitesse. Au-dessus de ce seuil de vitesse (qui n'est pas visible sur la figure 2), la force de traînée évolue donc sensiblement proportionnellement au carré de la vitesse. Il est à noter que ce seuil de vitesse au- delà duquel le dispositif de freinage ne peut plus appliquer une force de traînée sensiblement constante, peut être choisi en adaptant la longueur du lien 2. Il est donc facile, pour l'homme du métier, de mettre en œuvre un dispositif de freinage adapté à la plage de vitesse dans laquelle l'objet 1 est susceptible de se déplacer.
D'autres modes de réalisation du dispositif de freinage peuvent être mis en œuvre. Ainsi la force exercée à la seconde extrémité du lien 2 ne doit pas nécessairement être orientée vers le bas. Dans l'exemple représenté par la figure 3, une bouée immergée 4 est accrochée à la seconde extrémité du lien 2 et exerce une force vers le haut 40 sur cette extrémité. Le dispositif de freinage constitué par le lien 2 et la bouée 4 exerce alors sur l'objet 1 une force de traînée sensiblement constante et égale à la force 40 exercée par la bouée sur l'extrémité du lien 2. La force exercée par le lien 2 peut ainsi s'exercer dans une direction quelconque, non nécessairement perpendiculaire à la direction d'avancement 14 de l'objet 1.
La figure 4 montre un autre exemple de mise en œuvre de l'invention, dans lequel on fait varier dans le temps la force de traînée exercée sur l'objet 1, se déplace dans la direction indiquée par la flèche 15, en faisant varier la force exercée à la seconde extrémité du lien 2. Pour cela, le lest 5 est constitué par un sac de sable percé. Le sable 51 s'écoulant, la force exercée à la seconde extrémité du lien 2 diminue au cours du temps, ce qui entraine une diminution de la valeur de la force de traînée.
L'homme du métier pourra ainsi mettre en œuvre de nombreuses variantes de l'invention, en utilisant un tel lien flexible lié par sa première extrémité à un objet se déplaçant par rapport à un fluide, et appliquant à cet objet une force de traînée sensiblement égale à la force exercée à la seconde extrémité du lien flexible. Les exemples montrés ci-dessus concernent le déplacement d'un objet dans l'eau. Il est cependant également possible de mettre en œuvre un tel dispositif de freinage d'un objet se déplaçant dans l'air, ou dans tout autre fluide, ou de freinage du déplacement d'un fluide par rapport à un objet immobile, sans sortir du cadre de l'invention. Dans le cas d'un déplacement dans l'air, la force exercée à la seconde extrémité du lien peut par exemple être exercée par un lest ou par un ballon ascensionnel.
Un dispositif de freinage tel que décrit ci-avant peut avantageusement être associé à un objet immergé et remorqué, comme par exemple un sonar remorqué.
Il permet alors plusieurs avantages. Ainsi, en choisissant le poids qui est fixé à la seconde extrémité du lien flexible en fonction du poids de l'objet remorqué, il est possible de fixer l'angle d'immersion du câble de remorquage, et donc la profondeur où va se positionner le corps. Cette profondeur est alors indépendante de la vitesse de remorquage, contrairement aux solutions de l'art antérieur. Par ailleurs, ce dispositif de freinage générant une force de traînée relativement importante pour des vitesses faibles, il permet de faciliter l'éloignement du navire remorqueur après la mise à l'eau de l'objet à remorquer. La mise en œuvre du remorquage est donc facilitée.
Le dispositif de freinage tel que décrit ci-avant permet donc de contrôler la force de traînée appliquée à un corps immergée dans un fluide, par la mise en œuvre de moyens mécaniques simples, fiables et peu onéreux.

Claims

REVENDICATIONS
Équipement immergeable et remorquable comprenant
- un objet (1) susceptible de se déplacer dans un fluide, selon une direction de déplacement, et
- un dispositif de freinage de l'objet (1) comprenant :
un lien flexible (2) dont une première extrémité est fixée audit objet (1), et des moyens d'application d'une force (30, 40) à la seconde extrémité du lien flexible (2), ledit lien flexible (2) étant mobile entre une pluralité de positions parmi lesquelles :
une première position dans laquelle il présente un coefficient de traînée relativement fort, dans ladite direction de déplacement, une seconde position dans laquelle il présente un coefficient de traînée relativement faible, dans ladite direction de déplacement, ladite force (30, 40) appliquée à la seconde extrémité du lien flexible tendant à entraîner ledit lien flexible (2) vers ladite première position, et la force de réaction du fluide lors du déplacement dudit objet (1) tendant à déformer ledit lien flexible (2) vers ladite seconde position, ledit lien flexible (2) présentant, sur au moins la plus grande partie de sa longueur, une section transversale définie par une grande largeu r et une petite largeur s'étendant perpendiculairement à la grande largeur, la grande largeur étant au moins deux fois plus grande que la petite largeur.
Équipement selon la revendication 1, dans lequel ledit lien flexible
(2) est constitué par un ruban dont la largeur constitue ladite grande largeur, et l'épaisseur constitue ladite petite largeur, la largeur du ruban étant de préférence plus de dix fois supérieure à l'épaisseur du ruban.
3. Équipement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens d'application d'une force (30) à la seconde extrémité dudit lien flexible (2) sont constitués par un lest (3, 5) fixé à ladite seconde extrémité.
4. Équipement selon la revendication 3, dans lequel ledit lest (5) présente un poids variable au cours du temps.
Équipement selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit objet est un sonar.
Équipement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit fluide dans lequel ledit objet est destiné à se déplacer est un gaz, et lesdits moyens d'application d'une force à la seconde extrémité dudit lien flexible (2) sont constitués par un ballon ascensionnel fixé à ladite seconde extrémité.
Équipement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit fluide dans lequel ledit objet est destiné à se déplacer est un liquide, et lesdits moyens d'application d'une force à la seconde extrémité dudit lien flexible (2) sont constitués par une bouée immergée (4) fixée à ladite seconde extrémité.
Utilisation d'un dispositif de freinage pour freiner un objet (1) se déplaçant dans un fluide, selon une direction de déplacement, ledit dispositif de freinage comprenant un lien flexible (2) dont une première extrémité est fixée audit objet (1), et des moyens d'application d'une force (30, 40) à la seconde extrémité du lien flexible (2), ledit lien flexible (2) étant mobile entre une pluralité de positions parmi lesquelles :
- une première position dans laquelle il présente un coefficient de traînée relativement fort, dans ladite direction de déplacement,
- une seconde position dans laquelle il présente un coefficient de traînée relativement faible, dans ladite direction de déplacement,
ladite force (30, 40) appliquée à la seconde extrémité du lien flexible tendant à entraîner ledit lien flexible (2) vers ladite première position, et la force de réaction du fluide lors du déplacement dudit objet (1) tendant à déformer ledit lien flexible (2) vers ladite seconde position, ledit lien flexible (2) présentant, sur au moins la plus grande partie de sa longueur, une section transversale définie par une grande largeur et une petite largeur s' étendant perpendiculairement à la grande largeur, la grande largeur étant au moins deux fois plus grande que la petite largeur.
Utilisation selon la revendication 8, dans lequel ledit lien flexible (2) est constitué par un ruban dont la largeur constitue ladite grande largeur, et l'épaisseur constitue ladite petite largeur, la largeur du ruban étant de préférence plus de dix fois supérieure à l'épaisseur du ruban.
10. Utilisation selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle lesdits moyens d'application d'une force (30) à la seconde extrémité dudit lien flexible (2) sont constitués par un lest (3, 5) fixé à ladite seconde extrémité.
11. Utilisation selon la revendication 10, dans laquelle ledit lest (5) présente un poids variable au cours du temps.
12. Utilisation selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel ledit objet est un sonar.
13. Utilisation selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle ledit fluide dans lequel ledit objet se déplace est un gaz, et lesdits moyens d'application d'une force à la seconde extrémité dudit lien flexible (2) sont constitués par un ballon ascensionnel fixé à ladite seconde extrémité.
14. Utilisation selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle ledit fluide dans lequel ledit objet se déplace est un liquide, et lesdits moyens d'application d'une force à la seconde extrémité dudit lien flexible (2) sont constitués par une bouée immergée (4) fixée à ladite seconde extrémité.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1988001586A1 (fr) 1986-08-28 1988-03-10 Newman Geoffrey C Accessoire pour embarcations maritimes
US5517938A (en) 1995-07-10 1996-05-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Drag inducing drogue for multiple towed arrays

Patent Citations (2)

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