WO2023275476A1 - Dispositif de mise à la verticale pour véhicule sous-marin - Google Patents

Dispositif de mise à la verticale pour véhicule sous-marin Download PDF

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WO2023275476A1
WO2023275476A1 PCT/FR2022/051275 FR2022051275W WO2023275476A1 WO 2023275476 A1 WO2023275476 A1 WO 2023275476A1 FR 2022051275 W FR2022051275 W FR 2022051275W WO 2023275476 A1 WO2023275476 A1 WO 2023275476A1
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WO
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vehicle
arm
hull
autonomous underwater
arms
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/051275
Other languages
English (en)
Inventor
Hervé KERMORGANT
Original Assignee
Eca Robotics
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Publication date
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    • 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
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B63G8/26—Trimming equipment
    • 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
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2211/00—Applications
    • B63B2211/02—Oceanography
    • 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
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned

Definitions

  • TITLE Vertical positioning device for underwater vehicle
  • the present invention relates to underwater vehicles, in particular autonomous underwater vehicles, better known by the acronym AUV meaning in English Autonomous Underwater Vehicle.
  • the invention relates to a system making it possible to vary a trim angle of such an AUV, in particular to place it in a vertical or close to vertical position.
  • AUVs are generally designed to navigate in a nominal position called horizontal in the water. In this nominal position, the AUV has a zero or almost zero trim angle, and is in a so-called equilibrium position in the water. Its trim angle is defined by the angle between its longitudinal axis and a horizontal plane. Sailing in a nominal horizontal position reduces drag forces and minimizes energy consumption while sailing.
  • a change of attitude angle to approach the vertical of the AUV may be required to carry out certain operations, including in particular the surveillance of sites using cameras fitted to the AUV, or the resetting of the navigation system thanks to the antennas of the AUV put out of the water, or quite simply for the recovery of the AUV.
  • One such device consists of a propulsion system, comprising one or more thrusters, mounted on the AUV and which is actuated to change the trim angle of the AUV.
  • the propulsion system has one of the following configurations: One or more vertical thrusters (for example one at the front and one at the rear of the vehicle).
  • the opposing thrusts of the thrusters induce a modification of the attitude angle of the vehicle;
  • - Horizontal thrusters located away from the main longitudinal axis of the vehicle.
  • the thrusts of opposite thrusters induce a torque on the vehicle, which modifies the attitude angle to the vehicle;
  • One or more steerable thrusters so that by modifying the orientation of the thrusters and therefore of the thrust, the trim angle of the vehicle can be modified.
  • Each tundish defines a volume and is at least partially filled with fluids.
  • the quantities of fluids vary in the different boxes to vary the trim angle of the AUV.
  • Thrusters and trim boxes can also be simultaneously integrated into an AUV to increase trim capabilities. Disclosure of Invention
  • the invention aims to provide an autonomous underwater vehicle comprising a vertical positioning device which is particularly simple and convenient, both in its manufacture and in its use.
  • an autonomous underwater vehicle comprising a hull extending along a main longitudinal axis, at least one device for verticalizing the vehicle configured to modify a trim angle of the vehicle between a nominal horizontal position of the vehicle and a vertical position of the vehicle, characterized in that the device for verticalizing the vehicle comprises one or more arms mounted by a proximal end on the hull and articulated in rotation with respect to the hull, and including a float at a distal free end so that the arm is configured to take:
  • the articulated arm makes it possible to separate the float from the hull of the vehicle and, due to the buoyancy of the float, this makes it possible to modify the position of the center of volume of the vehicle, also called hull or thrust center, in order to facilitate the verticalization of the vehicle. Deployment of the arm requires very little energy, which is advantageous for autonomous vehicles. In addition to being convenient, the addition of such an arm provided with a float is a compact solution since it changes only very little the architecture of the autonomous underwater vehicle.
  • the autonomous underwater vehicle may comprise at least two arms, fixed to the hull on the port side and on the starboard side, arranged so as to form an angle between them included in the range [60°;180°[.
  • the autonomous underwater vehicle may comprise at least one actuating member allowing the arm to pass from the folded position to the deployed position.
  • the actuating member can also allow the arm to pass from the deployed position to the folded position.
  • the actuating member is able to orient the arm in a determined or selected angular position with respect to the main longitudinal axis.
  • the actuating member can be configured to adapt, according to the trim angle of the vehicle, the angular position of the arm in the deployed position, with respect to the main longitudinal axis.
  • the autonomous underwater vehicle may include a verticality sensor, such as an accelerometer, so that the angular position of the arm is monitored and controlled according to the output signal of the verticality sensor.
  • a verticality sensor such as an accelerometer
  • the float can have a variable volume. This can influence the position of the center of thrust and therefore can also improve the stability of the AUV in its vertical or nearly vertical position.
  • At least one of the arms can be telescopic. This makes it possible to adjust a distance between the distal end and the proximal end of the arm, so as to bring the floats closer or further away from the hull of the vehicle. It is possible to facilitate the vertical positioning of the vehicle. This distance can also be controlled and controlled thanks to a verticality sensor.
  • the autonomous underwater vehicle may additionally comprise one or more adjustment boxes capable of varying the trim angle of the vehicle.
  • the autonomous underwater vehicle may additionally comprise one or more thrusters capable of varying the trim angle of the vehicle.
  • the combination of the arm and the tuning boxes and/or the thrusters further facilitates the vertical positioning of the autonomous underwater vehicle.
  • the adjustment boxes and/or the thrusters make it possible to initiate the vertical positioning of the autonomous underwater vehicle, and when the trim angle reaches a threshold value, the arm can be deployed so as to finalize upright and ensure the stability of the vehicle, once the vehicle is upright.
  • the adjustment boxes can be arranged, when the vehicle is in the nominal position, in an upper part of the hull and the arms are attached to a lower part of the vehicle hull.
  • the invention relates, according to a second aspect, to a method for verticalizing a vehicle as mentioned above, comprising the actuation of the arm to put it in the deployed position, from the folded position, in particular when the trim angle of the vehicle reaches a first threshold angle.
  • the method may comprise beforehand the initiation of the verticalization of the vehicle by means of tuning boxes and/or thrusters.
  • the method may comprise actuating the arm to put it in the folded position from the deployed position when the trim angle of the vehicle is less than a second threshold angle.
  • Figure 1 illustrates an autonomous underwater vehicle according to the invention.
  • Figure 2 illustrates an autonomous underwater vehicle according to the invention whose verticalization has been initiated.
  • Figures 3A and 3B illustrate a first embodiment of the invention, showing an AUV having one arm in the folded position.
  • Figures 4A and 4B illustrate the first embodiment of the invention, in which the arm is in the deployed position.
  • Figures 5A and 5B illustrate a second embodiment of the invention, showing an AUV having two arms in the folded position.
  • FIGS 6A and 6B illustrate the second embodiment of the invention, in which the arms of the vehicle are in the deployed position.
  • Figures 7, 8 and 9 illustrate a third embodiment showing an AUV having trim boxes in addition to arms.
  • Fig. 10 illustrates examples of different positions of the arms of the third embodiment. detailed description
  • the invention finds an application in the field of autonomous underwater vehicles, intended to be used once or several times, following their recovery in the open sea.
  • the invention applies in particular to vehicles known by the term AUV, as described above.
  • autonomous underwater vehicles are used to perform various operations at sea, such as for example surveillance operations.
  • autonomous underwater vehicles are launched from a boat (such as for example boats of the USV type, in English Unmanned Surface Vessel) or from a submarine, or even from an aircraft, and navigate totally submerged in the water in a nominal position close to the horizontal.
  • a boat such as for example boats of the USV type, in English Unmanned Surface Vessel
  • a submarine or even from an aircraft, and navigate totally submerged in the water in a nominal position close to the horizontal.
  • FIG. 1 An example of an autonomous underwater vehicle 1 navigating at sea 15 is thus illustrated in FIG. 1.
  • vehicle and autonomous underwater vehicle are used interchangeably to designate an autonomous underwater vehicle.
  • the autonomous underwater vehicle 1 comprises a hull 3, of cylindrical shape or not. In some embodiments, the underwater vehicle may be of any other shape.
  • This hull extends along a main longitudinal axis 5.
  • the main longitudinal axis 5 passes through the nose 21 of the autonomous underwater vehicle 1 and a propulsion system 11, such as propeller for example.
  • the vehicle 1 is illustrated in FIG. 1 in the nominal navigation position, in which the main longitudinal axis 5 is substantially parallel to the horizontal axis.
  • horizontal plane is meant a plane having an orientation parallel to the horizon.
  • the hull 3 comprises an upper part 3a facing the surface of the sea 15, and a lower part 3b facing the seabed 17.
  • the vehicle is configured to navigate in the nominal position illustrated in Figure 1, that is to say in which the main longitudinal axis 5 forms a zero or almost zero angle with the horizontal plane.
  • the angle formed is an angle between 0° and 10°.
  • trim angle is the longitudinal inclination of the vehicle 1, that is to say the trim angle formed by the main longitudinal axis 5 with the horizontal plane 19 (parallel to direction 23a of frame 23).
  • the nominal position of the vehicle 1 is a position of equilibrium of the vehicle 1 when it is submerged, and depends in particular on the relative position of the center of gravity and the center of thrust, also called the center of the hull or of volume.
  • the nominal position of the vehicle, for a vehicle of zero buoyancy is characterized by the fact that the center of gravity and the center of thrust are aligned along the vertical (direction 23b orthogonal to the plane horizontal 19).
  • the center of gravity of vehicle 1 depends on its architecture, i.e. the mass distribution of its body and the elements that it comprises inside the hull.
  • the vehicle's center of thrust the place in the vehicle where the hydrostatic forces, "Archimedes' thrust", are applied, varies according to the distribution of the volumes in the vehicle.
  • the position of equilibrium may vary when the vehicle 1 is maneuvered, in particular when the speed of the vehicle 1 is modified, due to the influence of hydrodynamic forces. Also, it appears necessary to modify this equilibrium position of the vehicle to carry out operations requiring maneuvers of the type change of orientation, such as verticalization, as illustrated in Figure 2, described below.
  • the vehicle 1 therefore comprises elements making it possible in particular to manage the relative position of the center of gravity and of the center of thrust in order to modify the position of equilibrium of the vehicle 1 for carrying out the various maneuvers. In other words, this amounts to modifying the trim angle of vehicle 1.
  • the underwater vehicle 1 here comprises a thruster 11 arranged at one end of the hull 3 of the vehicle and which is capable of modifying the speed of movement of the vehicle under water and also of maneuvering the vehicle. Maneuvering the underwater vehicle means allowing it to move in the three directions identified 23a, 23b, 23c by the reference frame 23 shown in Figure 1.
  • the thrust applied to the vehicle 1 by the thruster 11 then drives the vehicle 1 with the part 21, called the nose, in front of the rest of the vehicle 1.
  • the nose 21 and the thruster 11 are aligned along the main longitudinal axis 5 of the vehicle 1.
  • the first vehicle 1 comprises tuning boxes 7, 9 respectively disposed at the front and the rear of the vehicle 1. These are boxes 7, 9 defining a volume, partially filled with a liquid , such as water or oil.
  • the volume of liquid contained in adjustment boxes 7, 9 can be modified, so as to vary the center of thrust of the vehicle 1, thus making it possible to vary the trim angle of the vehicle 1.
  • the control boxes 7, 9 are connected to each other by a pipe, thus forming a closed circuit.
  • the trim boxes can admit liquid (eg sea water) from the outside or discharge liquid to the outside.
  • liquid eg sea water
  • the admission of sea water, to weigh down the tuning boxes, can be done by means of a tap coupled to a flow limiter (in particular in the event of overpressure outside the vehicle).
  • the evacuation of the water from the control boxes can be done by means of a pump advantageously coupled to a non-return valve. This variation in the overall volume of liquid in the boxes adjustment allows you to vary the weight of the vehicle in the water. This allows the vehicle to be moved closer or further from the surface.
  • the variation of the volume contained in the tuning boxes 7, 9 makes it possible to modify the position of the center of thrust by modifying the distribution of the weight inside the hull 3 of the vehicle.
  • the vehicle 1 can include several other adjustment boxes 7, 9, arranged differently (to starboard and to port for example ).
  • the thrusters and the adjustment boxes can be used (regardless of their positions) to initiate the vertical positioning of the vehicle 1, as illustrated in figure 2.
  • FIG. 2 illustrates an example of an operation for monitoring an area of interest 13, requiring the “permanent” verticalization of the vehicle 1.
  • the so-called “permanent” verticalization, that is to say for a specified desired period, of a vehicle 1 proves to be an operational asset when using vehicle 1 and in particular when using the on-board sensors of vehicle 1.
  • the use of the sensors is less impacted by the swell when the AUV is in a vertical position rather than in a horizontal position, thus ensuring the obtaining of good quality data, all with great discretion.
  • such a permanent vertical position of the AUV can prove to be advantageous, in particular to put the antennas of the AUV out of the water, for example during navigation system readjustment phases, or communication phases (radio or satellite).
  • the permanent vertical position can also prove to be advantageous, in particular during the phases of recovery at sea of the AUV, in particular to recover the AUV by the nose in order to extract it from the water.
  • the initiation of the verticalization of the vehicle 1 aims to move the vehicle 1 from the nominal position (illustrated in Figure 1) to a position close to the vertical (illustrated in Figure 2): this is done by making vary the angle attitude of the vehicle, so that the vehicle in equilibrium in the water, goes from a substantially zero trim angle to a trim angle greater than 60°.
  • the surveillance operation aims to monitor the area of interest 13 through a camera 25.
  • the camera 25 is placed on an arm attached to the hull 3 of the vehicle 1 .
  • the on-board camera 25 is extended above the surface of the water 15 in the direction of the area of interest 13 (via an arm 27), and then makes it possible to obtain images of the area of interest 13 whose sharpness is satisfactory for surveillance activities.
  • the initiation of vertical positioning can be done with the adjustment boxes alone, in particular by making the rear of vehicle 1 heavier than the front of the vehicle.
  • the rear control box 9 is completely filled with liquid, while the front control box 7 is completely filled with air.
  • the position of the center of thrust is modified, so that the position of the center of thrust is moved towards the nose 21 of the vehicle causing a modification of the trim angle of the vehicle.
  • the initiation of verticalization can be carried out through the propulsion system, presenting one of the configurations as presented previously
  • the initiation of the placing in the vertical position makes it possible to obtain a trim angle of the vehicle 1 which is of the order of 70°, so that the main longitudinal axis of the vehicle is not parallel to the vertical direction 23b.
  • the vehicle 1 additionally comprises one or more arms 24, 26 which form part of the vertical positioning device and which are mounted by a proximal end 24a, 26a on the shell 3 and articulated in rotation with respect to the shell 3, and comprising a float 28, 29 at a distal free end 24b, 26b.
  • the arm(s) are configured to take:
  • the autonomous underwater vehicle 30 comprises a verticalization device comprising a single arm 32.
  • the arm 32 comprises two ends, a distal end and a proximal end.
  • the proximal end is the end of the arm 32 which is rotatably mounted on the hull 40 of the vehicle 30 and the distal end comprises a float 34, that is to say an element whose volumetric density is lower than that some water.
  • Float 34 is integral with arm 32.
  • the arm is capable of being arranged in a folded position in which the float 34 is here retracted inside the hull 40 of the vehicle 30. In this folded position, the arm is arranged substantially parallel to the main longitudinal axis 38 of the vehicle 30, so as not to project relative to the hull 40 of the vehicle 38, and therefore not to impact the movement of the vehicle 30 (by creating drag forces ).
  • the arm 32 is rotatably mounted on the shell 40 so as to be at least rotatable and form an angle with respect to the main longitudinal axis 38 in the deployed position, as illustrated in FIGS. 4A and 4B.
  • the axis of rotation is an axis orthogonal to the main longitudinal axis 5, and oriented along the direction 23c of the frame of reference 23 reproduced in FIGS. 4A and 4B.
  • the rotation of the arm 32 from the folded position to the deployed position makes it possible to place the float 34 at a distance from the hull 40 of the vehicle 30.
  • the buoyancy of the float acts on the position of the center of thrust of the vehicle.
  • the float 34 when the arm 32 is in the deployed position, the float 34 is placed at a distance from the hull 40 of the vehicle 30, so that this influences the position of the center of thrust of the vehicle 30.
  • the float 34 allows to move away from the hull 40 of the vehicle 30 a volume of water, so that the position of the hydrostatic forces applied to the vehicle 30 is modified causing the modification of the position of the center of thrust.
  • the deployment of the arms then makes it possible to act mainly on the position of the center of thrust, by moving it towards the nose 42 of the vehicle 1.
  • the vehicle can continue its movement towards the vertical and the stability of the vehicle in the vertical position can be improved.
  • the characteristics of the arms and the floats are chosen so as to allow, when the arm is deployed, to move the center of thrust towards the nose 42.
  • the arm 32 is arranged advantageously, at the level of the lower hull of the vehicle 30.
  • the arm of this example is qualified as a passive arm, because its positioning relative to the main longitudinal axis 38 depends on the characteristics of the float (for example its buoyancy) but also on the length of the arm.
  • the arm 32 and the float 34 are configured so that, in the deployed position, the arm 32 is substantially perpendicular to the main longitudinal axis 38 of the autonomous underwater vehicle 30.
  • the arm 32, in the deployed position forms an angle with the main longitudinal axis 38 of the vehicle 1 included in the range [80; 100]
  • the deployment of the arm can be triggered by means of an actuator or by the initiation of the vertical movement, as illustrated in Figures 4A and 3A (arrow 41).
  • the deployment of the arm can be done by means of an actuating member then allowing the arm to pass from a folded position to a deployed position only.
  • the arm once deployed, cannot be folded into the folded position, in which the float is retracted into the hull.
  • consumables which can be used only once at sea.
  • the actuating member comprises a spring arranged between the arm 32 and the shell 40 of the vehicle 30 and a switch (of the valve type for example, all or nothing) configured to activate the spring, so that the latter exerts a force on the arm 32 to move it from a folded position, substantially perpendicular to the main axis 38, to an extended position.
  • a switch of the valve type for example, all or nothing
  • the switch is configured to allow the spring to apply a force to the arm 32, so that it assumes an extended position.
  • the control boxes and/or the propulsion system 36 are controlled to initiate a vertical setting, and the passive arm 32 is then deployed to have a synergistic action with the control boxes. adjustments and/or propulsion 36.
  • the arm 32 is then deployed "at the right moment" when the start of the vertical setting allows the vehicle to have a trim angle of the order of 70°, improving the verticality and holding of the AUV in the vertical position.
  • the deployment of the arms can be done simultaneously or one after the other according to a sequence, such as for example starboard then port.
  • the vehicle 50 comprises two arms 52, 62 respectively comprising two floats 54, 64 at their distal end.
  • the arms are preferably attached to the lower hull, respectively to port and starboard.
  • the arms are arranged so as to form an angle 66 comprised in the range [60°; 180°[.
  • the arms 52, 62 can be actuated by means of an actuating member allowing one of the arms to pass from a folded position to an extended position and vice versa.
  • the actuating member making it possible to deploy the arms 52, 62 and vice versa notably comprises a motor, able to orient the arms 52, 62 in several angular positions with respect to the main longitudinal axis.
  • the motorized arms 52, 62 are orientable at least around their axes of rotation (as indicated above, orthogonal to the main longitudinal axis 58 of the vehicle 50) so as to allow the deployment of the arms 52, 62 in deployed positions. selected, for example according to the angle between the main longitudinal axis 58 of the vehicle 50 and of the arm 52, 62.
  • the actuating member i.e. the motor
  • the vehicle 50 may include a verticality sensor, such as one or more accelerometers, so that the angular position of the arm is monitored and controlled according to the output signal of the verticality sensor.
  • the value of the angle between the arm and the vehicle shell can be regulated.
  • this makes it possible to ensure good verticality of the AUV, even in the event of disturbances in the environment, such as for example in the event of a swell, or in connection with the density of the water.
  • the active control of the position of the arm relative to the hull 60 of the vehicle 50 makes it possible to dynamically stabilize the vehicle 50.
  • the two motorized arms 52, 62 make it possible to maneuver the vehicle whatever its speed, and even at zero speed.
  • the float is configured to have a variable volume.
  • the environmental conditions such as a sudden appearance of an unusual swell
  • the arm is telescopic so that the length of the arms can be adjustable.
  • the effect of the arms on the center of thrust can be modified by varying the length of the arms.
  • the vehicle 50 comprises two active arms 52, 62, it may in one embodiment comprise a single active arm, or more than two active arms.
  • the verticalization device also comprises active arms of other elements, such as the adjustment boxes and/or the propulsion system 56.
  • the arms 52, 62 are deployed after that verticalization is initiated by the trim boxes and/or the propulsion system 56.
  • the verticalization device is then configured to control the arms 52, 62 and/or the adjustment boxes and/or the propulsion system 56.
  • the verticalization device comprises a control unit capable of controlling the various elements, in order to ensure the synchronization of their impacts on the center of thrust of the vehicle 80.
  • the use of motorized arms in addition to adjustment boxes is illustrated in figures 8 to 10.
  • the vehicle 80 illustrated in these figures is generally cylindrical, is about 6.5 m long and has a diameter of about 0.5 m. This vehicle 80 has a mass of about 1200 kg and when submerged, this vehicle 80 displaces about 1100 liters of water.
  • the adjustment boxes 82, 84 of the vehicle 80 respectively have a maximum volume of 55 liters. These adjustment boxes 82, 84 are respectively arranged 2 m behind and in front of the center of gravity (CDG) and the center of thrust (CDC for center of the hull in the figures) which are aligned vertically.
  • the rear tuning box 82 is thus arranged between the center of gravity (or thrust) and the propulsion system 88, and the front tuning box 84 is arranged between the center of gravity (or thrust) and the nose 83 of the vehicle 80.
  • the autonomous underwater vehicle 80 comprises adjustment boxes 82, 84 which are arranged, when the vehicle 80 is in the nominal position, in an upper part 96 of the hull 86 and the arms are attached to a lower part 94 of the hull 86 of the vehicle 80.
  • the adjustment boxes 82, 84 and the arms 90 are arranged on either side of the main longitudinal axis 99.
  • the tuning boxes are arranged inside the hull of the vehicle 80, in particular in a so-called upper part 96, which, when the vehicle 80 is sailing in its nominal position, is directed towards the surface 85
  • the arms are attached to the lower part 94 of the hull 86, which when the vehicle 80 navigates in the nominal position, is directed towards the seabed 87.
  • FIGS. 7, 8 and 9 illustrate three configurations of the tuning boxes 82, 84, in which the vehicle 80 has a zero trim angle, a positive trim angle and a negative trim angle, respectively, when immersed in sea water (with a mass volume estimated at 1030 kg/m 3 ).
  • the adjustment boxes are filled with 60% air at the front and 20% air at the rear .
  • the longitudinal inclination of the vehicle 80 relative to the horizontal plane 98 drives the nose 83 of the vehicle towards the surface of the water 85.
  • the filling of the adjustment boxes is modified so that the rear adjustment box 82 has a filling rate greater than the filling rate of the front adjustment box 84.
  • the longitudinal inclination of the vehicle 80 with respect to the horizontal plane 98 drives the nose 83 of the vehicle towards the bottom 87.
  • the filling of the boxes of settings is changed so that the cash register front adjustment 84 has a filling rate higher than the filling rate of the rear adjustment box 82.
  • Two arms 92 are rotatably mounted on the hull 86 of the vehicle 80. At the free end of the arm 92, a float 90 is mounted. In this example, the float has a volume of about 10 liters
  • the arms 92 configured to be deployed have a length of approximately 2 m.
  • the axis of rotation of the arms is here orthogonal to the main longitudinal axis 99.
  • the adjustment boxes 82, 84 are used in conjunction with the arms 92.
  • the adjustment boxes are filled with air at 80% at the front and at 0 % at the rear 82.
  • the rear tuning box 82 must be completely filled with liquid.
  • the adjustment boxes make it possible to generate a vehicle trim angle of a maximum of 75°.
  • the action of the arms, by their deployment, allows regulation of the verticality of the vehicle 80, in a range of +/- 12° trim angle around the vertical (that is to say around an angle trim angle of 90°).
  • the arms 92a, 92b can be positioned in several isolated positions (some of which are shown in dotted lines in Figure 10).
  • the position of the arms is controlled to take one or more isolated positions, when the vehicle initiates a vertical position or when the vehicle is in a vertical position. , so as to form an angle greater than 0° and less than 180° with the main longitudinal axis of the vehicle 80.
  • the deployment of one or more arms in one of the deployed positions as illustrated in FIG. a method comprising in particular a step in which, when the trim angle of the vehicle reaches a first threshold angle, the arm(s) is/are actuated to place them in the deployed position, from the folded position.
  • the deployment of the arms of the vehicle 80 can be carried out following a modification of the trim angle of the vehicle, for example by the use of the adjustment boxes 82, 84 and/or the propulsion system, so that this trim angle becomes greater than equal to the first threshold angle.
  • the verticalization of the vehicle 80 is initiated prior to the deployment of the arms, and carried out for example by means of the adjustment boxes 82, 84 and/or the propulsion system.
  • the initialization of the vertical setting through the tuning boxes allows the vehicle 80 to reach a trim angle of approximately 75°.
  • the first threshold angle of 70° can be specified, so that the arms are deployed when the vehicle trim angle 80 exceeds 70° through the trim boxes.
  • the method can also comprise a step of folding back the arm(s) of the vehicle 80, when the trim angle of the vehicle 80 becomes less than a second threshold angle.
  • the arms are configured to be actuated and folded, when the trim angle becomes less than the second threshold value.

Abstract

L'invention porte sur un véhicule autonome sous-marin (1, 30, 50, 80) comprenant une coque (3, 40, 60, 86) s'étendant selon un axe principal longitudinal (5, 38, 58, 99), au moins un dispositif de mise à la verticale du véhicule configuré pour modifier un angle assiette du véhicule (1, 30, 50, 80) entre une position nominale horizontale du véhicule et une position verticale du véhicule, caractérisé en ce que le dispositif de mise à la verticale du véhicule comprend un ou plusieurs bras (24, 26, 32, 52, 62, 92) montés par une extrémité proximale (24a, 26a) sur la coque (3, 40, 60, 86) et articulés en rotation par rapport à la coque (3, 40, 60, 86), et comprenant un flotteur (28, 29, 34, 54, 64, 90) à une extrémité libre distale (24b, 26b).

Description

TITRE : Dispositif de mise à la verticale pour véhicule sous-marin
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne les véhicules sous-marins, en particulier les véhicules autonomes sous-marins, mieux connus sous l’acronyme AUV signifiant en anglais Autonomous Underwater Vehicle.
En particulier, l’invention vise un système permettant de faire varier un angle d’assiette d’un tel AUV, en particulier pour le mettre dans une position verticale ou proche de la verticale. Etat de la technique
Les AUVs sont généralement conçus pour naviguer dans une position nominale dite horizontale dans l’eau. Dans cette position nominale, l’AUV présente un angle d’assiette nul ou quasiment nul, et se trouve dans une position dite d’équilibre dans l’eau. Son angle d’assiette est défini par l’angle entre son axe longitudinal et un plan horizontal. La navigation en position nominale horizontale réduit les efforts de traînées et minimise la consommation d’énergie en navigation.
Un changement d’angle d’assiette pour se rapprocher de la verticale de l’AUV peut être requis pour réaliser certaines opérations, dont notamment la surveillance de sites à l’aide de caméras équipant l’AUV, ou le recalage du système de navigation grâce à des antennes de l’AUV mises hors de l’eau, ou encore tout simplement pour la récupération de l’AUV.
On connaît différents dispositifs de modification de l’angle d’assiette d’un AUV. Un de ces dispositifs est formé d’un système de propulsion, comprenant un ou plusieurs propulseurs, monté sur l’AUV et qui est actionné pour changer l’angle d’assiette de l’AUV.
Cela est notamment possible lorsque le système propulsif présente l’une des configurations suivantes : - Un ou des propulseurs verticaux (par exemple un à l’avant et un à l’arrière du véhicule). Ainsi, les poussées opposées des propulseurs induisent une modification de l’angle d’assiette du véhicule ; - Des propulseurs horizontaux situés loin de l’axe longitudinal principal du véhicule. Ainsi, les poussées de propulseurs opposées induisent un couple sur le véhicule, ce qui modifie l’angle d’assiette au véhicule ;
- Un ou des propulseurs orientables, de sorte qu’en modifiant l’orientation des propulseurs et donc de la poussée, l’angle d’assiette du véhicule peut être modifié.
Un autre de ces dispositifs est formé de caisses dites de réglages logées à l’avant et à l’arrière de l’AUV. Chaque caisse de réglage définit un volume et est au moins partiellement remplie de fluides. Les quantités de fluides varient dans les différentes caisses pour faire faire varier l’angle d’assiette de l’AUV.
Les propulseurs et les caisses de réglage peuvent également être simultanément intégrés dans un AUV pour augmenter les capacités de prise d’assiette. Exposé de l’invention
L’invention vise à fournir un véhicule autonome sous-marin comportant un dispositif de mise à la verticale qui soit particulièrement simple et commode, tant dans sa fabrication que dans son utilisation.
L’invention a ainsi pour objet, sous un premier aspect, un véhicule autonome sous-marin comprenant une coque s’étendant selon un axe principal longitudinal, au moins un dispositif de mise à la verticale du véhicule configuré pour modifier un angle assiette du véhicule entre une position nominale horizontale du véhicule et une position verticale du véhicule, caractérisé en ce que le dispositif de mise à la verticale du véhicule comprend un ou plusieurs bras montés par une extrémité proximale sur la coque et articulés en rotation par rapport à la coque, et comprenant un flotteur à une extrémité libre distale de sorte que le bras est configuré pour prendre:
- une position repliée lorsque le véhicule est en position nominale avec un angle d’assiette sensiblement nul, dans laquelle le bras est sensiblement parallèle à l’axe principal longitudinal du véhicule et le flotteur est à proximité immédiate de la coque ; - une position déployée dans laquelle le bras est incliné par rapport à l’axe principal longitudinal de sorte à amener et/ou stabiliser le véhicule en position dite verticale avec un angle d’assiette supérieur à 70° par rapport à sa position nominale. Dans le véhicule sous-marin autonome selon l’invention, le bras articulé permet d’écarter le flotteur de la coque du véhicule et, du fait de la flottabilité du flotteur, cela permet de modifier la position du centre de volume du véhicule, aussi appelé centre de carène ou de poussée, dans le but de faciliter la mise à la verticale du véhicule. Le déploiement du bras ne requiert qu’une très faible énergie, ce qui est avantageux pour les véhicules autonomes. En plus d’être commode, l’ajout d’un tel bras muni d’un flotteur est une solution compacte puisqu’elle ne change que très peu l’architecture du véhicule autonome sous- marin.
Selon un mode de réalisation, le véhicule autonome sous-marin peut comprendre au moins deux bras, fixés à la coque à bâbord et à tribord, agencés de sorte à former un angle entre eux compris dans la plage [60° ;180°[.
Le véhicule autonome sous-marin peut comprendre au moins un organe d’actionnement permettant au bras de passer de la position repliée à la position déployée. L’organe d’actionnement peut en outre permettre au bras de passer de la position déployée à la position repliée.
En variante, seul un déploiement irréversible du bras est possible.
Selon un mode de réalisation, l’organe d’actionnement est apte à orienter le bras dans une position angulaire déterminée ou sélectionnée par rapport à l’axe principal longitudinal.
Selon un mode de réalisation, l’organe d’actionnement peut être configuré pour adapter, selon l’angle d’assiette du véhicule, la position angulaire du bras en position déployée, par rapport à l’axe principal longitudinal.
Selon un mode de réalisation, le véhicule autonome sous-marin peut comprendre un capteur de verticalité, tel qu’un accéléromètre, de sorte que la position angulaire du bras est contrôlée et commandée en fonction du signal de sortie du capteur de verticalité. Ceci permet d’assurer une stabilité de l’AUV dans sa position verticale ou presque verticale, même en cas de perturbations liées à l’environnement, et notamment les effets de houle ou la densité de l’eau.
Selon un mode de réalisation, le flotteur peut avoir un volume variable. Cela peut influer sur la position du centre de poussée et donc peut aussi permettre d’améliorer la stabilité de l’AUV dans sa position verticale ou presque verticale.
Selon un mode de réalisation, au moins l’un des bras peut être télescopique. Cela permet de régler une distance entre l’extrémité distale et l’extrémité proximale du bras, de sorte à rapprocher ou éloigner les flotteurs de la coque du véhicule. Il est possible de faciliter la mise à la verticale du véhicule. Cette distance peut être contrôlée et commandée aussi grâce à un capteur de verticalité.
Selon un mode de réalisation, le véhicule autonome sous-marin peut comprendre en complément une ou plusieurs caisses de réglage aptes à faire varier l’angle d’assiette du véhicule.
Selon un mode de réalisation, le véhicule autonome sous-marin peut comprendre en complément un ou plusieurs propulseurs aptes à faire varier l’angle d’assiette du véhicule.
La combinaison du bras et des caisses de réglage et/ou des propulseurs permet de faciliter encore la mise à la verticale du véhicule autonome sous-marin. En particulier, les caisses de réglage et/ou les propulseurs permettent d’amorcer la mise à la verticale du véhicule autonome sous-marin, et lorsque l’angle d’assiette atteint une valeur seuil, le bras peut être déployé de sorte à finaliser la mise à la verticale et assurer la stabilité du véhicule, une fois la véhicule mis à la verticale.
Selon un mode de réalisation, les caisses de réglages peuvent être disposés, lorsque le véhicule est en position nominale, dans une partie supérieure de la coque et les bras sont rattachés à une partie inférieure de la coque du véhicule.
L’invention vise, selon un second aspect, un procédé de mise à la verticale d’un véhicule tel que précité, comprenant l’actionnement du bras pour le mettre en position déployée, à partir de la position repliée, notamment lorsque l’angle d’assiette du véhicule atteint un premier angle seuil.
Selon un mode de réalisation, le procédé peut comprendre au préalable l’initiation de la mise à la verticale du véhicule par le biais de caisses de réglage et/ou des propulseurs.
Selon un mode de réalisation, le procédé peut comprendre l’actionnement du bras pour le mettre en position repliée à partir de la position déployée lorsque l’angle d’assiette du véhicule est inférieur à un deuxième angle seuil.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Brève description des figures
L’invention, selon plusieurs exemples de réalisation, sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 illustre un véhicule autonome sous-marin selon l’invention.
La figure 2 illustre un véhicule autonome sous-marin selon l’invention dont la mise à la verticale est initiée.
Les figures 3A et 3B illustrent un premier mode de réalisation de l’invention, montrant un AUV ayant un bras en position repliée.
Les figures 4A et 4B illustrent le premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel le bras est en position déployée.
Les figures 5A et 5B illustrent un deuxième mode de réalisation de l’invention, montrant un AUV ayant deux bras en position repliée.
Les figures 6A et 6B illustrent le deuxième mode de réalisation de l’invention, dans lequel les bras du véhicule sont en position déployée.
Les figures 7, 8 et 9 illustrent un troisième mode de réalisation montrant un AUV ayant des caisses de réglage en plus de bras.
La figure 10 illustre des exemples de différentes positions des bras du troisième mode de réalisation. Description détaillée
Les éléments identiques représentés sur les figures précitées sont identifiés par des références numériques identiques.
L’invention trouve une application dans le domaine des véhicules autonomes sous-marins, destinés à être utilisés une seule fois ou plusieurs fois, suite à leur récupération en pleine mer.
L’invention s’applique notamment à des véhicules connus sous le terme AUV, comme décrit précédemment.
En général, les véhicules autonomes sous-marins sont utilisés pour effectuer différentes opérations en mer, tel que par exemple des opérations de surveillance.
Pour cela, les véhicules autonomes sous-marins sont lancés à partir d’un bateau (tels que par exemple les bateaux de type USV, en anglais Unmanned Surface Vessel) ou d’un sous-marin, ou encore d’un aéronef, et naviguent totalement immergés dans l’eau dans une position nominale proche de l’horizontale.
Un exemple de véhicule autonome sous-marin 1 naviguant en mer 15 est ainsi illustré à la figure 1. Dans la suite de la description, les termes véhicule et véhicule autonome sous-marin sont utilisés indifféremment pour désigner un véhicule autonome sous-marin. Le véhicule autonome sous-marin 1 comprend une coque 3, de forme cylindrique ou non. Dans certains modes de réalisation, le véhicule sous-marin peut être de toute autre forme. Cette coque s’étend le long d’un axe principal longitudinal 5. Dans l’exemple illustré, l’axe principal longitudinal 5 passe par le nez 21 du véhicule autonome sous-marin 1 et un système propulsif 11 , tel que des propulseurs à hélice par exemple.
Le véhicule 1 est illustré sur la figure 1 en position nominale de navigation, dans laquelle l’axe principal longitudinal 5 est sensiblement parallèle à l’axe horizontal. Dans la suite de la description, par plan horizontal, on entend un plan ayant une orientation parallèle à l’horizon. Dans la position nominale de navigation, la coque 3 comprend une partie supérieure 3a faisant face à la surface de la mer 15, et une partie inférieure 3b faisant face au fond marin 17. Afin de limiter au maximum l’effet des efforts de traînées, de manière générale, lors de la navigation nominale du véhicule (en dehors des opérations nécessitant des manœuvres de type changement d’orientation), le véhicule est configuré pour naviguer dans la position nominale illustrée à la figure 1 , c’est-à- dire dans laquelle l’axe longitudinal principal 5 forme un angle nul ou quasi nul avec le plan horizontal. Par exemple, l’angle formé est un angle compris entre 0° et 10°. Cet angle, appelé par la suite angle d’assiette, est l’inclinaison longitudinale du véhicule 1 , c’est-à-dire l’angle d’assiette que forme l’axe principal longitudinal 5 avec le plan horizontal 19 (parallèle à la direction 23a du référentiel 23).
Pour permettre au véhicule autonome sous-marin d’être manœuvré sous l’eau, le véhicule sous-marin ne doit ni monter, ni descendre dans sa position nominale, ce qui signifie que le véhicule doit avoir un angle d’assiette nul ou quasiment nul en position d’équilibre. La position nominale du véhicule 1 est une position d’équilibre du véhicule 1 quand il est immergé, et dépend notamment de la position relative du centre de gravité et du centre de poussée, aussi appelé centre de carène ou de volume. Lorsque la vitesse d’avance du véhicule est nulle, la position nominale du véhicule, pour un véhicule de flottabilité nulle, se caractérise par le fait que le centre de gravité et le centre de poussée sont alignés selon la verticale (direction 23b orthogonale au plan horizontal 19).
Le centre de gravité du véhicule 1 dépend de son architecture, c’est- à-dire de la répartition massique de son corps et des éléments qu’il comporte à l’intérieur de la coque. Le centre de poussée du véhicule, endroit du véhicule où les forces hydrostatiques, « poussée d’Archimède », sont appliquées, varie en fonction de la répartition des volumes dans le véhicule.
La position d’équilibre peut varier lorsque le véhicule 1 est manœuvré, notamment lorsque la vitesse du véhicule 1 est modifiée, à cause de l’influence des forces hydrodynamiques. Egalement, il apparaît nécessaire de modifier cette position d’équilibre du véhicule pour réaliser des opérations nécessitant des manœuvres de type changement d’orientation, telle que la mise à la verticale, telle qu’illustré à la figure 2, décrite ci-après.
Le véhicule 1 comprend donc des éléments permettant notamment de gérer la position relative du centre de gravité et du centre de poussée afin de modifier la position d’équilibre du véhicule 1 pour la réalisation des différentes manœuvres. En d’autres termes, cela revient à modifier l’angle d’assiette du véhicule 1.
Comme indiqué précédemment, le véhicule sous-marin 1 comprend ici un propulseur 11 disposé à une extrémité de la coque 3 du véhicule et qui est apte à modifier la vitesse de déplacement du véhicule sous l’eau et aussi à manœuvrer le véhicule. Manœuvrer le véhicule sous-marin signifie permettre son déplacement selon les trois directions identifiées 23a, 23b, 23c par le référentiel 23 représenté sur la figure 1.
La poussée appliquée au véhicule 1 par le propulseur 11 entraîne alors le véhicule 1 avec la partie 21 , appelée le nez, en avant du reste du véhicule 1. Dans l’exemple illustré, le nez 21 et le propulseur 11 sont alignés le long de l’axe principal longitudinal 5 du véhicule 1.
En complément du propulseur 11, 1e véhicule 1 comprend des caisses de réglage 7, 9 respectivement disposés à l’avant et l’arrière du véhicule 1. Il s’agit de caisses 7, 9 définissant un volume, partiellement remplies d’un liquide, tel que de l’eau ou de l’huile. Le volume de liquide contenu dans des caisses de réglages 7, 9 peut être modifié, de sorte à faire varier le centre de poussée du véhicule 1 , permettant ainsi de faire varier l’angle d’assiette du véhicule 1. Dans l’exemple illustré, les caisses de réglage 7, 9 sont reliées l’une à l’autre par une canalisation, formant ainsi un circuit fermé.
En variante, les caisses de réglages peuvent admettre du liquide (par exemple de l’eau de mer) de l’extérieur ou refouler du liquide vers l’extérieur. L’admission d’eau de mer, pour alourdir les caisses de réglage, peut se faire par le biais d’un robinet couplé à un limiteur de débit (notamment en cas de surpression à l’extérieur du véhicule). L’évacuation de l’eau des caisses réglages peut se faire par l’intermédiaire d’une pompe avantageusement couplée à un clapet de non-retour. Cette variation du volume global de liquide dans les caisses de réglages permet de faire varier le poids du véhicule dans l’eau. Ceci permet de rapprocher ou d’éloigner le véhicule de la surface.
La variation du volume contenu dans les caisses de réglage 7, 9 permet de modifier la position du centre de poussée en modifiant la répartition du poids à l’intérieur de la coque 3 du véhicule.
Ces caisses sont disposées, en général, à l’avant et à l’arrière de de du véhicule 1. Bien entendu, le véhicule 1 peut comprendre plusieurs autres caisses de réglage 7, 9, disposés différemment (à tribord et à bâbord par exemple). Ainsi, tel qu’évoqué précédemment, les propulseurs et les caisses de réglages peuvent être utilisés (quel que soit leurs positions) pour initier la mise à la verticale du véhicule 1, telle qu’illustré à la figure 2.
La figure 2 illustre un exemple d’opération de surveillance d’une zone d’intérêt 13, nécessitant la mise à la verticale « permanente » du véhicule 1. La mise à la verticale dite « permanente », c’est-à-dire pour une durée déterminée souhaitée, d’un véhicule 1 se révèle être un atout opérationnel lors de l’utilisation du véhicule 1 et en particulier lors de l’utilisation des capteurs embarqués du véhicule 1.
En effet, l’utilisation des capteurs est moins impactée par la houle lorsque l’AUV est en position verticale plutôt qu’en position horizontale, assurant alors l’obtention de données de bonne qualité, le tout dans une grande discrétion.
Egalement, lors des phases d’utilisation du système de géolocalisation et de navigation par satellite, une telle position verticale permanente de l’AUV peut se révéler intéressante, notamment pour mettre hors de l’eau les antennes de l’AUV, par exemple lors des phases de recalage du système de navigation, ou de phases de communication (radio ou satellite).
De plus, la mise à la verticale permanente peut également se révéler avantageuse, notamment lors des phases de récupération en mer de l’AUV, en particulier pour récupérer l’AUV par le nez afin de l’extraire de l’eau. L’initiation de la mise à la verticale du véhicule 1 vise à faire passer le véhicule 1 de la position nominale (illustrée à la figure 1) à une position proche de la verticale (illustrée à la figure 2) : cela se fait en faisant varier l’angle d’assiette du véhicule, de sorte que le véhicule en équilibre dans l’eau, passe d’un angle d’assiette sensiblement nul à un angle d’assiette supérieur à 60°.
Dans l’exemple illustré, l’opération de surveillance vise à surveiller par le bais d’une caméra 25 la zone d’intérêt 13. La caméra 25 est disposée sur un bras rattaché à la coque 3 du véhicule 1 . Ainsi, la caméra 25 embarquée est sortie au-dessus de la surface de l’eau 15 en direction de la zone d’intérêt 13 (par le biais d’un bras 27), et permet alors d’obtenir des images de la zone d’intérêt 13 dont la netteté est satisfaisante pour les activités de surveillance.
L’initiation de la mise à la verticale peut se faire avec les caisses de réglages seules, notamment en alourdissant l’arrière du véhicule 1 par rapport à l’avant du véhicule. Pour cela, par exemple, la caisse de réglage arrière 9 est entièrement remplie de liquide, alors que la caisse de réglage avant 7 est entièrement remplie d’air. Ainsi, la position du centre de poussée est modifiée, de sorte que la position du centre de poussée est déplacée vers le nez 21 du véhicule engendrant une modification de l’angle d’assiette du véhicule.
Dans certains cas, l’initiation de la mise à la verticale peut être effectuée par le biais du système propulsif, présentant une des configurations telles que présentées précédemment
Comme cela est visible sur la figure 2, l’initiation de la mise en position verticale permet d’obtenir un angle d’assiette du véhicule 1 qui est de l’ordre de 70°, de sorte que l’axe longitudinal principal du véhicule n’est pas parallèle à la direction verticale 23b.
Le véhicule 1 comporte au surplus un ou plusieurs bras 24, 26 qui font partie du dispositif de mise à la verticale et qui sont montés par une extrémité proximale 24a, 26a sur la coque 3 et articulés en rotation par rapport à la coque 3, et comprenant un flotteur 28, 29 à une extrémité libre distale 24b, 26b. Ainsi qu’expliqué ci-après en détail, le ou les bras sont configurés pour prendre :
- une position repliée lorsque le véhicule est en position nominale avec un angle d’assiette sensiblement nul, dans laquelle le bras est sensiblement parallèle à l’axe principal longitudinal du véhicule et le flotteur est à proximité immédiate de la coque ; - une position déployée dans laquelle le bras est incliné par rapport à l’axe principal longitudinal de sorte à amener et/ou stabiliser le véhicule en position dite verticale avec un angle d’assiette supérieur à 70° par rapport à sa position nominale (et idéalement de 90°). Tel qu’illustré aux figures 3A, 3B, 4A et 4B, le véhicule autonome sous- marin 30 comprend un dispositif de mise à la verticale comprenant un seul bras 32. Le bras 32 comprend deux extrémités, une extrémité distale et une extrémité proximale. L’extrémité proximale est l’extrémité du bras 32 qui est monté en rotation sur la coque 40 du véhicule 30 et l’extrémité distale comprend un flotteur 34, c’est-à-dire un élément dont la densité volumique est inférieure à celle de l’eau. Le flotteur 34 est solidaire du bras 32.
Comme cela est visible sur les figures 3A et 3B, le bras est apte à être disposé dans une position repliée dans laquelle le flotteur 34 est ici escamoté à l’intérieur de la coque 40 du véhicule 30. Dans cette position repliée, le bras est disposé sensiblement parallèlement à l’axe principal longitudinal 38 du véhicule 30, de sorte à ne pas être en saillie par rapport à la coque 40 du véhicule 38, et donc ne pas impacter le déplacement du véhicule 30 (par la création des efforts de trainée).
Le bras 32 est monté en rotation sur la coque 40 de sorte à être au moins mobile en rotation et former un angle par rapport à l’axe principal longitudinal 38 en position déployée, tel qu’illustré aux figures 4A et 4B.
L’axe de rotation est un axe orthogonal à l’axe principal longitudinal 5, et orienté selon la direction 23c du référentiel 23 reproduit sur les figures 4A et 4B. La rotation du bras 32 de la position repliée à la position déployée permet de placer le flotteur 34 à distance de la coque 40 du véhicule 30.
En disposant ainsi le flotteur 34 à distance de la coque 40 du véhicule, la flottabilité du flotteur agit sur la position du centre de poussée du véhicule.
En effet, lorsque le bras 32 est en position déployée, le flotteur 34 est placé à distance de la coque 40 du véhicule 30, de sorte que cela influe sur la position du centre de poussée du véhicule 30. En particulier, le flotteur 34 permet de déplacer à distance de la coque 40 du véhicule 30 un volume d’eau, de sorte que la position des forces hydrostatiques appliquées au véhicule 30 est modifiée engendrant la modification de la position du centre de poussée. Le déploiement des bras permet alors d’agir principalement sur la position du centre de poussée, en le déplaçant vers le nez 42 du véhicule 1.
Ainsi, lors du déploiement du bras 32, le véhicule peut continuer son mouvement vers la verticale et la stabilité du véhicule en position verticale peut être améliorée. Les caractéristiques des bras et des flotteurs sont choisies de sorte à permettre, lors du déploiement du bras, de déplacer le centre de poussée vers le nez 42.
Le bras 32 est disposé de manière avantageuse, au niveau de la coque inférieure du véhicule 30.
Le bras de cet exemple est qualifié de bras passif, car son positionnement relativement à l’axe principal longitudinal 38 dépend des caractéristiques du flotteur (par exemple sa flottabilité) mais également de la longueur du bras. Selon certains modes de réalisation, le bras 32 et le flotteur 34 sont configurés pour que, en position déployée, le bras 32 est sensiblement perpendiculaire à l’axe principal longitudinal 38 du véhicule autonome sous-marin 30. Dans certains modes de réalisation, le bras 32, en position déployée, forme un angle avec l’axe principal longitudinal 38 du véhicule 1 compris dans la plage [80 ; 100]
Le déploiement du bras peut être déclenché par le biais d’un actionneur ou par l’amorce du mouvement de mise à la verticale, tel qu’illustré sur les figures 4A et 3A (flèche 41 ).
Dans un mode de réalisation, le déploiement du bras peut être fait par le biais d’un organe d’actionnement permettant alors au bras de passer d’une position repliée à une position déployée uniquement. Ainsi, le bras, une fois déployé, ne peut être replié dans la position repliée, dans laquelle le flotteur est escamoté dans la coque. Une telle solution est particulièrement adaptée dans le cadre des véhicules autonomes sous-marins dits consommables, utilisables une seule fois en mer.
En particulier, l’organe d’actionnement comprend un ressort agencé entre le bras 32 et la coque 40 du véhicule 30 et un interrupteur (de type clapet par exemple, tout ou rien) configuré pour activer le ressort, pour que ce dernier exerce une force sur le bras 32 pour le faire passer d’une position repliée, sensiblement perpendiculaire à l’axe principal 38, à une position déployée. Par activer, on entend que l’interrupteur est configuré pour permettre au ressort d’appliquer une force sur le bras 32, de sorte qu’il vienne prendre une position déployée.
Bien que seul un bras ne soit illustré, il est possible d’avoir deux bras ou plus, fixés à la coque, de préférence à la coque inférieure, à bâbord et à tribord. Les bras sont alors agencés de préférence de sorte à former un angle compris dans la plage [60° ;180°[.
Le fonctionnement de ces bras 32 dits passifs nécessite une amorce d’une mise à la verticale (comme décrit plus haut), et cela par le bais des caisses de réglages (non visibles) et/ou par le système propulsif 36 du véhicule.
Pour une mise à la verticale avec ce bras 32 passif, les caisses de réglages et/ou le système propulsif 36 sont commandés pour amorcer une mise à la verticale, et le bras 32 passif est alors déployé pour avoir une action synergique avec les caisses de réglages et/ou la propulsion 36. Lorsque le déploiement du bras 32 se fait par le biais d’un organe d’actionnement, le bras 32 est alors déployé « au bon moment » lorsque l’amorce de la mise à la verticale permet au véhicule d’avoir un angle d’assiette de l’ordre de 70°, permettant d’améliorer la verticalité et la tenue de l’AUV en position verticale.
Dans le cas où le véhicule comprend plus d’un bras 32, le déploiement des bras peut être fait simultanément ou les uns après les autres selon une séquence, tel que par exemple tribord puis bâbord. En référence maintenant aux figures 5A, 5B, 6A et 6B, le véhicule 50 comprend deux bras 52, 62 comprenant respectivement deux flotteurs 54, 64 à leur extrémité distale. Les bras sont rattachés de préférence à la coque inférieure, respectivement à bâbord et à tribord. De manière avantageuse, les bras sont disposés de sorte à former un angle 66 compris dans la plage [60° ;180°[. Les bras 52, 62 sont actionnables par le biais d’un organe d’actionnement permettant à l’un des bras de passer d’une position repliée à une position déployée et inversement. Dans un mode de réalisation, l’organe d’actionnement permettant de déployer les bras 52, 62 et inversement, comprend notamment un moteur, apte à orienter les bras 52, 62 dans plusieurs positions angulaires par rapport à l’axe principal longitudinal. Ainsi, les bras motorisés 52, 62 sont orientables au moins autour de leurs axes de rotation (comme indiqué précédemment, orthogonal à l’axe principal longitudinal 58 du véhicule 50) de sorte à permettre le déploiement des bras 52, 62 dans des positions déployées sélectionnées, par exemple selon l’angle entre l’axe principal longitudinal 58 du véhicule 50 et du bras 52, 62.
Dans un mode de réalisation, l’organe d’actionnement, i.e. le moteur, est configuré pour adapter une position angulaire du bras en position déployée, par rapport à l’axe principal longitudinal selon l’angle d’assiette du véhicule. Par exemple, le véhicule 50 peut comprendre un capteur de verticalité, tel qu’un ou plusieurs accéléromètres, de sorte que la position angulaire du bras est contrôlée et commandée en fonction du signal de sortie du capteur de verticalité.
Ainsi, la valeur de l’angle entre le bras et la coque du véhicule peut être régulée. Cela permet notamment d’assurer une bonne verticalité de l’AUV, même en cas de perturbations de l’environnement, tel que par exemple en cas de houle, ou en lien avec la densité de l’eau.
Le contrôle actif de la position du bras par rapport à la coque 60 du véhicule 50 permet de stabiliser dynamiquement le véhicule 50. Les deux bras motorisés 52, 62 permettent de manœuvrer le véhicule quelle que soit sa vitesse, et même à vitesse nulle.
Dans un mode de réalisation, le flotteur est configuré pour avoir un volume variable. Ainsi, selon par exemple les conditions environnementales (telle qu’une apparition brusque d’une houle inhabituelle), il est possible d’augmenter la capacité de flottabilité du flotteur et donc stabiliser le véhicule.
Dans un mode de réalisation, le bras est télescopique, si bien que la longueur des bras peut être réglable. Ainsi, l’effet des bras sur le centre de poussée peut être modifié en faisant varier la longueur des bras.
Bien entendu dans un mode avantageux, il est possible de faire varier le volume du flotteur et la longueur du bras. Bien que dans l’exemple illustré, le véhicule 50 comprend deux bras actifs 52, 62, il peut dans un mode de réalisation comprendre un seul bras actif, ou plus de deux bras actifs.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de mise à la verticale comprend en plus des bras actifs d’autres éléments, tels que les caisses de réglages et/ou le système propulsif 56. Dans ce cas, les bras 52, 62 sont déployés après que la mise à la verticale soit initiée par les caisses de réglages et/ou le système propulsif 56.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de mise à la verticale est alors configuré pour commander les bras 52, 62 et/ou les caisses de réglages et/ou le système propulsif 56. Dans un mode avantageux, le dispositif de mise à la verticale comprend une unité de commande capable de commander des différents éléments, afin d’assurer la synchronisation de leurs impacts sur le centre de poussée du véhicule 80. L’utilisation des bras motorisés en compléments de caisses de réglages est illustrée aux figures 8 à 10.
Le véhicule 80 illustré sur ces figures est globalement cylindrique, fait environ 6,5 m de long et présente un diamètre d’environ 0,5m. Ce véhicule 80 présente une masse d’environ 1200 kg et lorsqu’il est immergé, ce véhicule 80 déplace environ 1 100 litres d’eau.
Les caisses de réglages 82, 84 du véhicule 80, ont respectivement un volume maximum de 55 litres. Ces caisses de réglages 82, 84 sont respectivement disposées à 2m derrière et devant le centre de gravité (CDG) et le centre de poussé (CDC pour centre de carène sur les figures) qui sont alignés selon la verticale. La caisse de réglage 82 arrière est ainsi disposée entre le centre de gravité (ou de poussée) et le système propulsif 88, et la caisse de réglage 84 avant est disposées entre le centre de gravité (ou de poussée) et le nez 83 du véhicule 80.
Comme on peut le voir sur les figures 7 à 9, le véhicule autonome sous-marin 80 comprend des caisses de réglages 82, 84 qui sont disposées, lorsque le véhicule 80 est en position nominale, dans une partie supérieure 96 de la coque 86 et les bras sont rattachés à une partie inférieure 94 de la coque 86 du véhicule 80.
Comme on peut le voir sur les figures, de manière générale, les caisses de réglages 82, 84 et les bras 90 sont disposés de part et d’autre de l’axe principal longitudinal 99.
Dans le mode de réalisation illustré, les caisses de réglage sont disposées à l’intérieure de la coque du véhicule 80, en particulier dans une partie dite supérieure 96, qui, lorsque le véhicule 80 navigue en position nominale, est dirigée vers la surface 85. Les bras sont attachés à la partie inférieure 94 de la coque 86, qui lorsque le véhicule 80 navigue en position nominale, est dirigé vers le fond marin 87.
Les caisses de réglages permettent de faire varier l’angle d’assiette du véhicule 80. Dans ce mode de réalisation, seul les caisses de réglages permettent de faire varier l’angle d’assiette du véhicule. Les figures 7, 8 et 9 illustrent trois configurations des caisses de réglages 82, 84, dans lesquelles le véhicule 80 présente respectivement un angle d’assiette nul, un angle d’assiette positif et un angle d’assiette négatif, lorsqu’immergé dans l’eau de mer (avec une masse volume estimée à 1030 kg/m3).
Dans le premier cas où l’angle d’assiette est nul, i.e. lorsque le véhicule 80 est en position nominale, les caisses de réglages sont remplies 60% d’air à l’avant et à 20 % d’air à l’arrière.
Dans le deuxième cas, où l’angle d’assiette est sensiblement positif, l’inclinaison longitudinale du véhicule 80 par rapport au plan horizontal 98 entraîne le nez 83 du véhicule en direction de la surface de l’eau 85. Dans ce cas, le remplissage des caisses de réglages est modifié de sorte que la caisse de réglage arrière 82 présente un taux de remplissage supérieur au taux de remplissage de la caisse de réglage avant 84.
Dans le troisième cas, où l’angle d’assiette est sensiblement négatif, l’inclinaison longitudinale du véhicule 80 par rapport au plan horizontal 98 entraîne le nez 83 du véhicule en direction du fond 87. Dans ce cas, le remplissage des caisses de réglages est modifié de sorte que la caisse de réglage avant 84 présente un taux de remplissage supérieur au taux de remplissage de la caisse de réglage arrière 82.
Deux bras 92 sont montés en rotation sur la coque 86 du véhicule 80. A l’extrémité libre du bras 92, un flotteur 90 est monté. Dans cet exemple, le flotteur présente un volume d’environ 10 litres
(soit 20 litres pour les deux bras). De plus, les bras 92 configurés pour être déployés présentent une longueur d’environ 2m.
L’axe de rotation des bras est ici orthogonal à l’axe principal longitudinal 99. Pour la mise à la verticale, les caisses de réglages 82, 84 sont utilisées conjointement avec les bras 92.
Pour une mise à la verticale du véhicule 80 tel que décrit précédemment, et pour assurer une flottabilité nulle du véhicule 80 en position verticale en eau de mer, les caisses de réglages sont remplies d’air à 80 % à l’avant et à 0% à l’arrière 82. En d’autres termes, la caisse de réglage 82 arrière doit être intégralement remplie de liquide.
Ainsi réglées, les caisses de réglages permettent de générer un angle d’assiette du véhicule de maximum 75°. L’action des bras, par leur déploiement, permet une régulation de la verticalité du véhicule 80, dans un domaine de +/- 12° d’angle d’assiette autour de la verticale (c’est-dire autour d’un angle d’assiette de 90°).
Comme cela est visible sur la figure 10, les bras 92a, 92b peuvent être positionnés dans plusieurs positions isolées (dont certaines sont représentées en pointillés sur la figure 10). Ainsi, selon les conditions environnementales dans lequel le véhicule évolue et selon les caractéristiques du véhicule 80, la position des bras est commandée pour prendre une ou plusieurs positions isolées, lorsque le véhicule initie une mise à la verticale ou lorsque le véhicule est en position verticale, de sorte à former un angle supérieur à 0° et inférieur à 180° avec l’axe principal longitudinal du véhicule 80. Le déploiement d’un ou des bras dans une des positions déployées telles qu’illustrées sur la figure 10 se fait selon un procédé comprenant notamment une étape dans laquelle, lorsque l’angle d’assiette du véhicule atteint un premier angle seuil, le ou les bras est/sont actionnés pour les mettre en position déployée, à partir de la position repliée.
A titre d’exemple, le déploiement des bras du véhicule 80 peut être effectué suite à une modification de l’angle d’assiette du véhicule, par exemple par l’utilisation des caisses de réglages 82, 84 et/ou le système propulsif, de sorte que cet angle d’assiette devient supérieur à égale au premier angle seuil.
Dans un mode de réalisation, la mise à la verticale du véhicule 80 est initiée au préalable du déploiement des bras, et effectuée par exemple par le biais des caisses de réglages 82, 84 et/ou du système propulsif. Par exemple, l’initialisation de la mise à la verticale par le biais des caisses de réglages permet au véhicule 80 d’atteindre un angle d’assiette d’environ 75°.
Dans un mode de réalisation, le premier angle seuil de 70° peut être spécifié, de sorte que les bras soient déployés lorsque l’angle d’assiette du véhicule 80 dépasse 70° par le biais des caisses de réglages.
Le procédé peut également comprendre une étape de repli du ou des bras du véhicule 80, lorsque l’angle d’assiette du véhicule 80 devient inférieur à un deuxième angle seuil.
Ainsi, lorsque le véhicule est manœuvré pour reprendre une position nominale en vue d’une navigation subséquente, les bras sont configurés pour être actionnés et repliés, lorsque l’angle d’assiette devient inférieur à la deuxième valeur seuil.

Claims

REVENDICATIONS
1. Véhicule autonome sous-marin (1 , 30, 50, 80) comprenant une coque (3, 40, 60, 86) s’étendant selon un axe principal longitudinal (5, 38, 58, 99), au moins un dispositif de mise à la verticale du véhicule configuré pour modifier un angle assiette du véhicule (1 , 30, 50, 80) entre une position nominale horizontale du véhicule et une position verticale du véhicule, caractérisé en ce que le dispositif de mise à la verticale du véhicule comprend un ou plusieurs bras (24, 26, 32, 52, 62, 92) montés par une extrémité proximale (24a, 26a) sur la coque (3, 40, 60, 86) et articulés en rotation par rapport à la coque (3, 40, 60, 86), et comprenant un flotteur (28, 29, 34, 54, 64, 90) à une extrémité libre distale (24b, 26b) de sorte que le bras (24, 26, 32, 52, 62, 92) est configuré pour prendre:
- une position repliée lorsque le véhicule est en position nominale avec un angle d’assiette sensiblement nul, dans laquelle le bras (24, 26, 32, 52, 62, 92) est sensiblement parallèle à l’axe principal longitudinal (5, 38, 58, 99) du véhicule (1 , 30, 50, 80) et le flotteur (28, 29, 34, 54, 64, 90) est à proximité immédiate de la coque (3, 40, 60, 86) ;
- une position déployée dans laquelle le bras (24, 26, 32, 52, 62, 92) est incliné par rapport à l’axe principal longitudinal (5, 38, 58, 99) de sorte à amener et/ou stabiliser le véhicule (1 , 30, 50, 80) en position dite verticale avec un angle d’assiette supérieur à 70° par rapport à sa position nominale.
2. Véhicule autonome sous-marin (1 , 50, 80) selon la revendication 1 , comprenant au moins deux bras (24, 26, 52, 62, 92), fixés à la coque à bâbord et à tribord, agencés de sorte à former un angle (66) compris dans la plage [60° ;180°[.
3. Véhicule autonome sous-marin (1 , 30, 50, 80) selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant au moins un organe d’actionnement permettant au bras (24, 26, 32, 52, 62, 92) de passer de la position repliée à la position déployée.
4. Véhicule autonome sous-marin (50, 80) selon la revendication 3, dans lequel l’organe d’actionnement permet en outre au bras (52, 62, 92) de passer de la position déployée à la position repliée.
5. Véhicule autonome sous-marin (50, 80) selon la revendication 4, dans lequel l’organe d’actionnement est apte à orienter le bras (52, 62, 92) dans une position angulaire déterminée ou sélectionnée par rapport à l’axe principal longitudinal (58, 99).
6. Véhicule autonome sous-marin (50, 80) selon la revendication 5, dans lequel l’organe d’actionnement est configuré pour adapter, selon l’angle d’assiette du véhicule, la position angulaire du bras (52, 62, 92) en position déployée, par rapport à l’axe principal longitudinal (58, 99).
7. Véhicule autonome sous-marin (50, 80) selon l’une des revendications 4 et 5, comprenant en outre un capteur de verticalité, tel qu’un accéléromètre, de sorte que la position angulaire du bras (52, 62, 92) est commandée en fonction du signal de sortie du capteur de verticalité.
8. Véhicule autonome sous-marin (1, 30, 50, 80) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le flotteur (28, 29, 34, 54, 64, 90) a un volume variable.
9. Véhicule autonome sous-marin (1, 30, 50, 80) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel au moins l’un des bras (24, 26, 32, 52, 62, 92) est télescopique.
10. Véhicule autonome sous-marin (1, 80) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant une ou plusieurs caisses de réglage (7, 9, 82,
84) et/ou un ou plusieurs propulseurs, aptes à faire varier l’angle d’assiette du véhicule (1, 80).
11. Véhicule autonome sous-marin (1, 80) selon la revendication 10, dans lequel les caisses de réglages (7, 9, 82, 84) sont disposées, lorsque le véhicule (1 , 80) est en position nominale, dans une partie supérieure de la coque (3, 86) et les bras (24, 26, 92) sont rattachés à une partie inférieure de la coque (3, 86) du véhicule (1, 80).
12. Procédé de mise à la verticale d’un véhicule autonome sous-marin (1, 30, 50, 80) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant l’actionnement du bras (24, 26, 32, 52, 62, 92) pour le mettre en position déployée, à partir de la position repliée, notamment lorsque l’angle d’assiette du véhicule (1, 30, 50, 80) atteint un premier angle seuil.
13. Procédé de mise à la verticale selon les revendications 10 et 12, comprenant au préalable l’initiation de la mise à la verticale du véhicule (1, 80) par le biais des caisses de réglage (7, 9, 82, 84) ou des propulseurs du véhicule (1, 80).
14. Procédé de mise à la verticale selon l’une des revendications 12 et 13 comprenant l’actionnement du bras (52, 62, 92) pour le mettre en position repliée à partir de la position déployée lorsque l’angle d’assiette du véhicule (50, 80) est inférieur à un deuxième angle seuil.
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