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.