ANTENNE ACOUSTIQUE SURFACIQUE POUR SOUS-MARINS

Description

[0001] La présente invention se rapporte aux antennes acoustiques de réception d'ondes sous-marines à basse fréquence. Elle concerne plus particulièrement les antennes dites surfaciques dont les capteurs se présentent sous la forme de films piézo-électriques confectionnés généralement avec du Poly Fluorure de Vinylidène, dit PVDF.

[0002] On connaît de telles antennes de réception placées sur les flancs de sous-marins. Leur surface atteint plusieurs mètres carrés et on les appelle "antennes de flancs", en anglo-saxon "flank arrays". Dans le brevet français n° 92 06279 déposé le 27 mai 1992, publié le 26 novembre 1992 sous le n°2 691 596 et délivré le 28 avril 1995, la demanderesse a décrit une antenne de flancs composée de plusieurs panneaux rectangulaires épousant la forme convexe du flanc du sous-marin. En se reportant à la figure 2 a de ce brevet, les panneaux sont montés sur 2 rails 3,4 de manière à ce que les panneaux ne soient pas au contact de la coque, une lame d'eau séparant les panneaux de la coque. On limite ainsi la transmission des ondes de flexion de la coque vers le capteur.

[0003] Cependant les vibrations et résonances de la coque et des structures annexées du sous-marin (notamment celles provenant de la machinerie) continuent à passer par les rails.

[0004] De plus, comme la directivité des capteurs est, en eau libre, omnidirectionnelle (ils sont de dimensions faibles par rapport à la longueur d'onde centrale de la bande de fréquence d'écoute), la coque ne peut pas être revêtue d'un baffle à faible impédance acoustique qui améliorerait la discrétion acoustique du sous-marin, car la directivité serait alors variable et non maîtrisable.

[0005] Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose de combiner aux capteurs de pression des capteurs de vitesse particulaire de manière à ce que chaque panneau de réception soit directif.

[0006] Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose selon la revendication 1 une antenne acoustique surfacique, du type comportant un ensemble de capteurs de pression plans en matériau piézoélectrique plastique fixés de manière planaire dans une structure de maintien, principalement caractérisée en ce que certains de ces capteurs sont remplacés par des capteurs de vitesse particulaire placés de telle manière que la combinaison du signal des capteurs de pression avec le signal des capteurs de vitesse permet d'obtenir une cardioïde présentant un zéro de réception normale à l'une des faces de l'antenne.

[0007] Selon une autre caractéristique, les capteurs de vitesse particulaire sont formés de géophones encapsulés dans une masse de mousse syntactique dont la densité est la même que celle du matériau d'enrobage de l'ensemble des capteurs de l'antenne.

[0008] Selon une autre caractéristique, les capteurs de pression plans sont réunis par des ponts de connexion qui sont courbés en forme de V pour former des gouttières permettant de maintenir les fils de connexions des capteurs de vitesse particulaire pendant les opérations de moulage de l'ensemble de l'antenne.

[0009] Selon une autre caractéristique, la surface comportant l'ensemble des capteurs forme sensiblement un plan galbé à la surface de la coque d'un bâtiment porteur, et le zéro de la cardioïde est dirigé vers ladite coque.

[0010] Selon une autre caractéristique, le bâtiment porteur est un sous-marin.

[0011] Selon une autre caractéristique, l'antenne comporte au moins un panneau comportant 15 capteurs de pressions et 6 capteurs de vitesse régulièrement intercalés parmi ces capteurs de pression.

[0012] D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement avec la description qui suit, en regard des figures annexées qui représentent :

• la figure 1, une vue en coupe plane des panneaux d'une antenne selon l'art antérieur;
• la figure 2, une vue dans les mêmes conditions d'une antenne selon l'invention;
• La figure 3, une vue en perspective d'un géophone utilisé dans une antenne selon l'invention; et
• les figures 4 et 5, des vues en perspective d'un panneau selon l'invention avant et après moulage.

[0013] Selon l'invention, une antenne acoustique surfacique pour sous-marins telle que décrite dans le brevet français n° 2 691 596, est essentiellement caractérisée en ce que chaque panneau comporte des capteurs de vitesse particulaire dont l'axe de sensibilité est normal au plan du panneau et en ce que le centre de phase correspondant soit confondu avec le centre de phase des capteurs de pression, permettant ainsi d'obtenir une directivité en cardioïde.

[0014] La figure 1 représente une vue des capteurs de pression situés à l'intérieur d'un panneau selon l'art antérieur et correspond à la figure 5 du brevet français N° 2 691 596. On rappelle que le capteur de pression présente une structure bimorphe c'est à dire qu'il est formé de deux couches de film piézoélectrique PVDF séparées par une électrode centrale formant le point chaud. Les deux couches sont recouvertes de 2 électrodes extérieures qui sont reliées électriquement pour former le point froid.

[0015] Ainsi, la vue présentée sur la figure 1 est une coupe transversale plane du panneau à hauteur des électrodes centrales ou extérieures. Chaque électrode est formée d'un ensemble de plaques 10 carrées reliées par d'étroits ponts 11. Les 2 connexions 12 du signal de sortie sont situées à une extrémité de l'ensemble.

[0016] La figure 2 représente une vue du panneau modifié selon l'invention, suivant la même coupe que la figure 1. Des capteurs de vitesse 20 sont mis en place à des emplacements choisis pour faire coïncider les 2 centres de phase correspondant aux 2 signaux mesurant la pression et la composante de vitesse normale au panneau. Ce résultat est obtenu géométriquement en utilisant la symétrie des endroits où s'effectuent les mesures.

[0017] Suivant l'exemple de réalisation représenté en figure 2, on ôte 6 capteurs de pression sur les 21 et on place au centre des espaces ainsi ménagés 6 capteurs de vitesse 20.

[0018] Suivant une réalisation préférée, représenté schématiquement en figure 3, les capteurs de vitesse sont des géophones 301 encapsulés dans une mousse syntactique 302 présentant la même densité que le polyuréthane d'enrobage dans lequel sont moulés les capteurs de pression, comme décrit dans le brevet français 2 691 596.

[0019] Le câblage en série des géophones est indiqué sur la figure 2 et ne présente pas de caractéristiques particulières, si ce n'est que les ponts 21 sont en forme V, de façon à former une gouttière permettant de réduire le déplacement des câbles lors du moulage, comme on le voit bien aussi sur la figure 4.

[0020] Au niveau du connecteur 12, il arrive 2 fils pour le signal de pression omnidirectionnel provenant des panneaux 10, et 2 fils pour le signal de vitesse provenant des capteurs 20. La directivité du signal des capteurs 20 est en cos thêta, où thêta est l'angle d'incidence de l'onde par rapport à l'axe de sensibilité du capteur. Comme largement connu, l'addition de ces 2 signaux fournit un signal dont la directivité est en forme de cardioïde, avec la direction du "zéro" normale au panneau et orientée vers l'arrière, donc vers la coque.

[0021] Ainsi on obtient une forte rejection des ondes venant de l'arrière et une sensibilité hydrophonique indépendante du support sur lequel l'antenne est fixée. Ce support peut donc être un baffle adapté. L'expérience a montré qu'on obtient un gain de l'ordre de 10 dB en terme de réjection du bruit propre d'origine mécanique.

[0022] La figure 4 représente, selon une vue en perspective, un panneau selon l'invention avant moulage, et la figure 5 un tel panneau après moulage par coulée d'un matériau polyuréthanne 50 adapté dont le niveau arrive à fleur de la partie supérieure des géophones. Pour terminer le panneau, on coule par-dessus une couche de néoprène de composition identique à celle de l'enveloppe 40.

[0023] Le panneau ainsi obtenu peut être installé directement sur la coque du sous-marin, ou bien sur un matériau à faible impédance acoustique déposé sur la coque, ce qui améliore ainsi la discrétion acoustique du sous-marin.

[0024] Sans sortir du cadre de l'invention, les géophones peuvent être remplacées par des accéléromètres ou tout autre capteur directif.

Revendications

1. Antenne acoustique surfacique, du type comportant un ensemble de capteurs de pression plans (10) en matériau piézoélectrique plastique fixés de manière planaire dans une structure de maintien (40), ladite antenne formant un panneau montable sur la coque d'un bâtiment, caractérisée en ce que certains de ces capteurs sont remplacés par des capteurs de vitesse particulaire (20), ces capteurs étant agencés sur l'antenne de façon à ce que leur centre de phase coïncide avec celui des capteurs de pression (10) et en ce que le signal issu des capteurs de pression (10) et celui issu des capteurs de vitesse (20) sont combinés de façon à obtenir une directivité en forme de cardioïde, présentant un "zéro" dans une direction normale au panneau et orientée dans la direction de la coque, cette directivité permettant de rejeter les ondes acoustiques reçues par la face de l'antenne en regard de la coque.

2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les capteurs de vitesse particulaire (20) sont formés de géophones (301) encapsulés dans une masse de mousse syntactique (302) dont la densité est la même que celle du matériau d'enrobage (50) de l'ensemble des capteurs de l'antenne.

3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les capteurs de pression plans (10) sont réunis par des ponts de connexion qui sont courbés en forme de V pour former des gouttières permettant de maintenir les fils de connexions des capteurs de vitesse particulaire (20) pendant les opérations de moulage de l'ensemble de l'antenne.

4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface comportant l'ensemble des capteurs forme sensiblement un plan galbé à la surface de la coque d'un bâtiment porteur.

5. Antenne selon revendication 4, caractérisée en ce que le bâtiment porteur est un sous-marin.

6. Antenne selon l'une quelconques des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un panneau comportant 15 capteurs de pressions (10) et 6 capteurs de vitesse (20) régulièrement intercalés parmi ces capteurs de pression.

Ansprüche

1. Akustische Oberflächenantenne des Typs mit einer Anordnung von ebenen Drucksensoren (10) aus piezoelektrischem Plastikmaterial, die auf planare Weise in einer Trägerstruktur (40) befestigt sind, wobei die Antenne eine Platte bildet, die am Rumpf eines Schiffes montiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass einige der Sensoren durch Partikelgeschwindigkeitssensoren (20) ersetzt werden, wobei diese Sensoren so auf der Antenne angeordnet sind, dass ihr Phasenzentrum mit dem der Drucksensoren (10) zusammenfällt, und dadurch, dass das von den Drucksensoren (10) kommende Signal und das von den Geschwindigkeitssensoren (20) kommende Signal kombiniert werden, um eine herzförmige Richtwirkung mit einer "Null" in einer Richtung normal zu der Platte und in Richtung auf den Rumpf orientiert zu erhalten, wobei es diese Richtwirkung zulässt, die von der Fläche der dem Rumpf zugewandten Antenne empfangenen akustischen Wellen zurückzuweisen.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgeschwindigkeitssensoren (20) von Geophonen (301) gebildet werden, die in einer syntaktischen Schaummasse (302) verkapselt sind, deren Dichte dieselbe ist wie die des Beschichtungsmaterials (50) der Anordnung von Sensoren der Antenne.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ebenen Drucksensoren (10) durch Verbindungsbrücken aneinander gefügt sind, die V-föimig gekrümmt sind, um Rinnen zum Festhalten der Verbindungsdrähte der Partikelgeschwindigkeitssensoren (20) während der Operationen des Formens der Antennenanordnung zu bilden.

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche, die die Sensoranordnung umfasst, im Wesentlichen eine Ebene bildet, die an der Oberfläche des Rumpfs eines Trägerschiffes gekrümmt ist.

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerschiff ein U-Boot ist.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Platte mit 15 Drucksensoren (10) und 6 Geschwindigkeitssensoren (20) umfasst, die gleichmäßig unter diesen Drucksensoren verteilt sind.

Claims

1. A surface acoustic antenna of the type comprising an array of planar pressure sensors (10) made of plastic piezoelectric material and fixed in a planar manner in a support structure (40), said antenna forming a panel that can be mounted on the hull of a vessel, characterised in that some of said sensors are replaced by particle velocity sensors (20), said sensors being arranged on the antenna so that their phase centre coincides with that of said pressure sensors (10), and in that the signal coming from said pressure sensors (10) and the signal coming from said velocity sensors (20) are combined so as to obtain a heart shaped directivity having a "zero" in a normal direction to the panel and being oriented towards the hull, said directivity allowing the acoustic waves received via the face of the antenna facing the hull to be rejected.

2. The antenna according to claim 1, characterised in that said particle velocity sensors (20) are formed by geophones (301) encapsulated in a body of syntactic foam (302), the density of which is the same as that of the coating material (50) for the array of the sensors of said antenna.

3. The antenna according to claim 1 or 2, characterised in that said planar pressure sensors (10) are joined together by connection bridges that are curved in a V shape so as to form ducts for holding the connection wires of said particle velocity sensors (20) during the antenna array moulding operations.

4. The antenna according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the surface comprising said array of sensors substantially forms a plane that is curved over the surface of the hull of a carrier vessel.

5. The antenna according to claim 4, characterised in that said carrier vessel is a submarine.

6. The antenna according to any one of claims 1 to 5, characterised in that it comprises at least one panel comprising 15 pressure sensors (10) and 6 velocity sensors (20) evenly interposed among said pressure sensors.

Dessins