CA2101053C - Transducteur acoustique flextenseur pour immersion profonde - Google Patents
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- CA2101053C CA2101053C CA002101053A CA2101053A CA2101053C CA 2101053 C CA2101053 C CA 2101053C CA 002101053 A CA002101053 A CA 002101053A CA 2101053 A CA2101053 A CA 2101053A CA 2101053 C CA2101053 C CA 2101053C
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- G—PHYSICS
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
- G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
- G10K9/121—Flextensional transducers
Abstract
L'invention concerne les transducteurs acoustiques du type flextenseur dans lesquels un corps de section oblongue est solli- cité par un moteur selon le grand axe de cette section. Elle consiste à utiliser des moyens viscoélastiques (104) pour absorber les déformations lentes de la coque (401) sous l'effet de l'immersion. Ces moyen s viscoélastiques présentent une raideur importante aux fréquences d'utilisation du transducteur de manière à transmettre avec u n bon rendement les vibrations du moteur à la coque. Elle permet de fabriquer un transducteur flextenseur pouvant supporter une immersion importante sans que le moteur se casse et dont le rendement est supérieur à 75 %.
Description
w ~~~lv TRANSDUCTEUR ACOUSTIQUE FLEXTENSEUR
POUR II~MEERSION PROFONDE
La présente invention se rapporte aux transducteurs acoustiques du type flextenseurs susceptibles d'étre immergés à
une profondeur importante sans subir de àégats et en fonctionnant toujours correctement. Elle s'applique à l'émission et/ou à la réception des ondes acoustiques sonores ou ultra-sonores dans les milieux fluides tels que l'espace sous-marin .
Les transducteurs flextenseurs connus sont composés généralement par une coque flexible, étanche, à paroi latérale cylindrique de section droite elliptique, mise en vibration par un ou plusieurs piliers ou barreaux de cellules piézoélectriques en céramique. Chaque pilier est maintenu en compression entre les parties opposées les plus éloignées de la paroi latérale. En émission, un champ électrique alternatif est appliqué dans la direction longitudinale de chaque pilier et le mouvement résultant, qui a lieu suivant l'axe longitudinal de chaque pilier, est retransmis, amplifié, au milieu liquide environnant, l'amplitude de ce mouvement étant maximum dans le plan engendré par les petits axes des ellipses formées par chaque section droite.
Une précontrainte en compression des cellules piézoélectriques de chaque pilier est nécessaire pour éviter le bris de la céramique lorsque les piliers sont sollicités en extension .
Cette précontrainte est, selon un premier mode de réalisation connu, fournie directement par la coque su moment de l'assemblage des plliers. Les logements prévus dans la coque pour les plllers ont, avant l'assemblage, des longueurs inférieures h oelles des piliers. Pour mettre en plaoo les piliers, ll suffit d'appliquer deux forces extérieures opposées sur les parties en regard les plus rapprochées de la paroi ,,.
POUR II~MEERSION PROFONDE
La présente invention se rapporte aux transducteurs acoustiques du type flextenseurs susceptibles d'étre immergés à
une profondeur importante sans subir de àégats et en fonctionnant toujours correctement. Elle s'applique à l'émission et/ou à la réception des ondes acoustiques sonores ou ultra-sonores dans les milieux fluides tels que l'espace sous-marin .
Les transducteurs flextenseurs connus sont composés généralement par une coque flexible, étanche, à paroi latérale cylindrique de section droite elliptique, mise en vibration par un ou plusieurs piliers ou barreaux de cellules piézoélectriques en céramique. Chaque pilier est maintenu en compression entre les parties opposées les plus éloignées de la paroi latérale. En émission, un champ électrique alternatif est appliqué dans la direction longitudinale de chaque pilier et le mouvement résultant, qui a lieu suivant l'axe longitudinal de chaque pilier, est retransmis, amplifié, au milieu liquide environnant, l'amplitude de ce mouvement étant maximum dans le plan engendré par les petits axes des ellipses formées par chaque section droite.
Une précontrainte en compression des cellules piézoélectriques de chaque pilier est nécessaire pour éviter le bris de la céramique lorsque les piliers sont sollicités en extension .
Cette précontrainte est, selon un premier mode de réalisation connu, fournie directement par la coque su moment de l'assemblage des plliers. Les logements prévus dans la coque pour les plllers ont, avant l'assemblage, des longueurs inférieures h oelles des piliers. Pour mettre en plaoo les piliers, ll suffit d'appliquer deux forces extérieures opposées sur les parties en regard les plus rapprochées de la paroi ,,.
2 , ï ...
latérale pour comprimer la coque à cet endroit et provoquer par déformation élastique de celle-ci une augmentation juste suffisante de la longueur des logements pour permettre l'installation des piliers . La farce de précontrainte est appliquée lorsque l'action des deux forces extérieures est supprimée. Les piliers restent alors comprimés dans leurs logements entre les parties de la paroi latérale intérieure de la coque en contact avec leurs extrémités .
Ce mode de réalisation exige, pour obtenir un fonetionnernent correct des transducteurs à une profondeur déterminée, de donner à l'amplitude des deux forces extérieures une valeur supérieure à celle qui est exercée normalement par la pression hydrostatique à cette profondeur. Ceci a pour inconvénient de limiter l'utilisation de ces types de transducteurs aux profondeurs pour lesquelles la force de précontrainte du pilier peut encore être assurée, pour évitez le bris de la céramique constituant les cellules piézoélectriques .
Selon un deuxième mode de réalisation connu, la force de précontrainte de chaque pilier peut ëtre obtenue au moyen d'une tige traversant chaque pilier suivant son axe longitudinal, les extrémités de la tige étant maintenues par boulonnage à la coque. Mais dans ce cas, la pression hydrostatique exerce, par l'intermédiaire de la coque, un effort , de traction sur chaque pilier qui entraine, lorsqu'il est trop fort, une rupture de la céramique composant les cellules piézoélectriques .
Enfin selon un troisiême mode de réalisation connu, dont une description peut être trouvée dans le brevet US 4 420 826, l'empilement des cellules piézoélectriques peut ëtre réalisé le long d'une tige de précontrainte qui n'est pas fixée par ses extrémités à la coque. Le maintien de l'empllement est assuré par deux ralls pour ne pas être soumis, comme dans le mode de réalisation précédemment décrit, à un effort de traction dirigé selon l'axe longitudinal du pilier. Cependant, là encore, lorsdue l'immersion du transducteur est telle qu'un ou deux WO 92/13338 ~ ~ ~ ~ av ~ ~ PGT/FR92/00025 .:
latérale pour comprimer la coque à cet endroit et provoquer par déformation élastique de celle-ci une augmentation juste suffisante de la longueur des logements pour permettre l'installation des piliers . La farce de précontrainte est appliquée lorsque l'action des deux forces extérieures est supprimée. Les piliers restent alors comprimés dans leurs logements entre les parties de la paroi latérale intérieure de la coque en contact avec leurs extrémités .
Ce mode de réalisation exige, pour obtenir un fonetionnernent correct des transducteurs à une profondeur déterminée, de donner à l'amplitude des deux forces extérieures une valeur supérieure à celle qui est exercée normalement par la pression hydrostatique à cette profondeur. Ceci a pour inconvénient de limiter l'utilisation de ces types de transducteurs aux profondeurs pour lesquelles la force de précontrainte du pilier peut encore être assurée, pour évitez le bris de la céramique constituant les cellules piézoélectriques .
Selon un deuxième mode de réalisation connu, la force de précontrainte de chaque pilier peut ëtre obtenue au moyen d'une tige traversant chaque pilier suivant son axe longitudinal, les extrémités de la tige étant maintenues par boulonnage à la coque. Mais dans ce cas, la pression hydrostatique exerce, par l'intermédiaire de la coque, un effort , de traction sur chaque pilier qui entraine, lorsqu'il est trop fort, une rupture de la céramique composant les cellules piézoélectriques .
Enfin selon un troisiême mode de réalisation connu, dont une description peut être trouvée dans le brevet US 4 420 826, l'empilement des cellules piézoélectriques peut ëtre réalisé le long d'une tige de précontrainte qui n'est pas fixée par ses extrémités à la coque. Le maintien de l'empllement est assuré par deux ralls pour ne pas être soumis, comme dans le mode de réalisation précédemment décrit, à un effort de traction dirigé selon l'axe longitudinal du pilier. Cependant, là encore, lorsdue l'immersion du transducteur est telle qu'un ou deux WO 92/13338 ~ ~ ~ ~ av ~ ~ PGT/FR92/00025 .:
3 côtés des piliers ne sont plus en contact avec la coque, le transducteur ne peut plus fonctionner correctement.
La demanderesse a également proposé dans le demande de brevet français n° 88 14416 déposée le 4/11/88 deux autres modes de réalisations d'un transducteur flextenseur dans lesquels on ajoute aux piliers de céramique une contremasse, qui peut être éventuellement assurée par un dispositif fluidique.
Ces dispositifs fonctionnent correctement mais ces organes supplémentaires compliquent leur fabrication.
Pour pallier ces inconvénients l'invention propose un transducteur acoustique flextenseur pour immersion profonde, comportant une coque creuse de section oblongue et un moteur électroacoustique destiné à exciter cette coque selon le grand axe de cette section, principalement caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens viscoélastiques permettant d'absorber sans présenter de résistance mécanique appréciable les efforts exercés par la coque sur le moteur sous l'effet des déformations provenant de l'immersion, et présentant une raideur importante aux fréquences de fonctionnement du moteur pour 2p communiquer à la coque les vibrations de ce moteur avec un bon rendement.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaïtront clairement dans la description suivante faite à
titre d'exemple non limitatif en regard des . figures annexées qui représentent - la figure 1, une vue en coupe d'un transducteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2, un diagramme caractéristique du matériau composant la pièce 104 de la figure 1 ;
- la figure 3, une vue en coupe d'un deuxième mode de réallaation ; et - la figure 4, des vues en coupe de profll et de dessus d'un troiaiéme mode de réalisation.
On a représenté sur la figure 1 une vue en coupe d'un transducteur flextenseur du type 4 selon le classement WO 92/13338 pCT/FR92/00025 ~~~ ~~.~~~:~ 4 établi par ROYSTER dans la revue JASA N° 38, 1965 p. 879 z 880.
Ce ~transducteur comprend une coque de section elliptique 101 dans laquelle est inséré un moteur piézoé-p lectrique 102 placé selon le grand axe de l'ellipse et qui s'appuie par ses deux extrémités sur les faces intérieures de la coque pour la faire vibrer, sous l'influence d'une tension électrique, selon un axe OX parallèle à ce grand axe. Sous cette influence toute la coque se met à vibrer et l'amplitude du mouvement est maximum selon un axe OY parallèle au petit axe de l'ellipse .
Lorsqu'un tel transàucteur doit fonctionner à unP
immersion profonde, par exemple supérieure à 100m, la coque se déforme en s'aplatissant selon un axe OY, et donc en s'élargissant selon l'axe OX puisque l'intérieur 103 ne communique pas avec l'extérieur et ne contient donc que de l'air à la pression athmosphérique. Cet élargissement tend à tirer sur le moteur 102, formé d'un empilement de céramiques piézoélectriques. Comme celles-ci ne supportent pas les efforts Z~ de traction, elles risquent de se casser en dynamique.
Selon l'invention, on insére, sensiblement au milieu du moteur 102, une pièce 104 formée d'un matériau viscoélastique dont la raideur statique est faible et la raideur dynamique est élevée. Dans l'exemple représenté, pour faciliter Ia réalisation ?5 mécanique, on a inséré en outre deux plaques d'acier intermédiaires 105 et 106 entre cette pi'ece viscoélastique et les céramiques composant le moteur, mais cette disposition n'est pas essentielle. De méme sur le dessin les dimensions de la piéce viscoélastique et des plaques métalliques sont 30 représentées sensiblement égales à celles des plaques de céramique formant le moteur, mais le d3mensionnement exact sers choisi en fonction des caractéristiques des matériaux utilisés .
Alnsl lorsque le transducteur est immergé, la coque 101 s'écrase et les deux parties droite et gauche du moteur ' .5 Situéeq do part et d'autre de la pléce 104 s'écartent en WO 92/13338 PCTlFR92/00025 ~~a ~~l~lJ
-..
exerçant une traction sur celle-ci. Comme la compliance (inverse de la raideur) statique du matériau utilisé est forte, celui-ci se déforme progressivement sous l'influence de la déformation de la coque et il s'étire sans exercer de traction appréciable sur les deux parties du moteur. Celles-ci ne sont donc pas soumises à des efforts de traction susceptibles de les casser.
Par contre lorsque le moteur est soumis aux tensions électriques alternatives destinées à générer la vibration acoustique, comme la compliance du matériau viscoélastique utilisé est très faible pour les fréquences utilisées, qui correspondent sensiblement à la fréquence de résonance du transducteur, ce matériau se comporte comme s'il était parfaitement rigide. Le barreau formé par les deux parties du moteur, les plaques d'acier et la pièce 104, vibre ainsi d'un seul bloc en transmettant ses vibrations à la coque du transducteur.
Le matériau utilisé présentant une différence de compliance, ou de raideur, entre les basses fréquences qui correspondent aux sollicitations statiques et les hautes fréquences qui correspondent aux sollicitations dynamiques, on peut résumer le comportement de la pièce formée avec ce matériau en disant qu'elle se comporte comme un filtre mécanique passe-haut.
Un transducteur est caractérisé par K . raideur du moteur piézoélectrique m K : raideur de la coque c Q . facteur de qualité B (fréquence de résonance 30sur bande de fréquence).
Si Pl est la pression limite pour laquelle le moteur est désolidarisé de la coque, KO la raideur statique du joint et K
sa raideur dynamique complexe (K = K'+jK") , on a G"_ K"
35tB d - G.
WO 92/13338 , '~ ~ ~ ~ ~ j ~ 6 PCT/FR92/00025 ..._ G étant le module de cisaillement complexe (G = G' ~ jG") .
Les contraintes sur le matériau du joint sont , pour une pression hydrostatique à atteindre égale à nPl:
K,; K
____~ _____ (n-1) (~ + K~ ) 1 K + K~~li2 K > Km et fr # - _--- fo + K~ J
où f0 est la fréquence de résonance avant la mise en place des joints.
On obtient donc gd > 3 QKm Cette dernière condition permet d'obtenir un rendement supérieur à 75°b.
Divers matériaux permettent de fabriquer un tel joint.
Une caractéristique typique permettant de sélectionner ces matériaux est qu'ils ont une transition vitreuse à la température ambiante dans la gamme de fréquences considérées .
A titre d'exemple, on peut utiliser comme matériau un polyuréthanne, dont a représenté sur la figure 2 le module de raideur G exprimé en N/m2 et le facteur dé perte tgd en fonction de la fréquence en Hz.
On constate que la transition est obtenue pour une fréquence sensiblement égale à 10 2Hz, c'est-à-dire pour des sollicitations sur le matériau évoluant très lentement (période 100 secondes correspondant typiquement à l'écrasement progressif de le coque du flextenseur lorsque celui-ci s'immerge de plus en plus profondément) . La valeur G du module à
cette transition est alors sensiblement égale à 4.106 N/m2.
Dès que l'on atteint une fréquence de 1000 Hz, largement inférieure aux fréquences utilisées dans le flextenseur, le module atteint 1, 5. lOS N/m2 et tg g vaut 5.10 Z . La dynamique des raideurs est alors égale à 37, 5 pour WO 92/13338 ~ ~ ~ ~ ~, ~~ ~ . PCT/FR92/00025 ce matériau, ce qui permet d'obtenir des résuitats tout à fait satisfaisants .
Le matériau viscoélastique peut ëtre placé en bien d'autres endroits et on a représenté sur le figure 3 un deuxième mode de réalisation dans lequel un joint 304 est inséré entre la coque 301 et le moteur 302.
Ce moteur 302 comprend un empilement de céramiques sousmis à une précontrainte ~ l'aide d'une tige 311 qui traverse l'empilement de part en part. Des écrous de serrage 312 viennent se visser aux extrémités de la tige pour comprimer les céramiques par l'intermédiaire d'une pièce d'appui métallique ' 313 et d'une rondelle isolante 314.
Le joint viscoélastique 304 est formé de deux plaques insérées de part et d'autre entre la coque et la pièce 313. Dans cette configuration ce joint fonctionne en flexion alors que dans l'exemple de réalisation précédent il fonctionnait en compression, mais le résultat est le même.
Selon le cas l'autre extrémité du transducteur flextenseur de la figure 3 peut ëtre identique à l'extrémité
représentée sur cette figure, ou bien le moteur peut être directement fixé sur la coque. La réalisation ne comportant qu'un joint d'un seul côté est plus facile à fabriquer mais ce joint est soumis à des déformations plus importantes, qui ne sont pas toujours souhaitables.
2g Pour fixer les idées et bien montrer les ordres de grandeur des moyens de réalisation de l'invention, on considérera un transducteur flextenseur de classe 4 dont la profondeur est égale à 10 cm de long et dont la fixation est conforme à la figure 3 aux deux extrémités de ce moteur. La coque comporte donc 4 joints plats de 10 cm de long (2 de chaque côté) . Les caractéristiques typiques d'un , tel transducteur sont par exemple - pl = 30 bars - fr = 3 kHz -Km = 109 N/m 2~~~fl~~
- Q = 4, 2 - Kc = 2.108 N/m Avec n - 3 (donc P limite = 90 bars), on obtient KO = 8, 3 .107 N/m p La raideur KO est égale à G0. é, où GO est le module statique, égal avec le matériau décrit ci-dessus à
La demanderesse a également proposé dans le demande de brevet français n° 88 14416 déposée le 4/11/88 deux autres modes de réalisations d'un transducteur flextenseur dans lesquels on ajoute aux piliers de céramique une contremasse, qui peut être éventuellement assurée par un dispositif fluidique.
Ces dispositifs fonctionnent correctement mais ces organes supplémentaires compliquent leur fabrication.
Pour pallier ces inconvénients l'invention propose un transducteur acoustique flextenseur pour immersion profonde, comportant une coque creuse de section oblongue et un moteur électroacoustique destiné à exciter cette coque selon le grand axe de cette section, principalement caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens viscoélastiques permettant d'absorber sans présenter de résistance mécanique appréciable les efforts exercés par la coque sur le moteur sous l'effet des déformations provenant de l'immersion, et présentant une raideur importante aux fréquences de fonctionnement du moteur pour 2p communiquer à la coque les vibrations de ce moteur avec un bon rendement.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaïtront clairement dans la description suivante faite à
titre d'exemple non limitatif en regard des . figures annexées qui représentent - la figure 1, une vue en coupe d'un transducteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2, un diagramme caractéristique du matériau composant la pièce 104 de la figure 1 ;
- la figure 3, une vue en coupe d'un deuxième mode de réallaation ; et - la figure 4, des vues en coupe de profll et de dessus d'un troiaiéme mode de réalisation.
On a représenté sur la figure 1 une vue en coupe d'un transducteur flextenseur du type 4 selon le classement WO 92/13338 pCT/FR92/00025 ~~~ ~~.~~~:~ 4 établi par ROYSTER dans la revue JASA N° 38, 1965 p. 879 z 880.
Ce ~transducteur comprend une coque de section elliptique 101 dans laquelle est inséré un moteur piézoé-p lectrique 102 placé selon le grand axe de l'ellipse et qui s'appuie par ses deux extrémités sur les faces intérieures de la coque pour la faire vibrer, sous l'influence d'une tension électrique, selon un axe OX parallèle à ce grand axe. Sous cette influence toute la coque se met à vibrer et l'amplitude du mouvement est maximum selon un axe OY parallèle au petit axe de l'ellipse .
Lorsqu'un tel transàucteur doit fonctionner à unP
immersion profonde, par exemple supérieure à 100m, la coque se déforme en s'aplatissant selon un axe OY, et donc en s'élargissant selon l'axe OX puisque l'intérieur 103 ne communique pas avec l'extérieur et ne contient donc que de l'air à la pression athmosphérique. Cet élargissement tend à tirer sur le moteur 102, formé d'un empilement de céramiques piézoélectriques. Comme celles-ci ne supportent pas les efforts Z~ de traction, elles risquent de se casser en dynamique.
Selon l'invention, on insére, sensiblement au milieu du moteur 102, une pièce 104 formée d'un matériau viscoélastique dont la raideur statique est faible et la raideur dynamique est élevée. Dans l'exemple représenté, pour faciliter Ia réalisation ?5 mécanique, on a inséré en outre deux plaques d'acier intermédiaires 105 et 106 entre cette pi'ece viscoélastique et les céramiques composant le moteur, mais cette disposition n'est pas essentielle. De méme sur le dessin les dimensions de la piéce viscoélastique et des plaques métalliques sont 30 représentées sensiblement égales à celles des plaques de céramique formant le moteur, mais le d3mensionnement exact sers choisi en fonction des caractéristiques des matériaux utilisés .
Alnsl lorsque le transducteur est immergé, la coque 101 s'écrase et les deux parties droite et gauche du moteur ' .5 Situéeq do part et d'autre de la pléce 104 s'écartent en WO 92/13338 PCTlFR92/00025 ~~a ~~l~lJ
-..
exerçant une traction sur celle-ci. Comme la compliance (inverse de la raideur) statique du matériau utilisé est forte, celui-ci se déforme progressivement sous l'influence de la déformation de la coque et il s'étire sans exercer de traction appréciable sur les deux parties du moteur. Celles-ci ne sont donc pas soumises à des efforts de traction susceptibles de les casser.
Par contre lorsque le moteur est soumis aux tensions électriques alternatives destinées à générer la vibration acoustique, comme la compliance du matériau viscoélastique utilisé est très faible pour les fréquences utilisées, qui correspondent sensiblement à la fréquence de résonance du transducteur, ce matériau se comporte comme s'il était parfaitement rigide. Le barreau formé par les deux parties du moteur, les plaques d'acier et la pièce 104, vibre ainsi d'un seul bloc en transmettant ses vibrations à la coque du transducteur.
Le matériau utilisé présentant une différence de compliance, ou de raideur, entre les basses fréquences qui correspondent aux sollicitations statiques et les hautes fréquences qui correspondent aux sollicitations dynamiques, on peut résumer le comportement de la pièce formée avec ce matériau en disant qu'elle se comporte comme un filtre mécanique passe-haut.
Un transducteur est caractérisé par K . raideur du moteur piézoélectrique m K : raideur de la coque c Q . facteur de qualité B (fréquence de résonance 30sur bande de fréquence).
Si Pl est la pression limite pour laquelle le moteur est désolidarisé de la coque, KO la raideur statique du joint et K
sa raideur dynamique complexe (K = K'+jK") , on a G"_ K"
35tB d - G.
WO 92/13338 , '~ ~ ~ ~ ~ j ~ 6 PCT/FR92/00025 ..._ G étant le module de cisaillement complexe (G = G' ~ jG") .
Les contraintes sur le matériau du joint sont , pour une pression hydrostatique à atteindre égale à nPl:
K,; K
____~ _____ (n-1) (~ + K~ ) 1 K + K~~li2 K > Km et fr # - _--- fo + K~ J
où f0 est la fréquence de résonance avant la mise en place des joints.
On obtient donc gd > 3 QKm Cette dernière condition permet d'obtenir un rendement supérieur à 75°b.
Divers matériaux permettent de fabriquer un tel joint.
Une caractéristique typique permettant de sélectionner ces matériaux est qu'ils ont une transition vitreuse à la température ambiante dans la gamme de fréquences considérées .
A titre d'exemple, on peut utiliser comme matériau un polyuréthanne, dont a représenté sur la figure 2 le module de raideur G exprimé en N/m2 et le facteur dé perte tgd en fonction de la fréquence en Hz.
On constate que la transition est obtenue pour une fréquence sensiblement égale à 10 2Hz, c'est-à-dire pour des sollicitations sur le matériau évoluant très lentement (période 100 secondes correspondant typiquement à l'écrasement progressif de le coque du flextenseur lorsque celui-ci s'immerge de plus en plus profondément) . La valeur G du module à
cette transition est alors sensiblement égale à 4.106 N/m2.
Dès que l'on atteint une fréquence de 1000 Hz, largement inférieure aux fréquences utilisées dans le flextenseur, le module atteint 1, 5. lOS N/m2 et tg g vaut 5.10 Z . La dynamique des raideurs est alors égale à 37, 5 pour WO 92/13338 ~ ~ ~ ~ ~, ~~ ~ . PCT/FR92/00025 ce matériau, ce qui permet d'obtenir des résuitats tout à fait satisfaisants .
Le matériau viscoélastique peut ëtre placé en bien d'autres endroits et on a représenté sur le figure 3 un deuxième mode de réalisation dans lequel un joint 304 est inséré entre la coque 301 et le moteur 302.
Ce moteur 302 comprend un empilement de céramiques sousmis à une précontrainte ~ l'aide d'une tige 311 qui traverse l'empilement de part en part. Des écrous de serrage 312 viennent se visser aux extrémités de la tige pour comprimer les céramiques par l'intermédiaire d'une pièce d'appui métallique ' 313 et d'une rondelle isolante 314.
Le joint viscoélastique 304 est formé de deux plaques insérées de part et d'autre entre la coque et la pièce 313. Dans cette configuration ce joint fonctionne en flexion alors que dans l'exemple de réalisation précédent il fonctionnait en compression, mais le résultat est le même.
Selon le cas l'autre extrémité du transducteur flextenseur de la figure 3 peut ëtre identique à l'extrémité
représentée sur cette figure, ou bien le moteur peut être directement fixé sur la coque. La réalisation ne comportant qu'un joint d'un seul côté est plus facile à fabriquer mais ce joint est soumis à des déformations plus importantes, qui ne sont pas toujours souhaitables.
2g Pour fixer les idées et bien montrer les ordres de grandeur des moyens de réalisation de l'invention, on considérera un transducteur flextenseur de classe 4 dont la profondeur est égale à 10 cm de long et dont la fixation est conforme à la figure 3 aux deux extrémités de ce moteur. La coque comporte donc 4 joints plats de 10 cm de long (2 de chaque côté) . Les caractéristiques typiques d'un , tel transducteur sont par exemple - pl = 30 bars - fr = 3 kHz -Km = 109 N/m 2~~~fl~~
- Q = 4, 2 - Kc = 2.108 N/m Avec n - 3 (donc P limite = 90 bars), on obtient KO = 8, 3 .107 N/m p La raideur KO est égale à G0. é, où GO est le module statique, égal avec le matériau décrit ci-dessus à
4.106 N/m2, S et e étant respectivement la surface, totale et l'épaisseur des joints.
On obtient pour la surface d'un joint (S/4) une valeur de 25 cm2 soit une hauteur (suivant OX) égale à 2,5 cm. Si l'épaisseur de coque est par exemple de 15 mm, on fabriquera le transducteur en épaississant cette coque au niveau du raccord avec le moteur.
La raideur dynamique vaut alors K = KO . GO= 3,1.109, de sorte que K = 3 Km.
La nouvelle fréquence de résonance obtenue est donc proche de 2, 5 kHz et on est donc bien dans le domaine utilisable vu plus haut.
Pour la condition liée au rendement, c'est-à-dire K/tgd >3 QKm~ on a K/tga = 6,2.1010 tandis que 3 QKm est égal à 1, 26.1010. Le rendement est donc nettement supérieur à 75°~.
L'invention s'étend également aux autres types de flextenseurs, tels que ceux de classe 2 ou 5.
Dans ce cas, comme représenté sur la figure 4, le flltre viscoélastique 404 a la forme d'un anneau placé entre le moteur 402, lui-même en forme d'anneau, et la coque 401 qui se présente soue la forme de deux coupoles assemblées par leurs circonférences.
On obtient pour la surface d'un joint (S/4) une valeur de 25 cm2 soit une hauteur (suivant OX) égale à 2,5 cm. Si l'épaisseur de coque est par exemple de 15 mm, on fabriquera le transducteur en épaississant cette coque au niveau du raccord avec le moteur.
La raideur dynamique vaut alors K = KO . GO= 3,1.109, de sorte que K = 3 Km.
La nouvelle fréquence de résonance obtenue est donc proche de 2, 5 kHz et on est donc bien dans le domaine utilisable vu plus haut.
Pour la condition liée au rendement, c'est-à-dire K/tgd >3 QKm~ on a K/tga = 6,2.1010 tandis que 3 QKm est égal à 1, 26.1010. Le rendement est donc nettement supérieur à 75°~.
L'invention s'étend également aux autres types de flextenseurs, tels que ceux de classe 2 ou 5.
Dans ce cas, comme représenté sur la figure 4, le flltre viscoélastique 404 a la forme d'un anneau placé entre le moteur 402, lui-même en forme d'anneau, et la coque 401 qui se présente soue la forme de deux coupoles assemblées par leurs circonférences.
Claims (8)
1. Transducteur acoustique flextenseur pour immersion profonde, comportant une coque creuse (101) de section oblongue et un moteur électroacoustique (102) destiné à exciter cette coque selon le grand axe de cette section, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens viscoélastiques (104) permettant d'absorber sans présenter de résistance mécanique appréciable les efforts exercés par la coque sur le moteur sous l'effet des déformations provenant de l'immersion, et présentant une raideur importante aux fréquences de fonctionnement du moteur pour communiquer à la coque les vibrations de ce moteur avec un bon rendement.
2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le rendement est supérieur à 75%.
en ce que le rendement est supérieur à 75%.
3. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau formant les moyens viscoélastiques (104) présente une transition vitreuse à la température ambiante à une fréquence inférieure à
la fréquence de fonctionnement du transducteur.
la fréquence de fonctionnement du transducteur.
4. Transducteur selon la revendication 3, caractérisé
en ce que le matériau viscoélastique (104) est un polyuréthanne présentant une transition vitreuse à la température ambiante à
une fréquence sensiblement égale à 10 -2Hz.
en ce que le matériau viscoélastique (104) est un polyuréthanne présentant une transition vitreuse à la température ambiante à
une fréquence sensiblement égale à 10 -2Hz.
5. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ce transducteur est du type 4 selon le classement de ROYSTER et qu'il comporte un moteur (104) allongé selon le grand axe de la coque (101) ; ce moteur étant coupé en deux parties sensiblement en son milieu et les moyens viscoélastiques (104) étant formés d'un joint reliant ces deux parties.
6. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est du type 4 selon le classement de ROYSTER et qu'il comporte un moteur (102) allongé selon le grand axe de la coque (101) et fixé à la coque par ses deux extrémités ; les moyens viscoélastiques (304) étant formés d'au moins un joint interposé entre la coque (301) et les moyens de fixation (313) d'au moins une des extrémités du moteur à la coque.
7. Transducteur selon la revendication 6, caractérisé
en ce que les moyens viscoélastiques (304) sont situés aux deux extrémités du moteur (302).
en ce que les moyens viscoélastiques (304) sont situés aux deux extrémités du moteur (302).
8. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le transducteur est du type 2 ou 5 dans le classement de ROYSTER et que sa section selon un plan perpendiculaire au plan de section oblongue est circulaire ; le moteur étant circulaire et les moyens viscoélastiques (404) formant un anneau situé entre le moteur (402) et la coque (401).
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