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Spécial “ Acoustique sous-marine ”
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Acoustique
&
Techniques n° 48
- le bruit ambiant (trafic maritime, milieu naturel et conditions
météorologiques),
- le bruit propre du sous-marin qui parasite son système
d’écoute,
- le bruit rayonné en champ lointain (Figure 1) qui est généré
par le propulseur, les phénomènes hydrodynamiques, et les
sources internes.
La figure 2 illustre comment les sources internes transmettent
le bruit à la mer par les voies :
- solidienne (transmission des vibrations vers la coque à
travers les plots de suspension, les structures intermédiaires,
les tuyauteries et les câbles),
- fluidique (transmission des fluctuations de pression par les
tuyauteries),
- aérienne (excitation de la coque par le bruit aérien intérieur
à la coque généré par les équipements).
Les contributions des composantes de bruit principales
connues (propulseur, phénomènes hydrodynamiques, sources
internes) sur les NOBR sont définies pour plusieurs situations
acoustiques du sous-marin (vitesse du sous-marin, immersion
et état de fonctionnement des installations) :
- Pour la SAC « patrouille », l’écoulement sur la coque et le
bruit dû à la propulsion sont négligeables, donc le NOBR est
entièrement alloué aux sources internes (matériels à bord).
- Pour la SAC « transit », les bruits hydrodynamiques et de la
propulsion doivent être pris en compte en plus du bruit des
équipements.
- Pour la SAC « schnorchel », les moteurs diesel sont les
sources prépondérantes de bruit rayonné.
Ces allocations imposent des exigences de bruit et vibrations
sévères sur tous les matériels à bord ainsi que sur l’hélice, la
coque et ses appendices.
La composante propulseur :
le bruit d’hélice
L’hélice dissipe directement dans l’eau la majeure partie
de l’énergie consommée à bord du sous-marin. C’est
donc potentiellement la source la plus importante de
bruit rayonné.
Les moteurs électriques de propulsion, la ligne d’arbre
et l’hélice sont optimisés pour obtenir un nombre de
tours de la ligne d’arbre par nœud réduit, dans le but
de diminuer le niveau de bruit rayonné, du fait que
les niveaux d’excitation hydrodynamiques augmentent
rapidement avec la vitesse d’écoulement du fluide. Tous
les mécanismes de production de bruit rayonné par une
hélice et sa ligne d’arbre doivent être pris en compte
(figure 3).
Les hélices des sous-marins de DCN sont conçues
en coopération avec le Bassin d’essais des carènes
du Ministère de la défense qui possède d’importants
moyens de simulations numériques et d’essais. La
figure 4 illustre l’évolution des formes d’hélice de sous-
marins au cours du
XX e
siècle.
Le chant d’hélice provient d’une interaction fluide/structure
sur les pales d’hélice. Ce phénomène apparaît lorsqu’il
y a coïncidence entre un phénomène tourbillonnaire et
mécanique. Son apparition dépend de la géométrie et
de la vitesse de rotation de l’hélice ainsi que de la vitesse
d’avancement du navire. Le résultat est une raie très pure
dans le spectre de bruit.
Fig. 1 : Sources de bruit rayonné en champ lointain
Fig. 2 : Chemins de transmission des bruits et des vibrations
à partir d’un matériel à bord jusqu’à la mer
Fig. 3 : Origine du bruit du propulseur
Fig. 4 : Évolution des formes d’hélice du type A au Type D
La discrétion acoustique des sous-marins