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Spécial “ Acoustique sous-marine ”
Acoustique
&
Techniques n° 48
La figure 5 présente un phénomène de cavitation le long de
l’extrémité d’une pale d’hélice. La cavitation est une ébullition de
l’eau lorsque la pression en un point du fluide vérifie certaines
caractéristiques. Le bruit de cavitation varie avec l’immersion
et la vitesse du sous-marin. A l’oreille, il apparaît la plupart
du temps comme un crépitement plus ou moins modulé par
la rotation des pales. Cette source prépondérante du bruit
d’hélice doit être éliminée ou minimisée à tout prix.
Les problèmes de lubrification des paliers de ligne d’arbre
peuvent conduire à l’apparition cyclique de frottement sec et
donc à un phénomène de broutement entraînant des vibrations
de ligne d’arbre voire une excitation des pales. Ce phénomène
apparaît en général pour des allures faibles et dans des plages
de vitesses étroites.
La composante hydrodynamique :
les bruits d’écoulement
On appelle bruit d’écoulement, d’une manière générale, le
bruit rayonné par le navire dont l’origine peut être identifiée
comme étant le développement d’une couche limite turbulente
sur la carène.
Pour réduire le bruit hydrodynamique, les solutions doivent
être trouvées pour éliminer ou minimiser les perturbations qui
affectent la couche limite sur la coque ainsi que les vibrations
de cavités, de structures et d’appendices provoquées par
l’écoulement. Il est donc nécessaire d’éviter :
- des formes provoquant des décollements (travail sur les
appendices),
- toute discontinuité de pente ou de courbure susceptible de
provoquer une émission tourbillonnaire,
- des interactions néfastes entre appendices et éléments de
pont,
- des interactions néfastes sur les ouvertures de coques
(minimisation ou traitement de ces ouvertures).
La figure 6 présente les principales composantes du bruit
hydrodynamique.
La forme « Albacore » choisie pour les carènes de sous-marins
est globalement elliptique à l’avant, possède une partie centrale
pseudo-cylindrique et est parabolique à l’arrière (figure 7).
Ce choix et le respect des règles décrites ci-dessous
permettent d’obtenir un faible bruit rayonné à des vitesses
moyennes :
- réalisation d’appendices aussi petits et carénés que possible.
Les appendices essentiels (ailerons, safrans, mâts) doivent
être carénés avec minutie pour éviter la cavitation, les
écoulements turbulents et les perturbations de sillage (en
dimensionnant les bords de fuites et en réduisant le jeu entre
les parties mobiles et fixes),
- élimination ou minimisation des parties mobiles de contrôle
et de direction pouvant vibrer (barres de plongée, gouvernes).
Un soin particulier quant à la forme et à l’état de surface est
essentiel.
- optimisation des orifices de grand diamètre et de divers
appendices escamotables (treuil, ancre) pour assurer une
continuité de forme,
- spécification et surveillance de la rugosité des éléments
constituant la carène (coque et appendices),
- spécification et contrôle des fréquences modales de toutes
les structures et appendices,
- optimisation des grilles de ballast.
La composante plate-forme :
le bruit des matériels à bord
Il n’est pas aisé d’établir un bilan synthétique sur la façon
dont les matériels émettent des perturbations susceptibles
de provoquer un bruit dans l’eau, chaque matériel et chaque
installation constituant presque un cas d’espèce. Le bruit d’un
sous-marin correspond surtout à des sources du typemachines
tournantes, fréquences de courant alternatif, résonances de
Fig. 5 : Cavitation en bout de pale d’hélice.
Photo : Bassin d’essais des carènes
Fig. 6 : Origine du bruit hydrodynamique
Fig. 7 : Forme « Albacore » d’une carène de sous marins
La discrétion acoustique des sous-marins