Les cours de connaissances générales du sous-marin après la seconde guerrre mondiale - Conférence VIII

LES BARRES DE PLONGEE I GENERALITES 1°)

- Définitions Un sous-marin est dit bien pesé lorsque sa flottabilité est nulle et qu'il reste en position horizontale (assiette 0). Cet équilibre est obtenu comme on l'a vu en introduisant plus ou moins d'eau dans les caisses de pesée. Si le sous-marin est en flottabilité négative, on dit qu'il est lourd. Si sa flottabilité est positive, on dit qu'il est léger. D'autre part, quand l'avant s'élève par rapport è l'arrière, on dit que le sous-marin est en assiette positive (Fig. 51 b). Inversement si son avant s'abaisse par rapport à l'arrière, il est en assiette négative (Fig. 51 c). On dit encore qu'il prend de la pointe (positive ou négative).

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2*)- Nécessité des barres de plongée. Elles sont nécessaires pour les raisons suivantes :

- a) Quand le sous-marin en plongée est bien pesé, il est en équilibre indifférent, autrement dit, il suffit d'un effort très faible pour le faire soit monter, soit descendre. Mais s'il n'est pas parfaitement pesé, la faible erreur commise sur son poids suffirait à le faire remonter en surface, ou au contraire à le faire couler. II faut pouvoir réagir contre ces tendances.

- b) D'autre part, pour bien tenir la plongée, il n'est pas suf¬fisant de bien régler la pesée du sous-marin (en poids et en assiette). En effet : Si pour une raison quelconque le bâtiment n'est pas en assiette zéro la poussée des hélices le fait monter ou descendre. Par exemple si le sous-marin marche en avant et en assiette positive, il va évidemment remonter (Fig. 52), il descendrait au contraire en assiette négative.

Les filets d'eau exercent sur la coque du sous-marin une force tendant soit à le faire monter, soit à le faire descendre, La valeur de cette force dépend de la forme de la carène, mais aussi de la vitesse. Le sous-marin n'est donc pas bien pesé pour toutes les vitesses. Comme on ne peut modifier sans cesse son poids en fonction de la vitesse, il faut des barres pour le maintenir en immersion et en assiette.

- c) Enfin il faut également disposer de moyens rapides pour changer d'immersion et d'assiette si l'On veut être manoeuvrant en plongée. Les barres de plongée sont utilisées pour obtenir ces divers effets.

II MODE D'ACTION DES BARRES DE PLONGEE

1°) - Généralités. Les sous-marins ont : - Une barre de plongée AV, placée au quart ou au cinquième de La longueur du bâtiment â partir de l'AV. - Une barre de plongée AR, placée juste derrière les hélices. Chaque barre comprend en général 2 safrans de part et d'autre de !a coque, clavetés sur une même mèche transversale. Les barres de plongée n'ont d'effet que si le sous-marin a de l'erre.

2°) - Angles de barres. On dit qu'une barre de plongée est par exemple à + 20 si l'arête AV du safran est plus haute que la mèche et si le safran fait un angle de 20° avec le plan de la quille. Si l'arête AV est au-dessous de la mèche, on dit que la barre est A un angle moins ou négatif. La figure 53 représente les 2 barres A + 20 (traits pleins) et à - 10 (tirets).

3°)- Action des filets d'eau sur un safran de barre (Fig. 54). C'est l'action des filets d'eau qui détermine l'action des barres suivant leur inclinaison (barre à + ou à -). En effet, sur chaque cm² de la surface du safran s'exerce la pression des filets d'eau. Cette pression détermine une force F normale (c'est à dire perpendiculaire) au plan du safran. Cette force F se décompose en 2 forces composantes : - F1 = force horizontale de résistance à l'avancement. - F2 = force verticale d'allègement si le safran est à +, force verticale d'alourdissement si !e safran est à -.

4°) - Action de la barre AV. Supposons que le sous-marin aille en avant :

- a) Si on met la barre AV à + (-Fig. 55) : - l'AV s'allège (force F2), - le sous-marin prend de la pointe positive, il remonte.

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- b) Si on met la barre AV à - ( Fi g, 56):

- I'AV s'alourdit (force F2), - Le sous-marin prend de la pointe négative, - il descend.

- c) L'effet principal produit par la barre AV est cependant la remontée ou l'enfoncement et non la pointe (+ ou -). La barre AV agit surtout sur 1'Immersion.

5°- Action de la barre AR. Supposons que le sous-marin aille encore en avant :

- a) Si on met la barre AR à + (Fig. 57): - l'arrière s'allège (force F2), - le sous-marin prend de la pointe négative, - il descend. .

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- B) Si on met la barre AR à - (Fig.58) : - l'arrière s'alourdit (force F2), - le sous-marin prend de la pointe positive, - il remonte.

- c) L'effet principal produit par la barre AR est cependant la pointe (positive ou négative) et non l'enfoncement ou la remontée. La barre AR agit surtout sur l'assiette.

6°)- Tenue de plongée. Les problèmes qui se posent en pratique sont les suivants :

- a) Tenir une immersion déterminée : 11 faut empêcher le sous-marin de changer d'immersion et le maintenir en assiette zéro. L'homme de barre AV a, devant les yeux, un manomètre de profondeur : s'il voit que la profondeur augmente un peu, il met sa barre à plus jusqu'à ce que l'enfoncement cesse et que le sous-marin ait rejoint l'immersion ordonnée. II met sa barre à moins s'il voit que la profondeur diminue< L'homme de barre AR observe l'indicateur d'assiette et agit de la façon suivante: - Si le sous-marin vient en assiette positive, i1 met la barre à plus, - 11 la renvoie à zéro quand l'assiette diminue. - il la met à moins si l'assiette devient négative. II doit se souvenir que son action consiste à rattraper l'index de l'indicateur avec l'avant de son safran de barre. Les 2 hommes de barre doivent veiller avec attention les appareils de contrôle de la plongée et : - Réagir avec leur barre dès qu'il voient s'amorcer un mouvement du sous-marin en immersion ou en assiette. - Manoeuvrer leur barre souvent et avec de petits angles (d'autant plus que le bâtiment va plus vite), plutôt que rarement avec de grands angles. - Concerter leurs mouvements, puisqu'on a vu que la barre AV agissait aussi un peu sur l'assiette et la barre AR aussi un peu sur l'immersion.

- b) Changer d'immersion : Ceci peut se faire de 2 façons - En prenant de la pointe. Par exemple, pour monter rapidement on ma¬noeuvre les 2 barres à la fois. Barre AV à plus; barre AR à moins, pour prendre une assiette positive ordonnée et la maintenir avec la barre AR. - En restant en assiette zéro. L'homme de barre AV met sa barre à plus ou moins (suivant qu'il s'agit de monter ou descendre). L'homme de barre AR agit pour garder l'assiette zéro.

- c) Gouverner en marche, AR : Dans ce cas, dès que le bateau prend de l'erre en arrière, les barres sont "inversées", c'est à dire que: -le barreur AV maintient l'assiette, - le barreur AR maintient 1'immersion.

- d) Gouverner à grande vitesse: Pour les grandes vitesses en plongée (vitesses supérieures à 7 nœuds environ), la barre AR suffit à maintenir le bateau en immersion à condition de barrer avec de petits angles de barre. On maintient l'immersion avec de petites pointes alternativement positives et négatives. La barre AV devient alors inutile. Pour cette raison, les sous-marins modernes (MORILLOT - NARVAL) ont des barres AV repliables ou éclipsables en superstructures. On réduit ainsi considérablement la résistance à l'avancement causée par cet appendice. On ressort par contre la barre AV pour les faibles vitesses.

7°) - Influence de 1a barre de direction. Dès que l'on oriente d'un bord ou de l'autre le gouvernail de direction, et avant même que la giration n'ait le temps de s'amorcer, on constate que le sous-marin s'alourdit de l'AR et prend de la pointe positive. Cet effet est d'autant plus accusé que l'angle de barre de direction est grand et que le sous-marin marche rapidement. On doit immédiatement le combattre en mettant la barre AR à plus. Inversement, cette action de la barre de direction est utilisée lors des avaries de barre AR (coincée à plus) pour diminuer la pointe négative accidentelle prise alors par le sous-marin.

III DESCRIPTION L'ensemble d'une installation de barre de plongée classique comprend : deux safrans, une mèche, une transmission mécanique, une manoeuvre normale, une manoeuvre de secours à bras, des indicateurs d'angles de barre.

1°) Safrans (Fig.59). Ils se composent d'une ossature en acier moulé avec entretoises, recouverte de tôle légère

L'espace creux à l'intérieur du safran est bourré de brai liégé et de plomb convenablement répartis pour qu'en position horizontale le safran soit équilibré sur sa mèche. La mèche qui entraîne les safrans est en acier forgé. Elle est clavetée sur chaque safran par deux clavettes longitudinales et une clavette transversale assurant l'appui de l'emmanchement conique. Elle est soutenue par des paliers rigidement à la coque extérieure du sous-marin Dans le cas de la barre AR du "NARVAL" les safrans sont tenus à l'extérieur par un aiguillot placé dans le talon de l'aileron (Planche I). Les mèches sont toujours extérieures à la coque épaisse pour éviter une voie d'eau grave en cas de rupture.

2°)- Transmissions mécaniques : Elles sont de 2 types ;

- a) système vis-écrou (Ecrou tournant, vis se déplaçant, Fi g.60).

Sur la mèche est claveté un levier de manœuvre qui est entraîné par une bielle liée à une tige filetée. Cette tige est engagée dans un écrou que les moteurs font tourner sans avancer; elle se déplace donc suivant son axe et entraîne avec elle la mèche de barre. Ce dispositif est celui de la barre AV des "CREOLE". -

b) système vis-écrou (Ecrou se déplaçant, vis tournant, Fig. 61). Sur la mèche est claveté un levier de manoeuvre qui est entraîné par une bielle liée à un écrou. Cet écrou est guidé dans 2 glissières portées par un manchon soudé sur 1a coque épaisse. La rotation de la vis provoque donc le déplacement de l'écrou dans un sens ou dans l'autre. Ce, dispositif est celui des barres des VII et IX et de la barre AR des "CREOLE" et "NARVAL" (représentée par la figure 61). L'arbre de manoeuvre qui entraîne la vis, traverse les caisses d'assiette par un tube étanche et ondulé pour permettre les déformations élastiques des fonds de caisses sans détérioration des joints.

NOTAS :

1 - Quel que soit le système, des butoirs solidement fixés à la coque extérieure limitent la course du levier de manoeuvre de façon que les safrans puissent s'orienter de - 30 à + 30. 2 - Les transmissions mécaniques étant installées dans les ballasts, cloches ou superstructures en communication avec la mer, doivent être confectionnées en métaux inoxydables et graissées avec le plus grand soin (graissage à distance).

3°) - Manoeuvre des barres. Les barres sont à manoeuvre électrique ou à huile suivant les types de sous-marins. Vu les graves conséquences que peut avoir une avarie de barres en plongée, on prévoit généralement sur chaque barre une manoeuvre de secours à bras.

- a) Manoeuvre électrique : Elle se prête facilement à la commande à distance du Central (par manipulateurs et relais). Par contre, elle est bruyante. La transmission mécanique est entraînée : - Soit par 2 moteurs reliés par un différentiel (Cours Technologie, p• 84)• Les 2 moteurs peuvent être employés simultanément ou isolé¬ment. La vitesse de rotation de la barre est 2 fois plus grande quand on utilise les 2 moteurs. C'est le système utilisé sur les "CREOLE"• Soit par un seul moteur qui doit être alors particulièrement robuste (Barres de VII et IX).

- b) Manœuvre à huile : La commande à distance du Central est plus compliquée. Par contre la manoeuvre est puissante, rapide et silencieuse (pour autant que la station d'huile 1e soit). La transmission mécanique est entraînée - Soit par 2 moteurs rotatifs à huile attaquant un réducteur (Fig.61). Les moteurs sont débrayables et peuvent donc être employés simultanément ou isolément. C'est te système utilisé sur les "NARVAL". - Soit par des presses à huile : - fixes et intérieures ("S" et "MORILLOT"), oscillantes et extérieures ("ARETHUSE").

- c) Manoeuvre de secours Elle est utilisée en cas d'avarie des manoeuvres normales (électriques ou à huile) ou bien dans un but d'économie d'énergie et de silence. Elles sont conçues pour permettre un passage rapide de la manoeuvre normale à la manoeuvre de secours. - Pour les barres manoeuvrées électriquement, on prévoit un volant qui entraîne l'arbre de commande après débrayage local des moteurs ("CREOLE")• Les sous-marins type VII et IX, ont une manoeuvre de secours particulièrement commode consistant en un volant au poste central qui entraîne la vis de manoeuvre par une transmission à cardans ayant la demi-longueur du bâtiment. Pour gouverner à bras il faut d'abord débrayer le moteur électrique, ce qui s'obtient par une manoeuvre à distance du Central au moyen d'air à 12 kg. - Pour les barres manoeuvrant à l'huile, il y a 2 solutions employées. - soit un volant que l'on embraye sur le réducteur du groupe de manoeuvre ("NARVAL"), il suffit alors pour passer en barre à bras de débrayer le ou les moteurs en fonction et d'embrayer le volant : - soit une pompe à bras de secours propre à chaque barre qui supplée à la station d'huile principale ("S", barre AR du "MORILLOT", '"ARETHUSE")

4°) Circuits de commande. Les barres sont normalement commandées à distance du Centrail soit par les barreurs agissant sur des manipulateurs placés devant le tableau de plongée, soit par le pilote automatique.

- a) En manœuvre électrique : La commande est très simple (manipulateurs agissant sur les relais des coffrets de démarrage situés au voisinage des moteurs).

- b) En manoeuvre à huile, la commande peut être : - directe : le manipulateur commande un tiroir qui distribue l'huile HP directement derrière l'une ou l'autre face de la presse de manœuvre. - télécommandée : le manipulateur agit sur un circuit hydraulique de télécommande à 6 kg/cm2, qui fait fonctionner le tiroir distributeur d'huile HP aux moteurs de barres. Ce distributeur télécommandé permet (l'inversion du sens de rotation des moteurs à huile et par suite assure le changement d'angles de barre ("NARVAL")

. 5°) Indicateurs d'angles de barre. Ils servent à répéter les angles de barre au voisinage des barres, au Central et au kiosque. Ils se composent : - a) D'un indicateur mécanique mû par la transmission le plus près possible de son entrée dans la coque épaisse (pour donner les indications sûres). En manoeuvre électrique cet indicateur commande aussi les interrupteurs de bout de course qui stoppent les moteurs de barre avant que le levier de manoeuvre ne heurte les butoirs. - b) De répétiteurs électriques (sur le tableau de plongée et au kiosque), qui répètent les angles de barres de Il indicateur mécanique.

6°) Barre AV des "NARVAL". Les "NARVAL" ont une Installation de barre AV entièrement différente des installations classiques que nous venons de décrire. Les safrans ne sont plus mobiles autour d'un axe horizontal. Leur angle d'incidence est fixe, mais ils peuvent s'effacer plus ou moins en superstructures par un mouvement de translation. Au lieu d'avoir un safran de chaque bord, on en a deux (Fig. 62): - un pour la montée (dit safran positif), - un pour la descente (dit safran négatif). La section d'un safran (en forme de virgule) est dessinée pour donner le maximum d'efficacité à la barre. Les safrans se déplacent latéralement sur des coulisseaux. Un système écrou-vis à pas inverse provoque leur sortie symétriquement des 2 bords, Chaque vis de manoeuvre est mue par un moteur rotatif à huile intérieur à la coque épaisse. Pour mettre plus ou moins de barre, on sort plus ou moins de safran, C'est la surface du safran qui varie et non plus son inclinaison. Cependant pour conserver les habitudes, on a adopté les conventions suivantes: - Safrans positifs entièrement sortie : + 30° - Safrans positifs et négatifs rentrés : 0 - Safrans négatifs entièrement sortis : - 30° Les indicateurs et répétiteurs d'angles de barre, sont gradués de cette façon. L'avantage de ce type de barre par rapport au type classique est de réduire la résistance à l'avancement à la marche en plongée et donc de faire une plus grande vitesse (puisqu'à 0 la barre est entièrement effacée en superstructures).

IV.- APPAREILS DE CONTROLE DE LA PLONGEE Pour qu'un sous-marin puisse évoluer en plongée, il faut qu'il connaisse à chaque instant son immersion et son assiette.

1°) Mesure de l'immersion. L'immersion se mesure au moyen de manomètres indiquant la pression de l'eau et gradués directement en hauteur d'eau correspondante, comptée à partir du dessous de la quille. Les manomètres sont de 2 types :

- a) Manomètre Bourdon C'est un manomètre métallique à tube spiral aplati. Ce tube est rempli d'eau et communique avec la mer. C'est la déformation du tube sous l'effet de (a pression qui mesure !a pression extérieure. Il faut veiller à ce que le tube soit bien rempli d'eau car s'il contenait des bulles d'air, celles-ci s'écouleraient lentement à chaque changement d'immersion et le manomètre donnerait ses indications avec un certain retard ; l'appareil serait paresseux. C'est pourquoi le tube est muni d'une purge d'air. De plus pour éviter les rentrées d'air par la prise d'eau, on place celle-ci aussi bas que possible prés de la quille : elle est isolée par un robinet de coque (il faut vérifier quand on plonge que ce robinet est bien ouvert). Leur aiguille ou leur cadran peuvent être déplacés pour réglage du manomètre. Ils sont appelés "manomètre X mètres" suivant la profondeur maximum de leur graduation (profondeur à laquelle on doit les isoler). Par exemple, un manomètre 250 mètres mesure les immersions de 0 à 250 mètres.

- b) Manomètres de précision Les manomètres Bourdon ne sont pas assez sensibles pour tenir la plongée avec une grande précision. Aussi on installe sur le tableau de plongée devant l'homme de barre AV un manomètre de précision permettant les mesures entre 0 et 20 mètres. C'est en effet à ces profondeurs qu1 il importe de tenir l'immersion avec le plus de précision (périscopes, schnorchel, aériens). Ces manomètres de précision sont de 2 types : - Manomètre à mercure (Fig. 63) :

C'est un tube contenant du mercure ouvert à la partie haute et fermé à la partie basse par une membrane de caoutchouc qui est soumise d'autre part à la pression de la mer. Plus le bâtiment s'enfonce, plus le mercure monte dans le tube. Comme ce liquide est 13,6 fois plus lourd que l'eau, il se déplace 13,6 fois moins vite. Une variation de 1 cm de niveau de mercure correspond à une variation d'immersion de 13,6 cm : on peut ainsi tenir la plongée avec précision. Ce manomètre est gradué par exemple de 5 à 18 mètres. Au-delà de cette profondeur la membrane de caoutchouc qui sépare le mercure de l'eau vient s'appliquer contre une crépine, de façon que le mercure ne déborde pas du tube par le haut,

- Manomètre à tube fermé (ou tube de MARIOTTE) : Le manomètre à mercure aussi bien que les manomètres Bourdon indiquent la différence de pression entre la mer et l'intérieur du sous-marin. Ils sont donc sensibles à la dépression intérieure (importante au schnorchel). Pour avoir des indications indépendantes de cette dépression, on utilise un tube fermé à la partie supérieure dans lequel du mercure ou un liquide coloré comprime une certaine quantité d'air, Les graduations de ces manomètres ne sont évidemment pas équidistantes, Ils portent d'un côté une plaquette graduée en immersion et de l'autre une plaquette sur laquelle est figurée la silhouette du massif et des appendices hissables en position haute. Les plaquettes sont réglables en hauteur pour étalonnage du manomètre.

- c) Vérification des manomètres. Une méthode rapide pour les vérifier consiste à prendre un top à l'immersion périscopique. En effet, on sait exactement 1a hauteur qui sépare la quille de l'Objectif d'un périscope hissé à bloc. Ayant la vue, on augmente lentement l'immersion du sous-marin. A l'instant où on la perd, un top général donné par haut-parleur permet la vérification .des indications de tous les manomètres du bord (si le bâtiment est bien en assiette 0).

2°) Mesure de l'assiette (et de la gîte). Sur les sous-marins français l'assiette se mesure au moyen d'une pendule oscillant autour d'un axe (Fig 64). Grâce à un lest, l'aiguille indicatrice reste horizontale. Le déplacement relatif de l'aiguille devant le cadran permet de mesurer l'assiette.

On trouve généralement des pendules d'assiette : sur le tableau de plongée, au kiosque et aux postes AV et AR (pour la manoeuvre de secours des barres). Sur les allemands, l'indicateur d'assiette est un tube en U rempli de liquide coloré. La gîte se mesure au moyen d'un pendule de bande à aiguille verticale lestées ou bien par niveau à bulle. 3°) Appareils de mesure divers. Les sous-marins ont au Central : - un baromètre anéroïde (Cours Technologie,p.121) qui sert à suivre en plongée la surpression due aux fuites d'air comprimé ou la dépression au cours de la marche au Schnorchel. - un densimètre servant à mesurer 1a densité de l'eau de mer pour les calculs de pesée. 4°) Tableau de plongée. Il est évidemment logique de grouper au Central sur un même tableau les appareils divers servant à contrôler la plongée et les commandes des barres. C'est le tableau de plongée. La figure 65 représente par exemple celui des "NARVAL". On y remarque : - Les manipulateurs des barres AV et AR (volants). - Les tiroirs permutateurs des barres AV et AR (à 2 positions :

manoeuvre manuelle - Pilote automatique).

- Les indicateurs d'angles de barres AV et. AR composés chacun de 2 répétiteurs électriques (par mesure de sécurité, chacun des 2 répétiteurs est pris sur un circuit distinct). Leurs aiguilles représentent la position des safrans. - Un répétiteur de barre de direction (à cause de l'influence de celle-ci sur l'assiette). - 3 manomètres Bourdon (80 mètres, 250 mètres, 400 mètres). Le manomètre 400m, est dit "manomètre de sécurité",(à cause des grenadages). C'est-à-dire qu'il est toujours sur purge sauf pour la lecture qui se fait en appuyant sur le levier de manoeuvre du boisseau qui est rappelé sur purge par un ressort. - 1 manomètre de précision (manomètre à tube fermé à mercure) gradué de 6 à 18 mètres. - 1 pendule d'assiette (de - 30 à + 30). - i baromètre anéroïde. - 1 répétiteur du loch (pour ne pas sortir la barre AV au-dessus de 7 noeuds, Et au-dessus du tableau 4 - 2 compte-tours de lignes d'arbre (parce que la tenue de la plongée est influencée par la vitesse du bâtiment). - Les appareils de pilotage automatique.

5°) Pilotage automatique (Appareil TUSHCKA). Sur les sous-marins modernes marchant à bonne vitesse en plongée, les barreurs doivent faire preuve d'une attention soutenue et donc se fatiguent rapidement. Au Schnorchel en particulier, l'immersion doit être tenue avec une grande précision et une erreur, même faible du barreur AR peut avoir des conséquences gênantes (émersion ou perte d'immersion entraînant l'alerte schnorchel). On a donc réalisé des appareils de tenue automatique de la plongée qui commandent les barres sans intervention des barreurs. Le principe de ces appareils est celui du régulateur d'immersion des torpilles (système piston pendule). Pour tenir l'immersion, l'appareil mesure la différence entre l'immersion réelle du sous-marin et i'immersion affichée (au moyen d'un piston dont une face est en communication avec la mer et l'autre appuyée par un ressort réglable), puis calcule l'angle de barre AV à commander, et enfin réalise effectivement par télécommande cet angle de barre. Pour tenir l'assiette, l'appareil mesure l'écart entre l'assiette réelle du sous-marin et l'assiette affichée (au moyen d'un pendule d'assiette), puis calcule l'angle de barre AR. à commander, et enfin réalise effectivement par télécommande cet angle de barre. Les angles de barre calculés sont aussi affichés par une aiguille sur l'appareil, On, peut donc barrer en semi-automatique, c'est-à-dire actionner les manipulateurs en recopiant ces indications. On a déjà vu qu'une manœuvre rapide (par exemple tiroir permutateur) permet de repasser immédiatement en commande manuelle en cas d'avarie du pilote.