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Aile à volets multiples
L'invention concerne une aile a volets multiples suivant le preambule de la revendication 1, c'est- à-dire une aile à volets multiples convenant en particulier pour un gréement fixe de voiles, comprenant plusieurs éléments d'aile essentiellement raides et comprenant un bord de tête et un bord de queue.
L'invention se rapporte à la construction des bateaux et plus particulièrement au gréement de voiles.
Dans la technique antérieure, on connalt plusieurs types différents de gréements en rapport étroit avec la technologie de l'invention. Tels sont, par exemple, la voile de Korbelin (Aerohydrodynamics of sailing, C. A. Marchai), la voile fixe (voir brevet des E. U. A. 4 610 213), le système de voile (voir brevet français 2 559 449). Tous les types de gréements de voiles considérés comportent des défauts de construction et se caractérisent au surplus par une commande et par une fabrication compliquées ainsi que par un faible rendement.
On connalt également une construction d'ailes a volets multiples utilisée dans l'aviation (Vasin
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J. S., Aerodynamics of the JL-76 T aircraft, M., Transport, 1983). La construction comprend plusieurs éléments d'aile asymétrique, de profils différents, montés a pivotement autour de l'axe longitudinal de l'aile et reliés a un actuateur et à un système de commande.
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Cet arrangement présente un grand rendement (C max = 2... 3) ; cependant, il possède des caractéristiques de commande complexes et 11 est d'une fabrication compliquée. En plus, un inconvenient de l'aile à volets multiples prémentionnée réside dans le secteur d'utilisation étroit des angles d'attaque assurant une portance maximale de l'aile. En outre, dans l'application d'une aile à une voile, on éprouve une moindre fiabilité ainsi qu'un manque résultant de sécurité par mer forte.
Le but de la présente invention est de vaincre les inconvénients associés à la technologie de l'art antérieur décrits précédemment et de réaliser un genre entièrement nouveau d'aile a volets multiples.
Les objectifs vises comprennent l'amelioration du rendement aérodynamique, la réduction des complications de fabrication et la simplification de la construction d'une aile A volets multiples.
L'invention est basée sur l'utilisation d'élé- ments d'aile de profil égal ou presque égal dans une aile a volets multiples utilisée dans le gréement des voiles d'un bateau, en montant les éléments de manière raide en une forme courbe, de façon a porter le rapport de la ligne de cambrure moyenne de la surface de succion de la construction de l'aile à la corde à environ 10 A 45 %.
En plus, le rayon de courbure de la surface de succion augmente du bord avant vers le bord arrière.
Chaque élément a un bord avant arrondi et un bord arrière effilé, de sorte que la surface de succion du bord avant de l'element, ensemble avec la surface de poussée du bord arrière de l'element, forme un canal, par exemple un canal s'amincissant linéairement, dont la largeur minimale est de 0, 5 & 5 % de la longueur de la corde. La distance des bords avant d'élé-
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ments d'aile voisins est plus petite que la longueur de leur corde.
Les éléments d'aile sont fixes entre des plaques d'extrémité dont la largeur, en partant de la ligne de cambrure maximale de la section d'extrémité de l'aile, est constante ou augmente vers le bord de tete.
Plus spécifiquement, l'aile bol volets multiples suivant l'invention se caractérise par ce qui est indique dans la partie caractéristique de la revendication 1, a savoir en ce que les éléments de l'aile sont adaptes en un ordre séquentiel, en sorte que les axes longitudinaux de leurs profils forment, dans leur position de fonctionnement normale, au moins approximativement, un secteur d'un arc faisant que le rapport de la ligne de cambrure moyenne (c) de la surface de succion de la construction de l'aile à la corde (g) soit d'environ 10 à 45 %, et en ce que chaque élément de l'aile a un bord avant arrondi et un bord arrière effilé, en sorte que la surface de succion du bord avant des é1éments, ensemble avec la surface de poussée du bord arrière de l'element,
forme
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un canal s'amincissant lineairement, dont la largeur minimale est de 0, 5 à 5 % de la longueur de la corde.
L'invention procure des avantages remarquables.
La fabrication d'une alle à volets multiples à partir d'elements de profil égal est plus facile que la configuration d'une aile comparable à partir d'ele- ments différant les uns des autres, m#s par un système de commande.
La géométrie de l'aile decrite precedemment, le placement des éléments de l'aile, le choix de leurs profils avec des surfaces mutuellement adaptdes des bords avant et arrière des éléments adjacents de
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l'aile, formant un canal qui s'amincit régulierement, avec une largeur minimale de 0, 5 a 5 % de la longueur de la corde, sont des facteurs qui facilitent un ecou- lement non troublé dans la région des fentes de l'aile à volets multiples. Etant donné le montage mutuellement raide des éléments de l'aile, le système dispense de la nécessité d'un système de commande complique entralnant chaque é1ément individuellement.
Lorsque le bateau change sa course ou lorsque la direction du vent change, il suffit d'aligner l'aile toute en- tière a un angle optimal, ce qui simplifie essentiellement la commande des voiles. Ici, il convient de souligner que la construction proposée et les profils proposés de l'aile facilitent un coefficient de portance constant sur une gamme de variations suffisamment grande de l'angle d'attaque (35 < α < 55 ), faci- litant ainsi un emploi efficace de l'ai1e à vo1ets multiples comme voile (en raison de son insensibilité aux changements aléatoires de la direction du vent, conduisant a une forte réduction du coefficient de portance).
On examinera l'invention en detail ci-après en s'aidant des dessins joints au présent mémoire, illustrant une forme de réalisation de l'invention.
Sur ces dessins : - la figure 1 montre une vue laterale en coupe d'une aile à volets multiples suivant l'invention ; - la figure 2 est une vue en plan de l'aile représentée à la figure 1 ; - la figure 3 est une vue laterale en coupe d'une autre aile a volets multiples suivant l'inven- tion, fonctionnant dans le''mode de battement" ; - la figure 4 montre, sous forme d'une repre- sentation graphique, la dépendance du coefficient de
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portance Cy du profil de l'aile par rapport à la direction du vent ;
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- la figure 5 montre, sous forme d'une représentation graphique, la dependance du coefficient de portance Cy par rapport à la géométrie des plaques d'extrémité.
Aux figures 1 et 2, on a représenté une aile à volets multiples, comprenant des éléments d'aile 1, des plaques d'extrémité 2, des éléments de battement 3 et un système de battement de sécurité 4. Les éléments individuels 1 de l'aile ont un bord avant arrondi 9 et un bord arrière effilé 10, de sorte que la surface de succion 11 du bord avant 9 de l'élément 1, avec la surface de poussée 12 du bord arrière 10 de l'element 1 adjacent forment un canal 13, par exemple un canal s'amincissant lineairement, dont la largeur minimale est de 0, 5 à 5 % de la longueur g de la corde.
Les é1éments d'aile 1 sont avantageusement pourvus d'un profil égal et les éléments d'aile sont montés rigidement pour donner une forme courbe à l'aile. Les
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éléments d'aile 1 sont adaptés en un ordre séquentiel de façon telle que les axes longitudinaux des profils forment, en position de fonctionnement normale, au moins approximativement, un secteur d'arc. La distance des bords avant 9 des éléments 1 adjacents est plus petite que la longueur de leur corde. En accord encore avec la figure 2, les éléments d'aile 1 sont montés entre des plaques d'extrémité 2. Les plaques d'extrémité 2 empêchent l'écroulement de l'air de la surface de poussée à la surface de succion et, en même temps, augmentent le coefficient de portance.
Avec l'emploi de ce genre d'éléments dlaile, on obtient une construction suffisamment raide et spacieuse, dispensant de la nécessité d'un raidlssement ou d'un gréement spécial. A la figure 1, on a représenté une construction draille à gauche et a la figure 3 une construction d'aile à : droite. Les éléments d'al1e à gauche et
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à droite peuvent Otre combinés pour donner un é1ément d'aile intégré en superposant les é1éments de sens opposés, des plans intermédiaires étant montés entre les é1éments de sens opposés.
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L'emploi d'une alle à volets multiples dans un gréement de voile comprend la nécessité de prévoir un Systeme qui puisse réduire instantanément le coefficient de portance de l'aile. Un système à cette fin pour la construction proposée est fourni par un sys- tème de battement représenté à la figure 3, applique
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a au moins un des é1éments 5 ou à sa partie. Le sys- tème relie l'element 5 à la composante voisine et/ou aux plaques d'extrémité 2. L'aile représentée à la figure est actionnée dans le mode de ''battement'' et les éléments de battement 5 sont ouverts par pivotement en pivotant autour des arbres supports 6 et sont soutenus par des verrous de sareté 4.
Au moins l'un des éléments 5 est monté à pivotement sur son arbre support b par rapport aux plaques d'extrémité 2, en sorte que les arbres porteurs sont situés aux extrémités de l'element, pres du bord avant 9 de l'element, de sorte que le centre de pression de l'élément reste à l'intérieur de la section de l'element, entre l'arbre porteur 6 et le bord arrière 10. De façon correspondante, l'arbre porteur 6 est placé également à l'autre extrémité de l'element, en permettant & l'é1é- ment 5 de tourner autour de son arbre porteur 6 dans le sens de son axe longitudinal.
Le verrou de sareté 4 maintient l'élément immobile en fonctionnement normal et déclenche l'element de battement si la vitesse (force) du vent dépasse une valeur fixée (par exemple 15 m/s) en créant ainsi une situation manifestement dangereuse pour la stabilité du bateau, en permettant le déclenchement du verrou de sareté 4 et la rotation de l'élément 5 ou de sa partie dans la position de
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battement. Le verrou de sareté 4 peut être construit comme un cylindre avec une soupape de sareté. Le cylindre du verrou de surjeté 4, par exemple un cylindre hydraulique ou pneumatique, peut être réglable en facilitant une commande continue du coefficient de portance de l'aile. Dans le cas d'une aile à cinq elfe- ments, 11 est bon de munir quatre des é1éments d'un système de battement de sûreté.
Cet agencement permet une raideur structurelle suffisamment grande et, en même temps-comme l'indiquent des résultats expérimentaux-permet la réduction de la charge de l'aile à 1/2 à 1/3, 5 de la charge normale en cas d'urgence.
Dans la représentation graphique de la figure 4, le profil de l'aile est défini par un rapport f calculé comme le rapport de la ligne de cambrure moyenne c a la corde g de l'aile. L'axe vertical indique le coefficient de portance Cy et l'axe horizontal indique la direction du vent, a. Suivant ce diagramme, le rayon de courbure de l'aile peut augmenter du bord de tete 8 au bord de queue 14. Le rapport de la ligne de cambrure moyenne c de la surface de succion à la corde g de l'aile est de préférence de 10 a 45 %.
La figure 5 représente de façon correspondante, sur l'axe vertical, le coefficient de portance Cy et, sur l'axe horizontal, le rapport de la surface S de la plaque d'extrémité à la surface de base Se. Comme il résulte avec évidence du diagramme, la largeur de la plaque d'extrémiste 2, en partant du point maximal de la ligne de cambrure de la section d'extrémité, est ou bien constante ou bien va en croissant vers le bord avant.
Lorsque le courant d'air attaque l'aile à volets multiples, une force de soulèvement perpendiculaire au courant est créée par l'aile.
A la figure 4, on montre comment le changement
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des paramètres de l'aile (largeur minimale du canal 13 et ligne g de cambrure moyenne) dans les gammes de fonctionnement dont il a été question précédemment, conduit, dans un cas d'écoulement non troublé, à une réduction simultanée du coefficient de portance.
Suivant la figure 5, la forme et la surface de la plaque d'extrémité 2 sont également des facteurs qui influencent essentiellement le rendement de l'aile. La forme optimale de la plaque est rectangulaire ou approximativement rectangulaire. A ce propos, il est important de remarquer que la plaque d'extrémité est '' épaisse '' au-dessus de l'étendue de la surface de succion du bord de tete 8 de l'aile.
On a vérifié par des essais expérimentaux le grand rendement de l'aile à volets multiples avec les
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paramètres suivants : Cy max = 2, 85 ; Ct max = 3, 4 et 350= a 550.
La simplicité de la fabrication (due a l'iden- tité des éléments) et de l'emploi (due à l'omission d'une commande individuelle des éléments) assure des applications étendues pour le gréement de voiles décrit.
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Multi-flap wing
The invention relates to a multi-flap wing according to the preamble of claim 1, that is to say a multi-flap wing suitable in particular for fixed rigging of sails, comprising several essentially stiff wing elements and comprising a head edge and tail edge.
The invention relates to the construction of boats and more particularly to the rigging of sails.
In the prior art, several different types of rigging are known which are closely related to the technology of the invention. Such are, for example, the Korbelin sail (Aerohydrodynamics of sailing, C. A. Marchai), the fixed sail (see U.S. Patent 4,610,213), the sail system (see French Patent 2,559,449). All the types of sail rigging considered have construction faults and are further characterized by complicated control and manufacturing as well as by low efficiency.
We also know a construction of wings with multiple shutters used in aviation (Vasin
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J. S., Aerodynamics of the JL-76 T aircraft, M., Transport, 1983). The construction comprises several asymmetrical wing elements, of different profiles, pivotally mounted around the longitudinal axis of the wing and connected to an actuator and to a control system.
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This arrangement has a high yield (C max = 2 ... 3); however, it has complex control characteristics and 11 is complicated to manufacture. In addition, a disadvantage of the aforementioned multi-flap wing lies in the narrow use area of the angles of attack ensuring maximum lift of the wing. In addition, in the application of a wing to a sail, one experiences a lower reliability as well as a lack resulting from safety in heavy sea.
The object of the present invention is to overcome the drawbacks associated with the technology of the prior art described above and to produce an entirely new kind of wing with multiple flaps.
The objectives include improving aerodynamic performance, reducing manufacturing complications and simplifying the construction of a multi-flap wing.
The invention is based on the use of wing elements of equal or almost equal profile in a multi-flap wing used in the rigging of the sails of a boat, by mounting the elements stiffly in a shape curved, so as to bring the ratio of the average camber line of the suction surface of the construction of the wing to the rope to about 10 to 45%.
In addition, the radius of curvature of the suction surface increases from the front edge to the rear edge.
Each element has a rounded front edge and a tapered rear edge, so that the suction surface of the front edge of the element, together with the pushing surface of the rear edge of the element, forms a channel, for example a channel thinning linearly, the minimum width of which is 0, 5 & 5% of the length of the rope. The distance from the front edges of the
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neighboring wing is smaller than the length of their rope.
The wing elements are fixed between end plates whose width, starting from the maximum camber line of the end section of the wing, is constant or increases towards the head edge.
More specifically, the multi-flap bowl wing according to the invention is characterized by what is indicated in the characteristic part of claim 1, namely that the elements of the wing are adapted in a sequential order, so that the longitudinal axes of their profiles form, in their normal operating position, at least approximately, a sector of an arc such that the ratio of the mean camber line (c) of the suction surface of the wing construction to the cord (g) is about 10 to 45%, and in that each element of the wing has a rounded front edge and a tapered rear edge, so that the suction surface of the front edge of the elements, together with the pushing surface of the rear edge of the element,
form
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a linearly thinner channel, the minimum width of which is 0.5 to 5% of the length of the cord.
The invention provides remarkable advantages.
Making a multi-parted aisle from elements of equal profile is easier than configuring a comparable wing from elements differing from each other, even by a control system.
The geometry of the wing described above, the placement of the elements of the wing, the choice of their profiles with mutually adapted surfaces of the front and rear edges of the adjacent elements of
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the wing, forming a channel which thins out regularly, with a minimum width of 0.5 to 5% of the length of the cord, are factors which facilitate an undisturbed flow in the region of the slots of the wing with multiple shutters. Given the mutually stiff mounting of the wing elements, the system dispenses with the need for a complicated control system driving each element individually.
When the boat changes course or when the wind direction changes, it is enough to align the entire wing at an optimal angle, which essentially simplifies the control of the sails. Here, it should be emphasized that the proposed construction and the proposed profiles of the wing facilitate a constant lift coefficient over a range of sufficiently large variations in the angle of attack (35 <α <55), facilitating thus an efficient use of the multi-shutter wing as a sail (due to its insensitivity to random changes in the wind direction, leading to a large reduction in the lift coefficient).
The invention will be examined in detail below with the aid of the drawings attached to this document, illustrating an embodiment of the invention.
In these drawings: - Figure 1 shows a sectional side view of a wing with multiple flaps according to the invention; - Figure 2 is a plan view of the wing shown in Figure 1; - Figure 3 is a side sectional view of another wing with multiple flaps according to the invention, operating in the "flapping mode"; - Figure 4 shows, in the form of a graphical representation , the dependence of the coefficient of
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lift Cy of the wing profile with respect to the wind direction;
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- Figure 5 shows, in the form of a graphic representation, the dependence of the lift coefficient Cy with respect to the geometry of the end plates.
FIGS. 1 and 2 show a wing with multiple flaps, comprising wing elements 1, end plates 2, flapping elements 3 and a safety flapping system 4. The individual elements 1 of l wing have a rounded front edge 9 and a tapered rear edge 10, so that the suction surface 11 of the front edge 9 of the element 1, with the thrust surface 12 of the rear edge 10 of the adjacent element 1 form a channel 13, for example a linearly thinner channel, the minimum width of which is 0.5 to 5% of the length g of the cord.
The wing elements 1 are advantageously provided with an equal profile and the wing elements are rigidly mounted to give a curved shape to the wing. The
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wing elements 1 are adapted in a sequential order such that the longitudinal axes of the profiles form, in the normal operating position, at least approximately, an arc sector. The distance from the front edges 9 of the adjacent elements 1 is smaller than the length of their cord. Still in accordance with FIG. 2, the wing elements 1 are mounted between end plates 2. The end plates 2 prevent the air from collapsing from the thrust surface to the suction surface and, at the same time, increase the lift coefficient.
With the use of this kind of wing elements, a sufficiently stiff and spacious construction is obtained, dispensing with the need for a stiffening or a special rigging. In FIG. 1, a construction of a rail has been represented on the left and in FIG. 3 a construction of a wing on the right. The elements of al1e on the left and
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on the right can be combined to give an integrated wing element by superimposing the elements of opposite directions, intermediate planes being mounted between the elements of opposite directions.
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The use of an aisle with multiple flaps in a sail rigging includes the need to provide a system that can instantly reduce the lift coefficient of the wing. A system for this purpose for the proposed construction is provided by a flap system shown in Figure 3, applies
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has at least one of 5 or part of it. The system connects the element 5 to the neighboring component and / or to the end plates 2. The wing shown in the figure is actuated in the "flapping" mode and the flapping elements 5 are opened by pivoting by pivoting around the support shafts 6 and are supported by sarety locks 4.
At least one of the elements 5 is pivotally mounted on its support shaft b relative to the end plates 2, so that the bearing shafts are located at the ends of the element, near the front edge 9 of the element , so that the center of pressure of the element remains inside the section of the element, between the carrier shaft 6 and the rear edge 10. Correspondingly, the carrier shaft 6 is also placed at the other end of the element, allowing the element 5 to rotate around its carrier shaft 6 in the direction of its longitudinal axis.
The safety lock 4 keeps the element stationary in normal operation and triggers the beat element if the wind speed (force) exceeds a fixed value (for example 15 m / s) thereby creating a manifestly dangerous situation for stability of the boat, allowing the triggering of the safety lock 4 and the rotation of the element 5 or of its part in the position of
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beat. The safety lock 4 can be constructed as a cylinder with a safety valve. The cylinder of the overlock bolt 4, for example a hydraulic or pneumatic cylinder, can be adjustable by facilitating continuous control of the lift coefficient of the wing. In the case of a wing with five elements, it is advisable to provide four of the elements with a safety flap system.
This arrangement allows a sufficiently large structural stiffness and, at the same time - as indicated by experimental results - allows the reduction of the wing load to 1/2 to 1/3, 5 of the normal load in the event of emergency.
In the graphical representation of FIG. 4, the profile of the wing is defined by a ratio f calculated as the ratio of the mean camber line c to the chord g of the wing. The vertical axis indicates the lift coefficient Cy and the horizontal axis indicates the wind direction, a. According to this diagram, the radius of curvature of the wing can increase from the head edge 8 to the tail edge 14. The ratio of the mean camber line c of the suction surface to the chord g of the wing is preferably from 10 to 45%.
FIG. 5 represents correspondingly, on the vertical axis, the coefficient of lift Cy and, on the horizontal axis, the ratio of the surface S of the end plate to the base surface Se. As is evident from the diagram, the width of the extremist plate 2, starting from the maximum point of the line of camber of the end section, is either constant or increases towards the front edge.
When the air current attacks the multi-flap wing, a lifting force perpendicular to the current is created by the wing.
Figure 4 shows how the change
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wing parameters (minimum width of channel 13 and line g of average camber) in the operating ranges mentioned above, leads, in the case of undisturbed flow, to a simultaneous reduction of the lift coefficient .
According to FIG. 5, the shape and the surface of the end plate 2 are also factors which essentially influence the performance of the wing. The optimal shape of the plate is rectangular or approximately rectangular. In this regard, it is important to note that the end plate is "thick" above the extent of the suction surface of the head edge 8 of the wing.
The high efficiency of the multi-part wing has been verified by experimental tests with the
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following parameters: Cy max = 2.85; Ct max = 3, 4 and 350 = a 550.
The simplicity of manufacture (due to the identity of the elements) and of use (due to the omission of an individual order of the elements) ensures wide applications for the rigging of sails described.