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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.