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"Véhicule destiné à se déplacer sur l'eau"
L'invention concerne un véhicule destiné à se déplacer sur l'eau et pourvu au moins d'une première et d'une deuxième roue placées à distance l'une de l'autre dans le sens longitudinal du véhicule, lesdites première et deuxième roues étant reliées par un moyen de liaison et de propulsion agencé pour transmettre une force de propulsion à l'eau.
Un tel véhicule est connu de la demande de brevet européen nO 0060.209. Dans le véhicule connu, les moyens de liaison et de propulsion sont formés par une chenille tendue entre les première et deuxième roues. Une des deux roues est motrice et permet ainsi l'entraînement de la chenille et donc la propulsion du véhicule dans l'eau. Pour assurer la flottabilité, le véhicule est pourvu sur les côtés d'éléments gonflables servant de flotteurs.
Un inconvénient du véhicule connu est que les moyens assurant la propulsion et ceux assurant la flottabilité sont tout à fait séparés l'un de l'autre, comme c'est généralement le cas en matière de véhicules destinés à se déplacer sur l'eau. Les éléments gonflables qui sont, au moins en partie immergés dans l'eau lorsque le véhicule est utilisé, ont comme unique fonction d'assurer la flottabilité en déplaçant un volume d'eau dont le poids est égal à celui du véhicule.
Ces éléments gonflables glissent sur l'eau et subissent des forces hydrodynamiques qui s'opposent à la progression du véhicule sur l'eau. Ces forces hydrodynamiques sont importantes surtout lorsque le véhicule atteint une
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certaine vitesse. La majeure partie de l'énergie produite pour la propulsion sera donc consommée pour vaincre ces forces hydrodynamiques.
L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un véhicule destiné à se déplacer sur l'eau sur lequel l'effet négatif causé par les forces hydrodynamiques qui s'opposent à la progression du véhicule est quasiment supprimé.
A cette fin, un véhicule suivant l'invention est caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison et de propulsion comprennent au moins un élément flottant, le ou les éléments flottants formant une boucle fermée autour des première et deuxième roues et en ce qu'il sont agencés pour la portance. Les moyens de liaison et de propulsion assurent ainsi aussi bien la flottabilité du véhicule que sa propulsion. Puisque les moyens de liaison et de propulsion sont entraînés en rotation et que l'élément flottant fait partie de ceuxci, cet élément est également entraîné en rotation. Le mouvement de l'élément flottant dans l'eau peut être comparé à celui du bout d'une rame. En effet, lorsque l'élément flottant pénètre dans l'eau, il poussera un volume d'eau vers l'arrière provoquant ainsi la propulsion du véhicule.
Comme sur une rame, la force hydrodynamique exercée sur l'élément flottant assure la propulsion du véhicule alors que celle exercée sur une coque d'un bateau conventionnelle s'oppose à la progression du bateau. Le véhicule n'est donc pratiquement pas freiné par les forces hydrodynamiques.
Une première forme de réalisation préférentielle d'un véhicule suivant l'invention est caractérisée en ce qu'il comporte une troisième et une quatrième roue reliées par un autre moyen de liaison et de propulsion comprenant au moins un élément flottant, le ou les éléments flottants formant une boucle fermée autour des troisième et quatrième roues et sont agencés
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pour permettre la portance, lesdites première et troisième resp. deuxième et quatrième roues étant montées sensiblement dans un même axe. On parvient ainsi à donner une plus grande stabilité au véhicule puisque l'assise du véhicule est plus large.
De préférence les éléments sont formés par au moins une courroie sur laquelle sont montés les éléments flottants. La courroie forme un excellent choix pour former la boucle fermée.
Une deuxième forme de réalisation préférentielle d'un véhicule suivant l'invention est caractérisée en ce que les moyens de liaison et de propulsion sont agencés pour entraîner la courroie et l'autre courroie à des vitesses différentes. Ceci permet de diriger le véhicule.
Une troisième forme de réalisation préférentielle d'un véhicule suivant l'invention est caractérisée en ce qu'il comporte au moins un flotteur disposé sur au moins un flanc latéral et servant d'élément directionel au véhicule. Le flotteur peut ainsi être utilisé pour diriger le véhicule.
De préférence, le flotteur est monté sur un bras élévateur agencé pour faire monter et descendre le flotteur par rapport au niveau de l'eau. La présence du bras élévateur permet d'utiliser également le flotteur en tant que frein et de mieux exploiter les possibilités de diriger le véhicule à l'aide du flotteur.
Une quatrième forme de réalisation préférentielle d'un véhicule suivant l'invention est caractérisée en ce qu'il est équipé d'un gouvernail disposé à la partie arrière du véhicule.
L'invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins qui illustrent en outre un exemple de réalisation d'un véhicule suivant l'invention. Dans les dessins :
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La figure 1 resp. 2 montre une vue latérale resp. d'en haut d'un véhicule suivant l'invention.
La figure 3 illustre le mouvement d'une rame.
Les figures 4,5, 6 et 7 montrent différentes vues en plan de différentes formes de réalisation d'un élément flottant.
La figure 8 montre un graphique où la puissance nécessaire à la progression du véhicule est fonction de sa vitesse.
Dans les dessins, une même référence a été attribuée à un même élément ou à un élément analogue.
La figure 1 illustre une vue schématique et latérale d'un exemple de réalisation d'un véhicule suivant l'invention. Le véhicule comporte un châssis 7 sur lequel sont montés une première 3 et une deuxième 4 roues. Les roues sont placées à une distance l'une de l'autre dans le sens longitudinal du véhicule. Dans l'exemple repris à la figure 1, la première roue 3 est située à l'extrémité avant du véhicule alors que la deuxième roue 4 se trouve à l'extrémité arrière du véhicule. La première et la deuxième roues sont reliées par un moyen de liaison et de propulsion formé par exemple par une courroie 2 ou une chaîne. La description qui suit sera limitée à l'exemple d'une courroie pour des raisons de simplification uniquement.
La courroie est pourvue, sur son enveloppe extérieure, d'éléments flottants 9 agencés pour permettre la portance du véhicule. La figure 1 illustre que les éléments flottants inférieurs se trouvent au moins en partie sous le niveau 20 de l'eau. Les éléments flottants forment une boucle fermée autour des première et deuxième roues. Ces éléments flottants sont par exemple constitués de chambres à grand volume fabriquées en matériaux à très faible densité, comme du polystyrène extrudé ou expansé ou du polyuréthane, ou par des
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chambres à air en caoutchouc ou en matière synthétique.
Le cas échéant, les éléments flottants peuvent être construits en un matériau renforcé, ce qui sera par exemple le cas lorsque le véhicule sera également utilisé en tant que véhicule amphibie. Pour limiter le glissement sur l'eau ou sur tout autre milieu sur lequel le véhicule se déplace, la surface extérieure de la courroie est de préférence pourvue de stries transversales.
La figure 4,5, 6 et 7 montrent une vue en coupe à travers une forme de réalisation préférentielle d'un élément flottant. L'élément flottant 9 est monté sur deux roues 4-1,4-2 de faible épaisseur et montées sur un même axe. L'élément flottant pénètre dans l'espace situé entre les roues 4-1,4-2 qui forment un ensemble. L'élément flottant est ainsi disposé sur l'enveloppe intérieure de la courroie 2, ce qui a pour avantage de réduire sensiblement les turbulences lorsque l'élément flottant pénètre ou sort de l'eau. L'élément flottant peut néanmoins également s'étendre de part et d'autre de la bande de roulement des roues 4-1,4-2.
Dans l'ensemble repris dans les dessins, la courroie est montée sur des roues dont au moins une est motrice. Toutefois, lorsque le véhicule possède plus de deux courroies, il n'est pas indispensable que toutes les paires de roues sur lesquelles ces courroies sont montées comportent au moins une roue motrice.
Ainsi, le véhicule peut comporter quatre courroies montées sur quatre paires de roues, deux à l'arrière qui sont motrices et deux à l'avant qui sont directrices.
L'entraînement du véhicule est par exemple assuré par un moteur 8 qui entraîne la deuxième roue 4. Bien entendu, le véhicule peut également être propulsé par la force humaine, par exemple à l'aide de pédales.
Accessoirement, le véhicule peut également être pourvu de roues auxiliaires 5,6 qui permettent de
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maintenir la courroie sous tension et de transmettre une partie du poids du véhicule sur la courroie. Les roues auxiliaires sont de préférence utilisées lorsque le véhicule dépasse une certaine longueur, par exemple de 0,5 mètre. Le véhicule comporte également un poste de pilotage 10,11.
Suivant une autre forme de réalisation, le véhicule suivant l'invention est équipé de deux courroies 2,12, comme repris à la figure 2. L'autre courroie 12 est montée sur une troisième 13 et une quatrième 14 roue. Les courroies sont montées de part et d'autre du poste de pilotage 11. Lesdites première 3 et troisième 13 resp. deuxième 4 et quatrième 14 roues sont de préférence montées sensiblement dans le même axe.
Lorsque le véhicule est équipé de deux courroies, les moyens de liaison et de propulsion sont agencés pour entraîner chaque courroie à une vitesse différente, permettant ainsi de diriger le véhicule en jouant sur la vitesse des différentes courroies. Ces moyens sont par exemple formés par un différentiel 15 et par des freins 16,17 montés sur l'axe des roues.
La flottabilité du véhicule suivant l'invention est donc assurée par des éléments flottants 9 disposés sur l'enveloppe extérieure de la courroie. Lorsque le véhicule est à l'arrêt sur l'eau, il flotte sur les éléments flottants qui sont en contact avec l'eau, c'est-à-dire ceux qui se trouvent sur la partie conductrice de la courroie. Il est donc important de dimensionner les courroies et les éléments flottants de telle façon que la portance soit assurée. Ceci est réalisé soit en donnant une longueur suffisante aux courroies, soit en jouant sur la dimension des éléments flottants, soit sur une combinaison des deux.
Lorsque le véhicule se déplace sur l'eau, la ou les courroies sont entraînées en rotation. Ce
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mouvement de rotation est comparable à celui du bout d'une rame. En effet, par rapport à un point fixe d'une barque, le bout de la rame 18 effectue un mouvement sensiblement rectangulaire comme illustré à la figure 3.
L'élément flottant suit un mouvement comparable qui va de l'arrière vers l'avant et qui propulse le véhicule.
L'élément flottant a ainsi le double rôle de flotteur et de propulseur du véhicule. Puisque le véhicule flotte sur ces éléments propulseurs, il n'y a plus de coque dans l'eau et donc le frottement de l'eau sur la coque, qui absorbe la majeure partie de l'énergie destinée à la propulsion du véhicule, est quasiment supprimé. La force exercée par l'eau sur le véhicule est sensiblement parallèle à la direction dans laquelle le véhicule avance, ce qui a pour conséquence que c'est l'eau qui, par réaction au mouvement de la courroie, pousse le véhicule.
La ou les courroies peuvent avantageusement comporter en leur partie interne un ou plusieurs éléments de tension de forme trapézoïdale, par exemple réalisés en caoutchouc ou en néoprène armé de cordes de tension longitudinales. Dans ce dernier cas, les roues sont équipées de gorges permettant le passage de ces éléments de tension. La surface externe des courroies peuvent présenter des stries transversales pour limiter le glissement sur l'eau ou autre milieu portant.
La face interne des courroies peut également comporter des dentures transversales qui assurent une transmission sans glissement. Les roues extrêmes et, le cas échéant, les roues auxiliaires ont de préférence une largeur sensiblement égale à celle de la courroie. La roue motrice sera de préférence dentée et comportera deux flasques latéraux pour éviter le grippage de la courroie.
Suivant une autre forme de réalisation, de préférence lorsque le véhicule est mono-courroie, il
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comporte au moins un flotteur monté sur un bras élévateur agencé pour faire monter et descendre le flotteur par rapport au niveau de l'eau. De préférence, le véhicule comportera deux flotteurs placés de part et d'autre de la courroie. Le ou les flotteurs peuvent servir aussi bien de freins que de stabilisateurs.
Lorsque des flotteurs sont plongés dans l'eau, la force hydrodynamique exercée par les particules d'eau sur les flotteurs s'oppose au mouvement et provoque un freinage et augmente la stabilité au roulis. Lorsqu'un seul flotteur est plongé dans l'eau, il est utilisé pour modifier la trajectoire du véhicule.
Dans une autre forme de réalisation du véhicule, le flotteur n'est pas monté sur un bras élévateur. Enfin, la direction du véhicule peut également être assurée à l'aide d'un gouvernail placé à l'arrière du véhicule.
La différence entre la résistance à la puissance nécessaire à la progression dans l'eau ressentie par un bateau classique et celle ressentie par le véhicule suivant l'invention est illustré à la figure 8. Le graphique illustre la puissance nécessaire à l'avancement P (en chevaux vapeur) en fonction de la vitesse v (en km/h). Le graphique a été établi par comparaison entre un bateau classique et le véhicule suivant l'invention, tous deux déplaçant un même volume d'eau. La courbe a reprend la puissance nécessaire pour le bateau alors que le courbe b reprend celle consommée par le véhicule suivant l'invention. Le graphique illustre qu'à une vitesse de 40 km/h, la puissance exercée par le bateau est déjà quatre fois supérieure à celle exercée sur le véhicule.
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"Vehicle intended to move on water"
The invention relates to a vehicle intended to move on water and provided with at least a first and a second wheel placed at a distance from each other in the longitudinal direction of the vehicle, said first and second wheels. being connected by a connecting and propelling means arranged to transmit a propelling force to the water.
Such a vehicle is known from European patent application No. 0060.209. In the known vehicle, the connection and propulsion means are formed by a track stretched between the first and second wheels. One of the two wheels is driving and thus allows the drive of the track and therefore the propulsion of the vehicle in the water. To ensure buoyancy, the vehicle is provided on the sides with inflatable elements serving as floats.
A disadvantage of the known vehicle is that the means ensuring the propulsion and those ensuring the buoyancy are completely separated from each other, as is generally the case with vehicles intended to move on water. The inflatable elements which are, at least partly immersed in water when the vehicle is used, have the sole function of ensuring buoyancy by displacing a volume of water whose weight is equal to that of the vehicle.
These inflatable elements slide on the water and undergo hydrodynamic forces which oppose the progression of the vehicle on the water. These hydrodynamic forces are important especially when the vehicle reaches a
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certain speed. Most of the energy produced for propulsion will therefore be consumed to overcome these hydrodynamic forces.
The invention aims to remedy this drawback by providing a vehicle intended to move on water on which the negative effect caused by the hydrodynamic forces which oppose the progression of the vehicle is almost eliminated.
To this end, a vehicle according to the invention is characterized in that said connection and propulsion means comprise at least one floating element, the floating element or elements forming a closed loop around the first and second wheels and in that it are arranged for lift. The connection and propulsion means thus ensure both the buoyancy of the vehicle and its propulsion. Since the connecting and propelling means are driven in rotation and the floating element is one of them, this element is also driven in rotation. The movement of the floating element in the water can be compared to that of the end of a train. In fact, when the floating element enters the water, it will push a volume of water backwards, thereby causing the vehicle to propel.
As on an oar, the hydrodynamic force exerted on the floating element ensures the propulsion of the vehicle whereas that exerted on a hull of a conventional boat opposes the progression of the boat. The vehicle is therefore practically not braked by hydrodynamic forces.
A first preferred embodiment of a vehicle according to the invention is characterized in that it comprises a third and a fourth wheel connected by another connecting and propelling means comprising at least one floating element, the floating element or elements forming a closed loop around the third and fourth wheels and are arranged
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to allow lift, said first and third resp. second and fourth wheels being mounted substantially on the same axis. This achieves greater stability to the vehicle since the seat of the vehicle is wider.
Preferably the elements are formed by at least one belt on which the floating elements are mounted. The strap is an excellent choice for forming the closed loop.
A second preferred embodiment of a vehicle according to the invention is characterized in that the connection and propulsion means are arranged to drive the belt and the other belt at different speeds. This allows the vehicle to be steered.
A third preferred embodiment of a vehicle according to the invention is characterized in that it comprises at least one float disposed on at least one lateral flank and serving as a directional element for the vehicle. The float can thus be used to steer the vehicle.
Preferably, the float is mounted on a lifting arm arranged to raise and lower the float relative to the water level. The presence of the lifting arm also makes it possible to use the float as a brake and to better exploit the possibilities of steering the vehicle using the float.
A fourth preferred embodiment of a vehicle according to the invention is characterized in that it is equipped with a rudder disposed at the rear part of the vehicle.
The invention will be described in more detail using the drawings which further illustrate an embodiment of a vehicle according to the invention. In the drawings:
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Figure 1 resp. 2 shows a side view resp. from above of a vehicle according to the invention.
Figure 3 illustrates the movement of a train.
Figures 4,5, 6 and 7 show different plan views of different embodiments of a floating element.
Figure 8 shows a graph where the power required for vehicle progression is a function of its speed.
In the drawings, the same reference has been assigned to the same element or to an analogous element.
Figure 1 illustrates a schematic and side view of an embodiment of a vehicle according to the invention. The vehicle comprises a chassis 7 on which are mounted a first 3 and a second 4 wheel. The wheels are placed at a distance from each other in the longitudinal direction of the vehicle. In the example shown in Figure 1, the first wheel 3 is located at the front end of the vehicle while the second wheel 4 is located at the rear end of the vehicle. The first and second wheels are connected by a connecting and propelling means formed for example by a belt 2 or a chain. The following description will be limited to the example of a belt for reasons of simplification only.
The belt is provided on its outer casing with floating elements 9 arranged to allow the vehicle to be lifted. Figure 1 illustrates that the lower floating elements are at least partly below the water level 20. The floating elements form a closed loop around the first and second wheels. These floating elements consist, for example, of large-volume chambers made of very low density materials, such as extruded or expanded polystyrene or polyurethane, or by
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rubber or synthetic tubes.
Where appropriate, the floating elements can be constructed of a reinforced material, which will for example be the case when the vehicle will also be used as an amphibious vehicle. To limit sliding on water or any other medium on which the vehicle is traveling, the external surface of the belt is preferably provided with transverse ridges.
Figures 4,5, 6 and 7 show a sectional view through a preferred embodiment of a floating element. The floating element 9 is mounted on two wheels 4-1,4-2 of small thickness and mounted on the same axis. The floating element enters the space between the wheels 4-1,4-2 which form an assembly. The floating element is thus disposed on the inner envelope of the belt 2, which has the advantage of significantly reducing turbulence when the floating element enters or leaves the water. The floating element can nevertheless also extend on either side of the tread of the wheels 4-1,4-2.
Overall, shown in the drawings, the belt is mounted on wheels, at least one of which is driving. However, when the vehicle has more than two belts, it is not essential that all the pairs of wheels on which these belts are mounted comprise at least one drive wheel.
Thus, the vehicle can comprise four belts mounted on four pairs of wheels, two at the rear which are driving and two at the front which are steering.
The vehicle is driven for example by a motor 8 which drives the second wheel 4. Of course, the vehicle can also be propelled by human force, for example using pedals.
Incidentally, the vehicle can also be provided with auxiliary wheels 5,6 which allow
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keep the belt under tension and transfer some of the vehicle's weight onto the belt. The auxiliary wheels are preferably used when the vehicle exceeds a certain length, for example 0.5 meters. The vehicle also has a cockpit 10,11.
According to another embodiment, the vehicle according to the invention is equipped with two belts 2,12, as shown in Figure 2. The other belt 12 is mounted on a third 13 and a fourth 14 wheel. The belts are mounted on either side of the cockpit 11. Said first 3 and third 13 resp. second 4 and fourth 14 wheels are preferably mounted substantially on the same axis.
When the vehicle is equipped with two belts, the connecting and propelling means are arranged to drive each belt at a different speed, thus making it possible to steer the vehicle by varying the speed of the different belts. These means are for example formed by a differential 15 and by brakes 16,17 mounted on the axis of the wheels.
The buoyancy of the vehicle according to the invention is therefore ensured by floating elements 9 arranged on the outer casing of the belt. When the vehicle is stationary on water, it floats on the floating elements which are in contact with water, that is to say those which are on the conductive part of the belt. It is therefore important to size the belts and the floating elements so that the lift is ensured. This is achieved either by giving the belts sufficient length, or by varying the dimension of the floating elements, or by a combination of the two.
When the vehicle is moving on water, the belt or belts are rotated. This
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rotational movement is comparable to that of the end of a train. Indeed, relative to a fixed point of a boat, the end of the train 18 performs a substantially rectangular movement as illustrated in FIG. 3.
The floating element follows a comparable movement which goes from rear to front and which propels the vehicle.
The floating element thus has the double role of float and propellant of the vehicle. Since the vehicle floats on these propellants, there is no longer a hull in the water and therefore the friction of the water on the hull, which absorbs most of the energy intended for the propulsion of the vehicle, is almost deleted. The force exerted by the water on the vehicle is substantially parallel to the direction in which the vehicle is advancing, with the consequence that it is the water which, by reaction to the movement of the belt, pushes the vehicle.
The belt or belts can advantageously include in their internal part one or more tension elements of trapezoidal shape, for example made of rubber or neoprene reinforced with longitudinal tension cords. In the latter case, the wheels are equipped with grooves allowing the passage of these tension elements. The external surface of the belts may have transverse ridges to limit slipping on water or other carrying medium.
The internal face of the belts can also have transverse teeth which ensure a slip-free transmission. The extreme wheels and, where appropriate, the auxiliary wheels preferably have a width substantially equal to that of the belt. The drive wheel will preferably be toothed and will have two lateral flanges to avoid seizure of the belt.
According to another embodiment, preferably when the vehicle is single-belt, it
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comprises at least one float mounted on a lifting arm arranged to raise and lower the float relative to the water level. Preferably, the vehicle will include two floats placed on either side of the belt. The float (s) can serve as both brakes and stabilizers.
When floats are immersed in water, the hydrodynamic force exerted by the water particles on the floats opposes the movement and causes braking and increases roll stability. When a single float is immersed in water, it is used to modify the trajectory of the vehicle.
In another embodiment of the vehicle, the float is not mounted on a lifting arm. Finally, the vehicle can also be steered using a rudder placed at the rear of the vehicle.
The difference between the resistance to the power necessary for progression in water felt by a conventional boat and that felt by the vehicle according to the invention is illustrated in FIG. 8. The graph illustrates the power necessary for advancement P ( horsepower) as a function of speed v (in km / h). The graph was established by comparison between a conventional boat and the vehicle according to the invention, both displacing the same volume of water. Curve a takes up the power necessary for the boat while curve b takes up that consumed by the vehicle according to the invention. The graph illustrates that at a speed of 40 km / h, the power exerted by the boat is already four times greater than that exerted on the vehicle.