Chaland fait d'une matière flexible La présente invention concerne un chaland fait d'une matière flexible et destiné par exemple au transport d'une cargaison fluide, granulaire ou d'une autre. cargaison solide, par remorquage.
On a trouvé qu'il existe une vitesse de remor quage critique au-dessus, de laquelle le chaland com mence à fléchir ou à faire des embardées, ou encore à osciller à la flexion.
On a trouvé que la force à la proue du chaland tendant à produire une telle instabilité peut être représentée par l'expression f pU2Sa dans laquelle S est la surface de la section trans versale maximum d'un chaland tubulaire, U la vitesse de remorquage, e la densité du fluide dans lequel le chaland est remorqué, a le petit angle d'attaque de la proue du chaland relativement à la direction de remorquage, et f un facteur dépendant de la présence d'une ailette et variant d'une valeur inférieure à l'unité à une valeur négative, en passant par zéro, quand la surface de l'ailette augmente.
Bien qu'une surface de l'ailette telle que f = 0 semble préfé rable, on a trouvé que des valeurs de f légèrement négatives assurent une stabilité sur un grand domaine de vitesses.
Le chaland faisant l'objet de l'invention est caracr térisé en ce qu'il comprend, à proximité de sa proue, une ailette en une matière flexible et une charge agissant sur l'ailette pour la maintenir suspendue au chaland. Dans une forme d'exécution particulière l'ailette peut comprendre un renforcement sur son bord d'attaque, ce renforcement étant de préférence plus lourd que l'eau afin d'agir également comme poids de charge de l'ailette. A la place d'un renfor cement lourd, ou en plus de ce renforcement, un poids peut être attaché à l'extrémité inférieure de l'ailette.
On a trouvé également que la dérivée de la force normale CN agissant sur le reste du chaland, repré sentant le taux de variation de la force normale avec l'angle d'attaque, exerce également un effet sur la stabilité. Alors qu'avec une ailette présentant une surface donnant à f une valeur légèrement positive, une augmentation de la dérivée de la force normale tend à rendre le chaland instable, on a obtenu des résultats, inespérés quand f est légèrement négatif,
une augmentation de la dérivée de la force normale, dans ce cas, améliorant la stabilité du chaland, c7est- à-dire élevant la vitesse à laquelle la stabilité est obtenue. Si la dérivée normale est suffisamment élevée et si l'ailette présente une surface suffisante, la stabilité peut être obtenue à toutes les vitesses.
Dans une autre forme d'exécution particulière du chaland une ailette présentant une surface. de trois à cinq fois la surface de la section transversale maxi- mum du chaland s'est montrée satisfaisante pour assurer la stabilité pendant le remorquage. Les points d'attache principaux de l'ailette au chaland sont de préférence approximativement à la même distance de l'axe du chaland.
L'ailette peut être constituée par une pièce de bois plate et triangulaire, chargée à sa pointe et fixée en divers points au tissu constituant le chaland, ou elle peut être faite d'un tissu imperméabilisé ou non dont les bords sont chargés d'un poids. L'ailette peut présenter une forme triangulaire ou toute autré forme et être suspendue à la proue du chaland.
L'ai- lette peut être attachée au chaland par une ou plu sieurs sangles passant autour de la circonférence du chaland, ou par des pièces tissées avec le tissu du chaland ou cousues à ce tissu, ou encore ces deux méthodes peuvent être utilisées avec des cordes reliant les pièces aux sangles.
La sangle peut com prendre un oeillet pour permettre la connexion à pivot d'une lourde tige placée dans l'ourlet de l'ailette en tissu le long de son bord d'attaque. L'extrémité inférieure de cette tige peut porter un poids pour maintenir l'ailette tendue pendant le remorquage. Le bord de fuite de l'ailette peut être renforcé avec une corde ou tout autre corps placé dans l'ourlet.
Le bord de l'ailette proche de la surface du chaland peut être attaché à ce dernier en divers points par des cordes fixées à des volets tissés dans le chaland ou cousus à ce dernier.
On a dit plus haut que la valeur f est un facteur important pour le contrôle de la stabilité. Si la proue du chaland est faite de telle manière que la force due à la diminution de sa surface n'agisse pas effective- ment sur le chaland, par exemple si la proue se ter mine de manière abrupte sans partie inclinée,
on peut obtenir une valeur de f pratiquement égale à zéro et une ailette de petite surface sera suffisante pour obtenir la stabilité. Cependant, la surface de la sec tion transversale peut augmenter légèrement vers la proue qui peut présenter un profil aigu ou être hémi sphérique. Les deux formes assurent à f une valeur négative.
Ainsi, la proue peut être hémisphérique, ou sous forme d'un. ellipsoïde plat, ou encore sous forme d'un tube toroïdal susceptible d'être gonflé et enroulé autour de la proue pour s'ajuster étroitement sur elle. L'emploi d'un tel tube gonflable séparé permet de tisser le corps principal du chaland sous forme d'un tube.
Toujours dans une forme d'exécution particulière du chaland on peut utiliser des moyens pour aug menter la dérivée de la force normale CN, particu- lièrement sur de grands chalands.
Cela peut être obtenu en suspendant au-dessous du chaland, à des intervalles variés, de petites ailettes médianes dispo sées. uniformément sur la longueur du chaland de manière à produire une dérivée uniforme de la force normale.
Des ailettes peuvent être placées également à la proue du chaland de la manière usuelle pour les ailettes des avions.
Le chaland peut être divisé en sections. compre nant chacune une ailette de stabilisation à son extré- mité arrière.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, cinq formes d'exécution du cha land selon l'invention et des variantes.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale de la proue de la première forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 sont deux variantes de cette forme d'exécution. La fig. 4 est une vue en élévation latérale de la partie médiane de la seconde forme d'exécution.
La fig. 5 est une vue démontée de la troisième forme d'exécution.
Les fig. 6 et 7 montrent deux variantes.
La fig. 8 est une vue en élévation latérale de la quatrième forme d'exécution.
La fig. 9 est une vue en élévation latérale de la cinquième forme d'exécution.
Les fig. 10 et 11 montrent des variantes.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, un chaland 1 en matière flexible présente à son extré mité arrière une ailette de stabilisation 2 faite d'un tissu non imperméabilisé, par exemple le tissu connu sous le nom commercial de < Terylène , et com prend une tige lourde 3 montée dans un ourlet du tissu sur le bord d'attaque de l'ailette.
Un poids 4 est fixé à l'extrémité inférieure de l'ailette et celle-ci est fixée au chaland par des sangles de tissu 5 fixées à des volets 6 au moyen de cordes 7. La tige 3, qui constitue un renforcement, est fixée à pivot en 9 à un volet 10 muni d'un oeillet et fixé à la sangle 5.
L'ailette 2 est fixée de plus au chaland par des cordes 11, et une corde 12 montée dans un ourlet du tissu sur le bord de fuite de l'ailette est fixée à un volet 13 à oeillet. Le rôle de la sangle 5 est de répartir l'effort de manière que la charge ne soit pas entièrement supportée par un volet ou un.
oeillet. La sangle est empêchée de glisser vers l'arrière par les cordes 7 disposées selon la circonférence du chaland et peut être renforcée près des points d'attache de l'ailette. Elle est facile à remplacer quand elle est usée.
La variante représentée à la fig. 2 montre un chaland dont la proue est hémisphérique et comprend une ailette 2 de plus petite surface que celle repré sentée à la fig. 1 où la proue du chaland est effilée. La proue pourrait avoir la forme d'un ellipsoïde plat, ou être constituée par un tube gonflable de forme toroïdale, enroulé autour de la proue comme le montre la variante représentée à la fig. 3.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 4, des ailettes médianes 20, 21, 22 sont disposées à la partie médiane du chaland et pendent au-dessous de ce dernier à des intervalles variés, pour augmenter la dérivée de la force normale CN . L'ailette 20 com prend à son bord d'attaque un renforcement 23, comme décrit plus haut, et porte un poids 4.
Les ailettes 20 et 21 sont fixées à des volets, tandis que l'ailette 22 est fixée à des sangles 5 semblables à celles décrites dans la première forme d'exécution. Dans une variante, les ailettes pourraient être ren forcées par des tringles montées dans des poches du tissu, ou d'une pièce avec le tissu du chaland, et comprimées par le contenu du chaland. Les ailettes présentent de préférence un rapport largeur/hauteur élevé et sont disposées de manière que l'orientation du chaland autour de son axe ne présente aucune importance en ce qui concerne l'action des ailettes.
On a trouvé qu'une ailette de stabilisation disposée à la proue et présentant une surface comprise entre trois et cinq fois la surface de la section transversale maximum du chaland donne une stabilité satisfaisante pendant le remorquage. La fig. 5 montre une forme d'exécution dans laquelle l'ailette, construite et fixée de la même manière que dans la première forme d'exécution (fig. 1), comprend en outre un renfor cement 30, de bois par exemple, disposé parallèle ment à l'axe du chaland, deux sangles 5 étant utili sées dans ce cas.
On peut utiliser un plus grand nombre de sangles pour suspendre l'ailette, si nécessaire.
La fig. 6 montre une variante d'une ailette arrière, et la fig. 7 une variante d'une ailette médiane. Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 8, le chaland comprend deux ailettes médianes 20, sem blables à celle représentée à la fig. 7, et une ailette arrière 2 semblable à celle représentée à la fig. 6.
Les points d'attache principaux de l'ailette 2 sont de préférence à la même distance de l'axe du cha land. Cela peut être obtenu en pratique en déplaçant vers l'avant l'ailette fixée à une première sangle et en l'attachant ensuite à la dernière sangle. D'une autre manière, une barre rigide pourrait être disposée verticalement vers le bas à l'arrière du chaland, l'ailette étant attachée à cette barre.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 9, le chaland est divisé en trois sections A, B et C par des pinces 30. Chaque section comprend une ailette arrière 2. Chaque pince 30 réduit le diamètre du chaland à une faible valeur de manière que l'huile ou une autre cargaison liquide puisse passer d'une section à l'autre à travers l'étroit passage ménagé à l'intérieur de la section transversale d'aire réduite.
La forme recherchée peut être obtenue aussi en confectionnant le tissu de manière qu'il présente des parties de surfaces réduites. Ces formes peuvent être obtenues en cousant des pièces de tissu ensemble ou en collant ensemble des parties caoutchoutées du tissu.
La fig. 10 illustre un procédé pour obtenir des parties de surface réduite. Les parties intérieures adjacentes du tube sont collées ensemble en trois zones autour de la circonférence, comme indiqué en 31, la fig. 10 étant une coupe transversale à travers une des parties réduites. Il pourrait y avoir plus de trois zones. D'une autre manière, ces parties pour raient être cousues, rivées ou fixées ensemble de toute autre manière. Les parties peuvent être égale ment agencées pour former les ailettes.
La fig. 11 montre un chaland se terminant par une section réduite formée de manière que les parties 31 consti tuent des ailettes.
La longueur des parties séparées du chaland est déterminée par les caractéristiques de la matière et par les forces hydrodynamiques agissant sur le cha land dans son parcours dans l'eau. La plus courte longueur nécessaire ne doit pas être inférieure à la valeur L donnée par la formule
EMI0003.0040
où 0 est la densité de l'eau, U la vitesse du chaland, S sa section transversale, E le module de Young de la matière superficielle, et I le moment d'inertie de la section tubulaire du chaland.
Cette formule permet de déterminer un ordre de grandeur pour la longueur que doit avoir chaque section pour éviter l'instabilité, mais elle n'est qu'approximative car les caractéristi ques hydrodynamiques du chaland varient quelque peu avec les dimensions et la forme.
Un avantage de former le chaland à l'aide de pinces est de permettre une fabrication du chaland sous forme d'un simple tube, et aussi, par retrait des pinces, de rouler le tube de manière pratique et satis faisante. La position des pinces peut être déterminée aussi pour s'accorder aux vitesses de remorquage et aux conditions qui se rencontreront au cours de ce dernier.
Les points d'attache principaux de l'ailette au chaland sont de préférence à la même distance de l'axe avant-arrière du chaland, ce qui peut être obtenu facilement en fixant l'ailette au chaland au moyen de deux sangles 5, comme décrit précédem ment. On a trouvé également qu'une proue se termi nant de manière abrupte, pour favoriser la stabilité, peut être obtenue en connectant simplement ensemble les bords d'un tube cylindrique aplati.
The present invention relates to a barge made of a flexible material and intended, for example, for the transport of a fluid, granular or other cargo. solid cargo, by towing.
It has been found that there is a critical towing speed above which the barge begins to flex or sheer, or alternatively to oscillate when flexing.
It has been found that the force at the bow of the barge tending to produce such instability can be represented by the expression f pU2Sa in which S is the area of the maximum cross section of a tubular barge, U the towing speed, e the density of the fluid in which the barge is towed, has the small angle of attack of the bow of the barge relative to the towing direction, and f a factor depending on the presence of a fin and varying by a lower value to unity to a negative value, passing through zero, as the fin area increases.
Although a fin surface such as f = 0 seems preferable, it has been found that slightly negative values of f provide stability over a wide range of speeds.
The barge forming the subject of the invention is characr terized in that it comprises, near its bow, a fin made of a flexible material and a load acting on the fin to keep it suspended from the barge. In a particular embodiment the fin may include a reinforcement on its leading edge, this reinforcement preferably being heavier than water in order also to act as a load weight of the fin. In place of, or in addition to, heavy reinforcement, a weight may be attached to the lower end of the fin.
It was also found that the derivative of the normal force CN acting on the rest of the barge, representing the rate of change of the normal force with the angle of attack, also exerts an effect on stability. While with a fin presenting a surface giving f a slightly positive value, an increase in the derivative of the normal force tends to make the barge unstable, we obtained results, unexpected when f is slightly negative,
an increase in the derivative of the normal force, in this case improving the stability of the barge, i.e. increasing the rate at which stability is achieved. If the normal derivative is high enough and the fin has sufficient area, stability can be achieved at all speeds.
In another particular embodiment of the barge a fin having a surface. three to five times the maximum cross-sectional area of the barge has been found to be satisfactory for stability during towing. The main points of attachment of the fin to the barge are preferably approximately the same distance from the axis of the barge.
The fin can be made up of a flat, triangular piece of wood, loaded at its point and fixed at various points to the fabric constituting the barge, or it can be made of a waterproof or non-waterproof fabric whose edges are loaded with a weight. The fin can have a triangular shape or any other shape and be suspended from the bow of the barge.
The fin can be attached to the barge by one or more straps passing around the circumference of the barge, or by pieces woven from or sewn to the barge's fabric, or both of these methods can be used with ropes connecting the parts to the straps.
The webbing may include an eyelet to allow for the pivot connection of a heavy rod placed in the hem of the fabric fin along its leading edge. The lower end of this rod can carry a weight to keep the fin taut while towing. The trailing edge of the fin can be reinforced with a rope or other body placed in the hem.
The edge of the fin close to the surface of the barge can be attached to the barge at various points by ropes attached to flaps woven into the barge or sewn to the barge.
It has been said above that the f-value is an important factor for stability control. If the bow of the barge is made in such a way that the force due to the reduction in its surface does not act effectively on the barge, for example if the bow ends abruptly without an inclined part,
a value of f practically equal to zero can be obtained and a fin of small surface will be sufficient to obtain stability. However, the area of the cross section may increase slightly towards the bow which may present a sharp profile or be hemispherical. Both forms give f a negative value.
Thus, the bow can be hemispherical, or in the form of a. ellipsoid flat, or in the form of a toroidal tube which can be inflated and wrapped around the bow to fit tightly on it. The use of such a separate inflatable tube allows the main body of the barge to be woven into a tube.
Still in a particular embodiment of the barge, means can be used to increase the derivative of the normal force CN, particularly on large barges.
This can be achieved by suspending small arranged median fins below the barge at various intervals. uniformly along the length of the barge so as to produce a uniform derivative of the normal force.
Fins can also be placed at the bow of the barge in the usual manner for airplane fins.
The barge can be divided into sections. each comprising a stabilization fin at its rear end.
The appended drawing represents, schematically and by way of example, five embodiments of the cha land according to the invention and variants.
Fig. 1 is a side elevational view of the bow of the first embodiment.
Figs. 2 and 3 are two variants of this embodiment. Fig. 4 is a side elevational view of the middle part of the second embodiment.
Fig. 5 is a disassembled view of the third embodiment.
Figs. 6 and 7 show two variants.
Fig. 8 is a side elevational view of the fourth embodiment.
Fig. 9 is a side elevational view of the fifth embodiment.
Figs. 10 and 11 show variants.
In the embodiment shown in FIG. 1, a barge 1 of flexible material has at its aft end a stabilization fin 2 made of a non-waterproof fabric, for example the fabric known under the trade name of <Terylene, and comprises a heavy rod 3 mounted in a fabric hem on the leading edge of the fin.
A weight 4 is attached to the lower end of the fin and the fin is attached to the barge by fabric straps 5 attached to flaps 6 by means of ropes 7. The rod 3, which constitutes a reinforcement, is attached with a pivot in 9 with a flap 10 provided with an eyelet and fixed to the strap 5.
The fin 2 is further attached to the barge by ropes 11, and a rope 12 mounted in a hem of the fabric on the trailing edge of the fin is attached to an eyelet 13 flap. The role of the strap 5 is to distribute the force so that the load is not fully supported by a flap or a.
eyelet. The strap is prevented from slipping backwards by the ropes 7 arranged around the circumference of the barge and can be reinforced near the attachment points of the fin. It is easy to replace when worn out.
The variant shown in FIG. 2 shows a barge whose bow is hemispherical and includes a fin 2 of smaller surface than that shown in FIG. 1 where the bow of the barge is tapered. The bow could have the shape of a flat ellipsoid, or be constituted by an inflatable tube of toroidal shape, wound around the bow as shown in the variant shown in fig. 3.
In the embodiment shown in FIG. 4, middle fins 20, 21, 22 are arranged in the middle part of the barge and hang below the latter at various intervals, to increase the derivative of the normal force CN. The fin 20 com takes at its leading edge a reinforcement 23, as described above, and carries a weight 4.
The fins 20 and 21 are attached to flaps, while the fin 22 is attached to straps 5 similar to those described in the first embodiment. Alternatively, the fins could be reinforced by rods mounted in pockets of the fabric, or integral with the fabric of the barge, and compressed by the contents of the barge. The fins preferably have a high width / height ratio and are arranged so that the orientation of the barge about its axis is of no importance as regards the action of the fins.
It has been found that a stabilizer fin arranged at the bow and having an area of between three and five times the area of the maximum cross-section of the barge gives satisfactory stability during towing. Fig. 5 shows an embodiment in which the fin, constructed and fixed in the same way as in the first embodiment (fig. 1), further comprises a reinforcement 30, of wood for example, arranged parallel ment to the axis of the barge, two straps 5 being used in this case.
More straps can be used to hang the fin if needed.
Fig. 6 shows a variant of a rear fin, and FIG. 7 a variant of a median fin. In the embodiment shown in FIG. 8, the barge comprises two median fins 20, similar to that shown in FIG. 7, and a rear fin 2 similar to that shown in FIG. 6.
The main attachment points of the fin 2 are preferably at the same distance from the axis of the chain. This can be achieved in practice by moving the fin attached to a first strap forward and then attaching it to the last strap. Alternatively, a rigid bar could be arranged vertically downward aft of the barge, the fin being attached to this bar.
In the embodiment shown in FIG. 9, the barge is divided into three sections A, B and C by clamps 30. Each section includes a rear fin 2. Each clamp 30 reduces the diameter of the barge to a small value so that oil or other liquid cargo can pass from one section to another through the narrow passage provided within the reduced area cross section.
The desired shape can also be obtained by making the fabric so that it has parts of reduced surfaces. These shapes can be achieved by sewing pieces of fabric together or gluing rubberized parts of the fabric together.
Fig. 10 illustrates a method for obtaining portions of reduced surface area. The adjacent inner parts of the tube are glued together in three zones around the circumference, as shown at 31, fig. 10 being a cross section through one of the reduced portions. There could be more than three zones. Alternatively, these parts could be sewn, riveted or fastened together in any other way. The parts can also be arranged to form the fins.
Fig. 11 shows a barge terminating in a reduced section formed so that the parts 31 constitute fins.
The length of the separate parts of the barge is determined by the characteristics of the material and by the hydrodynamic forces acting on the barge as it travels through the water. The shortest length required must not be less than the L value given by the formula
EMI0003.0040
where 0 is the density of the water, U is the speed of the barge, S is its cross section, E is the Young's modulus of the surface material, and I is the moment of inertia of the tubular section of the barge.
This formula makes it possible to determine an order of magnitude for the length that each section must have to avoid instability, but it is only approximate because the hydrodynamic characteristics of the barge vary somewhat with the dimensions and the shape.
An advantage of forming the barge using clamps is that it allows the barge to be manufactured in the form of a simple tube, and also, by removing the clamps, to roll the tube in a practical and satisfactory manner. The position of the clamps can also be determined to match the towing speeds and conditions that will be encountered during the latter.
The main attachment points of the fin to the barge are preferably at the same distance from the fore-aft axis of the barge, which can be easily achieved by fixing the fin to the barge by means of two straps 5, as described above. It has also been found that a steeply terminating bow, to promote stability, can be achieved by simply connecting the edges of a flattened cylindrical tube together.