EP1785345A1

EP1785345A1 - Wingsail with reversible profile

Info

Publication number: EP1785345A1
Application number: EP06291743A
Authority: EP
Inventors: François Riché
Original assignee: FR Sailing Sarl
Current assignee: FR Sailing Sarl
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2007-05-16
Also published as: FR2892997B1; FR2892997A1

Abstract

The sail incorporates a rotary tubular mast (1) with or without guy lines, a boom (2) fixed to the base of the mast and a strut between the mast and boom. The sail itself has a fully slatted double surface (4A, 4B) with two-section carbon slats that are rigid for the rear twothirds and have controlled lateral suppleness in the front third. The rear edges (6) of the sails are joined to the boom and slats by non-slip fastenings. The shape of the sail is adjusted by modifying air pressure in inflatable compartments (12).

Description

La présente invention concerne un dispositif de voilure épaisse à profil aile réversible avec mât et bôme intégrés ainsi que les procédés de mise en oeuvre associés décrits ci-après.The present invention relates to a thick wing device with reversible wing profile with integrated mast and boom as well as the associated methods of implementation described hereinafter.

Plusieurs solutions ont été proposées pour la réalisation des voilures à profil épais dont certaines font l'objet de brevets, en particulier, FR 2036208 / FR 2862278 / FR 2855493 / FR 2827570 / FR 2820109 / FR2840875 / FR2845063 / FR2856029 / WO 0189923 / WO 03024782 / WO 03039948 / EP1535835 / EP1520781 / DE 19500413 / US 5868092 et CA 2257285 , qui constituent l'arrière plan technologique du domaine.Several solutions have been proposed for the production of thick profile canopies, some of which are the subject of patents, in particular FR 2036208 / FR 2862278 / FR 2855493 / FR 2827570 / FR 2820109 / FR2840875 / FR2845063 / FR2856029 / WO 0189923 / WO 03024782 / WO 03039948 / EP1535835 / EP1520781 / DE 19500413 / US 5868092 and CA 2257285 , which constitute the technological background of the domain.

Cependant, dans l'état actuel des techniques, et malgré l'intérêt aérodynamique très important des voilures épaisses à profil aile en terme de rendement et de performances en comparaison avec un mât et une voile classique, force est de constater que les principales restrictions à une plus large utilisation des voilures épaisses à profil aile et/ou des mâts aile portent sur les points suivants:

un surcoût de fabrication important du profil du mât en forme d'aile par rapport à l'utilisation d'un profil tubulaire industriel standard,
de fortes contraintes d'utilisation de ce type de mât, concernant notamment leur poids important et un fardage conséquent sous voilure réduite et au mouillage,
une grande complexité de fabrication et de mise en oeuvre d'une voilure épaisse à profil aile: en particulier pour obtenir une structure à la fois légère, résistante, facilement réversible et dont il soit également possible de réduire la puissance et la surface en fonction de l'augmentation de la force du vent,

However, in the current state of the art, and despite the very important aerodynamic interest of the thick wings wing profile in terms of performance and performance in comparison with a mast and a classic sail, it is clear that the main restrictions to wider use of wing-shaped thick canopies and / or wing masts include the following:

a significant manufacturing cost of the profile of the wing-shaped mast compared with the use of a standard industrial tubular profile,
strong constraints of use of this type of mast, concerning in particular their important weight and a consequent dredging under reduced wing and with the wetting,
a great complexity of manufacture and implementation of a thick wing wing profile: in particular to obtain a lightweight structure, resistant, easily reversible and which it is also possible to reduce the power and the surface as a function of the increase of the force of the wind,

La présente invention comporte une structure simple à réaliser et à mettre en oeuvre à partir d'éléments existants et éprouvés sur le plan industriel. Les dispositifs et procédés spécifiques décrits selon l'invention vont permettre d'atteindre les objectifs fixés pour réduire significativement les limitations et contraintes actuelles des voilures à profil épais et/ou des mâts aile, notamment :

réduction importante du coût de fabrication du mât aile obtenue par la mise en oeuvre d'un simple profil tubulaire standard de l'industrie, en aluminium ou en carbone par exemple,
obtention d'un très bon profil aérodynamique sur l'ensemble constitué du mât, de la bôme et de la voilure épaisse à profil aile réversible : d'une part la longueur du profil aile n'est pas limitée par la corde du mât aile et d'autre part il n' y a pas de rupture aérodynamique avec la partie arrière de la voilure à profil épais qui constituent avec le mât un seul et même ensemble aérodynamique;
si nécessaire, l'ensemble mât, bôme et voilure épaisse à profil aile réversible peut facilement être rendu flottant par la mise en place de volumes d'air significatifs et répartis en compartiments indépendants disposés entre les deux voiles,
par rapport à un mât aile classique, une réduction importante du poids de l'ensemble mât et voilure épaisse à profil aile, tant en navigation que pour la manutention à terre et les opérations de matage / démâtage,
par rapport à un mât aile classique, une diminution conséquente du fardage du mât dans la brise lorsque la voilure est réduite ou affalée et/ou lorsque le bateau est au mouillage,
réduction facile de la surface (par simple prise de ris) et modification de la puissance de la voilure épaisse à profil aile en navigation (par étarquage du point d'amure arrière de la voilure épaisse sur la bôme)
1. 1) La structure de la voilure épaisse à profil aile réversible avec mât rotatif et bôme intégrés ainsi que les dispositifs mis en oeuvre selon une réalisation préférée de l'invention (figures n° 1, 2, 3) sont caractérisés par :
  - 1-1 un mât tubulaire rotatif (1), avec ou sans haubanage, dont le profil provient directement des tubes standard disponibles dans l'industrie et équipé de deux ralingues latérales (1A et 1 B) dont l'écartement détermine le profil aérodynamique de l'ensemble mât et voilure épaisse,
  - 1-2 une bôme tubulaire (2) fixée à la base du mât et équipée d'un dispositif « pousse-bas » (3) venant en appui sur le mât (Figure 3),
  - 1-3 une double voile entièrement lattée (4 A et 4B) à profil de coupe très plat,
  - 1-4 chaque voile (4A et 4B) est équipée de lattes (5) en carbone réalisées en deux parties : les 2/3 de la partie arrière de chaque latte est très raide ; le 1/3 avant de chaque latte est à souplesse latérale contrôlée, la flexion de la partie avant de chaque latte vers les faces extérieures de la voilure épaisse est rendu possible par la structure dissymétrique du matériau utilisé,
  - 1-5 les points d'amure arrière (6) des deux voiles (4A et 4B) sur la bôme (2) et la partie arrière de chacune des lattes fixés ensemble deux par deux et sans glissement,
  - 1-6 des gorges d'ouvertures des deux ralingues situées en bas du mât positionnées avec un décalage sur le plan vertical pour faciliter la mise en place de la voilure épaisse sur le mât avec une drisse centrale revenant entre les deux voiles,
  - 1-7 un dispositif de double levier (7A et 7B) fixé à la base du mât (1) équipé de deux bouts de traction (8A et 8B) et repris sur la bôme (2) avec un taquet coinceur de blocage (9),
  - 1-8 la rotation forcée et le blocage du mât par l'équipage dans « le sens inverse » à celui utilisé normalement pour le positionnement optimum dans le vent d'un mât aile et d'une voile classique (Figure 2'). Cette rotation forcée inverse du mât et son blocage avec la bôme dans cette position met sous forte tension « la voile au vent » et permet d'obtenir ainsi un profil plat sur l'intrados de la voilure épaisse ainsi que simultanément la flexion forcée des lattes de « la voile sous le vent » avec un profil aile prédéterminé formant l'extrados de la voilure épaisse (Figure 2). A chaque virement de bord, l'équipage change le sens de la rotation forcée du mât pour obtenir le profil aile recherché,
  - 1-9 selon une variante de l'invention, dans le cas d'un mât haubané, un point de fixation (10) des haubans et de l'étai fixé sur un rail circulaire (11) posé sur le mât et pouvant coulisser en demi cercle d'un bord sur l'autre lors des virements,
  - 1-10 selon une variante de l'invention, dans le cas d'un gréement flottant, un (des) boudin(s) gonflé (s) d'air (12) placé (s) derrière le mât entre les deux voiles sur tout ou partie de la hauteur du mât. En complément de sa fonction de flottabilité du gréement, le boudin gonflé d'air (12) apporte une fonction de réglage supplémentaire de l'écartement des deux voiles qui constituent la voilure épaisse. Le réglage de l'écartement entre les deux voiles (4A, 4B) est obtenu par la modification de la pression d'air à l'intérieur du boudin gonflable (12).
2. 2) Cinématique d'utilisation par l'équipage de l'ensemble voilure épaisse à profil aile réversible avec mât rotatif et bôme intégrés :
  - 2-1 Préparation et mise en place de la voilure épaisse à profil aile réversible :
    - mise sous tension et réglage des lattes (6) de chaque voile (4A, 4B),
    - mise en place de la voile double (4A, 4B) sur le mât (1) avec la drisse unique,
    - mise sous tension de la ralingue des deux voiles (4A, 4B) par le palan du cunningham unique (13),
    - mise sous tension du point d'amure arrière (6) de la voile double (4A, 4B) sur la bôme (2) en fonction du réglage de la puissance souhaitée pour la voilure épaisse et son adaptation à la variation de la force du vent,
    - mise sous tension et réglage du dispositif « pousse-bas » (3) de la bôme,
    - selon une variante de l'invention, gonflage du (des) boudin(s) d'air (12) disposé entre les deux voiles,
    - en fonction du bord de navigation choisi par l'équipage, mise sous tension de « la voile au vent » pour obtenir un intrados plat par la rotation forcée inverse du mât (1) et son blocage (9) sur la bôme (2) avec le dispositif du double levier décrit ci-dessus (7A et 7B). La rotation forcée inverse du mât provoque simultanément la flexion des lattes de « la voile sous le vent » avec un profil aile prédéterminé formant l'extrados de la voilure épaisse.
  - 2-2 Virement de bord:
    - préparation au virement de bord par le largage du bout de traction (8A ou 8B en fonction du bord choisi au départ) de son taquet (9) sur la bôme (2),
    - en fonction du nouveau bord de navigation choisi par l'équipage, mise sous tension de « la voile au vent » pour obtenir un intrados plat et un extrados en forme d'aile, par la rotation forcée inverse du mât avec le dispositif du double levier décrit ci-dessus (7A et 7B) et le blocage (9) du bout de traction (8A ou 8B) sur la bôme (2),
  - 2-3 Réglage de la puissance de la voilure épaisse à profil aile réversible :
    - modification par l'équipage de la tension du point d'amure arrière (6) de la voile double (4A, 4B) sur la bôme (2) en fonction du réglage de la puissance souhaitée pour la voilure et son adaptation à la variation de la force du vent,
    - modification par l'équipage de la tension du dispositif « pousse bas » (3) de la bôme (2) pour modifier le profil (vrillage de la partie supérieure) de la voilure épaisse,
    - modification par l'équipage de la surface (par prise de ris) de la voilure épaisse.

The present invention comprises a simple structure to be produced and implemented from existing and industrially proven elements. The specific devices and methods described according to the invention will make it possible to achieve the objectives set to significantly reduce the current limitations and constraints of thick profile wings and / or wing poles, in particular:

significant reduction in the manufacturing cost of the wing mast obtained by the implementation of a simple standard tubular profile of the industry, aluminum or carbon, for example,
obtaining a very good aerodynamic profile on the assembly consisting of the mast, the boom and the thick wing with reversible wing profile: on the one hand the length of the wing profile is not limited by the wing mast rope and on the other hand there is no aerodynamic break with the rear part of the thick profile wing which together with the mast constitute one and the same aerodynamic unit;
if necessary, the entire mast, boom and thick wing wing reversible profile can easily be made floating by the establishment of significant air volumes and distributed in independent compartments arranged between the two sails,
compared to a conventional wing mast, a significant reduction in the weight of the entire mast and wing wing thick wing, both in navigation and for handling on the ground and the operations of matting / dismasting,
compared to a conventional wing mast, a consequent decrease in the windage of the mast in the breeze when the wing is reduced or slumped and / or when the boat is at anchor,
easy reduction of the surface (by simple reefing) and modification of the power of the thick wing with wing profile in navigation (by fixing the rear tack point of the thick wing on the boom)
1. 1) The structure of the thick wing with reversible wing profile with integrated rotary mast and boom and the devices used according to a preferred embodiment of the invention (FIGS. 1, 2, 3) are characterized by:
  - 1-1 a rotary tubular mast (1), with or without guying, the profile of which comes directly from the standard tubes available in industry and equipped with two lateral ropes (1A and 1B) whose spacing determines the aerodynamic profile of the whole mast and thick wing,
  - 1-2 a tubular boom (2) fixed to the base of the mast and equipped with a "push-down" device (3) bearing on the mast (Figure 3),
  - 1-3 a fully lathed double sail (4A and 4B) with a very flat profile,
  - 1-4 each sail (4A and 4B) is equipped with slats (5) carbon made in two parts: 2/3 of the rear part of each batten is very stiff; the 1/3 front of each batten has a controlled lateral flexibility, the flexion of the front part of each batten towards the outer faces of the thick wing is made possible by the asymmetrical structure of the material used,
  - 1-5 the rear tack points (6) of the two sails (4A and 4B) on the boom (2) and the rear part of each of the slats secured together in pairs and without slipping,
  - 1-6 opening grooves of the two ropes located at the bottom of the mast positioned with an offset on the vertical plane to facilitate the installation of the thick wing on the mast with a central halyard returning between the two sails,
  - 1-7 a double lever device (7A and 7B) attached to the base of the mast (1) equipped with two traction tips (8A and 8B) and taken up on the boom (2) with a locking cleat (9) ,
  - 1-8 forced rotation and mast blocking by the crew in "the opposite direction" to that normally used for optimum positioning in the wind of a wing mast and a conventional sail (Figure 2 '). This forced rotation inverse of the mast and its blocking with the boom in this position puts under strong tension "the sail with the wind" and makes it possible thus to obtain a flat profile on the intrados of the thick wing as well as simultaneously the forced bending of the slats of "leeward sailing" with a predetermined wing profile forming the upper surface of the thick wing (Figure 2). At each tack, the crew changes the direction of the forced rotation of the mast to obtain the desired wing profile,
  - 1-9 according to a variant of the invention, in the case of a guyed mast, a fixing point (10) of the stays and the stay fixed on a circular rail (11) placed on the mast and slidable in half circle from one edge to the other during transfers,
  - 1-10 according to a variant of the invention, in the case of a floating rig, one (or) inflatable (s) air (s) (s) (12) placed (s) behind the mast between the two sails on all or part of the height of the mast. In addition to its buoyancy function of the rigging, the inflated air bead (12) provides an additional adjustment function of the spacing of the two sails which constitute the thick sails. The adjustment of the spacing between the two webs (4A, 4B) is obtained by modifying the air pressure inside the inflatable tube (12).
2. 2) Kinematics of use by the crew of the thick wing set with reversible wing profile with integrated rotary mast and boom:
  - 2-1 Preparation and installation of the thick wing with reversible wing profile:
    - energizing and adjusting the battens (6) of each sail (4A, 4B),
    - setting up the double sail (4A, 4B) on the mast (1) with the single halyard,
    - tensioning the rope of the two sails (4A, 4B) by the hoist of the single cunningham (13),
    - energizing the rear tack point (6) of the double sail (4A, 4B) on the boom (2) as a function of the desired power setting for the thick canopy and its adaptation to the variation of the wind force ,
    - energizing and adjusting the boom device (3) of the boom,
    - according to a variant of the invention, inflation of the air coil (s) (12) disposed between the two webs,
    - depending on the navigation edge chosen by the crew, power up the "sail to the wind" to obtain a flat intrados by the forced reverse rotation of the mast (1) and its locking (9) on the boom (2) with the double lever device described above (7A and 7B). The forced reverse rotation of the mast simultaneously causes the bending of the battens of the "leeward sailing" with a predetermined wing profile forming the upper surface of the thick canopy.
  - 2-2 Tacking:
    - preparation for tacking by the release of the end of traction (8A or 8B depending on the edge chosen at the start) of its catch (9) on the boom (2),
    - according to the new navigation edge chosen by the crew, powered by "the sail in the wind" to obtain a flat intrados and a wing-shaped extrados, by the forced reverse rotation of the mast with the device of the double lever described above (7A and 7B) and the locking (9) of the pulling end (8A or 8B) on the boom (2),
  - 2-3 Adjustment of the power of the thick wing with reversible wing profile:
    - modification by the crew of the tension of the rear tack point (6) of the double sail (4A, 4B) on the boom (2) according to the adjustment of the desired power for the wing and its adaptation to the variation of the strength of the wind,
    - modification by the crew of the tension of the device "pushes down" (3) of the boom (2) to modify the profile (twisting of the upper part) of the thick wing,
    - modification by the crew of the surface (by reefing) of the thick wing.

Les dispositifs décrits ci-dessus - ensemble voilure épaisse à profil aile réversible avec mât rotatif et bôme intégrés, ainsi que les procédés de mise en oeuvre - sont applicables pour l'équipement des voiliers monocoques et aux différents types de multicoques.The devices described above - thick wing assembly with reversible wing profile with integrated rotary mast and boom, as well as the implementation methods - are applicable for the equipment of monohull yachts and the different types of multihulls.

Claims

Thick wing structure with reversible wing profile with rotating mast and integrated boom characterized by the use of the following elements and devices: - a rotary tubular mast (1), with or without guying, equipped with two lateral ropes (1A and 1B) whose spacing determines the aerodynamic profile of the entire mast and thick wing,

- a boom (2) attached to the base of the mast,

- a "shoot-low" (3) boom (2) resting on the mast (1),

- a fully lathed double sail (4A and 4B), with a flat section profile,

- sail slats (5) carbon two parts nested: 2/3 rear of each slat very stiff; the 1/3 before each batten with controlled lateral flexibility,

the bending of the front part of each batten towards the outside of the thick canopy, linked to the asymmetric structure of the material used,

- the rear tack points of the sails (6) on the boom (2) and the rear part of each batten (6) fixed together in pairs and without slipping,

- opening grooves of the two ropes located at the bottom of the mast and positioned with an offset on the vertical plane,

- a central halyard returning between the two sails,

- a double lever device (7A and 7B) attached to the base of the mast (1) equipped with two traction ends (8A and 8B) taken on the boom (2) on a locking cleat (9),

- the forced reverse rotation of the mast with high tensioning of "the sail in the wind" and simultaneously the forced bending of the slats of "the sail under the wind" giving a predetermined wing profile on extrados of the thick wing,

Thick wing structure with reversible wing profile with integrated rotary mast and boom according to Claim 1, characterized in that a fixing point (10) for the stays and the stay is fixed on a rail (11) placed on the mast ( 1) and slides in a semi circle from one edge to the other during transfers,

A thick wing structure with a reversible wing profile with a rotating mast and an integrated boom according to claim 1, characterized in that one or more air-inflated rods (12) is / are placed behind the mast (1) between the two sails (4A, 4B) on all or part of the height of the mast,

Thick wing structure with reversible wing profile with rotary mast and integrated boom according to claim 3, characterized in that the adjustment of the spacing between the two webs (4A, 4B) is obtained by modifying the air pressure at the same. Inside the inflatable ring (12).

Method for using the crew of the thick wing with reversible wing profile according to claim 1 characterized by the following kinematics: - powering up and adjusting the slats (5) of each sail (4A, 4B),

- setting up the double sail (4A, 4B) on the mast (1) with the single halyard,

- powering the rope of the two sails (4A, 4B) by the single cunningham hoist (13),

- powering the rear tack point (6) of the double sail (4A, 4B) on the boom (2) according to the setting of the desired power for the wing and its adaptation to the variation of the wind force ,

- powering up and adjusting the "low-gear" device (3) of the boom (2),

according to a variant of the invention, inflation of the air coil (s) (12) arranged between the two webs,

- according to the navigation edge chosen by the crew, powering the "sail in the wind" to obtain a flat intrados and extrados wing profile, forcing the opposite rotation of the mast and its locking (9) on the boom (2) with the double lever device (12A and 12B),

- preparation for the tacking by the release of the end of traction (8A or 8B depending on the edge chosen at the start) of its cleat (9) on the boom (2),

- according to the new navigation edge chosen by the crew, energizing the "sail in the wind" by the forced rotation of the mast and its locking on the boom with the device of the double lever (7A and 7B) and locking ( 9) of the pulling end (8A or 8B) on the boom (2),

- modification by the crew of the tension of the rear tack point (6) of the double sail (4A, 4B) on the boom (2) according to the adjustment of the desired power for the wing and its adaptation to the variation the strength of the wind,

- modification by the crew of the tension of the device "shoot low" (3) of the boom to modify the profile (twisting) of the thick wing,

- Modification by the crew of the surface by reefing on the thick wing.