EP3713842A1 - Voilure en forme d'aile, procédé de fabrication et dispositif associés, ainsi que ses utilisations, notamment pour les engins à propulsion vélique ou sustentation vélique - Google Patents

Voilure en forme d'aile, procédé de fabrication et dispositif associés, ainsi que ses utilisations, notamment pour les engins à propulsion vélique ou sustentation vélique

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EP3713842A1
EP3713842A1 EP18827151.4A EP18827151A EP3713842A1 EP 3713842 A1 EP3713842 A1 EP 3713842A1 EP 18827151 A EP18827151 A EP 18827151A EP 3713842 A1 EP3713842 A1 EP 3713842A1
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EP
European Patent Office
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envelope
wires
wing
side wall
rows
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EP18827151.4A
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EP3713842B1 (fr
Inventor
Jean-Luc Hauser
Antoine SOULIES
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Sas Seawitlab
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/04—Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B63H9/061—Rigid sails; Aerofoil sails
    • B63H9/0615—Inflatable aerofoil sails

Definitions

  • Wing-shaped wing method of manufacture and device therefor, and uses thereof, in particular for propulsion-powered craft or vane levitation
  • the present invention relates to the field of wings in the form of wing, in particular for craft propelled by veiling or buoyancy, having an aerodynamic profile.
  • the propulsion of the ship is provided by one or more simple sails made of stretched canvas.
  • a wing-shaped wing disposed vertically and composed of a front part including the leading edge and a rear part including the trailing edge each part consisting of a piece of double-walled textile whose warp son of the fabric are connected to weft son facing each other.
  • the spacing between the two walls allows to create a defined wing profile.
  • These double-walled textile pieces are closed by a fabric glued and sewn up and down the generated profile, all made airtight by coating with an elastomeric resin. The maintenance of the profile thus obtained is ensured by the inflation of the wing, this setting air pressure being independent of the static or dynamic pressure of the air flowing around this profile.
  • the wing thus produced according to the French patent FR 3,008,382 B1 aims to obtain the performance of a rigid wing, while being made of a flexible sail of low weight and reducible surface.
  • the elements or parts of inflatable elements thus designed behave after being pressurized, as elements with a rigid structure. They make the profile of the sails subjected to the pressure exerted by the wind.
  • a first object of the invention is to simplify the structure and therefore the realization of such a flexible double-walled canopy.
  • Another object of the invention is to provide a flexible wing without rigid elements.
  • Another object of the invention is to provide an inflatable flexible double-walled wing, without increasing the weight of this wing and preventing or limiting the risk of tearing or perforation weft son, while maintaining walls of material textile.
  • Another object of the invention is not to reduce the performance of such a wing with respect to the wing described in FR 3,008,382 B1. DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • the wing-shaped wing is an aerofoil wing comprising, between its leading edge and its trailing edge, at least one closed flexible envelope, comprising between its front end edge edge of the airfoil. a trailing edge and a trailing edge on the trailing edge of the trailing edge, said lateral walls being spaced from each other on either side of the rope of said profile and providing a suitable internal space between them; to be inflated to form a rigid profile.
  • This canopy is characterized in that the inner space of the casing is equipped with rows of wires, extending from its front end to the leading edge side at its trailing edge rear end and held alternately on the inner side of the casing.
  • each row of son being arranged in a crenellated arrangement, shaped crenellations whose vertices correspond to the areas of bonding or welding on the inner faces of the side walls of the envelope, the means for bonding or welding son on the inner faces of the first side wall and the second side wall of the envelope being transversely arranged support strips; said yarns on the inner faces of said sidewalls, maintaining thread segments and defining a "castellated" arrangement of each row of yarns.
  • Such a wing-shaped wing thus has, in the inflated state, a rigid, indeformable profile.
  • Said connecting son are independent of the warp son and weft son of the textile material can form the envelope walls of the wing. These connecting son are no longer woven with the weft son of the textile wall. By not cooperating with the warp threads or the weft threads of the textile wall, they therefore do not risk causing perforation or tearing of said wall.
  • This wing is thus particularly suitable for both propulsion gear vane levitating equipment whose examples will be mentioned later.
  • each row of wires is arranged in a crenellated arrangement forming a plane substantially parallel to the rope of said aerodynamic profile.
  • These so-called connecting son are arranged substantially perpendicular to the two walls of the envelope. Said walls of the envelope facing each other are not parallel while approaching each other at their ends (for example from the front end to the trailing edge as diagrammed below in FIG. 2).
  • the means for bonding or welding the wires on the inner faces of the first side wall and the second side wall of the envelope are holding strips, glued or welded transversely to said wires on the inner faces of said side walls, ensuring the maintenance of son segments and defining a "castellated" arrangement of each row of son.
  • the contact of each connecting wire with the side walls is wider than a "point" contact.
  • each retaining band plate in contact with each of the inner faces of the side walls of the envelope, each retaining band plate a wire segment advantageously between said strip and the inner face of said side wall. And preferably, in contact with the inner face of a side wall of the envelope, each holding strip plates a wire segment of a series of rows of wires, or of each row of wires, between said strip and the inner face of said side wall.
  • the rows of threads mentioned here can be individual threads, groupings of several threads or assemblies of threads such as nets. They allow the passage of inflation air in the entire inner space of the envelope, without weighing down the entire wing.
  • Several variants can be envisaged for the envelope of this double-walled wing:
  • said envelope is formed of a single piece made of a flexible material, such as a folded and closed fabric, in particular at its ends applied against each other along the trailing edge or along from the leading edge.
  • said envelope comprises at least two pieces of flexible material, such as canvases, each constituting a side wall of the envelope, and the ends applied against each other close said envelope on the one hand side trailing edge and second side leading edge.
  • the fabric constituting the envelope is advantageously made of textile material impregnated or covered with polymer on one or both sides (corresponding subsequently to the outer and / or inner faces of the envelope) to give it an airtightness, in order to of being pressurized by inflation.
  • each envelope, or section of envelope is equipped with inflation and deflation tips.
  • the material constituting the walls of the envelope may also be a film (monolayer or multilayer) of polymer (PVC for example) or resin that can be reinforced with non-woven fibers.
  • an internal surface of weldable material polymer (such as PVC) or resin is to allow for example the application of a strip of the same kind, the welding on said internal face can take place by mutual fusion of the two layers of polymer or resin. It should be noted that, due to its structure woven in 3D, the internal face of the canvas of the wing according to FR 3,008,382 B1 could not be coated with polymer or resin.
  • straps for holding rows of threads also contributes to the reinforcement of the walls of the envelope.
  • the present invention also relates to the method of manufacturing the wing-shaped wing described above. This process comprises the following successive steps:
  • a flexible material such as a fabric
  • the method according to the invention may comprise direct bonding or welding (if the nature of the son allows, son of polymeric material for example) directly son segments on the inner faces of the envelope walls.
  • the step of bonding or welding is performed by applying holding strips bonded or welded transversely to said rows of son alternately on the inner face of the first side wall of and on the inner side of the second side wall, each bonded or welded strip advantageously plating a segment of wire between said strip and the inner face of the corresponding side wall.
  • the present invention also relates to the device for implementing the manufacturing method of the wing according to the invention. This device comprises, in combination:
  • material feeding stations of the first casing side wall and supply stations for the material of the second casing lateral wall comprising guide rails, said stations being arranged on either side of the rows; son, said stations being movable in translation by approximation or spacing relative to each other,
  • each presser foot being movable in translation in the direction of the rows of threads and configured to apply by gluing or welding the segments of said threads to the inner face of the side wall of envelope on the opposite side of the row of wires,
  • the rows of yarns are preferably immobile, only the feeding stations of the envelope side walls and the pressing feet being moved in translation towards said rows of threads.
  • the maximum spacing between these feed stations of the envelope walls advantageously corresponds to the spacing between the two walls, in the inflated state of the envelope.
  • the presser feet may in particular support gluing nozzles or welding means, and any retaining strips to be glued or welded, depending on the embodiment chosen.
  • the welding means may be high frequency (HF) transmitters, ultrasonic transmitters, infrared transmitters or laser transmitters.
  • the feed stations of the materials of the wing envelope side walls can be equipped with an air suction system configured to press and maintain a row of wires already. welded or glued and the corresponding holding strip against a side wall during welding or bonding of the wires on the opposite side wall. This allows in particular not to take off or break the solder son just applied on one of the walls, while the presser foot just press the continuation of said rows of son towards the opposite wall.
  • the wing-shaped wing according to the present invention can find interesting applications in different fields.
  • the present invention relates for example to the use of the wing for the production of aerodynamic wings for vee propulsion machines such as ships or for wing levitation and / or propulsion such as paragliding wings or kite surfing, or for the realization of wind turbine blades.
  • a mast is incorporated in said wing-shaped wing, which can be in several parts, one of these parts integrating the mast of the sailboat.
  • the classic wings consisting of two superposed canvases interconnected by partitions having a profile formed of a succession of cells or boxes giving a quilted appearance which significantly reduces the aerodynamic performance
  • a wing-shaped wing according to the present invention.
  • a reduced spacing between the rows of son and the transverse bands of maintenance of these son avoids such a quilted appearance, without weighing down the wing.
  • the kite surfing wings generally consisting of an inflatable bead forming the leading edge of the wing and secondary tubes placed perpendicularly to the rear of the leading edge ensuring the shaping of the canvas. the wing, can be advantageously replaced by a wing-shaped wing according to the present invention.
  • FIG. 1 is a general view of a wing according to the present invention, mounted on a mast,
  • FIG. 2 is a sectional view of the wing of FIG. 1, with orientation of the front part of an angle ⁇ with respect to the rope,
  • an example of a wing-shaped wing according to the invention having an aerodynamic profile adapted for a ship comprises two parts: a rear part 1 whose rear end forms the trailing edge 21 and a front portion 2 whose front end forms the leading edge 22 of the wing.
  • the front portion 2 is integral in rotation with the mat 3, the rear portion 1 being connected to the entire front portion 2 and the mast 3 by sliders.
  • a skirt 7 (visible in Figure 2), integral with the front portion 2 covers the space between the rear and front parts, thus avoiding a break in the airfoil. This space is necessary to allow the orientation, at an angle a, of the front portion relative to the rope 15 of the rear portion.
  • the wing can have, seen from the side, a generally rectangular shape or have cut sides 18,19 at its top. Each part is here made in one piece, but may alternatively (not shown) be constituted from top to bottom, of several assembled sections, or independent.
  • Each of these parts is formed of a closed envelope made of a flexible material, such as a textile coated with polymer, on one or both sides, comprising lateral walls 5a and 5b facing each other apart from each other. one of the other by providing an interior space able to be inflated. Inflation and deflation nozzles (not shown) are provided in each envelope, or envelope section.
  • These side walls 5a and 5b are connected to each other by rows of wires 4 (shown diagrammatically in FIG. 2 and FIGS. 3 to 7 in broken lines), the wires extending, according to the rope 15, between the front end at the rear end of an envelope (for the envelope of the rear portion 1 of the wing: schematically in Figure 2 of the closed front end 16 at the closed rear end by bringing the walls 5a closer together and 5b from each other along the trailing edge 21).
  • wires 4 shown diagrammatically in FIG. 2 and FIGS. 3 to 7 in broken lines
  • the wires extending, according to the rope 15, between the front end at the rear end of an envelope (for the envelope of the rear portion 1 of the wing: schematically in Figure 2 of the closed front end 16 at the closed rear end by bringing the walls 5a closer together and 5b from each other along the trailing edge 21).
  • Each row of wire 4 is alternately applied to the inner face of the first side wall 5a and the second side wall 5b in a crenellated arrangement, and the tops of these slots are held in place against each of said inner faces by means of, in presented example of a strip 6 which may be a textile strip.
  • This band may be applied by gluing or welding on said inner faces of the walls 5a, 5b.
  • the width of the strips 6, arranged here perpendicularly to several rows of wires 4, defines the contact surface between each wire 4 and the inner face of the side walls 5a, 5b of the envelope. This width can be a few millimeters.
  • the spacing between two adjacent strips 6 is adjacent the width of each of said bands. This gives a set held by gluing or welding on a large total surface with a tear resistance much greater than the forces experienced by the wing in "operating" condition on a sailboat.
  • material supply stations 24a and 24b On both sides of these rows of wires, there are provided material supply stations 24a and 24b, on the one hand, of the first side wall 5a of the envelope of the wing, and, on the other hand, supplying material of the second side wall 5b of envelope.
  • These stations 24a and 24b comprise guide rails 8a and 8b, respectively, allowing the translational movement of rollers 25a and 25b for feeding the two materials by bringing the relative spacers 24a and 24b closer relative to one another. other, on both sides of the rows of wires 4.
  • each envelope material is maintained by means of holding elements 9a, 9b, here in the form of split rollers.
  • Feet 10a and 10b are also placed on each side of the rows of wires 4. These feet are here also supports of welding means or strips 6 bonding able to come alternately press the rows of son respectively against the inner face of the wall 5a and the inner face of the material of the wall 5b, that is to say that when a presser foot 10a or 10b is in action the other is released so as not to hinder the action in progress .
  • the band 6 may possibly be placed on these presser feet before they move.
  • the rail 8a or 8b associated with a pressure roller brings the material respectively of the first wall 5a or the second wall 5b and the press against the rows of son 4 and / or the strip 6 for the duration of the assembly.
  • the corresponding support leg 10a or 10b then withdraws and is placed outside the action zone.
  • the other foot 10b or 10a support then starts moving and repeats the operation on the second face of the wall of the envelope.
  • the rail 8a or 8b can be equipped with an air suction system (not shown on the figures).
  • a suction system makes it possible to press and ensure the maintenance of a row of wires 4 already welded or glued and possibly of the corresponding holding strip 6 against the walls during the welding or gluing of the wires 4 on the wall opposite side.
  • FIG. 6 holding the material of the wall 5b and the strip 6 against the pressing roller 13b is thus ensured while the presser foot 10b presses the row of wires 4 against the pressure roller 13a ( see Figure 6).
  • the device according to the invention makes it possible to modulate the distance e between the positions 24a and 24b and therefore between the materials of the envelope walls 5a and 5b and thus to produce envelopes with defined aerodynamic profiles.

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Abstract

Voilure en forme d'aile, à profil aérodynamique, formée d'au moins une enveloppe souple fermée, comportant entre l'avant (côté bord d'attaque) et l'arrière (côté bord de fuite) deux parois latérales écartées l'une de l'autre et ménageant entre elles un espace intérieur apte à être gonflé pour former un profil rigide, caractérisée en ce que ledit espace intérieur est équipé de rangées de fils (4), s'étendant de l'avant à l'arrière de l'enveloppe et maintenus par collage ou soudage alternativement sur la face intérieure de chacune des parois latérales (5a, 5b) de l'enveloppe, selon un agencement crénelé, lesdits fils collés ou soudés assurant l'écartement maximal entre les deux parois latérales (5a, 5b) à l'état gonflé de l'enveloppe. Utilisation pour engins à propulsion vélique tels que des navires ou pour les ailes de sustentation telles que les ailes de parapente ou de kite surf, ou encore pour la réalisation de pales d'éoliennes.

Description

Voilure en forme d’aile, procédé de fabrication et dispositif associés, ainsi que ses utilisations, notamment pour les engins à propulsion vélique ou sustentation vélique
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine des voilures en forme d’aile, notamment pour engin à propulsion vélique ou sustentation vélique, présentant un profil aérodynamique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans le domaine de la navigation à voile, la propulsion du navire est assurée par une ou plusieurs voiles simples réalisées en toile tendue.
Plus récemment ont été étudiées des voiles à profil épais dont les performances sont supérieures aux voiles simples. Ces recherches ont fait l'objet de nombreuses réalisations que l'on peut regrouper en deux catégories : - ailes rigides telles que celles équipant les multicoques AC 45 et AC 72 de l'América's Cup. Ce sont des ensembles mécaniques extrêmement complexes dont le coût de fabrication limite leur usage à la haute compétition. De plus ce type d'aile ne permet pas la réduction de la surface de voilure impérative pour les navires de croisière ;
-ailes souples. Il s’agit d’une toile double, hissée sur un espar et tendue par des éléments rigides (lattes ou cambers comme dans le document FR2556310) pour le maintien d'un profil épais. Ce type d'aile présente l’inconvénient majeur de déformations du profil entre les éléments rigides. De plus les inconvénients d'efforts de tension de la voile classique persistent : il faut en effet tendre fortement la toile de haut en bas pour conserver au mieux le profil aérodynamique choisi. Une autre technologie consiste en une toile double hissée sur un espar, gonflée par la pression d'arrêt du vent et dont le profil asymétrique est généré par déformation en tendant l'une des faces du profil (intrados) ou détendant l'autre face (extrados) mécaniquement ou grâce à des entrées d'air alternativement fermées et ouvertes sur chaque face de l'aile. Ces dispositifs qui ont fait l'objet de demandes de brevet notamment DE 202012001514 et WO 9826982, ont pour principaux inconvénients de générer des profils d'aile dont la géométrie est difficilement contrôlable et différente des profils aérodynamiques porteurs issus de la recherche tels que les profils NACA ou CLARK. En effet, la supériorité d’une aile sur une voile classique n'est vraie que si le contrôle de ce profil est assuré sur toute la surface de l'aile. De plus, la mise en forme de tels dispositifs dépend de la pression de l'air circulant autour du profil pour se maintenir à l'état gonflé. Plus récemment, pour pallier les inconvénients ci-dessus, a été proposée, dans le brevet FR 3 008 382 B1 , une voilure en forme d’aile disposée verticalement et composée d’une partie avant incluant le bord d’attaque et d’une partie arrière incluant le bord de fuite chaque partie étant constituée d’une pièce de textile double paroi dont les fils de chaîne du tissu sont liés aux fils de trame se faisant face. En faisant varier la longueur de ces fils de liaison lors du tissage, l’écartement entre les deux parois permet de créer un profil de voilure défini. Ces pièces de textile double paroi sont fermées par un tissu collé et cousu en haut et bas du profil généré, le tout rendu étanche à l'air par enduction d'une résine élastomère. Le maintien du profil ainsi obtenu est assuré par le gonflage de la voilure, cette mise en pression d'air étant indépendante de la pression statique ou dynamique de l'air circulant autour de ce profil.
La voilure ainsi réalisée selon le brevet français FR 3 008 382 B1 vise à obtenir les performances d'une aile rigide, tout en étant constituée d’une voile souple de faible poids et à surface réductible. En effet, les éléments ou parties d'éléments gonflables ainsi conçus se comportent après mise en pression, comme des éléments à structure rigide. Ils rendent indéformable le profil de la voilure soumise à la pression exercée par le vent.
Cependant une telle voilure présente plusieurs inconvénients :
Tout d’abord la fabrication de telles pièces de textile double avec fils de chaîne coopérant avec les fils de trame des deux parois se faisant face est complexe, notamment lorsque ces fils de liaison ont des longueurs variables selon la forme du profil aérodynamique requis (les deux parois présentant des faces non parallèles). Un tel tissage en trois dimensions nécessite des adaptations importantes et coûteuses des machines de tissage actuelles
De plus une tension trop importante d’un des fils peut conduire à l’arrachement d’un fil de trame en créant un orifice ou une déchirure dans l’une des parois, affectant l’étanchéité de la voilure et par suite sa rigidité et donc ses performances aérodynamiques.
Un autre aspect important à prendre en compte est l’impossibilité, avec ce type de tissage en trois dimensions, de pouvoir réduire la corde de la voilure à son sommet (de type à « pans coupés », vue de côté).
BUTS DE L’INVENTION En conséquence, un premier but de l’invention est de simplifier la structure et donc la réalisation d’une telle voilure souple à double paroi.
Un autre but de l'invention est de proposer une voilure souple sans éléments rigides.
Un autre but de l’invention est de proposer une voilure souple à double paroi, gonflable, sans augmenter le poids de cette voilure et en empêchant ou limitant les risques de déchirure ou de perforations des fils de trame, tout en conservant des parois en matériau textile.
Un autre but de l’invention est de ne pas réduire les performances d’une telle voilure par rapport à la voilure décrite dans le brevet FR 3 008 382 B1. DESCRIPTION DE L’INVENTION
A cet effet la voilure en forme d’aile selon la présente invention est une voilure à profil aérodynamique comprenant, entre son bord d’attaque et son bord de fuite, au moins une enveloppe souple fermée, comportant entre son extrémité avant côté bord d’attaque et son extrémité arrière côté bord de fuite une première paroi latérale et une seconde paroi latérale, lesdites parois latérales étant écartées l’une de l’autre de part et d’autre de la corde dudit profil et ménageant entre elles un espace intérieur apte à être gonflé pour former un profil rigide. Cette voilure est caractérisée en ce que l’espace intérieur de l'enveloppe est équipé de rangées de fils, s’étendant de son extrémité avant côté bord d’attaque à son extrémité arrière côté bord de fuite et maintenus alternativement sur la face intérieure de la première paroi latérale et la face intérieure de la seconde paroi latérale de l’enveloppe par des moyens de fixation par collage ou soudage, lesdits fils collés ou soudés assurant l’écartement maximal entre les deux parois latérales à l’état gonflé de l'enveloppe, chaque rangée de fils étant disposée suivant un agencement crénelé, en forme de créneaux dont les sommets correspondent aux zones de collage ou de soudage sur les faces intérieures des parois latérales de l'enveloppe, les moyens de collage ou de soudage des fils sur les faces intérieures de la première paroi latérale et de la seconde paroi latérale de l'enveloppe étant des bandes de maintien disposées transversalement auxdits fils sur les faces intérieures desdites parois latérales, assurant le maintien de segments de fils et définissant un agencement "crénelé" de chaque rangée de fils.
Une telle voilure en forme d’aile présente ainsi, à l’état gonflé, un profil rigide indéformable. Lesdits fils de liaison sont indépendants des fils de chaîne et des fils de trame du matériau textile pouvant former les parois d'enveloppe de la voilure. Ces fils de liaison ne sont donc plus tissés avec les fils de trame de la paroi textile. En ne coopérant ni aux fils de chaîne, ni aux fils de trame de la paroi textile, ils ne risquent donc pas de provoquer de perforation ou de déchirure de ladite paroi.
Cette voilure est ainsi notamment appropriée tant pour des engins à propulsion vélique que des engins à sustentation vélique dont des exemples seront mentionnés plus loin.
De manière avantageuse, chaque rangée de fils est disposée suivant un agencement crénelé en formant un plan sensiblement parallèle à la corde dudit profil aérodynamique. Ces fils dits de liaison sont disposés sensiblement perpendiculairement aux deux parois de l’enveloppe. Lesdites parois de l’enveloppe se faisant face ne sont pas parallèles en se rapprochant l’une de l’autre à leurs extrémités (par exemple de l’extrémité avant jusqu’au bord de fuite comme schématisé plus loin sur la figure 2).
Selon l'invention, les moyens de collage ou de soudage des fils sur les faces intérieures de la première paroi latérale et de la seconde paroi latérale de l’enveloppe sont des bandes de maintien, collées ou soudées transversalement auxdits fils sur les faces intérieures desdites parois latérales, assurant le maintien de segments de fils et définissant un agencement « crénelé » de chaque rangée de fils. Ainsi le contact de chaque fil de liaison avec les parois latérales est plus large qu’un contact par « point ».
Plus particulièrement, au contact de chacune des faces intérieures des parois latérales de l’enveloppe, chaque bande de maintien plaque un segment de fil avantageusement entre ladite bande et la face intérieure de ladite paroi latérale. Et de manière préférée, au contact de la face intérieure d’une paroi latérale de l’enveloppe, chaque bande de maintien plaque un segment de fil d’une série de rangées de fils, ou de chaque rangée de fils, entre ladite bande et la face intérieure de ladite paroi latérale.
Les rangées de fils mentionnés ici peuvent être des fils individuels, des groupements de plusieurs fils ou encore des assemblages de fils tels que des filets. Ils permettent le passage de l’air de gonflage dans la totalité de l’espace intérieur de l’enveloppe, sans alourdir l’ensemble de la voilure. Plusieurs variantes peuvent être envisagées pour l’enveloppe de cette voilure double paroi :
Selon une première variante, ladite enveloppe est formée d’une pièce unique, en matériau souple, telle qu’une toile repliée et fermée, en particulier à ses extrémités appliquées l’une contre l’autre le long du bord de fuite ou le long du bord d’attaque.
Selon une deuxième variante, ladite enveloppe comprend au moins deux pièces en matériau souple, telles que des toiles, chacune constituant une paroi latérale de l’enveloppe, et dont les extrémités appliquées l’une contre l’autre ferment ladite enveloppe d’une part côté bord de fuite et d’autre part côté bord d’attaque.
La toile constituant l'enveloppe est avantageusement réalisée en matériau textile imprégné ou recouvert de polymère sur une ou ses deux faces (correspondant ensuite aux faces externe et/ou interne de l’enveloppe) pour lui conférer une étanchéité à l'air, en vue de sa mise sous pression par gonflage. A cet effet, chaque enveloppe, ou tronçon d’enveloppe, est équipée d’embouts de gonflage et de dégonflage.
Le matériau constituant les parois de l’enveloppe peut aussi être un film (monocouche ou multicouche) en polymère (PVC par exemple) ou résine pouvant être renforcé(e) de fibres non tissées.
L’avantage principal d’une face interne en matériau pouvant être soudé : polymère (tel que du PVC) ou résine est de permettre par exemple l’application d’une bande de même nature, le soudage sur ladite face interne pouvant avoir lieu par fusion mutuelle des deux couches de polymère ou de résine. Il est à noter que, de par sa structure tissée en 3D, la face interne de la toile de la voilure selon FR 3 008 382 B1 ne pouvait pas être revêtue de polymère ou de résine.
La présence de bandes de maintien des rangées de fils contribue également au renforcement des parois de l’enveloppe.
La présente invention concerne également le procédé de fabrication de la voilure en forme d’aile décrite ci-dessus. Ce procédé comprend les étapes successives suivantes :
- positionnement d’un matériau souple, tel qu’une toile, d’enveloppe de voilure selon deux parois latérales disposées en vis-à-vis,
- placement entre les faces intérieures desdites parois latérales, de rangées de fils tendus,
- collage ou soudure de segments de fils de chaque rangée de fils, alternativement sur la face intérieure de la première paroi latérale et la face intérieure de la seconde paroi latérale,
- solidarisation des extrémités des parois d’enveloppe pour former une enveloppe fermée pouvant être gonflée,
- et gonflage de ladite enveloppe pour former un profil aérodynamique rigide.
Le procédé selon l’invention peut comprendre le collage direct ou le soudage (si la nature des fils le permet ; fils en matériau polymère par exemple) direct de segments de fils sur les faces intérieures des parois d’enveloppe. Cependant selon un mode de réalisation préféré qui assure un meilleur maintien des fils, l’étape de collage ou soudure est effectuée par application de bandes de maintien collées ou soudées transversalement aux dites rangées de fils alternativement sur la face intérieure de la première paroi latérale d’enveloppe et sur la face intérieure de la seconde paroi latérale, chaque bande collée ou soudée plaquant avantageusement un segment de fil entre ladite bande et la face intérieure de la paroi latérale correspondante. La présente invention concerne aussi le dispositif pour la mise en œuvre du procédé de fabrication de la voilure selon l’invention. Ce dispositif comprend, en combinaison :
-des rangées parallèles de fils tendus entre d’une part une zone de fixation d’une extrémité desdits fils et d’autre part des bobines de dévidement des fils à l’autre extrémité des fils,
-des postes d’amenée du matériau de la première paroi latérale d’enveloppe et des postes d’amenée du matériau de la seconde paroi latérale d’enveloppe comportant des rails de guidage, lesdits postes étant disposés de part et d’autre des rangées de fils, lesdits postes étant mobiles en translation par rapprochement ou écartement relatifs l'un par rapport à l'autre,
-des pieds presseurs disposés de part et d’autre des rangées de fils, chaque pied presseur étant mobile en translation en direction des rangées de fils et configuré pour appliquer par collage ou soudage des segments desdits fils sur la face intérieure de la paroi latérale d’enveloppe disposée du côté opposé de la rangée de fils,
-et des moyens d’avancement de l’ensemble « postes d’amenée de parois d’enveloppe-pieds presseurs » le long des rangées de fils au fur et à mesure de la fixation des fils sur les faces intérieures des parois d’enveloppe.
Les rangées de fils sont de préférence immobiles, seuls les postes d’amenée des parois latérales d’enveloppe et les pieds presseurs étant animés de mouvements de translation en direction des dites rangées de fils. L’écartement maximal entre ces postes d’amenée des parois d’enveloppe correspond avantageusement à l’écartement entre les deux parois, à l’état gonflé de l'enveloppe.
Les pieds presseurs peuvent notamment supporter des buses de collage ou des moyens de soudure, et d’éventuelles bandes de maintien à coller ou souder, selon le mode de réalisation choisi. Les moyens de soudure peuvent être des émetteurs haute fréquence (HF), des émetteurs à ultra-sons, des émetteurs infra-rouges ou des émetteurs laser.
Selon un mode de réalisation avantageux, les postes d’amenée des matériaux des parois latérales d’enveloppe de la voilure peuvent être équipés d’un système d’aspiration d’air configuré pour plaquer et assurer le maintien d’une rangée de fils déjà soudés ou collés et de la bande de maintien correspondante contre une paroi latérale pendant le soudage ou collage des fils sur la paroi latérale opposée. Ceci permet en particulier de ne pas décoller ou rompre la soudure des fils venant d’être appliqués sur l’une des parois, pendant que le pied presseur vient plaquer la suite desdites rangées de fils en direction de la paroi opposée.
La voilure en forme d’aile selon la présente invention peut trouver des applications intéressantes dans différents domaines. La présente invention concerne par exemple l’utilisation de la voilure pour la réalisation d’ailes à profil aérodynamique pour des engins à propulsion vélique tels que des navires ou pour des ailes de sustentation et/ou propulsion telles que les ailes de parapente ou de kite surf, ou encore pour la réalisation de pales d’éoliennes. Dans le cas des navires un mât est incorporé à ladite voilure en forme d’aile, qui peut se présenter en plusieurs parties, l'une de ces parties intégrant le mât du voilier.
Dans le domaine du parapente, les ailes classiques, constituées de deux toiles superposées liées entre elles par des cloisons présentant un profil formé d’une succession d’alvéoles ou caissons donnant un aspect matelassé qui réduit considérablement les performances aérodynamiques, peuvent être avantageusement remplacées par une voilure en forme d’aile selon la présente invention. Un espacement réduit entre les rangées de fils et les bandes transversales de maintien de ces fils évite un tel aspect matelassé, sans alourdir la voilure. De même, les ailes de kite surf, constituées généralement d’un boudin gonflable formant le bord d’attaque de l’aile et de boudins secondaires placés perpendiculairement à l’arrière du bord d’attaque assurant la mise en forme de la toile de l’aile, peuvent être avantageusement remplacées par une voilure en forme d’aile selon la présente invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L’invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d’exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue générale d’une voilure selon la présente invention, montée sur un mât,
- la figure 2 est une vue en coupe de la voilure de la figure 1 , avec orientation de la partie avant d’un angle a par rapport à la corde,
- les figures 3 à 7 schématisent différentes étapes du procédé de fabrication d’une voilure en forme d’aile selon l’invention, notamment les étapes de collage de rangées de fils de liaison sur les faces intérieures des parois latérales. EXEMPLE DE REALISATION
En se référant aux figures 1 et 2, un exemple de voilure en forme d’aile selon l’invention à profil aérodynamique adapté pour un navire, comprend deux parties : une partie arrière 1 dont l'extrémité arrière forme le bord de fuite 21 et une partie avant 2 dont l'extrémité avant forme le bord d’attaque 22 de la voilure. La partie avant 2 est solidaire en rotation du mat 3, la partie arrière 1 étant reliée à l’ensemble de la partie avant 2 et du mât 3 par des coulisseaux. Une jupe 7 (visible sur la figure 2), solidaire de la partie avant 2 permet de couvrir l’espace ménagé entre les parties arrière et avant, évitant ainsi une rupture dans le profil aérodynamique. Cet espace est nécessaire pour permettre l’orientation, selon un angle a, de la partie avant par rapport à la corde 15 de la partie arrière. La voilure peut présenter, vue de côté, une forme générale rectangulaire ou présenter des pans coupés 18,19 à son sommet. Chaque partie est ici réalisée d’une seule pièce, mais peut en variante (non représentée) être constituée de haut en bas, de plusieurs tronçons assemblés, ou indépendants.
Chacune de ces parties est formée d'une enveloppe fermée composée d'un matériau souple, tel qu'un textile enduit de polymère, sur une ou ses deux faces, comprenant des parois latérales 5a et 5b en vis-à-vis écartées l'une de l'autre en ménageant un espace intérieur apte à être gonflé. Des embouts de gonflage et de dégonflage (non représentés) sont prévus dans chaque enveloppe, ou tronçon d’enveloppe.
Ces parois latérales 5a et 5b sont reliées l'une à l'autre par des rangées de fils 4 (schématisés sur la figure 2 et les figures 3 à 7 en lignes discontinues), les fils s'étendant, selon la corde 15, entre l'extrémité avant à l'extrémité arrière d'une enveloppe (pour l'enveloppe de la partie arrière 1 de la voilure : schématisée sur la figure 2 de l'extrémité avant fermée 16 à l'extrémité arrière fermée par rapprochement des parois 5a et 5b l'une de l'autre le long du bord de fuite 21 ).
Chaque rangée de fil 4 est appliquée alternativement sur la face interne de la première paroi latérale 5a et de la seconde paroi latérale 5b selon un agencement crénelé, et les sommets de ces créneaux étant maintenus en place contre chacune desdites faces internes au moyen, dans l'exemple présenté, d'une bande 6 qui peut être une bande textile. Cette bande peut être appliquée par collage ou soudage sur lesdites faces internes des parois 5a, 5b.
La largeur des bandes 6, disposées ici perpendiculairement à plusieurs rangées de fils 4, définit la surface de contact entre chaque fil 4 et la face interne des parois latérales 5a, 5b de l'enveloppe. Cette largeur peut être de quelques millimètres. L'écartement entre deux bandes 6 adjacentes est voisin de la largeur de chacune desdites bandes. On obtient ainsi un ensemble maintenu par collage ou soudage sur une surface totale importante avec une résistance à l'arrachement très supérieure aux efforts subis par l'aile en condition de "fonctionnement" sur un voilier.
Deux maquettes d'aile conforme à l'exemple des figures 1 et 2 et d'une hauteur d'un mètre pour une corde de 30 cm ont été réalisées. De nombreux tests de mise en pression et de comportement de l'aile dans une veine d'air, ont permis de valider la conception d'une aile souple, gonflable telle que décrite ci-dessus et le procédé de fabrication proposé ci-après et schématisé sur les figures 3 à 7. Ces tests ont permis d’observer qu’une pression interne aussi faible que 0,1 bar environ est suffisante pour obtenir une structure d’aile aérodynamique non déformable. Des rangées parallèles de fils 4 sont tendues par fixation de leurs extrémités, d'une part, à une zone de fixation 11 à une extrémité du fil et d'autre part, à des bobines 12 de dévidement des fils 4 à l'autre extrémité de ces fils. Un peigne 17 sépare et maintient écartées les unes des autres les différentes rangées de fils 4.
De part et d'autre de ces rangées de fils, sont prévus des postes 24a et 24b d'amenée de matériau, d'une part, de la première paroi latérale 5a d'enveloppe de la voilure, et, d'autre part, d'amenée du matériau de la seconde paroi latérale 5b d'enveloppe.
Ces postes 24a et 24b comportent des rails de guidage respectivement 8a et 8b permettant le déplacement en translation de rouleaux 25a et 25b d’alimentation des deux matériaux de par rapprochement ou écartement relatif des dits postes 24a et 24b l'un par rapport à l'autre, de part et d'autre des rangées de fils 4.
L’extrémité libre de chaque matériau d’enveloppe est maintenue au moyen des éléments de maintien 9a, 9b, ici en forme de rouleaux fendus.
Des pieds 10a et 10b presseurs sont également disposés de part de d'autre des rangées de fils 4. Ces pieds sont ici également des supports de moyens de soudage ou de bandes 6 de collage aptes à venir plaquer alternativement les rangées de fils respectivement contre la face intérieure de la paroi 5a et la face intérieure du matériau de la paroi 5b, c'est-à-dire que lorsqu'un pied presseur 10a ou 10b est en action l'autre est dégagé pour ne pas gêner l'action en cours. La bande 6 peut éventuellement être placée sur ces pieds presseurs avant qu'ils ne se mettent en mouvement. Une fois les rangées de fils 4 amenées en position contre la face intérieure du matériau de la paroi latérale d’enveloppe, l'encollage ou le soudage soit des fils 4 soit de la bande 6 (qui peut être une bande de toile, adhésive ou revêtue de polymère thermoplastique) et les fils 4 est réalisé. Le rail 8a ou 8b associé à un galet presseur apporte le matériau respectivement de la première paroi 5a ou de la seconde paroi 5b et la presse contre les rangées de fils 4 et/ou la bande 6 pendant la durée de l'assemblage. Le pied support correspondant 10a ou 10b se retire alors, et se place à l'extérieur de la zone d'action. L'autre pied 10b ou 10a support se met alors en mouvement et répète l'opération sur la seconde face de la paroi de l'enveloppe.
Le maintien des rangées de fils 4 et de l'éventuelle bande 6 collées ou soudées durant la phase précédente peut être assuré par aspiration, le rail 8a ou 8b pouvant être équipé d'un système d'aspiration d'air (non représenté sur les figures). Un tel système d'aspiration permet de plaquer et d'assurer le maintien d'une rangée de fils 4 déjà soudée ou collée et éventuellement de la bande 6 de maintien correspondante contre les parois pendant le soudage ou le collage des fils 4 sur la paroi latérale opposée. Par exemple, comme schématisé à la figure 6, le maintien contre le galet presseur 13b du matériau de la paroi 5b et de la bande 6 est ainsi assuré pendant que le pied presseur 10b vient plaquer la rangée de fils 4 contre le galet presseur 13a (voir figure 6). Le dispositif selon l'invention permet de moduler l'écartement e entre les postes 24a et 24b et donc entre les matériaux des parois 5a et 5b d’enveloppe et ainsi réaliser des enveloppes avec des profils aérodynamiques définis.

Claims

REVENDICATIONS
1. Voilure en forme d’aile, à profil aérodynamique comprenant, entre son bord d’attaque et son bord de fuite, au moins une enveloppe souple fermée, comportant entre son extrémité avant côté bord d’attaque et son extrémité arrière côté bord de fuite une première paroi latérale (5a) et une seconde paroi latérale (5b), lesdites parois latérales étant écartées l’une de l’autre de part et d’autre de la corde (15) dudit profil et ménageant entre elles un espace intérieur apte à être gonflé pour former un profil rigide,
caractérisée en ce que l’espace intérieur de l'enveloppe est équipé de rangées de fils (4), s’étendant de son extrémité avant côté bord d’attaque à son extrémité arrière côté bord de fuite et maintenus alternativement sur la face intérieure de la première paroi latérale (5a) et la face intérieure de la seconde paroi latérale (5b) de l’enveloppe par des moyens de fixation par collage ou soudage, lesdits fils collés ou soudés assurant l’écartement maximal entre les deux parois latérales à l’état gonflé de l'enveloppe,
chaque rangée de fils (4) étant disposée suivant un agencement crénelé, en forme de créneaux dont les sommets correspondent aux zones de collage ou de soudage sur les faces intérieures des parois latérales (5a, 5b) de l’enveloppe,
les moyens de collage ou de soudage des fils sur les faces intérieures de la première paroi latérale (5a) et de la seconde paroi latérale (5b) de l’enveloppe étant des bandes (6) de maintien disposées transversalement auxdits fils sur les faces intérieures desdites parois latérales, assurant le maintien de segments de fils et définissant un agencement « crénelé » de chaque rangée de fils (4).
2. Voiture selon la revendication 1 , caractérisée en ce que chaque rangée de fils (4) est disposée suivant un agencement crénelé en formant un plan sensiblement parallèle à la corde dudit profil aérodynamique.
3. Voilure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que, au contact de chacune des faces intérieures des parois latérales (5a, 5b) de l’enveloppe, chaque bande (6) de maintien plaque un segment de fil entre ladite bande et la face intérieure de ladite paroi latérale.
4. Voilure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, au contact de la face intérieure d’une paroi latérale de l’enveloppe, chaque bande (6) de maintien plaque un segment de fil d’une série de rangées de fils (4), ou de chaque rangée de fils, entre ladite bande 6 et la face intérieure de ladite paroi latérale.
5. Voilure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite enveloppe est formée d’une pièce unique, en matériau souple, telle qu’une toile, repliée et fermée.
6. Voilure selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite enveloppe comprend au moins deux pièces en matériau souple, telles que des toiles, chacune constituant une paroi latérale de l’enveloppe, et dont les extrémités appliquées l’une contre l’autre, ferment ladite enveloppe d’une part côté bord de fuite et d’autre part côté bord d’attaque.
7. Procédé de fabrication de la voilure selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes successives suivantes :
- positionnement d’un matériau souple, tel qu’une toile, d’enveloppe de voilure selon deux parois latérales disposées en vis-à-vis,
- placement, entre les faces intérieures desdites parois latérales (5a, 5b), de rangées de fils (4) tendus,
- collage ou soudure de segments de fils de chaque rangée de fils (4), alternativement sur la face intérieure de la première paroi latérale (5a) et la face intérieure de la seconde paroi latérale (5b),
solidarisation des extrémités des parois d’enveloppe pour former une enveloppe fermée pouvant être gonflée,
- et gonflage de ladite enveloppe pour former un profil aérodynamique rigide.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’étape de collage ou de soudage est effectuée par application de bandes (6) de maintien collées ou soudées transversalement aux dites rangées de fils (4) alternativement sur la face intérieure de la première paroi latérale (5a) d’enveloppe et sur la face intérieure de la seconde paroi latérale (5b), chaque bande (6) de maintien plaquant un segment de fil entre ladite bande et la face intérieure de la paroi latérale correspondante.
9. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 7 ou 8 pour la fabrication de voilure selon l’une quelconque des revendications
1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend, en combinaison :
-des rangées parallèles de fils tendus entre d’une part une zone de fixation (11 ) d’une extrémité desdits fils et d’autre part des bobines (12) de dévidement des fils à l’autre extrémité des fils.
-des postes (24a) d’amenée du matériau de la première paroi latérale d’enveloppe de la voilure et des postes (24b) d’amenée du matériau de la seconde paroi latérale d’enveloppe, comportant des rails de guidage (8a, 8b) et étant disposés de part et d’autre des rangées de fils (4), lesdits postes étant mobiles en translation par rapprochement ou écartement relatifs l'un par rapport à l'autre,
-des pieds (10a, 10b) presseurs disposés de part et d’autre des rangées de fils (4), chaque pied presseur étant mobile en translation en direction des rangées de fils (4) et configuré pour appliquer par collage ou soudage des segments desdits fils sur la face intérieure de la paroi latérale d’enveloppe disposée du côté opposé de la rangée de fils.
-et des moyens d’avancement de l’ensemble « postes d’amenée de parois d’enveloppe-pieds presseurs » le long des rangées de fils au fur et à mesure de la fixation des fils sur les faces intérieures des parois d’enveloppe.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les pieds (10a,
10b) presseurs supportent des buses de collage ou des moyens de soudure, et d’éventuelles bandes de maintien.
11. Dispositif selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les postes (24a, 24b) d’amenée des matériaux des parois latérales (5a, 5b) d’enveloppe de la voilure sont équipés d’un système d’aspiration d’air configuré pour plaquer et assurer le maintien d’une rangée de fils (4) déjà soudés ou collés sur une paroi latérale, et de la bande de maintien correspondante éventuelle, pendant le soudage ou le collage des fils sur la paroi latérale opposée.
12. Utilisation de la voilure selon l’une des revendications 1 à 6 pour la réalisation d’ailes à profil aérodynamique pour des engins à propulsion vélique tels que des navires ou des ailes de sustentation et/ou propulsion telles que les ailes de parapente ou de kite surf.
13. Utilisation de la voilure selon l’une des revendications 1 à 6 pour la réalisation de pales d’éoliennes.
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