EP3713842B1 - 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 Download PDF

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EP3713842B1
EP3713842B1 EP18827151.4A EP18827151A EP3713842B1 EP 3713842 B1 EP3713842 B1 EP 3713842B1 EP 18827151 A EP18827151 A EP 18827151A EP 3713842 B1 EP3713842 B1 EP 3713842B1
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EP
European Patent Office
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wires
envelope
lateral wall
rows
walls
Prior art date
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EP18827151.4A
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English (en)
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EP3713842A1 (fr
Inventor
Jean-Luc Hauser
Antoine SOULIES
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Sas Seawitlab
Original Assignee
Sas Seawitlab
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Publication date
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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

  • the present invention relates to the field of wings in the form of a wing, in particular for a vehicle with velic propulsion or velic lift, having an aerodynamic profile.
  • the propulsion of the ship is provided by one or more simple sails made of stretched canvas.
  • Another technology consists of a double canvas hoisted on a spar, inflated by the stopping pressure of the wind and whose asymmetric profile is generated by deformation by stretching one side of the profile (lower surface) or relaxing the other side ( extrados) mechanically or through alternately closed and open air inlets on each side of the wing.
  • These devices which have been the subject of patent applications in particular FROM 202012001514 and WO 9826982 , have the main drawbacks of generating wing profiles whose geometry is difficult to control and different from the carrier aerodynamic profiles resulting from research such as the NACA or CLARK profiles. Indeed, the superiority of a wing over a classic wing is only true if the control of this profile is ensured over the entire surface of the wing.
  • the shaping of such devices depends on the pressure of the air circulating around the profile to remain in the inflated state.
  • a wing-shaped airfoil arranged 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, the threads of which warp of the fabric are tied to the weft threads facing each other.
  • the spacing between the two walls makes it possible to create a defined wing profile.
  • These double-walled textile pieces are closed by a fabric glued and sewn at the top and bottom of the generated profile, the whole made airtight by coating with an elastomeric resin. Maintaining the profile thus obtained is ensured by inflating the airfoil, this pressurization of air being independent of the static or dynamic pressure of the air circulating around this profile.
  • the wing thus produced according to the patent French FR 3 008 382 B1 aims to obtain the performance of a rigid wing, while being made of a flexible wing of low weight and with a reducible surface.
  • the elements or parts of inflatable elements thus designed behave after pressurization, like elements with a rigid structure. They make the profile of the canopy subjected to the pressure exerted by the wind.
  • a first object of the invention is to simplify the structure and therefore the production of such a flexible double-walled canopy.
  • Another object of the invention is to provide a flexible airfoil without rigid elements.
  • Another object of the invention is to provide a flexible double-walled, inflatable canopy without increasing the weight of this canopy and by preventing or limiting the risks of tearing or perforation of the weft threads, while retaining walls made of material. textile.
  • Another object of the invention is not to reduce the performance of such a wing compared to the wing described in the patent.
  • FR 3 008 382 B1 Another object of the invention is not to reduce the performance of such a wing compared to the wing described in the patent.
  • the wing-shaped airfoil according to the present invention is an airfoil with an aerodynamic profile comprising, between its leading edge and its trailing edge, at least one closed flexible envelope, comprising between its front end on the side edge. attack and its rear end on the trailing edge side a first side wall and a second side wall, said side walls being spaced from each other on either side of the chord of said profile and leaving between them a suitable interior space to be inflated to form a rigid profile.
  • This airfoil is characterized in that the interior space of the envelope is equipped with rows of wires, extending from its front end on the leading edge side to its rear end on the trailing edge side and held alternately on the inside face of the wing.
  • each row of wires being arranged in a crenellated arrangement, in the form of crenellations, the tops of which correspond to the bonding or welding zones on the inner faces of the side walls of the envelope, the means for bonding or welding the wires on the inner faces of the first side wall and of the second side wall of the casing being retaining bands arranged transversely to said wires on the inner faces of said walls is lateral, ensuring the maintenance of segments of son and defining a "crenellated" arrangement of each row of son.
  • Such a wing-shaped wing thus has, in the inflated state, a rigid, undeformable profile.
  • Said connecting threads are independent of the warp threads and of the weft threads of the textile material which can form the envelope walls of the airfoil. These binding threads are therefore no longer woven with the weft threads of the textile wall. By not cooperating with either the warp threads or the weft threads of the textile wall, they therefore do not risk causing perforation or tearing of said wall.
  • This airfoil is thus particularly suitable both for vehicles with velic propulsion and for vehicles with velic lift, examples of which will be mentioned below.
  • each row of cords is arranged in a crenellated arrangement forming a plane substantially parallel to the chord of said aerodynamic profile.
  • These so-called connecting threads are arranged substantially perpendicular to the two walls of the casing. Said walls of the casing facing each other are not parallel in approaching one another at their ends (for example from the front end to the trailing edge as shown schematically later on figure 2 ).
  • the means for bonding or welding the wires to the inner faces of the first side wall and of the second side wall of the casing are retaining bands, glued or welded transversely to said wires on the inner faces of said casing. side walls, ensuring the maintenance of segments of threads and defining a "crenellated" arrangement of each row of threads.
  • the contact of each connecting wire with the side walls is wider than a contact by “point”.
  • each retaining band plates a segment of wire advantageously between said band and the inner face of said side wall.
  • each retaining strip plates a segment of wire 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 even assemblies of threads such as nets. They allow the inflation air to pass through the entire interior space of the envelope, without weighing down the entire airfoil.
  • said envelope is formed from a single piece, of flexible material, such as a folded and closed canvas, in particular at its ends applied one against the other along the trailing edge or along the side. from the leading edge.
  • said envelope comprises at least two pieces of flexible material, such as fabrics, each constituting a side wall of the envelope, and the ends of which applied against each other close said envelope on the one hand. on the trailing edge side and on the other hand on the leading edge side.
  • the fabric constituting the envelope is advantageously made of a textile material impregnated or covered with polymer on one or both sides (then corresponding to the external and / or internal surfaces of the envelope) to give it airtightness, in view of of its pressurization by inflation.
  • each envelope, or section of envelope is equipped with inflation and deflation nozzles.
  • the material constituting the walls of the envelope can also be a film (monolayer or multilayer) of polymer (PVC for example) or resin which can be reinforced with non-woven fibers.
  • polymer such as PVC
  • resin is for example to allow the application of a strip of the same type, welding on said internal face being able to take place by mutual fusion of the two layers of polymer or resin. It should be noted that, due to its 3D woven structure, the internal face of the fabric of the sail according to FR 3 008 382 B1 could not be coated with polymer or resin.
  • the method according to the invention can comprise direct bonding or direct welding (if the nature of the wires allows it; wires of polymer material for example) of segments of wires on the inner faces of the casing walls.
  • the bonding or welding step is carried out by applying retaining strips glued or welded transversely to said rows of wires alternately on the inner face of the first side wall d envelope and on the inside face of the second side wall, each glued or welded strip advantageously pressing a segment of wire between said strip and the inside face of the corresponding side wall.
  • the rows of threads are preferably stationary, only the feed stations of the side walls of the casing and the presser feet being driven in translational movements in the direction of said rows of threads.
  • the maximum spacing between these casing wall supply stations advantageously corresponds to the spacing between the two walls, in the inflated state of the casing.
  • the presser feet can 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 can be high frequency (HF) transmitters, ultrasonic transmitters, infrared emitters or laser emitters.
  • the feed stations for the materials of the wing envelope side walls can be equipped with an air suction system configured to press down and ensure the maintenance of a row of threads already welded or glued and the corresponding retaining strip against a side wall while welding or gluing the wires to the opposite side wall.
  • an air suction system configured to press down and ensure the maintenance of a row of threads already welded or glued and the corresponding retaining strip against a side wall while welding or gluing the wires to the opposite side wall.
  • the wing-shaped airfoil according to the present invention can find interesting applications in various fields.
  • the present invention relates, for example, to the use of the canopy for producing wings with an aerodynamic profile for velic propulsion vehicles such as ships or for support and / or propulsion wings such as paragliding or kite wings. surfing, or for the realization of wind turbine blades.
  • a mast is incorporated in said wing-shaped wing, which may be in several parts, one of these parts integrating the mast of the sailboat.
  • kitesurf kites generally made up of an inflatable flange forming the leading edge of the wing and secondary flanges placed perpendicular to the rear of the leading edge ensuring the shaping of the canvas.
  • the wing can advantageously be replaced by a wing-shaped airfoil according to the present invention.
  • an example of a wing-shaped wing according to the invention with an aerodynamic profile suitable for a ship comprises two parts: a rear part 1 whose rear end forms the trailing edge 21 and a front part 2 whose end front forms the leading edge 22 of the airfoil.
  • the front part 2 is integral in rotation with the mast 3, the rear part 1 being connected to the assembly of the front part 2 and the mast 3 by slides.
  • a skirt 7 (visible on the figure 2 ), integral with the front part 2, makes it possible to cover the space left between the rear and front parts, thus avoiding a break in the aerodynamic profile. This space is necessary to allow orientation, at an angle a, of the front part relative to the cord 15 of the rear part.
  • the airfoil may 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 can alternatively (not shown) be made up from top to bottom, of several assembled or independent sections.
  • Each of these parts is formed of a closed envelope composed of a flexible material, such as a textile coated with polymer, on one or both sides, comprising side walls 5a and 5b facing each other spaced apart. one from the other while leaving an interior space suitable for being inflated.
  • Inflation and deflation nozzles are provided in each envelope, or section of envelope.
  • These side walls 5a and 5b are connected to each other by rows of wires 4 (shown diagrammatically on figure 2 and the figures 3 to 7 in broken lines), the wires extending, along the cord 15, between the front end to the rear end of a casing (for the casing of the rear part 1 of the airfoil: shown diagrammatically on figure 2 from the closed front end 16 to the closed rear end by bringing the walls 5a and 5b together along the trailing edge 21).
  • wires 4 shown diagrammatically on figure 2 and the figures 3 to 7 in broken lines
  • the wires extending, along the cord 15, between the front end to the rear end of a casing (for the casing of the rear part 1 of the airfoil: shown diagrammatically on figure 2 from the closed front end 16 to the closed rear end by bringing the walls 5a and 5b together along the trailing edge 21).
  • Each row of wire 4 is applied alternately on the internal face of the first side wall 5a and of the second side wall 5b in a crenellated arrangement, and the tops of these crenellations being held in place against each of said internal faces by means, in the example shown, of a strip 6 which may be a textile strip.
  • This strip can be applied by gluing or welding on said internal faces of the walls 5a, 5b.
  • the width of the strips 6, arranged here perpendicular to several rows of wires 4, defines the contact surface between each wire 4 and the internal face of the side walls 5a, 5b of the casing. This width can be a few millimeters.
  • the spacing between two adjacent bands 6 is close the width of each of said bands.
  • Parallel rows of wires 4 are stretched by fixing their ends, on the one hand, to an attachment zone 11 at one end of the wire and, on the other hand, to reels 12 for unwinding the wires 4 at the other end. of these threads.
  • a comb 17 separates and keeps the different rows of threads 4 apart from one another.
  • stations 24a and 24b are provided for supplying material, on the one hand, from the first side wall 5a of the casing of the airfoil, and, on the other hand, for supplying the material of the second side wall 5b of the casing.
  • stations 24a and 24b comprise guide rails 8a and 8b respectively allowing the translational movement of rollers 25a and 25b for supplying the two materials by moving closer or relative spacing of said stations 24a and 24b with respect to one another. other, on either side of the rows of wires 4.
  • each shell material is held in place by means of holding elements 9a, 9b, here in the form of split rollers.
  • Presser feet 10a and 10b are also arranged on either side of the rows of wires 4. These feet are here also supports for welding means or adhesive strips 6 able to come alternately press the rows of wires 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 interfere with the action in progress .
  • the band 6 can optionally be placed on these presser feet before they start to move.
  • the gluing or welding of either the wires 4 or the tape 6 (which can be a canvas, adhesive or tape strip). coated with thermoplastic polymer) and the wires 4 is made.
  • the rail 8a or 8b associated with a pressure roller brings the material respectively of the first wall 5a or of the second wall 5b and presses it against the rows of wires 4 and / or the strip 6 during the assembly period.
  • the corresponding support foot 10a or 10b then withdraws and is placed outside the action zone.
  • the other support foot 10b or 10a then starts to move and repeats the operation on the second face of the wall of the envelope.
  • the maintenance of the rows of wires 4 and of the possible band 6 glued or welded during the previous phase can be ensured by suction, the rail 8a or 8b being able to be equipped with an air suction system (not shown on the figures).
  • a suction system makes it possible to press and maintain a row of wires 4 already welded or glued and possibly the corresponding retaining strip 6 against the walls during the welding or gluing of the wires 4 on the wall. opposite side.
  • the maintenance against the presser roller 13b of the material of the wall 5b and of the strip 6 is thus ensured while the presser foot 10b presses the row of threads 4 against the presser roller 13a (see figure 6 ).
  • the device according to the invention makes it possible to modulate the spacing e between the stations 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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Description

    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 chaine 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 chaine 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 chaine 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 chaine, 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 α 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 (13)

  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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