FR2562609A1 - Wind engine with two rotors - Google Patents

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Abstract

The wind engine 1 has two vertical rotors attached rigidly to a rotating platform 10 which orientates itself according to the wind. The platform, because of its structure, rests by means of ball bearings 11 on rolling tracks fixed to a seating 5, itself solidly anchored in the ground so that any vertical movement of the mobile platform 10 is impossible. Applications in the domestic field, e.g. for a boiler feed, as well as for projects on a much larger scale.

Description

EOLIENNE A DEUX ROTORS VERTICAUX
La présente invention concerne une nouvelle architecture d 'éolienne.TWO VERTICAL ROTOR WIND TURBINE
The present invention relates to a new wind turbine architecture.

L'intérêt de capter et de maîtriser énergie fournie par le vent pour la transformer en énergie électrique ou mécanique ntest plus à démontrer surtout dans le contexte actuel où toute énergie peu couteuse et non polluante prend toute son importance. The advantage of capturing and controlling energy supplied by the wind to transform it into electrical or mechanical energy no longer needs to be demonstrated, especially in the current context where all inexpensive and non-polluting energy takes on its importance.

Un problème cependant surgit dès que l'on s'intéresse à ce procédé : c'est le rendement de l'organe chargé de capter l'énergie. However, a problem arises as soon as one becomes interested in this process: it is the efficiency of the organ responsible for capturing energy.

Pour résoudre ce problème on a parfois recours à l'utilisation de deux rotors à axes verticaux portant des pales qui leur sont solidaires sur toute la longueur des rotors. Ces derniers sont montés dans l'art connu sur un seul arbre tournant relié directement à un alternateur. Cette structure, si elle est satisfaisante pour certaines applications où les puissances mises en jeu sont relativement modestes pose de gros problèmes de résistance des matériaux au niveau de la liaison entre l'arbre et l'alternateur qui est une liaison directe.To solve this problem, recourse is sometimes had to the use of two rotors with vertical axes carrying blades which are integral with them over the entire length of the rotors. These are mounted in the known art on a single rotating shaft connected directly to an alternator. This structure, if it is satisfactory for certain applications where the powers involved are relatively modest, poses major problems of resistance of the materials at the level of the connection between the shaft and the alternator which is a direct connection.

L'invention concerne une eolienne qui présente tous les avantages des machines à deux rotors verticaux sans en présenter les défauts. D'une part, les rotors sont solidaires d'une plateforme tournante, indépendante de l'alternateur, le tout étant pris en charge par une embase fixe solidaire du sol. The invention relates to a wind turbine which has all the advantages of machines with two vertical rotors without having the faults. On the one hand, the rotors are secured to a rotating platform, independent of the alternator, the whole being supported by a fixed base secured to the ground.

L'invention concerne plus précisément une éolienne à deux rotors verticaux caractérisée en ce que ces deux rotors verticaux, porte-pales sont montés sur une plateforme orientable en rotation par rapport à un plateau fixe servant d'embase à l'ensemble solidement ancré sur le sol ; cette plateforme mobile étant munie d'une cage de roulement centrale axée sur l'axe du plateau fixe et d'une pluralité de cages de roulements radiaux dits respectivement supérieurs et inférieurs, ces derniers coopérant avec des chemins de roulement respectivement solidaires de la face supérieure et de la face inférieure du plateau fixe. The invention relates more precisely to a wind turbine with two vertical rotors, characterized in that these two vertical rotors, blade holders are mounted on a platform which can be rotated relative to a fixed plate serving as a base for the assembly firmly anchored on the ground ; this mobile platform being provided with a central bearing cage centered on the axis of the fixed plate and with a plurality of radial bearing cages known as upper and lower respectively, the latter cooperating with raceways respectively integral with the upper face and the underside of the fixed plate.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles
- La figure 1 représente schématiquement un bâti constituant un des éléments essentiels d'une éolienne conforme à l'invention ;
- La figure 2 est une vue de dessus, partielle de l'éolienne, illustrant notamment une plateforme tournante selon l'invention ;
- La figure 3 représente schématiquement le système de fixation des rotors, supports de pales, à cette plate forme tournante ;
- La figure 4 est une vue de dessus de la figure 3 ;
- La figure 5 est une vue en coupe selon SS de la figure 3;
- La figure 6 est une vue en perspective d'une partie de rotor équipée de ses pales dont le profil constitue une des caractéristiques de l'invention ;;
- La figure 7 est une représentation schématique d'une éolienne selon l'invention à laquelle on a adjoint un gouvernail.The invention will be better understood with the aid of the explanations which follow and of the appended figures among which
- Figure 1 schematically shows a frame constituting one of the essential elements of a wind turbine according to the invention;
- Figure 2 is a partial top view of the wind turbine, in particular illustrating a rotating platform according to the invention;
- Figure 3 shows schematically the system for fixing the rotors, blade supports, to this rotating platform;
- Figure 4 is a top view of Figure 3;
- Figure 5 is a sectional view along SS of Figure 3;
- Figure 6 is a perspective view of a rotor part equipped with its blades whose profile constitutes one of the characteristics of the invention;
- Figure 7 is a schematic representation of a wind turbine according to the invention which has been added a rudder.

Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. For the sake of clarity, the same elements are given the same references in all the figures.

Comme le montre ltensemble des figures auxquelles on se réfère tout au long de la description qui suit, une éolienne 1 conforme à l'invention est du type à deux rotors 2 et 3 verticaux equipés de pales 4 solidaires de ces rotors et dont le profil sera défini ultérieurement. As shown in all of the figures to which reference is made throughout the following description, a wind turbine 1 according to the invention is of the type with two vertical rotors 2 and 3 fitted with blades 4 integral with these rotors and whose profile will be defined later.

Selon une caractéristique importante de l'invention, l'organe chargé de capter l'énergie d'une éolienne 1 conforme à l'invention repose sur une embase 5 solidement ancrée au sol. Cette embase 5 est par exemple constituée d'un plateau circulaire 6 porté par une pluralité de jambes de force 7 dont une 7a est disposée de telle sorte que son axe xx' se confonde avec l'axe xx' de l'éolienne 1. Les autres jambes de force 7 sont inclinées et réparties de telle sorte qu'elles assurent une parfaite assise de ce plateau jouant la foncion d'embase fixe 6 pour le reste de l'éolienne 1. L'extrémité basse de ces jambes de force 6 comporte un pied 8 destiné à être solidement ancré dans le sol 9 (ou tout autre support sur lequeL doit être dressée l'éolienne). According to an important characteristic of the invention, the member responsible for capturing the energy of a wind turbine 1 according to the invention rests on a base 5 firmly anchored to the ground. This base 5 is for example made up of a circular plate 6 carried by a plurality of struts 7, one of which 7a is arranged so that its axis xx 'merges with the axis xx' of the wind turbine 1. The other struts 7 are inclined and distributed so that they ensure perfect seating of this plate playing the function of a fixed base 6 for the rest of the wind turbine 1. The lower end of these struts 6 comprises a foot 8 intended to be firmly anchored in the ground 9 (or any other support on which the wind turbine must be erected).

Ces pieds 8 peuvent, soit être scellés, soit être rendus solidaires du sol par tout moyen connu, des boulons 90, par exemple.These feet 8 can either be sealed, or be made integral with the ground by any known means, bolts 90, for example.

Selon une caractéristique importante de l'invention, ce plateau-embase 6 est par construction disposé et scellé de telle sorte que sa surface supérieure soit rigoureusement située dans un plan horizontal. According to an important characteristic of the invention, this base plate 6 is by construction arranged and sealed so that its upper surface is strictly located in a horizontal plane.

En effet, conformément à l'invention, ce plateau fixe 6 est destiné à recevoir une plateforme tournante 10 qui est le support des deux rotors 2 et 3 portant les pales 4 qui reçoivent le vent. Cette plateforme 10 est reliée au plateau fixe 6, dans l'axe de celui-ci, au moyen d'une cage de roulement 11 qui assure son maintien selon l'axe xx' et sa rotation sans frottement.Indeed, according to the invention, this fixed plate 6 is intended to receive a rotating platform 10 which is the support of the two rotors 2 and 3 carrying the blades 4 which receive the wind. This platform 10 is connected to the fixed plate 6, in the axis thereof, by means of a rolling cage 11 which ensures its maintenance along the axis xx 'and its rotation without friction.

Selon l'invention, des moyens supplémentaires sont prévus pour que cette plateforme mobile 10, quelles que soient les contraintes auxquelles l'éolienne se trouve soumise, conserve une assise parfaitement horizontale, de telle sorte que la plaque 110 sur laquelle sont fixes les rotors 2 et 3 se trouve en permanence disposée parallèlement au plateau fixe 6. Pour cela, une pluralité de cages de roulement radiaux 12 sont disposées sur un axe circulaire à une distance Et du centrede la plate forme solidaire de la face interne 66 de celle-ci. Ils sont dénommes, dans la suite de la description, cage de roulement supérieurs 12 et cooperent avec un chemin de roulement supérieur 20 a solidaire de la face supérieure 66 du plateau fixe 6. According to the invention, additional means are provided so that this mobile platform 10, whatever the constraints to which the wind turbine is subjected, retains a perfectly horizontal seat, so that the plate 110 on which the rotors 2 are fixed and 3 is permanently arranged parallel to the fixed plate 6. For this, a plurality of radial rolling cages 12 are arranged on a circular axis at a distance And from the center of the platform secured to the internal face 66 thereof. In the following description, they are called upper bearing cage 12 and cooperate with an upper raceway 20 a secured to the upper face 66 of the fixed plate 6.

Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la structure de la plateforme mobile 10 est telle que la plaque 110 est repliée perpendiculairement sur toute sa périphérie en forme de
L dont la base 25 duL porte une pluralité de cages de roulement dits inférieurs 13 , également régulièrement répartis sur un second axe circulaire à une distance R1 du centre et destinés à coopérer avec un second chemin de roulement 30 a dit inférieur, solidaire de la face interne 67 du plateau fixe 6. Une telle architecture contribue à empecher tout mouvement dans un plan vertical de la plaque 11 û de la plateforme tournante 10 portant les rotors 2 et 3.According to another important characteristic of the invention, the structure of the mobile platform 10 is such that the plate 110 is folded perpendicularly over its entire periphery in the form of
L whose base 25 duL carries a plurality of so-called lower rolling cages 13, also regularly distributed on a second circular axis at a distance R1 from the center and intended to cooperate with a second rolling race 30 called lower, secured to the face internal 67 of the fixed plate 6. Such an architecture contributes to preventing any movement in a vertical plane of the plate 11 û of the rotating platform 10 carrying the rotors 2 and 3.

Pour plus de rigidité de l'ensemble, il est conseillé de placer le de part 50 des jambes de force 7 aussi près que possible des roulements à billes. For more rigidity of the assembly, it is advisable to place the part 50 of the struts 7 as close as possible to the ball bearings.

Selon une autre caractéristique importante de l'invention, et pour des raisons notamment d'allègement, la plaque 110 de la plateau forme tournante 10 est découpée en une pluralité de branches 100 par exemple au nombre de 4, qui épouserait sensiblement la forme d'une croix de Malte. According to another important characteristic of the invention, and for reasons in particular of lightening, the plate 110 of the turntable 10 is cut into a plurality of branches 100, for example 4 in number, which would substantially match the shape of a Maltese cross.

Il convient de noter que cette plateforme tournante 10 est plus précisément une plateforme qui tourne en fonction de la direction du vent assurant ainsi une prise au vent optimale au niveau des pales. Pour cela, elle coopère avec un gouvernail qui sera décrit plus loin. It should be noted that this rotary platform 10 is more precisely a platform which rotates as a function of the direction of the wind, thus ensuring optimum wind resistance at the blades. For this, it cooperates with a rudder which will be described later.

Comme cela a déjà été dit, et conformément à l'invention, la plateforme mobile 10 est donc destinée à recevoir les rotors 2 et 3. Selon une variante de mise en oeuvre, une zone renforcée 80, par exemple en forme de 8 est prévue dans cette plateforme de telle sorte que ces rotors 2 et 3 se trouvent centrés et fixés au centre 80 a et 80 b des boucles du huit constituant cette zone renforcée 80. Les extrémités basses des rotors 2 et 3 sont fixées à la surface supérieure de la plaque mobile 110 par exemple au moyen de butées à billes 50 à simple ou double effet, tandis que leurs extrémités hautes sont reliées à un cadre 51 au moyen de cage de roulement 52. Ce cadre 51 est rendu solidaire de la plateforme mobile 10 par tout moyen connu tel que des boulons 53. As has already been said, and in accordance with the invention, the mobile platform 10 is therefore intended to receive the rotors 2 and 3. According to an alternative embodiment, a reinforced zone 80, for example in the form of 8 is provided. in this platform so that these rotors 2 and 3 are centered and fixed at the center 80 a and 80 b of the loops of the eight constituting this reinforced area 80. The lower ends of the rotors 2 and 3 are fixed to the upper surface of the movable plate 110 for example by means of ball bearings 50 with single or double effect, while their upper ends are connected to a frame 51 by means of rolling cage 52. This frame 51 is made integral with the movable platform 10 by all known means such as bolts 53.

La force aéromécanique est récupérée au niveau de ces deux rotors 2 et 3 de manière classique (et pour cela non représente selon les techniques utilisées dans ce type de machine. The aeromechanical force is recovered at the level of these two rotors 2 and 3 in a conventional manner (and for this not represented according to the techniques used in this type of machine.

Cette liaison rotor-alternateur peut être réalisée soit à la base des deux rotors , soit à son sommet. Elle est indépendante de l'axe de rotation de la plateforme mobile qui n'est là que pour assurer l'orientation optimale du capteur en fonction de la direction du vent. This rotor-alternator connection can be made either at the base of the two rotors, or at its top. It is independent of the axis of rotation of the mobile platform which is only there to ensure the optimal orientation of the sensor as a function of the wind direction.

Le cadre 5 a également pour fonction de supporter un certain nombre d'accessoires. Ainsi un auvent 31 est disposé localement de part et d'autre des rotors 2 et 3, ce dernier est équipé d'un volet 310 orientable autour d'un axe de rotation311 comme cela est représenté sur les figures 4 et 5. The frame 5 also has the function of supporting a certain number of accessories. Thus a canopy 31 is arranged locally on either side of the rotors 2 and 3, the latter is equipped with a flap 310 which can be oriented around an axis of rotation 311 as shown in FIGS. 4 and 5.

Selon une autre caractéristique de l'invention, coopérant avec cet auvent 31, un brise-vent 32 est prévu pour guider et canaliser le flux vers les deux rotors.  According to another characteristic of the invention, cooperating with this awning 31, a windbreak 32 is provided to guide and channel the flow towards the two rotors.

Il comporte deux profils creux 32 a et 32 b et est rendu solidaire de la plateforme mobile 10. It has two hollow profiles 32 a and 32 b and is made integral with the mobile platform 10.

Le montage du profil en triangle 32 b peut être prévu avec des moyens de coulissement, constitués par exemple par une lumière 40, le long de laquelle, il peut coulisser avant d'être fixé au moyen d'un boulon 42, comme l'est d'ailleurs également la partie arrière 32 a
Maintenant que l'ensemble de la structure du bâti a été décrite, on entre dans la description d'une autre caractéristique importante de l'invention : à savoir le profil des pales 4 solidaires des rotors 2 et 3. Celles-ci, conformément à l'invention sont au nombre de quatre par rotor, soudées sur une génératrice du rotor qui est un cylindre à base circulaire.The mounting of the triangle profile 32 b can be provided with sliding means, constituted for example by a light 40, along which it can slide before being fixed by means of a bolt 42, as is moreover also the rear part 32a
Now that the entire structure of the frame has been described, we enter the description of another important characteristic of the invention: namely the profile of the blades 4 secured to the rotors 2 and 3. These, in accordance with the invention are four in number per rotor, welded to a generator of the rotor which is a cylinder with a circular base.

Elles sont réparties sur deux axes perpendiculaires xl x2, et yl y2, centrées sur l'axe des rotors. Chacune d'elles comporte une partie plane 101 perpendiculaire à l'axe xl x2 ou yl yl qui la porte et dans le prolongement une partie recourbée 102 en arc de cercle. La cinématique de l'ensemble illustré notamment au moyen de la figure 5 fait qu'elles tournent en sens inverse, qu'elles se frolent tangentiellement au point T. They are distributed on two perpendicular axes xl x2, and yl y2, centered on the axis of the rotors. Each of them has a flat part 101 perpendicular to the axis xl x2 or yl yl which carries it and in the extension a curved part 102 in an arc. The kinematics of the assembly illustrated in particular by means of Figure 5 means that they rotate in opposite directions, that they rub tangentially at point T.

Enfin, comme le montre la figure 8, un gouvernail 200 peut être prévu afin d'optimiser l'orientation de la plateforme mobile. Finally, as shown in FIG. 8, a rudder 200 can be provided in order to optimize the orientation of the mobile platform.

Celui-ci peut être placé en tout point du bâti 1 de 1 'éolienne conforme à l'invention.This can be placed at any point on the frame 1 of the wind turbine according to the invention.

Dans l'exemple choisi à titre nullement limitatif, ce gouvernail 200 est positionné au sommet du cadre 51 protégeant et maintenant en place les rotors 2 et 3
Il s'agit d'une structure triangulée rendue solidaire du cadre 51 par tout moyen connu par exemple par un boulon 205, cette structure portant le gouvernail 200 présentant une surface de prise au vent suffisante pour que sa force d'application entraîne et oriente de manière optimale la plateforme mobile 103.In the example chosen by way of non-limiting example, this rudder 200 is positioned at the top of the frame 51 protecting and holding the rotors 2 and 3 in place
It is a triangulated structure made integral with the frame 51 by any known means, for example by a bolt 205, this structure carrying the rudder 200 having a surface for taking in the wind sufficient for its force of application to drive and orient optimally the mobile platform 103.

Une telle architecture d'éolienne permet d'obtenir un rendement maximal avec des problèmes de résistance des matériaux simplifiés et un e.,combrement aussi réduit que possible.  Such a wind turbine architecture makes it possible to obtain maximum efficiency with problems of resistance of the simplified materials and an e., Space as reduced as possible.

La combinaison en effet du profil des pales, de la disposition et de la structure de l'auvent et du brise vent qui canalise vers les pales tout le vent capté par l'éolienne et la fiabilité de la plateforme mobile qui reste en permanence horizontale et automatiquement orientée fait qu'une éolienne conforme à l'invention trouve son application dans une large gamme d'utilisation aussi bien pour des usages domestiques (alimentation de chauffe-eau par exemple) que pour des projets de grande envergure.  The combination of the blade profile, the arrangement and the structure of the awning and the windbreak which channels all the wind picked up by the wind turbine towards the blades and the reliability of the mobile platform which remains permanently horizontal and automatically oriented means that a wind turbine according to the invention finds its application in a wide range of use both for domestic uses (water heater supply for example) and for large-scale projects.

Claims (11)

REVENDICATIONS I ) Eolienne ( I ) à deux rotors verticaux (2) (3) ; caractérisée en ce que ces deux rotors (2), (3) porte-pales (4) sont montés sur une plateforme orientable en rotation (10), par rapport à un plateau fixe (6) servant d'embase à l'ensemble, solidement ancré dans le sol (9) cette plateforme orientable (10) étant munie d'une cage de roulement centrale (Il) axée sur l'axe (xx') du plateau fixe (6) et d'une pluralité de cages de roulements radiaux, dits respectivement supérieur (12) et inférieur (13) ; ces derniers coopérant avec des chemins de roulement (20 a) respectivement solidaires de la face supérieure (66) et de la face inférieure (67) du plateau fixe (6).  I) Wind turbine (I) with two vertical rotors (2) (3); characterized in that these two rotors (2), (3) blade holders (4) are mounted on a platform that can be rotated (10), relative to a fixed plate (6) serving as a base for the assembly, solidly anchored in the ground (9) this orientable platform (10) being provided with a central bearing cage (II) centered on the axis (xx ') of the fixed plate (6) and with a plurality of bearing cages radial, called upper (12) and lower (13) respectively; the latter cooperating with raceways (20a) respectively integral with the upper face (66) and the lower face (67) of the fixed plate (6). 2) Eolienne (I) selon la revendication I ; caractérisée en ce que d'une part le plateau fixe (6) est constitué d'une embase dont les faces externes (66) et internes (67) sont maintenues dans un plan, horizontal, et qui porte les chemins de roulement supérieur (20 a) et inférieur (30 a) et que d'autre part la plateforme tournante (10) comporte une plaque (110) présentant une surface interne également situee dans un plan horizontal, parallèle au plateau fixe (6) et qui porte les cages de roulement (12), cette plaque (110)étant repliée sur sa périphérie pour former un (L) dont la base (25) porte les cages de roulements (13).2) Wind turbine (I) according to claim I; characterized in that on the one hand the fixed plate (6) consists of a base, the external (66) and internal (67) faces of which are held in a horizontal plane, and which carries the upper raceways (20 a) and lower (30 a) and that on the other hand the rotating platform (10) comprises a plate (110) having an internal surface also located in a horizontal plane, parallel to the fixed plate (6) and which carries the cages of bearing (12), this plate (110) being folded over its periphery to form a (L) whose base (25) carries the bearing cages (13). 3) Eolienne selon l'une des revendications précédentes ; caracté risee en ce que ie plateau fixe (Gji est supporté par une pluralité de jambes de force (7) dont les pieds (8) sont rendus solidaires du sol (9) et dont l'extrémité haute (50) est solidaire du plateau fixe (6) au niveau des chemins de roulement. 20a)3) Wind turbine according to one of the preceding claims; characterized in that the fixed platform (Gji is supported by a plurality of struts (7) whose feet (8) are made integral with the ground (9) and whose upper end (50) is integral with the fixed platform (6) at the raceways. 20a) 4) Eolienne (I) selon l'une des revendications précédentes; caractérisée en ce que la plateforme tournante (10) est découpée en une pluralité de branches (100).4) Wind turbine (I) according to one of the preceding claims; characterized in that the rotating platform (10) is cut into a plurality of branches (100). 5) Eolienne (1) selon la revendication 4 ; caractérisée en ce que ces branches (100) sont au nombre de quatre et reproduisent senslblement une croix de Malte. 5) Wind turbine (1) according to claim 4; characterized in that these branches (100) are four in number and substantially reproduce a Maltese cross. 6) Eollenne (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un brise-vent (32) est rendu solidaire de la plateforme tournante (10). 6) Eollenne (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a windbreak (32) is made integral with the rotating platform (10). 7) Eollenne (1) selon la revendication 6 ; caractérisée en ce que ce brise-vent comporte une partie en pointe (32 b) dont le positionnement est réglable le long d'une lumière (40) ménagée dans l'une des branches (100) de la plateforme tournante (10).7) Eollenne (1) according to claim 6; characterized in that this windbreak has a point part (32 b) whose positioning is adjustable along a light (40) formed in one of the branches (100) of the rotating platform (10). 8) Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes ; caractérisée en ce que un cadre (51) solidaire de la plateforme tournante (10) comporte des moyens de fixation (52) de la partie haute des rotors (2) et (3).8) Wind turbine (1) according to one of the preceding claims; characterized in that a frame (51) integral with the rotating platform (10) comprises means (52) for fixing the upper part of the rotors (2) and (3). 9) Eolienne (1) selon la revendication 8 ; caractérisée en ce que ce cadre (51) comporte un auvent (31) équipé de volets (310) orientables.9) Wind turbine (1) according to claim 8; characterized in that this frame (51) comprises a canopy (31) equipped with orientable flaps (310). 10) Eolienne (1) selon l'une des revendications précédentes ;10) Wind turbine (1) according to one of the preceding claims; caractérisée en ce que les pales 4, solidaires des rotors (2) et (3) sont au nombre de quatre, réparties sur la périphérie de chacun des rotors (2) et (3) et comportent ^ une partie perpendiculaire (101) aux axes (xl x2) et (yl y2) du rotor concerné, se prolongeant par une partie (102) en arc de cercle. characterized in that the blades 4, integral with the rotors (2) and (3) are four in number, distributed over the periphery of each of the rotors (2) and (3) and have ^ a part perpendicular (101) to the axes (xl x2) and (yl y2) of the rotor concerned, extending by a part (102) in an arc of a circle. 11) Eolienne (I) selon la revendication 10 ; caractérisée en ce qu'elle comporte un gouvernail (200) solidaire du cadre (51).  11) Wind turbine (I) according to claim 10; characterized in that it comprises a rudder (200) secured to the frame (51).
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