FR2621292A1 - Structure de quille en liaison avec la coque d'un bateau de navigation - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une structure de quille en liaison avec la coque d'un bateau de navigation, par exemple d'un voilier. Une quille 2 est munie, au moins à la jonction de la coque du bateau 1 et de la quille 2, d'au moins un conduit 6, 18 et/ou un couloir 10a, 10bqui s'étend sensiblement dans la direction longitudinale de la quille 2, pour guider l'eau déplacée par la quille 2 au moins partiellement le long et au-delà d'une zone qui s'étend dans la direction longitudinale de la coque 1 et qui est dans l'alignement de la quille 1, sans la faire remonter vers la surface de l'eau.

Description

La présente invention concerne une structure de quille en liaison avec la

coque d'un bateau de

navigation, par exemple d'un voilier.

Il existe en principe deux modèles de base de quilles: la quille en aileron qui est fixée à la coque du bateau et peut aussi être relevable, et la quille de déplacement constituée par un prolongement de la coque du bateau et formant un aileron de quille. Il est évident que la coque peut comporter plusieurs quilles. La structure de quille contient ordinairement un lest

supplémentaire, par exemple en fonte ou en plomb.

La quille a pour rôle, en particulier sur un voilier, de contrebalancer la force latérale qui est appliquée par

les voiles à la coque du bateau et qui fait gîter celui-

ci, ainsi que de s'opposer à l'inertie du bateau. Des fonctions similaires incombent également à un éventuel aileron supplémentaire et au gouvernail. Le rôle principal du gouvernail est toutefois de créer la force latérale nécessaire pour diriger le bateau. Le moment de stabilité du bateau est d'autant plus élevé que la quille est plus profonde ou plus lourde. Outre cela, le dimensionnement d'une quille est effectué dans la pratique en tenant compte de la résistance que doit présenter la quille aux forces dynamiques latérales momentanées, en particulier à la Jonction de la coque et de la quille. A l'exception de dériveurs légers, dans lesquels le rôle principal de la quille est de s'opposer

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à la dérive du bateau, l'équipage lui-même produisant la force antagoniste de celle qui est exercée par les voiles, la quille est forcément dessinée avec une largeur plus ou moins grande dans la direction transversale de la coque. Il faut donc que la quille soit dessinée de telle sorte que la traînée qu'elle produit soit aussi faible que possible. Les modèles actuellement utilisés visent à réduire au minimum la turbulence du courant dévié et la surface frottante (surface mouillée), Une quille préférée doit évidemment être carénée de manière & présenter la

moindre résistance possible à l'avancement.

Etant donné que l'eau est un fluide incompressible, la quille d'un voilier se comporte de la même manière qu'une pompe à déplacement, c'est- à-dire que l'effet produit (abstraction faite de l'effet de frottement) est fonction de la surface de la plus grande section de la quille, de la profondeur d'immersion moyenne de celle-ci

et de la vitesse du bateau.

L'effet de pompage par déplacement absorbé par un bateau a une influence sur la vitesse de celui-ci, en particulier aux petites vitesses, ce qui fait que d'autres caractéristiques d'un bateau, telles que la longueur de la coque, n'ont pas d'influence sur sa vitesse. Voici une liste des composantes qui déterminent la résistance à l'avancement d'un bateau: l'effet de pompage développé par le déplacement de la quille et de la coque d'un bateau, effet qui dépend de la surface de la plus grande section perpendiculaire à la direction d'avance du bateau, de la profondeur d'immersion moyenne de cette surface de la section et de la vitesse du bateau, - les résistances à l'avancement des masses d'eau déplacées <ascension de masses d'eau vers la surface de l'eau), - le frottement entre la coque et la quille du bateau et l'eau, et - la traînée aérodynamique produite par les éléments et

structures du bateau situés au-dessus de l'eau.

On peut démontrer par le calcul que le plus important de ces facteurs est l'effet de pompage par déplacement

et les pertes hydrodynamiques des masses d'eau déplacées.

Actuellement, le dessin de la coque et de la quille d'un bateau s'est développé expérimentalement dans une large mesure. On a adopté des modèles bien établis par l'expérience et leur base théorique est généralement pauvre. Les analyses hydrodynamiques sont extrêmement complexes, bien qu'il s'agisse d'un fluide incompressible. Il convient aussi de noter dans la pratique que les composantes perturbatrices produites par les vagues compliquent encore les calculs. On peut donc conclure qu'à l'heure actuelle, le dessin et la construction des voiliers en particulier et de leurs quilles sont basés dans une large mesure sur les possibilités de construction traditionnelles et adoptées antérieurement et sur des perfectionnements mineurs de celles-ci. Il n'a guère été prêté attention à ce qui est effectivement le problème de base, c'est-à-dire l'effet de pompage par déplacement produit par le déplacement

d'un bateau.

L'aire de surface transversale du déplacement de la coque et de la quille d'un bateau par rapport à la direction d'avance peut être divisée en deux composantes:

coque et quille <ou aileron/ailerons et gouvernail>.

S'agissant d'une quille de déplacement, on considère qu'elle doit débuter en un point de la coque o l'inclinaison du fond dépasse 45'. La quantité d'eau déplacée par la coque d'un bateau est ordinairement plus grande que celle qui est déplacée par la quille. La présente invention ne s'attaque pas au problème de l'effet de pompage par déplacement produit par la coque

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du bateau. D'une manière générale, l'aire de surface maximale d'une quille (aileron/ailerons et gouvernail) perpendiculairement à la direction d'avance d'un bateau est beaucoup plus petite que l'aire de surface transversale correspondante de la quille du bateau. Il est évident toutefois que les profondeurs d'immersion moyennes de ces aires de surface sont différentes. La profondeur d'immersion moyenne de l'aire transversale de la coque d'un bateau est beaucoup plus faible que la profondeur d'immersion moyenne de l'aire transversale de la quille. Ainsi, l'importance relative d'une quille en ce qui concerne l'effet de pompage par déplacement est accrue, par le fait que la distance d'élévation requise

est plus grande.

Il est donc important que l'effet de pompage par déplacement dans une structure de quille soit pris en considération et que, pour cette part, l'effet de pompage par déplacement puisse être éliminé totalement ou partiellement par un guidage contrôlé de l'eau. Dans ce contexte, il est possible de se référer par analogie à une pompe, la hauteur d'élévation totale d'une pompe étant déterminée par la différence de niveau entre l'extrémité d'un tuyau du côté refoulement et la pompe, quelle que soit la forme du tuyau. Cela, évidemment, à

condition d'ignorer le frottement hydraulique du tuyau.

Les demandes de brevet WO-82/00447 et 0VO-83/00129

peuvent être citées pour décrire l'état de la technique.

La première propose une solution pour diminuer la résistance à l'avance d'un bateau en resserrant les flancs de la coque de celui-ci. Cette solution est basée sur le fait que lorsque la vitesse d'un bateau augmente, elle finit par atteindre une plage dans laquelle la longueur de la coque détermine ce que l'on appelle une vitesse critique pour le bateau. En resserrant les flancs d'une coque, il est possible de créer une onde de surface plus avantageuse et, par suite, une vitesse plus favorable dans les limites de la plage de vitesse critique du bateau. D'autre part, la demande d'énergie d'un effet de pompage par déplacement produit par la

quille varie linéairement avec la vitesse du bateau.

C'est aux faibles vitesses que l'on tire le meilleur profit de la solution, car les autres résistances ou traînées d'un bateau varient exponentiellement avec la vitesse. La seconde demande concerne principalement une structure de gouvernail qui est creuse, de telle manière que la surface de sa section diminue du bord avant au bord arrière. La face latérale du gouvernail est munie, à proximité immédiate du bord arrière, d'une série de trous dont le rôle est de créer un écoulement amélioré vers le côté tirage du gouvernail, afin d'éviter les

perturbations hydrodynamiques du côté tirage de celui-ci.

Cette dernière solution est fondée elle aussi sur l'hypothèse que l'eau incompressible se comporte de la

même manière que l'air compressible.

La présente invention a pour but de réaliser une structure de quille de telle manière que l'eau déplacée par la quille soit guidée de façon contrôlée le long et au-delà de celle-ci, de sorte qu'au moins une partie considérable de l'effet de pompage par déplacement produit par la quille puisse être éliminé et qu'une force antagoniste qui ralentit le bateau puisse être limitée ou que la hauteur d'élévation de l'effet de pompage par déplacement puisse être maintenue à un niveau aussi bas

que possible.

Afin d'atteindre ce but, une structure de quille selon l'invention est caractérisée principalement par le fait que la quille est munie, au moins & la Jonction entre la coque du bateau et la quille, d'au moins un conduit et/ou couloir qui s'étend sensiblement dans la direction longitudinale de la quille, pour faire passer au moins partiellement l'eau déplacée par la quille le long d'une zone qui s'étend dans la direction longitudinale de la coque et qui est située dans l'alignement de la quille, sans la faire remonter vers la

surface de l'eau.

L'entrée de ce conduit et/ou couloir est disposée essentiellement sur le bord avant de la quille et sa sortie sur son bord arrière. Si la quille est dessinée avec des zones du bord avant et/ou arrière qui présentent de petites surfaces de la section transversale, l'entrée et la sortie peuvent être formées dans les faces latérales de la quille: il est en effet possible d'observer qu'une part importante de l'effet de pompage par déplacement se produit dans une aire de surface perpendiculaire à la direction de la quille dans la

partie centrale de celle-ci.

La surface de la section dudit conduit et/ou couloir s'étendant dans la direction longitudinale de la quille n'est de préférence pas supérieure & la superficie de la plus grande section de la quille. Naturellement, la surface de la section dudit conduit et/ou couloir peut aussi être plus petite que la surface de la plus grande section de la quille. De la sorte, la vitesse d'écoulement dans les conduits/couloirs augmente et une partie de l'eau déplacée remonte vers la surface, d'o il résulte que l'effet bénéfique de l'invention n'est obtenu que partiellement. La solution ne fait que diminuer la hauteur d'élévation d'un effet de pompage par déplacement, la rendant égale & la différence de niveau entre la profondeur d'immersion moyenne de la quille et la sortie dudit conduit et/ou couloir. Ainsi, le but principal de cette structure de quille est de réaliser, non pas un écoulement de dérivation d'eau aussi laminaire que possible sur la surface de la quille, mais un passage contrôlé de l'eau déplacée le long de la quille, de telle manière que l'eau soit ramenée & peu près au niveau de profondeur initial, c'est-à-dire que la hauteur d'élévation de l'effet de pompage par déplacement soit

réduite au minimum.

La structure de quille selon l'invention est expliquée ci-après par les exemples que constituent les formes de réalisation représentées sur les dessins

annexés et donnés à titre d'exemple.

La fig. 1 est une vue latérale d'une première forme de réalisation de la structure de quille selon l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe, faite suivant la

ligne II-II de la fig. 1.

La fig. 3 est une vue latérale d'une deuxième forme de réalisation de la structure de quille selon l'invention. La fig. 4 est une vue en coupe, faite suivant la

ligne IV-IV de la fig. 3.

La fig. 5 est une vue latérale d'une troisième forme de réalisation de la structure de quille selon l'invention. La fig. 6 est une vue en coupe, faite suivant la

ligne VI-VI de la fig. 5.

La fig. 7 est une vue latérale d'une quatrième forme de réalisation de la structure de quille selon l'invention. La fig. 8 est une vue en coupe, faite suivant la

ligne VIII-VIII de la fig. 7.

Pour se référer aux dessins, la coque d'un bateau, tel qu'un voilier, est désignée dans l'ensemble par le chiffre de référence 1 et la quille par le chiffre de référence 2. Le niveau de l'eau est désigné par le

chiffre de référence 3.

La fig. 1 illustre principalement la solution théoriquement optimale pour une structure de quille selon l'invention. Le bord avant 4 de la structure de quille 2 est dessiné de préférence sous la forme d'une surface de guidage en forme de coin qui, à partir d'une pointe douce

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de la quille, remonte vers l'entrée 7 d'un conduit 6. De la sorte, l'eau déplacée par la quille gravit le bord avant 4 en sens opposé au sens de marche (flèche ES) en direction de l'entrée 7 du conduit 6. Le conduit 6 est formé à l'intérieur de la coque 1 et il est courbe ou rectiligne, comme le montre la fig. 1. La sortie 8 du conduit 6 se trouve dans la partie supérieure du bord arrière 9 de la quille 2, & la jonction de la coque et de la quille. Le bord arrière 9 de la quille 2 est dessiné avec une forme sensiblement symétrique par rapport au bord avant 4, de telle manière que l'eau qui s'échappe de la sortie 8 suive le long du bord arrière un trajet en pente vers le bas et vers l'arrière dans la direction longitudinale de la coque 1. En une vue latérale, ce type de structure de quille peut être décrit comme une sorte de structure en queue d'aronde. L'effet de pompage par déplacement est donc totalement éliminé (abstraction faite des pertes hydrodynamiques et des pertes par frottement du conduit) par le fait que l'eau déplacée est ramenée exactement au même niveau en hauteur après avoir traversé le conduit 6. Une condition pour cela est évidemment que la surface de la section du conduit 6 corresponde, de bout en bout ou pour une part importante, à la surface de la plus grande section de la quille dans la direction perpendiculaire à la direction d'avance (flèche ES). Il se peut que ce type de structure ait certains inconvénients, en particulier en ce qui concerne sa résistance, par exemple lors de l'échouage, mais certaines structures spéciales pourraient probablement être utilisées pour atténuer ou éliminer complètement de tels inconvénients. A ce sujet, ces variantes de construction ne sont pas expliquées en détail, car elles

n'entrent pas dans le cadre de la présente invention.

Les fig. 3 et 4 illustrent une forme de réalisation possible, appliquée à une structure traditionnelle de coque et de quille. Dans cette solution, la jonction de la coque 1 et de la quille 2 est munie de deux couloirs a et lOb qui s'étendent dans la direction longitudinale de la coque, de part et d'autre de la quille 2. L'eau déplacée par la quille 2 pénètre dans ces couloirs par une entrée 11 située dans l'alignement du bord avant et elle s'échappe par une sortie 12 siluée dans l'alignement du bord arrière de la quille. Le dessin de ces couloirs et le choix de la surface de leur section sont associés au dessin d'ensemble du bateau, en particulier sur la base de la résistance et d'autres caractéristiques requises. Il va de soi qu'entre les faces latérales de la coque 1 et de la quille 2, il peut être placé des renforts, par exemple des plaques de renfort, comme indiqué par les lignes discontinues 13 sur les fig. 3 et 4. L'effet de pompage par déplacement peut être réduit, au moins dans une mesure substantielle, au moyen de la

solution des couloirs représentée sur les fig. 3 et 4.

Les fig. 5 et 6 illustrent une forme de réalisation possible d'une structure de quille selon l'invention, qu'il est possible d'utiliser avec des modifications mineures de certains modèles de voiliers actuellement disponibles. Le plancher intérieur d'un voilier est constitué par une plaque horizontale de fond 14 (fig. 6) et, dans les formes de construction classiques, les sections 15a et 15b de la coque 1, reliées directement à la quille de chaque côté de celle-ci, délimitent avec la plaque 14 de la coque un espace pratiquement triangulaire qui s'étend dans la direction longitudinale de la coque et est laissé vide dans les solutions actuelles. On peut utiliser cet espace comme conduit selon l'invention en munissant le bord avant de la quille 2 d'une entrée 16 et son bord arrière d'une sortie 17 et en réalisant un conduit 18 dans ledit espace. La solution est très simple. Il est manifeste qu'il n'y a pas besoin de prévoir des entretoises entre la quille 2 et les sections

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a et 15b de la coque, mais que la quille peut aussi être reliée directement à la plaque 14 de la coque, pour former deux conduits séparés de part et d'autre de la quille. Les fig. 7 et B représentent ue forme de réalisation possible d'une structure de quille selon l'invention pour une quille à deux ou plusieurs ailerons. Dans cette solution, il est prévu un couloir longitudinal 19 formé entre les quilles 2a et 2b (naturellement, il peut y avoir plus de deux de ces couloirs). L'eau déplacée par les quilles 2a et 2b pénètre dans ce couloir 19, dont l'entrée 20 est située dans l'alignement du bord avant de la quille et dont la sortie 21 est dans l'alignement du bord arrière de la quille. Le dessin de ces couloirs et le choix de la surface de leur section sont associés au dessin d'ensemble du bateau, en particulier sur la base

de la résistance et d'autres caractéristiques requises.

Il va de soi qu'entre les quilles (ou les pointes de quilles), il peut être disposé au moins un renfort 22, qui est indiqué par des lignes discontinues sur les fig. 7 et 8 et qui est éventuellement muni d'un lest supplémentaire. Dans tous ces modes de réalisation, les entrées 7, 11 et 16 sont placées sensiblement au même niveau en hauteur

que les sorties 8,12,17 associées.

Il est clair qu'en plus des solutions de construction décrites ci-dessus et dans le respect d'autres exigences de structure et de résistance, une quille peut être munie elle-même d'un ou de plusieurs conduits qui permettent le

passage direct de l'eau déplacée & travers la quille.

Cela est préférable dans les cas o, pour des raisons de construction ou pour d'autres motifs, il n'est pas possible de prévoir, à la Jonction de la coque 1 et de la quille 2, un conduit dont la surface de la section

correspond à celle de la quille.

Il va de soi qu'une grande variété de formes de realisation peuvent être conçues dans le cadre de l'invention. Les solutions décrites ne sont que des exemples et elles peuvent être combinées dans une seule et même structure de quille.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1.- Structure de quille en liaison avec la coque d'un bateau de navigation, par exemple d'un voilier, dans laquelle une quille (2) est munie, au moins à la Jonction de la coque du bateau (1) et de la quille (2), d'au moins un conduit <6, 18) et/ou un couloir (10a, lOb) qui s'étend sensiblement dans la direction longitudinale de la quille (2), caractérisée en ce qu'une entrée (7, 11, 16) dudit conduit (6, 18) et/ou couloir (10a, lOb) est disposée pratiquement sur le bord avant (4) de la quille (2) et une sortie (8, 12, 17) est disposée pratiquement sur le bord arrière (9) de la quille (2), pour guider l'eau déplacée par la quille (2) au moins partiellement le long et au-delà d'une zone qui s'étend dans la direction longitudinale de la coque (1) et qui est dans l'alignement de la quille (1), sans la faire remonter

vers la surface de l'eau.

2.- Structure de quille selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bord avant (4) de la quille associé à l'entrée (7) est réalisé sous forme d'une surface qui remonte en pente vers l'entrée (7) et qui

commence à la pointe (5) de la quille.

3.- Structure de quille selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bord arrière (9) de la quille (2) est réalisé sous forme d'une surface qui est dirigée en pente vers le bas à partir de la sortie (8) et

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qui forme, avec la face avant (4), un dessin en queue d'aronde.

4.Structure de quille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quille (1) est munie, à la Jonction de la coque (1) et de la quille (2), de part et d'autre de la quille (2), de couloirs (10a, lob) qui s'étendent dans la direction longitudinale de la coque (1) et dont l'entrée <11) est située dans l'alignement du bord avant de la quille (2) et la sortie (12) située dans

l'alignement du bord arrière de la quille (2).

5.- Structure de quille selon la revendication 4, caractérisée en ce que la coque (1) et la quille (2) sont

reliées par des renforts (13).

6.- Structure de quille selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un conduit (18) est formé dans la coque <1) du bateau, dans un espace délimité par une plaque (14) de la coque définissant l'intérieur du bateau, ainsi que par des sections (15a, 15b) de la coque (1) qui se raccordent directement & la quille (2), cet espace étant muni d'une entrée (16) au niveau du bord avant de la quille (2) et d'une sortie (17) au niveau du

bord arrière de la quille (2).

7.- Structure de quille selon la revendication 1 comportant deux quilles (2a et 2b) ou plus, caractérisée en ce qu'il est formé, au moins entre les quilles, un ou plusieurs couloirs longitudinaux (19) dont l'entrée (20) est au niveau du bord avant des quilles (2a et 2b) et dont la sortie (21) est au niveau du bord arrière des

quilles (2a et 2b).

8.- Structure de quille selon la revendication 7, caractérisée en ce que les quilles (2a et 2b) sont reliées au moyen d'au moins un renfort <22) qui est

éventuellement muni d'un lest supplémentaire.

9.- Structure de quille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de la section du conduit (6, 18) et/ou couloir (O10a, lOb) correspond

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sensiblement & la surface de la plus grande section de la

quille (2).

10.- Structure de quille selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée (7, 11, 16) est placé sensiblement au même niveau en hauteur que la sortie (8,

12, 17).