FR2628703A1 - Voilure pendulaire a incidence variable - Google Patents

Abstract

Elle comprend une voilure 8 assymétrique en surface et en profil, de type classique, articulée en 10, qui peut se mouvoir de façon pendulaire en roulant grâce à un chariot 11 sur le bras de jonction 4, dans lequel est agencée une piste 9 en arc de cercle autour de 10, lui permettant un débattement pendulaire de 45degre(s) de part et d'autre de la coque centrale. Ce mouvement est guidé par un ensemble de deux mâts 6 et 7 triangulés, géométriquement indéformables, maintenus de part et d'autre de la coque en 3 par un jeu de haubans 1 et 5 prévu à cet effet. Cet artifice permet de régler cette incidence pendulaire dont le but est de sustenter le voilier de façon variable fonction des allures de navigation. Le déplacement pendulaire est contrôlé au niveau du chariot 11 par un câble tracteur 13 qui en assure le maintien en position, ainsi que son mouvement, grâce à un treuil à tambour enrouleur, dérouleur, situé dans la coque principale. Ce gréement est doté d'un profil réversible et d'un centre de poussée, situé largement en dessous de son point de rotation pendulaire.

Description

La présente invention concerne u-, dispositif qui permet à une voilure ou gréement d'un voilier multicooue de se mouvoir de façon pendulaire autour d'un point situé au iroins au dessus de la moitié supérieure du bord d'attacue de celle-ci.

Ce mouvement pendulaire Ee fait latéralement jusou'à un angle de 45 maximum, afin de créer un effet sustentateur oui tend à alléger la coque et à annuler l'effet de gite néfaste commun à tout voilier actuel. Le mouvement est mélangé à une rotation de la base de cette voilure autour d'un axe situé à l'avant du voilier d'une amplitude de 450 de part et d'autre de laxe du voilier, ceci afin de pouvoir déplacer le centre de poussée vélicue d'au moins 10% par rapport à la longueur totale de l'engin. Ce déplacement permet de rendre la carène du voilicr plus performante, fonction des allures du vent, er déplaçant le centre de poussée vélique par- rapport au centre de poussée dynamique de la coque.

Le système offre le gros avantage de pouvoir employer n'importe quel type de gréement existant, ce gréement ou voilure restant humainement manoeuvrable, c'est le vent lui même qui déplace le gréement, le centre de poussée vélique étant en dessous du point d'articulation, le gréement est simplement contrôlé en déplacement par un jeu judicieux de poulies constituant un système de va et vient du gréement d'un bord à l'autre dubras de jonction animé par un treuil manuel, videur dévideur, hydraulique, voire électrioue, oui sert à mouvoir, freiner ou bloquer la position du gréement fonction des allures.L'extrémité supérieure du mit incliné est donc solidaire du gréement et se trouve maintenue gécmétriquement à la verticale de l'axe de la coque par deux haubans dimentionnés à cette épreuve. Ces deux haubans sont encrés à leur base chacun à une extrémité du bras de jonction des trois cooues créant un angle supérieur à 900 en ouverture et dont le sommet est le point de pivotement du gréement.

Ce triangle indéformable peut pivoter autour du mât incliné de façon pendulaire. l'extrémité en mouvement est supportée par un charriot à deux roues munies de deux pneumatiques.

Ce chariot permet au gréement de Ee mouvoir sur le bras de liaison ds trois coques grâce à une piste prévue à cet effet en arc de cercle autour de l'axe de rotation du couple gréement triangle. (fig.1.2.3.4)
L'effet sustentateur d'une voilure a été déjà traité de trois façons
- La première est réalisée sous la forme d'un
cerf-volant relié à la cocue par un cable lui
permettant la force de propulsion et de susten
tation
- La deuxième solution est l'aile pyramidale
constituée de trois tronçons d'aile à profil
rigide constituant un triangle à angle droit
symétrique dont les deux montants servent
Euccessivement à la propulsion lors d'un bascu
lement d'un bord à l'autre, la partie inclinée
à 450 gardant sa fonction sustentatrice.

- La troisième solution plus récente est l'aile
en T. Un mât relie la coque à une aile symétrique
de façon à créer avec elle une forme en T. La
longueur du mât est égale à la moitié de l'aile.

Ce T est articulé à sa base, ce qui permet d'in
cliner cette voilure d'un bord à l'autre et ainsi
d'obtenir un angle lae 450 par rapport à la surface
de l'eau, ce qui créé un couple de su stentation
et de propulsion.

Ce couple de su stentation commun à ces trois types de voilure
tend à alléger la coque en contact avec l'eau et donc à
diminuer la surface mouillée d'où un gain de vitesse considé
rable. Par contre, l'utilisation de ces voilures est d'un
emploi difficile à contrbler humainement, force et rapidité
de réaction étant nécessaires fonction des éléments. Ces
voilures se pilotent comme l'aile d'un avion avec les mêmes
commandes en trois axes.

Les grandeurs pertubatrices sont le mouvement de l'eau, vague, clapot, la force du vent rarement constante et raremet en écoulement laminaire.

lcs technologies employées pour contrôler ces paramètres font appel à celles de l'aviation, servo moteur électrique ou hydraulique asservi en position commandée par un ordinateur qui analyse constamment les paramètres tels que pression, vitesse, débit, orientation, températures des éléments déjà cités
les surfaces des voilures considérées ne sont pas modulalles fonction de la force du vent, d'où un domaine d'utilisation assez pointu, restreint pour obterir leur fonctionnement optimal.

les voilures sont très performantes pour battre des reccords de vitesse dans des conditions bien définies. De plus, le rendement de sustentation diminue et même s'annule en arrivant aux tendan- ces vent arrière car la voilure doit se retrouver perpendiculaire à l'axe d'avancée de la cocue afin de produire la plus grande surface projetée possible. De plus dans ce cas-là, l'effet de bras de levier de ce gréement au bout de 1 ou 2 mâts aile croit au détriment de la tenue en cap du voilier.

Par petit temps, il est impossible de gréer ur spinnecker ou génois afin d'accroitre la propulsion, car il n'y a aucun point fixe dans la voilure. De plus, le centre de poussée vélique se trouve placé très haut à l'extrémité du mât de l'aile en T , par exemple.

lors du basculement du gréement, l'intrados du plan porteur reste l'intrados, pareillement pour l'extrados, c'est un profil non réversible.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de
mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle
présente, et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
Fig. 1 est une vue de cbté d'un voilier multicoque,(22)
éouipé de sa voilure pendulaire.(@)
Fig. 2 est une vue de dessus d'un voilier multicooue,
équipéede sa voilure pendulairit)en position sus tentatrice
déporté sur sa.gauche.

Fig. 3 est une vue de face d'un voilier multicoqve équipé de sa voilure pendulaire(8)en position tustentatrice déporté sur sa gauche.

Fig. 4 est une vue de dessous du voilier, le gréement étant dans l'axe de celui-ci.

Fig. 5 est une vue de ctté d'un voilier multicocue équipé d'une voilure pendulaire mixte : mât aile voile latée (8b), réversible selon la coupe (A), et d'une voile petit temps (44)
Fig. 6 est une vue de côté d'une voilure pendulaire à profil.rigide, réversible selon la coupe (B), en trois parties articuléee A, 3, C, autour d'un axe vertical.

Fig. 7 est une vue de dessous et une vue en coupe du bras de jonction, creusé de sa piste en arc de cercle, et de son chemin de cable de commande.

Fig. 8 est une vue de face, vue de dessus et une de côté du chariot et son équipement.

Fig. 9 est une vue de dessus et une de côté de la butée avant.

Fig. 10 est une vue de face et une de côté de la jonction supérieure du gréement avec le mit oblique.

Fig. 11 représente les deux positions extrêmes de la voilure qui mettent en évidence le déplacement du centre de poussée velioue par rapport à l'axe de la coque principale.

Fig. 12 représente les quatre cas de figures de fonctionnement de ce gréement pendulaire, par rapport aux directions multiples du vent signalées par les flèches numérotées.

Fig. 13 représente les trois positions différentes d'une voilure pendulaire, celle-ci étant bordée dans l'axe du bateau, surface projetée maximum.

Selon le mode de réalisation préférentiel, ce gréement(8) ou voilure est donc animé de deux mouvements simultanés.

Le premier : inclinaison du gréement d'un bord à l'autre du voilier contrôlé en mouvement et position par le treuil,(21),(20), débattement maximum de 90 (voir figure 12 ) le deuxième : avancée du gréement d'au moins 10% du centre de poussée vélicue par rapport à l'axe du bateau (figurell)
On ne tiendra pas compte de l'incidence de la voile par rapport au vent. Nous raisonnerons en surface prajetée.On s'aperçoit que celle-ci diminue quand le gréement s'incline de E vers D, et que le centre de poussée vélique s'avance en même temps, favorable aux allures très près jusqu'au largue (figure @ 12.I) entre (E) et (D), ce qui a pour effet d'appuyer sur l'avant des coques et d'augmenter ainsi l'effet anti dérive de la carène, d'où un meilleur cap. Aux allures portantes(k)grand largu@ à(1)vent arrière,on centre la voilure (figure 12@@). La poussée vélique se trouve dans l'axe du bateau et reculée afin de faire talonne le bateau sur l'arrière en allégant le flotteur sous le vent.L'effet sustentation devisent presque nul car le gréément devient perpendiculaire au vent (fig 12 II ) et la poussée vélique créé une force énorme,au bout du bras de levier I oui de vient parallèle en sens d'avancée du voilier et qui a pour tendance de le faire loffer. Ce problème disparait en centrant le gréement.Par petit temps (fig. 12 IV ) il est interessant de désaxer légèrement le gréement afin d'offrir la plus grande surface projetée au vent en le déplaçant de la valeur de l'angle de gite, d'où perpendicularité par rapport au vent, et ceci en allure très près jusqu'au largue
Le chariot, pièce maitresse de l'invention, a cinq fpnctions distinctes dane le fonctionnement de cette voilure (fis 8) - La première est de supporter le poids du gréement.

- la deuxième lui permet de se déplacer d'une extrémité
du bras de jonction des 3 cocues à l'autre en roulant
sur une piste prévue à cet effet.

- La troisième transmettre la poussée vélique du bas
du gréement au mat horizontal dont il est mécaniquement
solidaire.

La jonction supérieure (figur 10) du mÇt oblique (7) est une chappe manchonnée (47) sur celui-ci, coudée afin de se fixer perpendiculairement sur le mât (44) ou voilure,

à un tenon (48) qui lui est solidaire.

Cette jonction est dimentionnée de façon à contenir les efforts de la poussée vélique FV oui se décompose en une force de réaction des haubans latéraux FH , et la force de propulìon fp qui est transmise à la cocue à-travers cette jonction, et ce
Ces haubans(5)sont fixés à cette articulation sur la pièce;; grâce à 2 oreillettes (48) sur lesquelles ilE sont fixés grâce à des chapes (48), qui laissent un certain degré de liberté latérale au gréement nécessaire au mouvement pendulaire de 600 de part et d'autre de la verticale. les points d'encrage (3) (figure 3), page 2, sur le bras de jonction des coques (4) sont placés de façon à obtenir un angle minimum de 100 entre le hauban (5) et l'axe du gréement, afin d'obtenir un empatement suffisant à la solidité et à ltéquilibre de l'édifice.

Il doit d'ailleurs être entendu que la description oui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple, et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. En particulier, toute autre forr.e de réalisation de support autorisant les mêmes degrés de liberté à un gréement pendulaire peut-être envisagé sans sortir du cadre de l'invention, à condition qu'elle présente la même fonction
REVENDICATIONS 1/Dispositif qui perrriet à un grément ou voilure(8) de s'incliner de façon pendulaire latéralement jusqu'à un angle de 450 maxi- mm de part et d'autre du voilier afin de pouvoir régler l'effet sustentateur variable de la voilure,façon pendulaire mélangée à une rotation d la base de cette voilure au bout du mat horizontal(6) ,autour d'un axe ou butée(l2) situé à l'avant du voilier,pour déplacer le centre de poussée vélique sur une longueur suffisante par rapport à la longueur totale de la coque
en surface projetée pour des raisons d'efficacité de carène,le tout suivant les allures de navigation,dispositif caractèrisé en ce qu'il est constitué d'un mat horizontal (6) solidaire en rotation à un mât oblique(7) par une butée(12) fixée à l'avant de la coque, qui forme ainsi un triangle indéformable grace à la liaison de ces deux mats avec celui principal de la voilure considérée,elle même suportée par un chariot(ll) qui lui permet de se déplacer de part et d'autre du voilier sur une piste(9) ménagée dans le bras de liaison(4),en arc de cercle autour du point de rotation(lO)::liaison supérieure du triangle indéfor nable située et maintenue à la verticale de la coque par deux haubans(5) prévus àcet effet et ancrés chacun à une extrémité du bras de jonction en(3),liaison permettant ainsi l'angulation pendulaire de la voilure controlée en déplacement au niveau du chariot (11) par un treuil videur dévideur et un jeu judicieux de poulies (17),(18), qui guident le cable tracteur (13) et assure ainsi le maintien dans la position choisie par le navigateur, l'incidence de la voilure étant contrôlée de façon conventionnelle par une écoute de grande voile dimensionnée àcet effet.

2/Dispositif selon la revendication 1 caractèrisé en ce que ce gréerrent ou voilure est unique en fonctionnement normal et en ce qu'il est possible de gréer sur l'avant de ce dispositif des voiles de grande surface pour le petit temps , grace à un point fixe (10) situé suffisament haut qui en permet la fixation)
et ceci quand le gré ment principal est en position petit temps - La quatrième contient la traction vers le haut
de la baume et contient l'angle de 900 quelque
soit l'incidence du gréement grace au hale bas
prévu A cet effet.

- La cinquième solidaire du système de va-et-vient,
il suit les sollicitations des deux cables qui
maintiennent le chariot en traction comme en
propulsion à la position choisie fonction de
l'allure.

Le chariot est constitué d'un corps (25) sur lequel est articulé un fléau(291 à 3 paliers prévus à cet effet. Deux roues sont fixées à ce fléau de manière courante et dimentionnées à cet effet. Un rail (31) supporte l'articulation (4O) de la baume (37) et l'encrage (28) du halebas (39). Deux oreilles (38) permettent la fixation des cables (30) du va-et-vient grâce à deux chappes (27).Le mât avant horizontal (7) vient s'encastrer dans une encoche du corps (25) dont il est solidaire dans tout mouvement, verrouillé par un axe (43). Une embrase (36) contient le pied du mAt (44) en poussée de haut en bas et en rotation autour de l'axe (44) détrompé per un axe (42) vertical qui s'encastre dans le corps (25). Deux oreilles (32) sont fixées sur l'embase (36) afin de fizer les tirants de la première barre de flèche sur le mât (44) proprement dit.

Le bras de jonction monobloc en stratifié carbone moussé (figure 7.1) est creusé d'une piste (9) qui permet le va-etvient du chariot d'une extrémité à l'autre de celui-ci.

Cette piste est en arc de cercle autour de l'axe de rotation du gréement.

Un treuil (21) manuel, hydraulicue ou électrique muni d'un tambour videur, dévideur(20)permet de mouvoir ou retenir le gréement entre les deux poulies (17). Deux tendeurs (18) permettent de maintenir en tension les deux cables tout en laissant coulisser dars les poulies. (16). Les poulies (19) assurent la sortie des deux cables (13) de la cocue principale (22). Un frein à tambour (23) permet de bloouer en position le tambour, donc le chariot, et de contenir les tractions de fonctionnement du gréement. Un trou (24) permet d'évacuer l'eau oui s'accumule sur la piste (9) pendant l'évolution à grande vitesse du bâteau.

La force de sustentation est suffisamment importante pour autre exploitée, à l'incidence 550 du gréement. Au delà il est impératif d'utiliser un profil dit rigide et revers il ble(figure 6) , car l'incidence d'attaque de la voilure à 45 d'inclinaison se fait à des angles très flaible par rapport au vent, incidence qu'une voile ne peut exploiter vu le phénomène de vrillage de celle-ci. On utilise donc -dans ce cas précis une aile en deux parties articulées, créant un effet de fente au niveau de l'articulation ou phénomène venturie qui redonne de la vitesse aux filets d'air sur l'extrados interessant aux allures portantes.

Dans ce cas on privilégie le respect de la forme de l'extrados qui est réversible lors d'un changement de bora.

On peut dans le cas d'utilisation de l'aile rigide à profil reversible supprimer la fonction du mit avant(6) horizontal qui nous obligera à avancer queloue peu l'im- plantation de la voilure . La trajectoire de roulement du chariot devient perpendiculaire à l'axe de la coque principale. On utilisera donc un système de glissière en arc de cercle autour du point de rotation de la voilure cette glissière guidera la voilure dans sa trajectoire latérale. Ce fonctionnement à 450 est très pointu.En cas de survente, on contrtle la portance de l'aile par l'ouverture de l'angle de la partie B par rapport à celui de C, par un système de tarrage de 2 ressorts guidés(15)qui maintien- nent B par rapport à C, comparable au principe de fonctionnement d'une soupape de sécurité.

La force de basculement pendulaire du gréement est duQ au moment de force du couple PV X t centré au point de pivotement O; cette force est d'ailleurs utilisée pour le déplacement du gréement. (fig. 13 II) (FV=force du vent)
Ce bacculement pendulaire de rotation est dans un sens opposé à celui de la gite. (fp=force de propulsion)
la force de gite diminue car elle est proportionnelle à la différence fp,fs. Cette force est maximum sur un gréement vertical car fp = FR f6 = O. (fs=force de sustentation)
Cette force de gite est égale à 0 quand ce gréement est à 450 par rapport à l'eau car fp - fs = O cas N III (figure 13).Quand fv augmente, fs aussi et quand fs = FG le bateau commence à "voler". (fG=force de gite)
Il est évident que la force de propulsion en agissant sur le profil de la voilure créée en contre rUactior à la force antidérive de la coque une force vers l'avant,principe de fonctionnement de tout voilier.

Le principe de fonctionnement de cette voilure sur cette coque de trimaran est donc un système intermédiaire entre les cas I et III (fig.13), avec un point de rotation pendulaire suffisamment haut afin que le déplacement du centre de poussée vélique soit suffisamment important en surface projetée (figure 5)lors de la rotation autour de l'axe 0. Le déplacement est d'au moins 10% par rapport à la longueur totale de la coque(immergée).

Un bateau propulsé par un eréement courant subit les effets néfastes de la gite, phénomène bien connu engendré par la force du vent FV (figure 13)I sur le gréement.

(On considère le gréement comme une surface perpendiculaire au vent). Cette force FV axée sur le centre de poussée du gréement crée une force de réactioh FR perpendiculaire à cette surface, et un moment de force par rapport au bras de levier de longueur X égale à la distance entre le centre de poussée vélique et le centre de poussée de la coque qui offre une force antidérive FC par le franc bord de ladite coque et sa surface de dérive. Il en résulte donc une force qui tend à basculer la coque et à appuyer sur le flotteur force de giteG sous le vent dans le cas d'un trimaran, cas étudié pour ce projet. Le flotteur tend à s'enfoncer dans l'eau, d'où une surface mouillée et un déplacement d'eau qui croit avec la force fG de gite.

Claims (3)

L@ cas étudié sur la réalisation permet une inclinaison 60 par rapport à l'eau -(Figure 13) II La forcc FV d'j vevt projetée sur le centre ae poussée vélique se décompose en 2 forces : fs force de sustentation, et fp force de propulsion du gréement. La force résultante FR tend vers le haut perpen- diculaire à la surface du gréement. L'intérêt d'avoir un point fixe (50) dans cette voilure par rapport aux systèmes antérieurs de voilure à sustentation, est de pouvoir fixer et gréer une voile de grande surface spinnecker (14) pour le petit temps. Un mât aile (8@) est une solution plus aérodynamique qu'un mât haubané classique. (fig.5) Son centre de rotation (16) se trouvera avancé par rapport à l'axe de la baume 72. Deux haubans supplémen- taires(l)(figures 1 & 3)servent à contenir la flex@ion dirigée naturellement vers l'avant du mât oblique sous l'effet de la force vélique.En effet, l'axe de fixation (F) (figureS~ )est en arrière par rapport à l'axe du mât(G)sous l'effet de la force F venant du haut, la flexion se fait sur l'avant, ces deux haubants sont amarrés aux deux extrémités du bras de jonction en(3) (figures 1 & 3)et au milieu du mât oblique en(2). La butée avant (figure 9.I) est constituée d'une pièce de jonction (45) manchonnée sur le mât horizontal (6), et articulée dans le sens vertical pour le mit oblique (7), ceci pour des commodités d'aide au montage de la voilure. Cette pièce de jonction est solidaire de l'articulation qui permet une rotation de 900 du couple triangle voilure autour de l'axe que constitue le mât oblique. l'articula tion est réalisée sous la forme d'une chappe à bille (12) qui nous donne les degrés de liberté suffisants, chappe fixée à la coque par un goujon prévu à cet effet oui se visse dans un insert (46) ancré dans le stratifié de la coque, de manière usuelle. Cette jonction articule, sur laquelle se centre la plus grosse partie de la poussée vélique est donc dimentionnée à cet effet.
1. 3/Dispositif suivant la revendication 1 caractèrisé en ce que ce grément ou voilure est contrôlé dans son incidence par un treuil à tanbour videur dévideur(21) qui a pour fonction

   de propulser par l'internédiaire du cable (13) du chariot (II)

   la base de la voilure d'un bord à l' autre sur là piste (9) et due la maintenir en position par un frein prévu à cet effet et de retenir le gr ément lors de son fonctinnement dans la position choisie et de contrôler son déplacement 4/Dispositif suivant la revendication 1 caractèrisé en ce que le hale bas doit etre dirren ionné par rapport aux proportions du grément ,et que tout autre moyen existant visant à la même fonction ,qui est d étarquer le gréement vers le bas,peut être envisagé tel que écoute de grande voile sur glissière, solidaire d'un deuxième bras de jonction des coques.
2. 5/Dispositif suivant la revendication I caractèrisé en ce que le couple triangle et voilure se déplace sur un chariot rmni de roues et sur une piste (9),un systèrre de guidage par glissière ayant la même fonction et dinensionne à cet effet hous permettant de supp rimer le mât avant horizontal (6).
3. 6/Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précèdentes caractèrisé en ce que ce dispositif nous permet d'utiliser touts les types de voilure à profil réversible connu, àprofil épais ou fin,àstructure rigide,souple,ou articulée.