FR2697794A1 - Hydroplane sailboat which skims on waves propelled by wind - includes large aircraft type wings with large tip sails sloped inwards and rearwards joined by top plane and elevator,and lifting force adjusted by flaps - Google Patents
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Abstract
Description
Hydravion-voilier destiné à voler au ras des flots, propulsé par la force du vent.Seaplane-sailboat intended to fly at the level of the waves, propelled by the force of the wind.
La présente invention est relative à un hydravion destiné principalement à voler au ras des flots propulsé par la force du vent. The present invention relates to a seaplane intended mainly to fly flush with the waves propelled by the force of the wind.
Ce véhicule fait aussi partie des bateaux à voile rapides destinés à la recherche de performances ultimes de vitesse. This vehicle is also one of the fast sailing boats intended for the search for ultimate speed performance.
II peut en outre dans certaines de ses réalisations effectuer des vols planés ou à moteur loin du sol. In some of its embodiments, it can also make gliding or powered flights far from the ground.
Cet hydravion est un engin destiné à voler à grandes vitesses (typiquement trois fois la vitesse du vent), et tolère un clapot relativement fort par rapport aux autres véhicules marins de sa catégorie. This seaplane is a device intended to fly at high speeds (typically three times the speed of the wind), and tolerates a relatively strong chop compared to the other marine vehicles of its category.
Le concept de base du mode de propulsion vélique est de confier l'ensemble des gouvernes d'orientation ,de sustentation et de propulsion à des aérofoils, et de placer une dérive immergée à destination de plan antidérive à un endroit proche, en dessous et légèrement en arrière du centre de gravité de cet hydravion, de façon à ce que les variations des efforts appliqués à cette dérive n'aient que peu d'effet sur les variation de cap et d'assiette de cet hydravion. The basic concept of the vélique propulsion mode is to entrust the whole of the control surfaces of orientation, sustentation and propulsion to aerofoils, and to place a submerged drift to destination of anti-drift plane in a close place, below and slightly behind the center of gravity of this seaplane, so that variations in the forces applied to this drift have little effect on the variation in heading and attitude of this seaplane.
Afin de battre le record du monde de vitesse sur l'eau par des engins propulsés par la seule force du vent, un certain nombre d'essais ont été entrepris, chacun d'eux ayant une démarche commune: "sortir la coque hors de l'eau". In order to beat the world speed record on water by machines powered by the wind alone, a certain number of tests were undertaken, each of them having a common approach: "take the hull out of the 'water".
Un engin à voile peut-être considéré comme un assemblage pratique de sous système tels:
- le propulseur-sustentateur,
- le conteneur de charge ou la coque,
- les stabilisateurs hydrodynamiques ou aérodynamiques,
- les commandes de pilotage.A sailing machine can be considered as a practical assembly of a subsystem such as:
- the propellant-lift,
- the load container or the hull,
- hydrodynamic or aerodynamic stabilizers,
- the piloting commands.
On reconnaît qu'il existe un certain nombre de variantes et combinaisons de ces 4 sous systèmes dans chacun des véhicules marins. It is recognized that there are a number of variants and combinations of these 4 subsystems in each of the marine vehicles.
Les coques à déplacement ou hydroplanantes constituent des éléments porteurs et conteneurs pour l'équipage et ses instruments, mais sont d'importants générateurs de trainées de vagues et de frottements visqueux de l'eau. Displacement or hydroplaning hulls constitute load-bearing elements and containers for the crew and their instruments, but are important generators of wave drag and viscous friction of water.
Ces coques elles mêmes subissent des sollicitations permanentes tant au roulis qu'au tangage; I'ensemble de ces mouvements et perturbations contrariant la bonne progression de la coque. These hulls themselves are subjected to permanent stresses both in roll and in pitching; All of these movements and disturbances impeding the good progress of the hull.
Dans les applications où les vitesses escomptées sont supérieures à 40 noeuds, les hydrofoils sont générateurs de trainées importantes et de risque de perte de portance brutale dues à la cavitation et à la ventilation; en outre dans des eaux perturbée la sortie de l'eau d'un des foils entraîne une perte immédiate de portance et donc de contrôle. II s'en suit une restriction du domaine de navigabilité et un allongement des supports sous-marin générateur de traînée supplémentaire. In applications where the expected speeds are greater than 40 knots, hydrofoils generate significant drag and risk of sudden loss of lift due to cavitation and ventilation; moreover in disturbed waters the exit of water from one of the foils leads to an immediate loss of lift and therefore of control. It follows a restriction of the airworthiness and an extension of the underwater supports generating additional drag.
L'invention a pour objet de s'affranchir des contraintes ci dessous:
- traînée inacceptable des coques à déplacement,
- traînée non négligeable des foils dans l'eau aux grandes vitesses
- limite en vitesse pure des foils de sustentation,
- instabilité liée à l'état de la mer,
- instabilité intrinsèque (couple de chavirage, gîte),
Cette invention permet au pilote ou au système de pilotage, de se concentrer sur:
- le pilotage,
- la vitesse du prototype
- l'adéquation de la puissance vélique aux objectifs de la navigation.The object of the invention is to overcome the constraints below:
- unacceptable drag of displacement hulls,
- significant drag of the foils in the water at high speeds
- limit in pure speed of the lifting foils,
- instability linked to the state of the sea,
- intrinsic instability (capsizing couple, heel),
This invention allows the pilot or the piloting system to focus on:
- piloting,
- the speed of the prototype
- the adequacy of the blading power to the objectives of navigation.
Le concept de l'invention prend en compte ces 3 critères, et aboutit à l'invention d'un engin utilisant le principe du vol à effet de sol tout en maintenant un contact pouvant être intermittent avec l'élément liquide. The concept of the invention takes these 3 criteria into account, and results in the invention of a machine using the principle of flight with ground effect while maintaining contact which may be intermittent with the liquid element.
Un seul appendice hydraulique est nécessaire au bon fonctionnement: le plan antidérive immergé. Dans une des réalisations, cette dérive peut servir de palpeur de hauteur et asservir, par l'action de volets, la hauteur de l'hydravion au dessus de l'eau, dont l'estimation par un pilote est trop incertaine. Le contrôle du roulis peut assuré par le pilote qui a toujours une bonne estimation de la position de l'hydravion en roulis grâce à la présence de la ligne d'horizon. Only one hydraulic appendage is necessary for proper functioning: the submerged anti-drift plane. In one of the embodiments, this drift can serve as a height sensor and enslave, by the action of flaps, the height of the seaplane above the water, the estimation of which by a pilot is too uncertain. The roll control can be provided by the pilot who always has a good estimate of the position of the seaplane in roll thanks to the presence of the horizon line.
Deux autres appendices peuvent être ajoutés des palpeurs agissant sur les aérofoils de sustentation pour en contrôler en permanence l'élévation au dessus des flots et le roulis. Two other appendices can be added to the probes acting on the airfoils of lift to permanently control the elevation above the waves and the roll.
En ce qui concerne le principe du vol à effet de sol, certaines tentatives ont vu le jour comme le "bateau volant" tiré du brevet US n 8- 987-982, cependant les essais de ce bateau n'ont pas réussi à démontrer sa capacité à décoller par la seule force du vent. D'autres tentatives pour faire naviguer des bateaux par la force du vent avec un gréement incliné supportant une grande partie de la masse ont rarement abouti. Les vitesses initialement prévues n'ont pu être atteintes, ni le vol au ras de l'eau. Regarding the principle of ground effect flight, some attempts have emerged like the "flying boat" from US Patent No. 8- 987-982, however the tests of this boat have failed to demonstrate its ability to take off by the wind alone. Other attempts to navigate boats by the force of the wind with an inclined rigging supporting a large part of the mass have rarely succeeded. The speeds initially planned could not be reached, nor the flight over water.
L'origine de ces échecs semble venir de l'insuffisance de contrôle en orientation de ces bateaux en comparaisons des excitations cahotiques générées par les vagues et les turbulences aériennes. Au cours des essais de ces différents prototypes, dès que le vent atteignait une force qui aurait pu leur permettre de décoller, ces derniers manquaient de stabilité et ne pouvaient exploiter le domaine de navigation pour lesquelles ils étaient prévus. The origin of these failures seems to come from the insufficiency of control in orientation of these boats in comparison with the chaotic excitations generated by the waves and the air turbulences. During the tests of these different prototypes, as soon as the wind reached a force that could have allowed them to take off, the latter lacked stability and could not operate the navigation area for which they were intended.
Le manque de stabilité ou le poids excessif provenaient de quelques uns parmi les défauts suivants:
- Dérive principale placée trop loin du centre de gravité, ce qui entraîne un moment de lacet à chaque variation de surface mouillée ou de perturbation des vagues.Lack of stability or overweight came from a few of the following:
- Main drift placed too far from the center of gravity, which causes a yaw moment with each variation of wet surface or disturbance of the waves.
- Manque de surface portante aérienne permettant le contrôle dans au moins une des orientations. - Lack of air bearing surface allowing control in at least one of the orientations.
- Bateau muni d'un trop grand nombre d'appendices difficiles à relier ensemble de façon rigide et légère. - Boat with too many appendages that are difficult to link together rigidly and lightly.
- Articulation lourde placée à un noeud de concentration d'efforts de la structure. - Heavy articulation placed at a node of concentration of forces of the structure.
- Bateau ne naviguant que sur un bord, ce qui rend l'exploitation très difficile
- Partage des contrôles d'orientation entre des appendices aériens et de des appendices hydrauliques
Les phénomènes d'instabilité apparaissent dès que le vent est fort, alors que les essais tractés sont généralement satisfaisants..- Boat sailing only on one edge, which makes operation very difficult
- Sharing of orientation checks between aerial appendices and hydraulic appendages
Instability phenomena appear as soon as the wind is strong, while the towed tests are generally satisfactory.
Qu'un prototype puisse décoller seul grâce à la seule action du vent et planer en vol libre reste encore à prouver jusqu'à présent. That a prototype can take off alone thanks to the sole action of the wind and soar in free flight remains to be proven so far.
La présente invention se propose de remédier à l'ensemble des défauts cités ci dessus en utilisant un hydravion comme structure fonctionnelle principale. The present invention proposes to remedy all the faults mentioned above by using a seaplane as the main functional structure.
Ainsi au fur et à mesure de la prise de vitesse de l'hydravion dans sa phase de décollage, le contrôle lacet, puis du roulis et du tangage est principalement assurée de façon aérienne, le milieu aquatique n'étant utilisé que pour compenser les forces de gravité et d'anti dérive. Thus as the speed of the seaplane takes off during its takeoff phase, the yaw control, then the roll and pitch is mainly ensured from the air, the aquatic environment being used only to compensate for the forces gravity and anti drift.
Les réactions des parties immergées étant appliquées en dessous et légèrement en arrière du centre de gravité de l'hydravion, les réactions de l'eau sur les parties immergées ne modifient pas notablement le lacet, le roulis et le tangage de l'appareil; cette disposition renforce la stabilité dynamique de la trajectoire. The reactions of the submerged parts being applied below and slightly behind the center of gravity of the seaplane, the reactions of the water on the submerged parts do not significantly modify the yaw, roll and pitch of the aircraft; this arrangement reinforces the dynamic stability of the trajectory.
La propulsion de cet hydravion est assurée par la résultante des forces aériennes sur les ailes de propulsion inclinées vers l'intérieur et des forces hydrauliques appliquées sur la dérive. Ces dits éléments étant placés de façon à ce que cette résultante ait son point d'application au ras de l'eau, dirigée selon l'axe de référence de l'hydravion, vers l'avant, sans couple résiduel. The propulsion of this seaplane is ensured by the result of the air forces on the propulsion wings inclined inwards and the hydraulic forces applied to the fin. These said elements being placed so that this resultant has its point of application flush with the water, directed along the reference axis of the seaplane, forward, without residual torque.
L'inclinaison vers l'arrière des ailes de propulsion permet de résoudre une des autres conditions de stabilité de route de cet hydravion: le décalage de l'ensemble propulseur (ailes de propulsion et dérive hydraulique) vers l'arrière du centre de gravité de façon à éviter le risque d'instabilité de cap. En outre le centre de voilure des ailes de propulsion sera décalé vers l'arrière par rapport au centre de poussée désiré (à l'aplomb du centre de dérive), par un vrillage aérodynamique de ses dernières obtenu par action sur les volets. The tilting of the propulsion wings towards the rear makes it possible to resolve one of the other conditions of road stability of this seaplane: the displacement of the propulsion assembly (propulsion wings and hydraulic drift) towards the rear of the center of gravity of so as to avoid the risk of heading instability. In addition, the wing center of the propulsion wings will be shifted rearward relative to the desired center of thrust (directly above the center of drift), by an aerodynamic twisting of its latter obtained by action on the flaps.
En conséquence l'hydravion de forme symétrique au repos par rapport au plan de symétrie vertical, muni d'ailes aériennes de sustentation situées à proximité d'un plan de référence horizontal au repos, I'axe de référence horizontal étant constitué par l'intersection des dits plans, muni d'un système de gouvernail de profondeur aérien, la portance de ces ailes et gouvernails pouvant être modifiés par pivotement ou bien à l'aide de volets, ces dites ailes et éléments porteurs pouvant être assemblés de façon discrète ou aboutées les uns aux autres, et pouvant transporter une charge à l'intérieur d'un fuselage, un pilote ou un système de pilotage, est caractérisé par la réunion des éléments suivants:
II est équipé d'un système antidérive hydraulique au moins en partie immergé lors des vols à raz des flots.Consequently, the seaplane of symmetrical shape at rest with respect to the vertical plane of symmetry, provided with aerial lifting wings located near a horizontal reference plane at rest, the horizontal reference axis being constituted by the intersection so-called planes, provided with an aerial rudder system, the lift of these wings and rudders being able to be modified by pivoting or by means of flaps, these said wings and load-bearing elements being able to be assembled discreetly or abutted to each other, and being able to transport a load inside a fuselage, a pilot or a piloting system, is characterized by the combination of the following elements:
It is equipped with a hydraulic anti-drift system that is at least partially submerged when the waves are flowing.
II est équipé d'ailes dites de propulsion, munies au moins d'un système de variation de portance dans leurs parties supérieures et placées symétriquement par rapport au plan de symétrie vertical, les dites ailes ont leurs parties basses rattachées aux ailes de sustentation, leurs parties hautes inclinées vers l'intérieur et vers l'arrière, et les plans décrits par les cordes de chacune de ces ailes de propulsion sont orientés au repos parallèlement à l'axe de référence horizontal afin d'obtenir les effets suivants:
- la distance séparant les parties hautes de ces ailes de propulsion étant plus courte que la distance séparant les parties basses de ces mêmes ailes le point d'application de la résultante latérale des forces de portance aérienne est proche de la partie immergée de la dérive.It is equipped with so-called propulsion wings, provided at least with a system for varying lift in their upper parts and placed symmetrically with respect to the vertical plane of symmetry, said wings have their lower parts attached to the lift wings, their upper parts inclined inwards and backwards, and the planes described by the strings of each of these propulsion wings are oriented at rest parallel to the horizontal reference axis in order to obtain the following effects:
the distance separating the upper parts of these propulsion wings being shorter than the distance separating the lower parts of these same wings, the point of application of the lateral resultant of the air lift forces is close to the submerged part of the drift.
- les parties hautes étant inclinées vers l'arrière de la direction de navigation , le prolongement vers le haut des ailes de propulsion muni d'un système de contrôle de portance par volets ou pivotement de tout ou d'une partie de profil constitue le gouvernail de direction principal,
II est équipé d'un système d'asservissement de hauteur par rapport à l'eau, afin de pouvoir le maintenir à une hauteur pratiquement constante au dessus de l'eau à grande vitesse, ladite hauteur permettant de maintenir au moins une partie de la dérive dans l'eau.- the upper parts being inclined towards the rear of the direction of navigation, the upward extension of the propulsion wings provided with a lift control system by flaps or pivoting of all or part of the profile constitutes the rudder main direction,
It is equipped with a system for controlling the height relative to the water, in order to be able to maintain it at a practically constant height above the water at high speed, said height making it possible to maintain at least part of the drift in the water.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les ailes et gouvernes se trouvent aboutées les unes aux autres de façon à former une structure trapézoïdale inclinée vers l'arrière. L'avantage d'une telle disposition et de constituer une structure hyperstatique de grande raideur et solidité pour un poids structurel faible, ainsi les parties supérieures des ailes de propulsion et constituant le gouvernail de direction sont reliées entre elles par un élément aérien constituant le gouvernail de profondeur. According to another characteristic of the invention, the wings and control surfaces are abutted to each other so as to form a trapezoidal structure inclined towards the rear. The advantage of such an arrangement and of constituting a hyperstatic structure of great stiffness and solidity for a low structural weight, thus the upper parts of the propulsion wings and constituting the rudder are connected together by an aerial element constituting the rudder depth.
selon une autre caractéristique, sur une vue de face, les liaisons entre les extrémités des ailes de sustentation et les ailes de propulsion décrivent un arc de cercle, de même les liaisons entre les extrémités hautes des ailes de propulsion et le gouvernail de profondeur décrivent un arc de cercle. according to another characteristic, in a front view, the connections between the ends of the lift wings and the propulsion wings describe an arc of a circle, likewise the connections between the upper ends of the propulsion wings and the rudder describe a arc.
L'asservissement de la hauteur au dessus de la surface peut être constitué par l'augmentation du coefficient de portance du profil utilisé pour les ailes de sustentation lorsque les dites ailes se rapprochent de la surface de l'eau ou de la terre, cet effet appelé effet de sol se faisant sentir de façon plus importante sur lesdites ailes de sustentation que sur le gouvernail de profondeur. The enslavement of the height above the surface can be constituted by the increase in the lift coefficient of the profile used for the lifting wings when said wings approach the surface of the water or the earth, this effect called ground effect being felt more prominently on said lift wings than on the elevator.
Selon un autre mode de réalisation, I'asservissement de chaque demi aile de sustentation peut être constitué au moins en partie par l'action d'un palpeur placé à l'extrémité d'une tige dans la direction de l'axe de référence, la position dudit palpeur au dessus de la surface modifiant l'incidence d'au moins une partie de l'aile de sustentation ou d'au moins une partie de volet de l'aile de sustentation, par l'intermédiaire de cette tige ou d'un autre mécanisme. According to another embodiment, the servo-control of each half-lift wing can be constituted at least in part by the action of a feeler placed at the end of a rod in the direction of the reference axis, the position of said feeler above the surface modifying the incidence of at least part of the lift wing or at least part of the flap of the lift wing, by means of this rod or d another mechanism.
Des dispositifs mélangeurs de commande peuvent être installés afin de mélanger les ordres provenant du pilote (ou du système de pilotage), aux grandeurs physiques provenant des palpeurs. Control mixer devices can be installed in order to mix the orders coming from the pilot (or from the piloting system), with the physical quantities coming from the probes.
Un haubanage constitué d'au moins deux haubans placés en forme X ou en forme de V sur la vue de face permet le renfort de la structure aérienne. A guy line made up of at least two guy lines placed in X or V shape in the front view allows the reinforcement of the aerial structure.
Selon une quelconque des caractéristiques, au moins une partie de l'aile de sustentation ou au moins une partie de volet de l'aile de sustentation , peut être ajustée par une ou des commandes manoeuvrées par le pilote ou par le système de pilotage
Selon une quelconque des caractéristiques, les ailes et/ou les gouvernes peuvent être équipées de dispositifs hypersustentateurs, de volets à fentes ou de tout autre système permettant d'en modifier les portances
Afin d'assurer la flottaison et la prise de vitesse jusqu'à l'envol, un ou plusieurs axes verticaux permettent le pivotement d'un ou de plusieurs éléments de flottaison.According to any one of the characteristics, at least part of the lift wing or at least part of the flap of the lift wing can be adjusted by one or more controls operated by the pilot or by the piloting system.
According to any of the characteristics, the wings and / or the control surfaces can be equipped with high-lift devices, slotted shutters or any other system making it possible to modify the liftings.
In order to ensure flotation and speed gain until takeoff, one or more vertical axes allow the pivoting of one or more flotation elements.
Selon une des caractéristiques de l'invention, la dérive hydraulique immergée peut être attachée à au moins un des flotteurs, de façon à ce que la rotation du ou des flotteurs autour de son axe vertical soit lié à la rotation de cette dérive autour de ce même axe. Un système servant de butée latérale tel qu'un cordage de longueur réglable par le pilote (ou par le système de pilotage) relie l'avant d'un ou des dits flotteurs à l'avant de l'hydravion permet de limiter la rotation du ou de ces flotteurs autour de son axe vertical. According to one of the characteristics of the invention, the submerged hydraulic drift can be attached to at least one of the floats, so that the rotation of the float (s) around its vertical axis is linked to the rotation of this drift around this same axis. A system serving as a lateral stop such as a rope of length adjustable by the pilot (or by the piloting system) connects the front of one or more said floats to the front of the seaplane makes it possible to limit the rotation of the or these floats around its vertical axis.
Selon une autre caractéristique, la dérive hydraulique immergée est reliée à un élément quelconque de l'hydravion par un axe de rotation horizontal perpendiculaire à cette dérive. According to another characteristic, the submerged hydraulic drift is connected to any element of the seaplane by a horizontal axis of rotation perpendicular to this drift.
Le réglage de hauteur mouillé de la dérive et/ou le couple exercé vers le bas sur cette dérive de façon à forcer l'augmentation de sa surface mouillée par l'intermédiaire d'un vérin pneumatique ou hydraulique, d'un ressort, d'un élastique ou de tout autre moyen peuvent être ajustés par le pilote (ou par le système de pilotage). The wet height adjustment of the drift and / or the torque exerted downwards on this drift so as to force the increase of its wet surface by means of a pneumatic or hydraulic cylinder, a spring, an elastic band or any other means can be adjusted by the pilot (or by the piloting system).
Dans le cas de l'utilisation d'une dérive pivotant selon un axe orthogonal à sa corde, et muni d'un système exerçant un couple destiné à forcer son enfoncement dans l'eau, un élément hydroplanant attaché à la dérive peut limiter son enfoncement dans l'eau à partir d'une certaine vitesse. In the case of the use of a drift pivoting on an axis orthogonal to its rope, and provided with a system exerting a torque intended to force its sinking in water, a hydroplaning element attached to the drift can limit its sinking in water from a certain speed.
L'asservissement de la hauteur de l'hydravion au dessus de l'eau peut être réalisé par un mécanisme reliant la position de la dérive autour de son axe horizontal à au moins une partie des volets de l'aile de sustentation. Controlling the height of the seaplane above the water can be achieved by a mechanism connecting the position of the drift around its horizontal axis to at least part of the flaps of the lift wing.
Selon une des caractéristiques, les profils utilisés pour la dérive, qu'ils soient symétriques ou dissymétriques, pourront être munis au moins d'un dispositif destiné à éviter les problèmes de ventilation ou de cavitation dans l'eau à grande vitesse. According to one of the characteristics, the profiles used for the drift, whether they are symmetrical or asymmetrical, may be provided with at least one device intended to avoid problems of ventilation or cavitation in water at high speed.
Selon une des caractéristiques permettant d'étendre le domaine d'utilisation, un train d'atterrissage pouvant être rétractable peut permette le décollage ou l'atterrissage sur sol dur. According to one of the characteristics making it possible to extend the field of use, a landing gear which can be retractable can allow takeoff or landing on hard ground.
Selon une des caractéristiques un système de propulsion à hélice ou à réaction peut être installé afin de permettre ou de faciliter son envol, son maintien en vol, son atterrissage ou son amerrissage. According to one of the characteristics, a propeller or jet propulsion system can be installed in order to allow or facilitate its flight, its maintenance in flight, its landing or its ditching.
Les ailes et gouvernes et au moins certaines parties des volets pourront être facilement interchangeables avec des éléments de formes et de dimensions adaptées aux circonstances d'utilisation. The wings and control surfaces and at least certain parts of the flaps may be easily interchangeable with elements of shapes and dimensions adapted to the circumstances of use.
Selon une des caractéristiques de l'invention, le pilote aura pour commande au moins les éléments suivants:
Un palonnier agissant sur la gouverne de direction aérienne,
Un manche agissant au moins en partie sur des ailerons placés de préférence sur les parties des ailes de sustentation les plus écartées du fuselage, et au moins en partie sur la gouverne de profondeur,
Une commande limitant au moins le mouvement de rotation de la dérive immergée de part et d'autre de sa position au repos,
Une commande de réglage des volets de courbure si l'aile de sustentation en est équipée,
d'une commande de réglage d'incidence des ailes de propulsion ou de leurs volets, si ces éléments peuvent bouger.According to one of the characteristics of the invention, the pilot will have for command at least the following elements:
A lifter acting on the air rudder,
A handle acting at least in part on ailerons preferably placed on the parts of the lift wings furthest from the fuselage, and at least in part on the elevator,
A command limiting at least the rotational movement of the submerged fin on either side of its position at rest,
A command to adjust the curvature flaps if the lift wing is equipped with it,
a control for adjusting the incidence of the propulsion wings or their flaps, if these elements can move.
Selon l'une quelconque des revendication, deux dérives asymétriques sont alternativement utilisées suivant t l'amure de l'hydravion en vol au raz des flots. According to any one of the claims, two asymmetrical drifts are alternately used according to the tack of the seaplane in flight at the height of the waves.
Selon l'une des caractéristiques au moins un amortisseur limite la vitesse du mouvement d'au moins un quelconque des éléments mobiles des parties aériennes ou hydrauliques. According to one of the characteristics, at least one damper limits the speed of movement of at least any of the mobile elements of the aerial or hydraulic parts.
Une des réalisation permettant un démontage et remontage rapide et aisé consiste à ce que la fixation des ailes de sustentation sur le fuselage soit réalisé de façon démontable selon l'une des techniques habituellement utilisées en aviation, et/ou que les liaisons entre les ailes de propulsion et ailes de sustentation constituent des articulations démontables à rotations parallèles à l'axe de référence et/ou que les liaisons entre les parties hautes des ailes de sustentation et le gouvernail de profondeur constituent des articulations démontables à rotations parallèles à l'axe de référence, lesdites articulations étant normalement bloquées par un système de haubanage. One of the embodiments allowing a quick and easy disassembly and reassembly consists in that the fixing of the lifting wings on the fuselage is carried out in a removable manner according to one of the techniques usually used in aviation, and / or that the connections between the wings of propulsion and lift wings constitute removable joints with rotations parallel to the reference axis and / or the connections between the upper parts of the lift wings and the rudder constitute removable joints with rotations parallel to the reference axis , said joints being normally blocked by a guy system.
L'objectif poursuivi par cette invention est l'optimisation de l'utilisation de la poussée vélique afin d'aller à des vitesses plusieurs fois supérieures à celle du vent. L'observation des planches à voiles montre que l'utilisation d'une voile unique à forte quète permet d'une part d'optimiser l'écoulement aérodynamique et d'autre part d'assurer une stabilité de cap de part le vrillage de cette voile en absence de système directeur hydraulique. Par ailleurs l'observation des grandes finesses obtenues sur les planeurs ailes volantes démontre aussi les qualités des ailes à fortes flèches, utilisées dans leur parties centrales pour la sustentation, et dans leur parties proches des saumons pour le contrôle de l'assiette en tangage et en roulis.Ceci démontre l'efficacité aérodynamiques des ailes à fortes flèches utilisées simultanément pour le contrôle et la portance. The objective pursued by this invention is the optimization of the use of the vélique thrust in order to go at speeds several times higher than that of the wind. The observation of the sailboards shows that the use of a single sail with a high quet makes it possible on the one hand to optimize the aerodynamic flow and on the other hand to ensure a stability of course on the part of the twist of this sail in the absence of a hydraulic steering system. In addition, the observation of the great finesse obtained on the glider gliders also demonstrates the qualities of the wings with strong arrows, used in their central parts for the lift, and in their parts close to the salmon for the control of the pitch attitude and This demonstrates the aerodynamic efficiency of the wings with strong arrows used simultaneously for control and lift.
Les avantages principaux ressortant de la disposition inclinée vers l'arrière des ailes de propulsion vélique, et de l'équipement des extrémités hautes de ces ailes avec des volets directeurs sont
- la répartition régulière de la poussée aérodynamique forte en positon inférieure puis de plus en plus faible vers le haut générant un faible vortex de bout d'aile,
- I'installation des gouvernails de direction et de profondeur à un niveau où le vent est moins turbulent et plus puissant qu'à la surface, ce qui limite les écarts en lacet et en tangage,
- chacun des aérofoils ayant au moins une seconde fonction (Les ailes de sustentation servent de support aux ailes de propulsion, les ailes de propulsion servent dans leur partie haute à la direction et servent de support au gouvernail de profondeur, le gouvernail de profondeur sert à refermer la structure aérienne afin d'éviter les problèmes de tourbillons marginaux et sert à rendre cette même structure hyperstatique) , la structure se trouve allégée par rapport à d'autres réalisations nécessitant des bras ou mats à fonctions uniquement structurelles.The main advantages arising from the rearwardly inclined arrangement of the vélique propulsion wings, and the equipment of the upper ends of these wings with guiding flaps are
- the regular distribution of the strong aerodynamic thrust in lower position and then weaker upwards generating a weak vortex at the tip of the wing,
- installation of rudders and elevator at a level where the wind is less turbulent and more powerful than on the surface, which limits yaw and pitch deviations,
- each of the aerofoils having at least a second function (The lift wings serve as support for the propulsion wings, the propulsion wings serve in their upper part for steering and serve as support for the elevator, the elevator serves for close the aerial structure in order to avoid the problems of marginal eddies and serves to make this same structure hyperstatic), the structure is lightened compared to other embodiments requiring arms or mats with only structural functions.
Les avantages principaux ressortant de l'installation d'un flotteur central principal orientable équipé d'une dérive articulée autour d'un axe horizontal sont:
- I'absence d'excitation en roulis de l'hydravion lors de l'envol en présence de clapot
- la possibilité d'installation d'un cordage à l'avant du flotteur servant à reprendre le couple engendré par la portance de la dérive autour de l'axe vertical du flotteur, ce qui allège considérablement la construction du mécanisme d'orientation de la dérive et du flotteur
- la possibilité pour la dérive d'ajuster sa hauteur instantanément au clapot et par conséquent d'ajuster sa surface mouillée lui permet d'éviter des variation rapides de portance engendrant des chocs latéraux sur l'ensemble de la structure
- en présence de vagues générant des variations rapides de la composante latérale du vecteur vitesse eau, la forte quète vers l'arrière de la dérive associée à l'inévitable souplesse de sa construction lui permet de diminuer son angle d'incidence lors des à-coups d'incidence provoqués par les vitesses latérales des vagues. De même lors d'une diminution de l'incidence de l'eau sur la corde de cette dérive, le redressement de la dérive compense cette perte d'incidence. Ce système constitue un autre lissage des effets de chocs sur la structure dus aux vagues.The main advantages arising from the installation of an adjustable central main float fitted with a fin articulated around a horizontal axis are:
- the absence of excitement in the roll of the seaplane during flight in the presence of choppy water
- the possibility of installing a rope in front of the float used to take up the torque generated by the lift of the drift around the vertical axis of the float, which considerably reduces the construction of the orientation mechanism of the drift and float
- the possibility for the daggerboard to instantly adjust its height at chop and therefore to adjust its wet surface allows it to avoid rapid variations in lift generating lateral shocks on the entire structure
- in the presence of waves generating rapid variations in the lateral component of the water velocity vector, the strong quear towards the rear of the drift associated with the inevitable flexibility of its construction enables it to reduce its angle of incidence during the incidence shots caused by the lateral velocities of the waves. Similarly, when the incidence of water on the rope of this drift decreases, the straightening of the drift compensates for this loss of incidence. This system is another smoothing of the effects of shocks on the structure due to waves.
Les dessins annexés illustrent l'invention:
Sur les dessins, la figure 1 représente une vue de dessus de l'hydravion selon l'invention, au repos à vitesse nulle sur l'eau Les ailes de sustentation (1) sont placées de part et d'autre d'un fuselage (2), des ailes de propulsion (3) y sont rattachées. La partie supérieure (4) des ailes de propulsion, équipée de volets (5) représentés au repos constitue le gouvernail de direction aérien. La partie inférieure des ailes de propulsion est équipée de volets de courbure (6) représentés au repos. Le gouvernail de profondeur aérien (7) est rattaché à la partie supérieure (4) des ailes de propulsion. L'aile de sustentation (1) est équipée de volets de courbure (8) en position cabrés sur le dessin et d'ailerons (9) au repos.The accompanying drawings illustrate the invention:
In the drawings, FIG. 1 represents a top view of the seaplane according to the invention, at rest at zero speed on the water The lifting wings (1) are placed on either side of a fuselage ( 2), propulsion wings (3) are attached thereto. The upper part (4) of the propulsion wings, equipped with flaps (5) shown at rest constitutes the air rudder. The lower part of the propulsion wings is fitted with curvature flaps (6) shown at rest. The aerial elevator (7) is attached to the upper part (4) of the propulsion wings. The lift wing (1) is equipped with curvature flaps (8) in a rearing position in the drawing and fins (9) at rest.
Des palpeurs (10) placés à l'extrémité de tiges (11) permettent le contrôle des volets de courbure des ailes de sustentation (1). Le flotteur principal (12) est représenté au repos suivant un axe parallèle à l'axe de référence. Ce flotteur est équipé d'une dérive (13).Sensors (10) placed at the end of rods (11) allow the control of the curvature flaps of the lift wings (1). The main float (12) is shown at rest along an axis parallel to the reference axis. This float is fitted with a fin (13).
La figure 2 représente une vue de face de l'hydravion représenté avec les volets de courbure (8) sortis vers le bas et les ailerons (9) en position de repos. On distingue le support (14) constituant un axe de rotation vertical pour le flotteur principal (12) équipé de la dérive hydraulique (13) entièrement immergée au dessous de la surface des flots (14). Des petits flotteurs latéraux (15) assurent l'équilibre de lthydravion en roulis au repos et dans la phase de prise de vitesse. Selon une des caractéristiques de l'invention la liaison (16) entre les ailes de sustentation (1) et les ailes de propulsion (3) décrit un arc de cercle sur cette vue de face. De même la liaison (17) entre la partie supérieure (4) des ailes de propulsion et le gouvernail de profondeur aérien (7) décrit un arc de cercle sur la vue de face.Liaison (18) entre la coque et le flotteur est un axe de rotation, cette rotation est limitée par une écoute de dérive hydraulique (1 9). FIG. 2 represents a front view of the seaplane shown with the curvature flaps (8) extended downwards and the fins (9) in the rest position. We distinguish the support (14) constituting a vertical axis of rotation for the main float (12) equipped with the hydraulic fin (13) fully submerged below the surface of the waves (14). Small lateral floats (15) ensure the balance of the seaplane in roll at rest and in the speed gain phase. According to one of the characteristics of the invention, the connection (16) between the lift wings (1) and the propulsion wings (3) describes an arc of a circle in this front view. Likewise, the connection (17) between the upper part (4) of the propulsion wings and the aerial rudder (7) describes an arc of circle in the front view. Connection (18) between the hull and the float is a axis of rotation, this rotation is limited by a hydraulic drift sheet (1 9).
La figure 3 est une vue de côté de l'hydravion au repos, en flottaison sur ses flotteurs. Selon une des caractéristiques de l'invention, le volet de courbure (8) représenté est articulé autour d'un axe (S) de rotation horizontal, déporté vers le bas de ce volet, la tige (11) reliant le palpeur (10) au volet (8) agit directement sur ce dernier . Dans cette configuration au repos sur les flotteurs, le palpeur étant en position haute par rapport à sa course, le volet de courbure se trouve en position cabré, de façon à donner à cette partie de l'aile de sustentation une portance maximum. Selon une autre caractéristique de l'invention, la dérive hydraulique est relié au flotteur principal par l'intermédiaire d'un axe de rotation horizontal. Figure 3 is a side view of the seaplane at rest, floating on its floats. According to one of the characteristics of the invention, the curvature flap (8) shown is articulated around an axis (S) of horizontal rotation, offset downwards from this flap, the rod (11) connecting the probe (10) the flap (8) acts directly on the latter. In this configuration at rest on the floats, the feeler being in the high position relative to its stroke, the curvature flap is in the nose-up position, so as to give this part of the lift wing a maximum lift. According to another characteristic of the invention, the hydraulic fin is connected to the main float via a horizontal axis of rotation.
La figure 4 représente une vue de dessus de l'hydravion selon l'invention, en position de vol à raz des vagues recevant le vent tribord amures par rapport à l'axe (Y) du flotteur principal (8) et de la dérive hydraulique (13). I'axe de référence de l'hydravion (X) faisant face au vent apparent fait avec l'axe du flotteur principal (Y) et de la dérive un angle (D). La partie inférieure des ailes de propulsion est équipée de volets de courbure (6) cabrés au vent. FIG. 4 represents a top view of the seaplane according to the invention, in the position of flight at level with the waves receiving the starboard wind tack relative to the axis (Y) of the main float (8) and of the hydraulic drift (13). The reference axis of the seaplane (X) facing the apparent wind made with the axis of the main float (Y) and of the drift an angle (D). The lower part of the propulsion wings is fitted with curving flaps (6) prancing in the wind.
La figure 5 représente une vue de face de l'hydravion selon l'axe de
référence (X) en position de vol à raz des vagues. Les volets de courbure
(8) sont en position presque entièrement rentrée et les ailerons (9) en position de repos. On distingue le support (14) constituant un axe de
rotation vertical pour le flotteur principal (1 2) qui se trouve désaxé
longitudinalement par rapport à l'axe de référence (X), il équipé de la dérive hydraulique (13) en partie immergée au dessous de la surface des flots (14). FIG. 5 represents a front view of the seaplane along the axis of
reference (X) in the position of flight at the level of the waves. Curvature flaps
(8) are in the almost fully retracted position and the fins (9) in the rest position. We distinguish the support (14) constituting an axis of
vertical rotation for the main float (1 2) which is offset
longitudinally with respect to the reference axis (X), it equipped with the hydraulic drift (13) partly submerged below the surface of the waves (14).
La figure 6 est une vue de côté de l'hydravion en vol à raz des vagues, Le volet de courbure (8) de I'aile de sustentation est représenté afin de faciliter la compréhension de l'asservissement. Dans cette configuration le palpeur (10) étant près de sa position basse , le volet de courbure (8) se trouve en position presque rentrée, de façon à asservir l'aile de sustentation (i) à une hauteur de consigne pratiquement constante. FIG. 6 is a side view of the seaplane in flight at the top of the waves. The curvature flap (8) of the lift wing is shown in order to facilitate understanding of the servo-control. In this configuration, the feeler (10) being near its low position, the curvature flap (8) is in the almost retracted position, so as to enslave the lift wing (i) at a practically constant set height.
Selon un mode de réalisation selon les figures 1 à 6 de l'hydravion destiné à battre des records de vitesse à la voile par la seule force de propulsion du vent, le fuselage sera réduit à un cockpit monoplace et aura une forme ressemblant à un cockpit de planeur. Les matériaux utilisés de façon préférentielle seront les composites à base notamment de fibre de verre, aramides ou de carbone, mis en ouvre sur des noyaux de mousse afin de constituer des sandwichs. Les ailes, volets et gouvernes seront réalisés suivant les techniques classiques utilisées en aviation. II sera prévu un démontage aisé en éléments quasiment rectilignes afin de faciliter le transport routier. Les différents éléments de la voilure, réunis par des axes sont raidis par un haubanage en forme de X qui bloque les mouvements latéraux.La tension de ces haubans par des ridoirs provoque une précontrainte vers le bas de l'aile de sustentation. En conséquence la structure de cette dite aile de sustentation doit être construite d'une façon plus solide que les autres éléments de la voilure. La flottaison au repos est assurée par un flotteur principal orientable selon un axe vertical, et par deux flotteurs latéraux. According to an embodiment according to FIGS. 1 to 6 of the seaplane intended to beat sailing speed records by the sole propulsion of the wind, the fuselage will be reduced to a single-seat cockpit and will have a shape resembling a cockpit glider. The preferred materials will be composites based in particular on glass fiber, aramids or carbon, used on foam cores to form sandwiches. The wings, flaps and control surfaces will be produced using conventional techniques used in aviation. Easy disassembly will be provided in almost straight elements in order to facilitate road transport. The various elements of the airfoil, joined by axes are stiffened by an X-shaped guying which blocks lateral movements. The tension of these shrouds by turnbuckles causes a preload downwards of the lift wing. Consequently, the structure of this so-called lift wing must be built in a more solid manner than the other elements of the wing. Flotation at rest is provided by a main float that can be oriented along a vertical axis, and by two lateral floats.
Les commandes accessibles au pilote sont:
- Le palonnier des gouvernes de direction aériennes (5).The commands accessible to the pilot are:
- The spreader of the air rudders (5).
- Le manche des ailerons (9) de bout d'aile et du gouvernail de profondeur (7). - The handle of the ailerons (9) of the wing tip and the elevator (7).
- Des trims permettent l'ajustement des actions neutres sur les commandes précitées. - Trims allow the adjustment of neutral actions on the aforementioned commands.
- Une commande de gauchissement des volets de courbure (6) des ailes de propulsion (3). - A warping control for the curvature flaps (6) of the propulsion wings (3).
- Une commande d'écoute de dérive (19) destiné à limiter l'angle (d) entre l'axe de la dérive (Y) et l'axe de référence (X). - A drift monitoring command (19) intended to limit the angle (d) between the axis of the drift (Y) and the reference axis (X).
- Une commande de couple vers le bas de la dérive autour de son axe de rotation horizontal. - A torque control down the drift around its horizontal axis of rotation.
L' asservissement de la hauteur de l'hydravion est réalisé à l'aide de palpeurs (10) agissant sur les volets de courbure (9) dans la partie centrale de l'aile de sustentation (1). The height of the seaplane is controlled by means of feelers (10) acting on the curvature flaps (9) in the central part of the lift wing (1).
Selon un mode de réalisation selon les figures 1 à 6 de l'hydravion destiné à battre des records de vitesse à la voile par la seule force de propulsion du vent, L'envol tribord amure peut être décrit comme suit:
Position de départ:
La première étape consiste à orienter l'hydravion face au vent, toutes commandes en position de repos au neutre, L'écoute de dérive hydraulique (13) étant bordée au maximum. Dans cette configuration le pilote peut orienter l'axe de référence (X) par rapport au vent en utilisant le palonnier, I'hydravion fait route en marche arrière à vitesse réduite.According to an embodiment according to FIGS. 1 to 6 of the seaplane intended to beat records of speed in sailing by the sole propulsion force of the wind, The starboard tack flight can be described as follows:
Starting position:
The first step consists in orienting the seaplane facing the wind, all controls in neutral position, The hydraulic drift sheet (13) being bordered to the maximum. In this configuration, the pilot can orient the reference axis (X) relative to the wind using the spreader, the seaplane is traveling in reverse at reduced speed.
Prise de vitesse initiale:
Par un ordre du palonnier, le pilote oriente l'hydravion tribord amures, tout en choquant l'écoute de dérive (19). La résultante de la poussée vélique sur les ailes de propulsion (3) et de la portance hydraulique sur la dérive (13) donne une vitesse par rapport à l'eau selon l'axe du flotteur principal (Y) en marche avant à l'hydravion. Le pilote ajuste les volets de courbure (6) des ailes de propulsion (3) à l'augmentation du vent apparent qui se trouve sensiblement dans l'axe de référence.Initial speed gain:
By order of the spreader, the pilot steers the starboard seaplane tack, while shocking the drift sheet (19). The result of the thrust on the propulsion wings (3) and the hydraulic lift on the fin (13) gives a speed relative to the water along the axis of the main float (Y) in forward seaplane. The pilot adjusts the curvature flaps (6) of the propulsion wings (3) to the increase in the apparent wind which is substantially in the reference axis.
Augmentation de vitesse jusqu'au décollage:
Le pilote dirige l'appareil vent de travers avec un sillage de dérive à 90 degrés du vent réel. II ajuste les volets de courbure de l'aile de propulsion et l'écoute de dérive jusqu'à obtenir une vitesse de vent apparent suffisante pour permettre le décollage de l'hydravion avec ses volets d'aile de sustentation sortis au maximum.Speed increase until takeoff:
The pilot steered the crosswind with a drift wake 90 degrees from the real wind. It adjusts the curvature flaps of the propulsion wing and the drift sheet until an apparent wind speed is sufficient to allow the takeoff of the seaplane with its lift wing flaps extended to the maximum.
Stabilisation en vol à raz des vagues:
Avec la prise de hauteur de l'hydravion, les palpeurs restant près de la surface diminuent le braquages des volets de courbure de l'aile de sustentation, ce qui maintient l'hydravion à hauteur constante.Stabilization in flight at waves level:
With the height take-off of the seaplane, the probes remaining close to the surface reduce the deflection of the curvature flaps of the lift wing, which keeps the seaplane at constant height.
A titre d'exemple non limitatif, I'hydravion destiné à battre des records de vitesse à la voile par la seule force de propulsion du vent, pourra avoir les dimensions typiques et caractéristiques suivantes pour un monoplace:
Envergure 10 mètres
Surface alaire ailes de sustentation 12 m2
Surface alaire ailes de propulsion 12 m2
Masse avec pilote 300 kg
Coefficients de portance des ailes de propulsion compte tenu de leur forte inclinaison vers l'arrière et l'intérieur: 1.5
Coefficients de portance ailes de sustentation: 2.3
Vitesse air de décollage 10 m/s
Vent nécessaire pour atteindre cette vitesse 10 m/s
L'hydravion destiné à battre des records de vitesse à la voile par la seule force de propulsion du vent, peut avoir les applications industrielles suivantes:
- I'utilisation en mode voilier rapide en vol à raz des vagues est à la portée d'un utilisateur courant.Cet appareil, dans sa version facilement démontable, peut être transporté sur le toit d'une voiture, ou dans une remorque de type remorque de planeur.By way of non-limiting example, the seaplane intended to beat sailing speed records by the sole force of wind propulsion, may have the following typical dimensions and characteristics for a single-seater:
Wingspan 10 meters
Wing surface lift wings 12 m2
Wing surface propulsion wings 12 m2
Weight with pilot 300 kg
Coefficients of lift of the propulsion wings taking into account their strong inclination towards the back and the interior: 1.5
Lifting wing lift coefficients: 2.3
Takeoff air speed 10 m / s
Wind required to reach this speed 10 m / s
The seaplane intended to break sailing speed records by the sole force of wind propulsion, can have the following industrial applications:
- use in fast sailboat mode when the waves are high is within the reach of a current user. This device, in its easily removable version, can be transported on the roof of a car, or in a type trailer glider trailer.
- certaines versions seront destinées aux performances ultimes de vitesse à la voile en compétition ou pour la recherche de records de vitesse. - certain versions will be intended for the ultimate performance of sailing speed in competition or for the search of speed records.
- les utilisateurs plus intéressés dans les usages acrobatiques pourront envisager des figures de vol plané en utilisant l'énergie cinétique accumulée dans les phases dans les phases de vol en raz des vagues. - users more interested in acrobatic uses will be able to envisage gliding figures using the kinetic energy accumulated in the phases in the phases of flight in tidal waves.
- les pilotes ayant une formation suffisante pourront envisager de décoller en vol en raz des vagues, puis de continuer en vol de pente au vent des reliefs du rivage. - pilots with sufficient training may consider taking off in a tidal wave, then continuing in slope flight to the wind from the shore reliefs.
- les versions faiblement motorisées pourront permettre un vol par vent trop faible ou nul en raz de vague et à grande vitesse, la dérive hydraulique restant en contact de l'eau ou à proximité, l'appareil continuera de naviguer sous la réglementation des navires. - the weakly motorized versions may allow too little or no wind flight at high winds and high speed, the hydraulic drift remaining in contact with or near water, the aircraft will continue to sail under the regulations of ships.
- les versions les plus motorisées pourront être utilisés comme de véritables hydravions ou amphibies, tout en conservant la possibilité de naviguer comme voilier rapide. - the most motorized versions can be used as real seaplanes or amphibians, while retaining the possibility of sailing as a fast sailboat.
- Des versions rentrant dans certaines réglementations d'avions ultra-légers ou expérimentaux seront facilement commercialisables. - Versions falling within certain regulations for ultra-light or experimental aircraft will be easily marketable.
Claims (25)
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