FR2856651A1 - Vehicule aquatique a propulsion eolienne pour planer au dessus de l'eau sans que le corps du vehicule soit en contact avec l'eau-l'appui dans l'eau se fait a l'aide d'une derive autonome - Google Patents
Vehicule aquatique a propulsion eolienne pour planer au dessus de l'eau sans que le corps du vehicule soit en contact avec l'eau-l'appui dans l'eau se fait a l'aide d'une derive autonome Download PDFInfo
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Abstract
Véhicule aquatique à propulsion éolienne pour planer au dessus de l'eau sans que le corps du véhicule soit en contact avec l'eau - l'appui dans l'eau se fait à l'aide d'une dérive autonome.Ce véhicule utilise un cerf volant (aile) pour l'appui sur l'air, et un "cerf volant sous-marin" (dérive autonome) (DA) pour l'appui sur l'eau. Le corps du véhicule (nef) n'est relié à la dérive autonome que par une ligne (lien filaire) (10). L'aile est orientée à l'aide de tire veilles (101). Il en est de même pour la dérive autonome (11) & (12). La dérive autonome est conçue de sorte à pouvoir rester à l'interface entre l'air et l'eau lorsqu'elle est en mouvement par rapport à l'eau. Lorsque le vent souffle, la dérive résiste au déplacement latéral, l'aile tire sur le véhicule, et celui-ci est soulevé de la surface de l'eau. Il s'oriente de manière autonome dans le sens du vent pour présenter son meilleur profil. Ce profil est conçu de sorte que le vent apparent soit utilisé pour accroître la portance de la nef sur l'air grâce à des ailes escamotables. La traînée dans l'air et dans l'eau sont alors très faibles, et le véhicule atteint des vitesses élevées sans subir d'à coups du fait de la houle.Ce véhicule est particulièrement destiné aux sports nautiques.
Description
1. Domaine technique de l'invention :
La présente invention concerne un dispositif pour se déplacer sur l'eau par propulsion éolienne au moyen d'un véhicule dont le corps (nef) ne touche pas l'eau en mode normal de déplacement ; il utilise la propulsion éolienne à l'aide d'une voilure (ailes(s), voile(s) ou cerf volant(s)) pour l'appui dans l'air et une dérive autonome pour l'appui dans l'eau.
2. État de l'art et problèmes rencontrés :
Les techniques usuelles de déplacement sur l'eau par propulsion éolienne reposent sur l'utilisation - d'une part d'une voile (technique de voile classique ou de planche à voile) ou d'un cerf volant (technique du kite surf), ou encore de dispositifs autres pour utiliser la pression du vent (cylindres tournants,...), solidaires ou non du corps du véhicule (nommé nef : planche, coque, flotteur,...) ; ce, pour prendre appui sur l'air. - d'autre part d'une ou plusieurs dérives (ou quille, ou aileron, ou safran à usage de dérive,...) rigides et solidaires du corps du véhicule.
La nef est un flotteur qui prend appui directement sur l'eau.
Cette technique génère une traînée importante dans l'eau d'une part, et rend les mouvements de la nef liés à celui de la houle d'autre part.
Des palliatifs ont été conçus : flotteur qui déjauge (du type du bateau baptisé "Hydroptère" qui déjauge en prenant appui sur des patins). Mais d'une part le flotteur reste lié à la surface de l'eau par un lien rigide et est sensible aux mouvements de la houle (dès que la houle se lève, il n'est plus possible de déjauger), et d'autre part le flotteur prend appui sur l'eau même quand il déjauge (par l'intermédiaire de skis ou patins) par l'intervention de forces de compression. D'où des forces de traînée malgré tout encore importantes.
3. Description de l'invention : 3.1 Principe Le fait d'une part, vis à vis du lien entre la nef et le milieu aquatique, de supprimer les forces de compression pour ne garder que les forces de traction permet de réduire au minimum la surface de contact eau/véhicule et de réduire l'effet de la traînée dans l'eau (il n'y a plus d'appui sur l'eau pour porter le poids de la nef, mais uniquement un appui sur l'air ).
Le fait d'autre part de rendre la dérive relativement indépendante de la nef permet de réduire l'effet de la houle.
C'est le double objectif principal de la présente invention.
Le véhicule objet de l'invention se compose de trois parties (cf. figure 1) : - Une "nef, ou corps du véhicule, où seront logés le pilote, les équipements et les objets à transporter. - Une aile en forme de parapente/parachute dirigeable/cerf volant, reliée à la nef par un lien filaire dénommé "filin" (100). - Une dérive autonome (DA), reliée à la nef par un lien filaire dénommé "ligne" (10).
L'autonomie de la dérive est une composante clé de la présente invention.
L'ensemble nef plus aile est dénommé corps principal ou corps du véhicule lorsque l'on se place du point de vue de l'entité "dérive autonome", par abus de langage.
3.2 L'aile 3.2.1 Les fonctions de l'aile sont les suivantes :
d'une part l'aile assure un appui sur l'air (par écoulement de l'air sur l'aile) au véhicule pour obtenir la force de sustentation de la nef (force antagoniste du poids de la nef) ; d'autre part l'aile permet de générer, par une orientation variable de l'aile, une force de traction contribuant à la génération du mouvement du véhicule dans la direction voulue (force antagoniste de la traînée).
Par ailleurs, le lien souple entre l'aile et la nef amortit les sautes de vent à fréquence courte (quelques secondes ou moins), rendant le mouvement de la nef plus régulier.
Enfin, une aile libre permet (comme pour le kite surf) d'aller rechercher en altitude un vent plus soutenu et plus régulier.
3.2.2 Contraintes sur l'aile : - Sa dimension doit être adaptée à la force du vent. - En cas de chute dans l'eau, il faut pouvoir la redéployer. - L'aile doit résister à des sautes de vent imprévues (en force et en direction). - La force de traction exercée par l'aile doit pouvoir être réduite ou annulée quasi instantanément en cas de besoin (comme on choque une voile). - Le filin et les tire veilles ne doivent pas s'entortiller. 3.2.3 Mise en oeuvre : l'aile est fixée à la nef à l'aide d'un filin de longueur variable (comme un fil de cerf volant). Elle est orientée depuis la nef par le pilote. L'orientation de l'aile s'effectue, comme on le pratique pour des cerf volants orientables ou des parapentes, à l'aide d'une paire de tire-veilles. Elle peut être déployée depuis la nef (en sustentation dans l'air ou sur l'eau).Un dispositif permettra de réduire ou d'accroître la surface de toile et donc la portance et la traînée de l'aile. Exemple de dispositif : un jeu d'ailes de plusieurs tailles sera disponible (aile petit temps, aile normale, aile tempête). Le fait d'avoir une aile placée en altitude permet de bénéficier d'un vent plus soutenu et plus régulier ; pour cela, il faut prévoir un filin et des tire veilles assez longs. 3.3 La dérive autonome La dérive autonome est un dispositif symétrique de l'aile aérienne : c'est une sorte d'aile sousmarine.Nota : la dérive autonome est un dispositif original qui pourra être utilisé sur d'autres types de véhicules aquatiques à propulsion éolienne : par exemple, sur un voilier traditionnel mono ou multicoque, si on fixe le filin à mi hauteur du mât (par exemple sur un long bord sans changement d'amure), il en résulte une meilleure répartition des forces (et le bateau gîte beaucoup moins), notamment par vent bien établi, d'où un accroissement des performances.
3.3.1 Les fonctions de la dérive autonome sont les suivantes :
* d'une part, elle assure un appui (antagoniste de celui de l'aile) sur l'eau (par écoulement de l'eau sur son corps) du véhicule pour obtenir la sustentation de la nef ; ceci est obtenu par l'établissement d'une tension suffisante sur le lien aile/dérive qui passe par la nef.
d'autre part la dérive permet de générer, par une orientation variable de cette dérive (complémentaire de celle de l'aile) , une force de traction générant le mouvement du véhicule dans la direction voulue.
La dérive autonome stabilise l'altitude des différents composants du véhicule par rapport à la surface de l'eau. La dérive autonome est conçue pour se stabiliser au niveau de l'interface air/eau.
La dérive autonome définit la direction de déplacement du véhicule. Le déplacement du véhicule est orienté le long de l'axe constitué de l'intersection entre d'une part le plan de la surface de l'eau et d'autre part le plan d'appui de la dérive sur l'eau. L'orientation du plan d'appui de dérive est contrôlé par l'application à la dérive d'un couple de forces (traction de la ligne & appui sur l'eau, et accessoirement traînée de la dérive dans l'eau). Ce couple de forces fait tourner le plan de dérive autour de l'axe de lacet. L'application de ce couple équivaut, sur un voilier classique, à tirer sur la barre franche pour incliner le safran.
La dérive autonome définit, par sa direction sur l'axe du mouvement, le sens de déplacement du véhicule sur cet axe. Ce sens est fonction de l'angle entre la perpendiculaire au plan de dérive (modifiable à l'aide du couple de forces) avec la ligne.
La dérive autonome absorbe les chocs dans l'eau et le mouvement de la houle, de sorte à stabiliser le mouvement de la nef. Ceci est obtenu du fait de la longueur et de l'élasticité de la ligne, ainsi que du fait de l'inertie importante de la nef par rapport à celle de la dérive autonome.
3.3.2 Contraintes que la dérive doit respecter : - Stabilité dans le mouvement axial (résister aux perturbations résultant de la houle, de sauts hors de l'eau,...). Il est obtenu par un allongement du corps de la dérive. - Capacité de réorientation de la dérive dans l'eau, le véhicule étant à l'arrêt, après perte du contrôle du mouvement de celle-ci (choc sur objet à la surface, déferlante, saut hors de l'eau, erreur de man u̇vre, arrêt du mouvement). Elle est obtenue par le fait que le point d'attache de la ligne sur la dérive soit situé en avant (sur l'axe de la dérive) du centre de poussée latérale de l'eau (poussée de résistance de l'eau sous l'effet de la traction latérale de la ligne sur la dérive).De ce fait, dès qu'une tension se rétablit sur la ligne, la dérive se réoriente correctement dans le sens de la marche. - Capacité de réorientation de la dérive sous l'eau, en cours de déplacement du véhicule, après perte du contrôle du mouvement de celle-ci. Elle est obtenue à l'aide de gouvernes de profondeur (comportant un aileron). - Capacité de réorientation de la dérive hors de l'eau, en cours de déplacement du véhicule, après perte de contrôle du mouvement de celle-ci. Elle est obtenue par le fait que la dérive a une section (si on la coupe selon le plan perpendiculaire à son axe de mouvement) en forme d'ancre. Cette forme garantit que, lorsque la dérive reprend contact avec l'eau, elle se réoriente immédiatement en prenant appui correctement sur l'eau, en s'enfonçant sous la surface.Elle ne se met pas à glisser sur l'eau dans une position inadéquate. - Capacité à faire demi-tour. Elle est obtenue par le mouvement des gouvernes. Pour être man u̇vrante, la partie rigide de la dérive ne doit pas être trop longue. - La ligne et les tire veilles ne doivent pas s'entortiller. - Capacité à résister aux chocs. Obtenue par la légèreté (inertie faible) et la robustesse de la dérive, et par la souplesse de la ligne. - Faible aspérité pour l'accrochage d'objets dérivants dans l'eau (algues,...).La forme doit permettre à ces objets de glisser le long de la dérive sans être retenus. - La ligne devra être suffisamment longue pour que, lorsque la dérive autonome subit un mouvement imprévu (par exemple, saute hors de l'eau au sortir d'une vague), la nef ne se trouve pas violemment projetée dans l'eau et/ou ne subisse pas un violent à-coup. 3.3.3 Mise en oeuvre : la dérive autonome se compose (cf. figure 6) - D'un corps rigide. Le corps rigide de la dérive autonome est composé de 2 ailerons de dérive positionnés de part et d'autre du nez comme dans une ancre traditionnelle, ainsi que d'une queue qui stabilise le mouvement. Les ailerons sont fixés sur la partie avant de la queue. - D'un nez. Le nez est relié à la nef à l'aide d'une ligne. Il est monté sur le corps à l'aide d'un axe, à l'avant du corps et au pied du nez (au niveau du talon).Cet axe autorise un unique degré de liberté : il permet de cambrer et dé-cambrer le nez. Sur le nez est monté une gouverne de profondeur.
Dès lors, les forces et mouvements selon les 3 axes sont déterminés comme suit : - Le mouvement de roulis est contrecarré par la tension sur la ligne. La forme d'ancre de la dérive garantit que le couple des forces s'exerçant sur la dérive ramène le nez dans la bonne direction à chaque écart. Cet état est stable. - De même pour le mouvement de lacet. Le couple à l'origine du mouvement de lacet est déterminé par la cambrure du nez. Cette cambrure est réglée avec une gouverne de barre (mécanisme qui cambre et décambre le nez sur la dérive). Si l'on cambre trop le nez, la dérive se met à "battre arrière". Cette situation exerce des forces anormales sur le bout de la queue. - Le mouvement de tangage est libre par rotation autour de l'axe de la ligne et est contrôlé à l'aide de la gouverne de profondeur.En positionnant la gouverne au maximum, la dérive restera à la surface de l'eau, car elle aura la forme d'un ski. En inversant la gouverne, elle aura la forme d'un ski spatule vers le bas. La dérive fait alors un mouvement de culbute. En utilisant la gouverne de profondeur, on peut faire exécuter à la dérive des mouvements en dessous de la surface de l'eau comme on le ferait avec un cerf volant à 2 tire veilles dans l'air. Ceci permet de la ramener au niveau de la surface, orientée dans l'autre sens. On a alors "viré de bord". Les à-coups des mouvements de tangage sont tempérés par la longueur de la queue.
La dérive autonome est symétrique : le dessous est symétrique du dessus par rapport au plan de la surface de l'eau.
3.4 La nef La nef est la partie "noble" du véhicule. Elle emportera les équipements, l'équipage et les objets transportés (dénommé ci-dessous l'emport).
3.4.1 Fonctions de la nef Sustenter l'emport dans l'air lors du déplacement du véhicule.
Protéger l'emport en cas de choc (amerrissage brutal, rupture du filin ou de la ligne,...).
Protéger l'emport contre les intempéries (vent apparent violent, embruns,...).
En cas de défaut de sustentation dans l'air, assurer la sustentation sur l'eau (fonction classique de flotteur, à mettre en oeuvre en cas de défaut de vent, de fausse man u̇vre, de défaillance du véhicule, ou d'arrêt du véhicule).
Permettre au pilote d'assurer le pilotage du véhicule.
3.4.2 Contraintes - Le poids de la nef doit être minimal. Le poids de l'emport est limité. - L'altitude de la nef au dessus de la surface de l'eau doit être suffisante pour que la nef ne touche pas l'eau en cours de déplacement (notamment dans les allures "au plus près" ou "grand largue"). - La traînée dans l'air de la nef doit être minimale. - La forme de la nef doit être telle qu'un complément de force de portance par rapport à l'aile est si possible fourni ; toute force de portance négative doit être réduite. - La nef doit amortir les chocs (notamment en cas de contact indésiré avec l'eau). - La sécurité du pilote doit être assurée, notamment en cas de choc ou de chute. - Le pilotage doit être réalisable de manière satisfaisante (ergonomie). - Un mode de déplacement dégradé doit être opérationnel, dans une situation où la nacelle repose sur l'eau.Exemple : vent trop faible, avarie,... 3.4.3 Mise en oeuvre :
La nef a un mode de sustentation indirect. Un anneau est le point central d'ancrage de l'aile et de la dérive autonome (à "mi" chemin du lien entre aile et dérive ; la ligne relie l'anneau à la dérive ; le filin relie l'anneau à l'aile) ; une nacelle est alors suspendue à cet anneau. La nef se compose de la nacelle, de l'anneau, et des liens de sustentation de la nacelle à l'anneau.
La nacelle s'oriente d'elle même en fonction du vent apparent ; la traînée de l'air autour de la nacelle est réduite par le choix d'une forme appropriée pour l'extérieur de la nacelle (de sorte notamment que le centre d'inertie soit en avant du centre de poussée de l'air sur la nacelle).
3.5 Considérations spécifiques à l'invention 3.5.1 Mode de navigation Le mode de navigation diffère de celui de la voile classique. Notations : Va pour le vent apparent (vitesse de l'air par rapport à la nacelle), Vr pour le vent réel (vitesse de l'air par rapport à l'eau), V pour la vitesse du véhicule par rapport à l'eau. Vr = Va + V (cf. figure 3, projection verticale). L'avant de la nacelle sera considéré comme pointant dans la direction du vent apparent ; il est à noter que cette orientation ne correspond pas à la direction du déplacement du véhicule.
Les trois composants du véhicule sont maintenus à leur altitude de fonctionnement par le jeu de forces s'exerçant sur chacun d'eux : portance, poids et traînée de l'aile dont la résultante est la force de traction Ta sur le filin ; portance, poids et traînée de la nef dont la résultante a la composante verticale Pn ; force de réaction de dérive et traînée de dérive dont la résultante est la force de traction Td sur la ligne ; ces forces s'équilibrent par les tensions Ta et Td sur les filin et ligne. Cf. figure 2 (projection horizontale).
Le véhicule (plus exactement, chacun de ses trois éléments) est propulsé par le jeu de forces décrit en figure 3 (projection verticale). La résistance de dérive Rd est perpendiculaire au plan de dérive et donc à la vitesse V du véhicule. Le fait qu'il y ait une traînée et que la dérive dérape (le tout correspondant à la force td) fait que la ligne (orientée selon la force Td, tension de la ligne vers la dérive) n'est pas perpendiculaire à V. Il y a un angle al. Le fait que la nef est soumise à une force de traînée tn implique que la ligne et le filin (orienté selon la force Ta, tension du filin vers l'aile) forment un angle a2. La force de portance Ra de l'aile est perpendiculaire au vent apparent Va. Le fait qu'il y ait une force de traînée ta au niveau de l'aile fait qu'il y a entre le vent apparent et le filin un angle a3.La somme des angles al+a2+a3 correspond à l'angle entre le vent apparent et la vitesse.
Les allures de navigation (vent debout, vent arrière, largue bâbord amure, largue tribord amure, au près bâbord amure,...) données ci-dessous pour le véhicule ne correspondront pas à la position de la voilure (aile) du véhicule par rapport à l'axe de la nacelle (direction Va), mais à la direction de déplacement par rapport au vent réel. L'allure est définie de la même manière que dans le cadre de la navigation à voile classique. Si le vent réel vient du zéro (nord compas), vent debout est dans le 0, vent arrière dans le 180, vent de travers tribord amure dans le 270, etc.
Le filin est toujours orienté par le travers légèrement vers l'arrière (de la nacelle, i.e. par rapport à la direction du vent apparent). La ligne est toujours orientée par le travers légèrement vers l'avant de la nacelle (i.e. par rapport à la direction du vent apparent). Si l'on regarde dans la direction de déplacement réelle (i.e. le cap) du véhicule et non vers l'avant de la nacelle, la dérive est légèrement vers l'arrière.
- L'allure "vent debout" n'est pas possible. - L'allure "au plus près serré tribord amure (même logique pour bâbord)" s'obtient avec une orientation de l'aile vers bâbord arrière par rapport à la nacelle (le plus près possible du travers de la nacelle i.e. le plus proche possible de la perpendiculaire au vent apparent) ; et une orientation de la dérive vers tribord avant de la nacelle. L'aileron de gouverne de profondeur de la dérive sera bloqué en position "navigation tribord amure". La limitation proviendra de ce que l'aile sera basse sur l'eau, et la nacelle se rapprochera de la surface de l'eau jusqu'à la limite possible pour maintenir le mouvement sans toucher l'eau. A la limite, aile et dérive décrochent : l'angle entre V et Va devient trop pointu.(Cf. figure 3 et 5). - L'allure "vent de travers tribord amure (idem pour bâbord)" s'obtient avec une orientation de l'aile vers bâbord arrière par le travers, l'aile étant assez haute ; la dérive sera également à tribord avant. L'aileron de gouverne de profondeur de la dérive sera bloqué en position "navigation tribord amure". - L'allure vent arrière n'est pas possible. - L'allure "grand largue tribord amure (idem pour bâbord)" s'obtient avec une orientation de l'aile vers bâbord arrière (le plus près possible du travers de la nacelle i.e. le plus proche possible de la perpendiculaire au vent apparent) ; la dérive sera à tribord vers l'avant. L'aileron de gouverne de profondeur de la dérive sera bloqué en position "navigation tribord amure".La limitation proviendra de ce que l'aile sera basse sur l'eau, et la nacelle se rapprochera de la surface de l'eau jusqu'à la limite possible pour maintenir le mouvement sans toucher l'eau. A la limite, aile et dérive décrochent : l'angle entre V et Va devient trop pointu. (Cf. figure 3 et 4). - L'allure "en panne tribord amures (idem pour bâbord)" s'obtient en annulant le couple de forces s'exerçant sur la dérive (pour empêcher la rotation de la dérive) et l'angle du plan de dérive par rapport à l'axe de la ligne . La dérive devient alors une simple ancre flottante. - Virement de bord à partir de tribord amure (idem pour bâbord) : il se fait en position vent de travers, en inversant la gouverne de profondeur pour l'amener en position "navigation bâbord amure" ; cette inversion fait plonger la dérive dans un mouvement de culbute.En man u̇vrant la gouverne de profondeur, le pilote la fait remonter en la repositionnant sur l'autre bord/amure. La dérive (symétrique) inverse sa position haut/bas. On se retrouve vent de travers sur l'autre amure. A cette occasion, la nacelle se tourne. L'aile change de bord, ainsi que la dérive. Si on exécute cette man u̇vre sans être vent de travers, la dérive devra décrire un grand arc avant de retrouver sa position d'équilibre ; pendant ce temps, les performances du véhicule sont dégradées. 3.5.2 Sécurité La sécurité doit faire l'objet d'un soin particulier, plus encore que pour le surf :
Pour le pilote : l'origine du risque provient des vitesses élevées et de la hauteur de vide sous la nacelle. D'où risques de chute depuis la nacelle, ou de chute de la nacelle elle-même. Par ailleurs, il y a risque de choc au cas où la nacelle percute l'eau ou un autre objet (mât de bateau, bouée,...). D'où, au minimum, brassière de sauvetage et une combinaison rembourrée.
Pour les tiers : la dérive autonome et la ligne doivent être visibles, il ne faut pas atteindre des vitesses élevées en zone à risque (proscrire la navigation au voisinage de zone de baignade, éviter de balayer un pont de bateau avec la ligne et/ou la dérive). Il faut également éviter que la nacelle ne percute des tiers (en tombant, ou au cours de son mouvement normal).
3.6. Options : 3.6.1 Options spécifiques à l'aile 3.6.1.1 Il sera possible d'envisager des modèles d'ailes dont la surface sera variable et réglable depuis la nef (équivalent de la technique de prise de ris en voile classique). Exemple : aile composée d'une chaîne de cerf volants losange placés les un au dessus des autres ; depuis la nef, on peu forcer certains à s'empiler, de sorte à réduire le nombre de cerf volants actifs dans la chaîne. 3.6.1.2 Une possibilité peut être prévue pour modifier la forme de l'aile pour faire chuter très rapidement la portance de celle-ci au cas où il y aurait lieu de réduire les forces s'exerçant sur le véhicule (saute de vent, man u̇vre du véhicule,...).Ceci correspond à la possibilité de choquer une écoute en navigation à voile classique. 3.6.2 Options spécifiques à la nef 3.6.2.1 La nacelle peut être dotée d'ailes intégrées prenant appui sur le vent apparent au niveau de la nacelle. La sustentation est améliorée ; d'une part la fraction du filin immergée diminue ; d'autre part la répartition des forces au niveau de l'anneau de sustentation est modifiée. De meilleures performances en termes de man u̇vrabilité peuvent être obtenues du véhicule. La tension sur le filin diminue. Son poids et sa longueur peuvent être réduits. La partie immergée du filin diminue (et donc la traînée dans l'eau). La nacelle a alors le comportement (partiel) d'un planeur de vol à voile.Des gouvernes sont intégrées à la voilure de la nef (comme pour le vol à voile). 3.6.2.2 La nacelle peut être carénée par une double enveloppe en tissu léger de type parapente ; cette double enveloppe est une surface fermée relativement étanche que l'on gonfle pour la rendre rigide, puis dont on maintient le gonflage en cours de navigation. 3.6.2.3 On peut prévoir des bouts de sustentation de longueur réglable, de sorte à éviter que les ailes de la nef ne se prennent dans la ligne et les tire veilles de la dérive ; et pour avoir une altitude adéquate de la nacelle par rapport à l'eau. 3.6.3 Options spécifiques à la dérive autonome 3.6.3.1 Il se peut que sur certains modèles de dérives autonomes, la conception amène à avoir des points où des objets dérivants peuvent s'accumuler. Ces objets doivent être éliminés.Par exemple, au point d'attache sur la dérive de la ligne et des tire veilles de gouverne. Un mécanisme destiné à éliminer les objets se mettant "à cheval" en ces points (algues,...) doit alors être mis en oeuvre.
Solution 1 : un fil en va et vient le long de la ligne, muni d'un anneau entourant le faisceau (constitué de la ligne, les fils de tire veille et le retour du présent fil) lequel anneau porte un crochet coupant en forme de pointe de harpon escamotable sous pression dans le sens de la descente, permet de couper ou remonter les objets indésirables (algues,...) le long de la ligne pour s'en débarrasser une fois ramenés au niveau de la nacelle sans arrêter le véhicule.
Solution 2 : une roue à godets tourne lorsque la dérive autonome avance. Elle entraîne une roue à crochets. La rotation de la roue à crochets entraîne tous les objets indésirables qui se mettraient "à cheval" au point sensible.
3.6.3.2 La ligne et les tire veilles peuvent être placées dans un conduit caréné pour la partie où elles sont fréquemment sous l'eau, de sorte à présenter un profil hydrodynamique. Ou la ligne elle-même peut avoir cette forme par elle-même et renfermer les éventuels fils à passer. 3.6.3.3 La dérive peut être dotée d'un générateur de courant électrique pour alimenter la nacelle et les motorisations ; ce générateur est entraîné par une hélice placée à l'arrière de la dérive. 3.6.3.4 Pour s'adapter à une houle plus ou moins forte, la longueur de la ligne doit être réglable. 3.6.3.5 On peut envisager de remplacer la ligne (10) par un lien autre que filaire. Exemple : une tige rigide profilée ; un nez de dérive qui va jusqu'à la nef,...La conception de la dérive autonome doit alors être revue en conséquence. 3.6.3.6 On peut remplacer l'aileron de gouverne de profondeur en faisant remplir sa fonction par la queue de la dérive. En contraignant la queue à fléchir vers le haut ou vers le bas, on obtient le même effet. La queue serait dotée d'un mécanisme lui permettant de fléchir par traction sur les tire veilles de gouverne de profondeur (de la même manière qu'un poisson oriente sa queue vers la droite ou vers la gauche en mettant en tension les muscles de part et d'autre de l'arête centrale). 3.6.3.7 En changeant la conception de la dérive pour la rendre symétrisable (et non pas nécessairement symétrique de manière statique), on peut éviter d'avoir à faire faire une culbute à la dérive pour inverser le sens de la marche du véhicule.La symétrie évoquée ici est une symétrie par rapport au plan contenant l'axe de lacet et l'axe de tangage (plan xz de la figure 6). Ceci peut être obtenu par un dispositif où le pied a une symétrie avant-arrière, et où on peut basculer le nez de l'avant à l'arrière lors du "virement de bord". Par symétrisable, on entend que l'état de la dérive en navigation "tribord amure" est symétrique (après modification physique de l'état) de l'état de la dérive en navigation "bâbord amure".Dans le cas du modèle de véhicule décrit à titre d'exemple plus loin, on pourra prévoir une queue coulissante de sorte à la passer d'un côté à l'autre, et un pied pouvant tourner de 180[deg]. 3.6.3.8 Le couple exercé sur la dérive pour la faire tourner peut être obtenu à l'aide d'un safran plutôt que par une cambrure du nez (exemple : un safran de part et d'autre de la queue, ou des ailerons en tenant lieu sur les deux ailerons principaux de la dérive). On peut alors envisager un nez solidaire du corps de dérive. 3.6.3.9 Il sera possible d'utiliser une dérive multiple. L'intérêt réside dans le fait que si l'une des dérives est momentanément peu opérante (prise dans une déferlante,...), le véhicule garde son appui sur l'autre ou les autres dérives.Il faut dans ce cas des lignes de longueur variable et non indépendantes. 3.6.3.10 La ligne peut avoir une inclinaison trop faible à son point d'entrée dans l'eau, d'où une forte traînée dans l'eau de celle-ci. De ce fait, il est opportun de fixer sur la ligne, à proximité de la dérive, une aile cerf volant complémentaire, nommée aile de redressement de ligne. La partie de la ligne entre l'aile de redressement et la dérive autonome est ainsi inclinée de sorte que la ligne ne traîne pas dans l'eau. La partie de la ligne entre l'aile de redressement et la nef a une pente bien plus faible. Dans certaines conditions, l'aile de redressement peut même contribuer à la sustentation de la nef. 3.6.3.11 Au lieu d'utiliser une dérive autonome à orientation stable, on peut envisager une dérive tournante. La paire d'ailerons et la queue sont alors remplacées par un disque.L'axe du disque est doté d'un flotteur. Le nez est conservé ; mais au lieu d'un axe et d'un palan (cf. figure 6, axe 8 et palan 9), le pied sera monté sur l'axe du disque, lequel serait dans le plan du nez. Lorsque le véhicule avance, le disque tourne, et les forces de frottement dans l'eau sont réduites ; la traînée de la dérive diminue.Pour pouvoir guider la dérive (gouverne de barre - de direction), le pied sera à nouveau cambré et décambré par un mécanisme analogue au palan, qui déplacera l'axe du disque dans le plan du nez. pour empêcher le nez (et plus généralement, toute la dérive autonome) de tourner sur lui-même en "roulant" sur l'eau, entraîné par le disque (mouvement impossible dans le modèle décrit en figure 6 du fait de la queue 3 et de l'axe 8, modèle qui n'offre pas ce degré de liberté), le point d'attache de la ligne sur le nez sera modifié. Le nez sera doté d'une tige transversale verticale solidaire de celui-ci, fixée au point d'attache de la ligne. On utilisera une aile de redressement (cf l'option "aile de redressement" pour la dérive autonome ci-dessus).Les 4 points formés par les deux extrémités de la tige verticale fixée sur le nez, le point d'attache sur la ligne de l'aile de redressement, et un point P arbitraire fixe le long de la ligne en amont de l'aile de redressement sont dans un plan voisin de la verticale. De ce point P peut être tiré une ligne auxiliaire qui viendrait directement sur le nez, à l'une des extrémités de la tige du nez (l'extrémité inférieure). La ligne principale arrivant de l'aile de redressement est fixée à l'autre extrémité (supérieure) de la tige.Ces deux lignes exercent sur la tige un couple qui l'empêchent de tourner ; celle-ci reste verticale (ou à peu près, en fonction de l'orientation de l'aile de redressement). 3.6.3.12 L'aile de redressement, dans le cas de dérive à orientation stable (non tournante) peut servir à compléter (voire à remplacer) la gouverne de direction de la dérive. 3.6.4 Options globales 3.6.4.1 La force pouvant s'exercer sur les fils des tire veilles étant importante, elle peut être démultipliée par des palans au niveau de l'aile (respectivement de la dérive). La tension étant plus faible sur les tire veilles, leur diamètre peut être réduit (effet sur le poids et la traînée). 3.6.4.2 Les tire veilles peuvent être mus par motorisation ; dans ce cas, les tire veilles peuvent ne pas être tendus jusqu'à la nacelle.La motorisation est locale à l'aile (respectivement à la dérive). Il y a commande à distance de cette motorisation depuis la nacelle. Il n'y a plus de traînée dans l'air ni dans l'eau du fait de tire veilles physiques. 3.6.4.3 On peut envisager un véhicule qui, lorsque le vent est suffisant, permette de ne faire appel qu'à la force de sustentation issue de la portance obtenue au niveau de la nef. l'aile est alors repliée. Dans ce cas, la ligne est directement rattachée à la nef (l'anneau de sustentation est ramené sous la nacelle). On se trouve dans la situation d'une nacelle convertie en planeur de vol à voile muni d'une dérive autonome. 3.6.4.4 L'aile pourra être remplacée par un ballon dirigeable.
4. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente la vue d'ensemble du véhicule. La figure 2 représente la projection horizontale du jeu de forces s'exerçant sur le véhicule. La figure 3 représente la projection verticale du jeu de forces s'exerçant sur le véhicule, avec le vent réel (Vr), le vent apparent (Va) et la vitesse (V). La figure 4 présente une allure de navigation : largue, avec le vent réel (Vr), le vent apparent (Va) et la vitesse (V). La figure 5 présente une allure de navigation : au près, avec le vent réel (Vr), le vent apparent (Va) et la vitesse (V). La figure 6 représente la projection de la dérive autonome selon les 3 plans du repère xyz (z vers le haut, x vers la nef, y vers l'avant de la dérive). Il s'agit de projection verticale (sur le plan xy), latérale (sur le plan yz), par l'avant (sur le plan xz).La figure 7 représente en coupe verticale, la nef. La figure 8 présente le détail du mécanisme de l'aileron de gouverne de profondeur situé sur le nez. La figure 9 présente le détail du mécanisme du palan de gouverne de barre (ou gouverne de direction) placé au pied du nez.
5. Mode particulier de réalisation (Les numéros de la description renvoient aux figures respectives).
La vue d'ensemble du véhicule est donnée en figure 1, avec ses 3 composants : aile, nef et dérive autonome.
Un exemplaire simplifié du véhicule comportera :
Pour la dérive (cf. figure 6) : - Un assemblage rigide composé de 3 pièces solidaires (le corps) : l'aileron bâbord (1), l'aileron tribord (2), la queue (3). Les ailerons sont fixés sur la queue à l'aide d'équerres. La queue sert de colonne vertébrale au corps. Au niveau de la zone où sont fixés les ailerons, la queue est renforcée. - Une pièce montée sur un axe (8) la liant au corps : le nez (4). Cette pièce a la forme d'une "jambe humaine", avec un "pied". Le pied pointe vers l'arrière de la dérive. Au "haut de la jambe" est fixée la ligne. L'axe (8) est fixé sur le nez au niveau du "talon" ; et sur le corps tout à fait à l'avant de celui-ci. Un palan (9) de gouverne de barre - ou de direction - (cf. détail figure 9) sur lequel passe la tire veille de barre (12) est fixé sur la queue, à l'arrière de la partie renforcée, et sur le nez au "bout du pied".Quand le véhicule est en mouvement, le palan (9) est toujours en tension. Quand le palan (9) est souqué, le nez (4) pivote autour de l'axe (8) et se cambre. - Une gouverne de profondeur fixée sur le nez à la hauteur du "genou" (cf. détail figure 8). Elle se compose d'un axe (5), d'un aileron (6) solidaire d'un "bréchet" (pièce guidant le débattement de l'aileron) (7) sur lequel sont fixés les tire veilles (11) composées de deux brins.
* Pour la nacelle (cf. figure 7) : - Un anneau de sustentation (51) consistant en une dégaine (une lanière & 2 mousquetons pour escalade) où sont passés dans le premier mousqueton, dit mousqueton de guidage, les fils des tire veilles Il), (12) et (101), et où sont amarrés sur le 2ème mousqueton, dit mousqueton de support, ligne (10) et filin (100). - Une chambre à air (63) tenant lieu de corps de la nacelle.Elle est munie d'un filet pour retenir le pilote. - 4 bouts de sustentation de la nacelle (60) reliant la chambre à air au mousqueton de support de l'anneau de sustentation. - Un empennage composé d'une tige semi rigide coudée (62) percée de 3 trous pour les points d'attache au corps, de sorte à matérialiser et orienter l'arrière de la nacelle, sur laquelle tige est fixé un empennage à proprement parler (plaque légère disposée verticalement) ; l'avant de la nacelle sera libre de tout objet qui pourrait se trouver sur la trajectoire du pilote en cas d'éjection (notamment des bouts de sustentation) ;si la nacelle vient à frapper l'eau violemment, le pilote ne sera pas blessé au moment du choc, lorsqu'il sera projeté vers l'avant. - Un tableau de pilotage (64) consistant en une planchette, fixé sur un côté du corps, à l'extérieur (pour des motifs de sécurité), muni * de deux taquets autobloquants pour la paire de tire-veilles de gouvernes de profondeur (11) (les deux seront passées au taquet afin qu'elles ne traînent pas dans l'eau ; les deux brins seront débloqués pour la man u̇vre de virement de bord) ; * d'un taquet pour la gouverne de barre (ou gouverne de direction) (12).
* de deux taquets autobloquants pour les tire veilles de l'aile (101) ; - Un baudrier & harnais (58) muni d'un mousqueton, que le pilote enfile. - Un bout de sécurité (59) avec un aller retour de démultiplication en vue de pouvoir se hisser sur la nacelle en cas de besoin après en être tombé - ou plusieurs aller retour, au choix du pilote -, reliant le baudrier à l'anneau de sustentation. - Des ailes escamotables sont déployées et fixées au corps de la nacelle. . Pour l'aile :
une aile de parapente, avec un filin rattaché au harnais du parapente et des rallonges aux tire veilles du parapente (ou un cerf volant à 2 tire veilles, ces deux tire veilles étant courts et étant attachées aux extrémités d'une tige tenant lieu de palonnier d'attelage ; le filin est fixé au milieu du palonnier, et les tire veilles du véhicule aux extrémités du palonnier, dans le prolongement des tire veilles du cerf volant).
6. Applications L'utilisation principale est dans le domaine des sports nautiques.
Revendications 1 Véhicule aquatique à propulsion éolienne caractérisé en ce que le véhicule se compose de deux parties distinctes : le corps principal du véhicule (où se trouvent le pilote, les équipements, la voilure,...), et un dispositif complémentaire nommé "dérive autonome", relié au corps principal (par un lien qui peut être ou non filaire - à une dimension -, souple ou rigide, flexible ou non, articulé ou non), ces deux parties ayant les propriétés suivantes :
Le corps principal du véhicule en cours de déplacement normal n'a pas besoin de prendre appui sur l'eau par un contact direct avec l'eau. Le seul élément du véhicule devant être, pour des motifs de sustentation du corps principal, au contact de l'eau en cours de déplacement normal est alors la dérive autonome et éventuellement une partie du lien entre la dérive autonome et le corps principal.
Le lien entre la dérive autonome et le corps principal est tel que, pendant le déplacement normal du véhicule, il existe au moins une surface de section de coupe du lien entre le corps du véhicule et la dérive autonome sur laquelle s'exercent des forces dont la résultante est une force de traction. La force résultante pourra toutefois être momentanément une force de compression mais exclusivement durant quelques fractions de secondes de temps à autre du fait de la houle ou du mouvement du véhicule (situation où la dérive ne remplit pas correctement sa fonction de dérive ; i.e. fournir un appui sur l'eau - force de rappel de dérive - antagoniste de l'appui de l'air - la portance).
La dérive autonome exerce via le lien, en mode normal de déplacement du véhicule, une force de traction sur le corps du véhicule ; cette force, additionnée aux autres forces (principalement les forces éoliennes) s'exerçant sur le corps du véhicule, génère une poussée qui propulse le véhicule en avant.
La sustentation dans l'air du corps principal est obtenue par la force résultante de l'addition au poids du corps principal - d'une part de la force de portance de l'air sur le corps principal (à l'aide d'aile, de cerf volant, d'aile de parapente, de voilure,...) - et d'autre part de la force antagoniste de rappel exercée par l'appui sur l'eau de la dérive autonome.
La présente invention concerne un dispositif pour se déplacer sur l'eau par propulsion éolienne au moyen d'un véhicule dont le corps (nef) ne touche pas l'eau en mode normal de déplacement ; il utilise la propulsion éolienne à l'aide d'une voilure (ailes(s), voile(s) ou cerf volant(s)) pour l'appui dans l'air et une dérive autonome pour l'appui dans l'eau.
2. État de l'art et problèmes rencontrés :
Les techniques usuelles de déplacement sur l'eau par propulsion éolienne reposent sur l'utilisation - d'une part d'une voile (technique de voile classique ou de planche à voile) ou d'un cerf volant (technique du kite surf), ou encore de dispositifs autres pour utiliser la pression du vent (cylindres tournants,...), solidaires ou non du corps du véhicule (nommé nef : planche, coque, flotteur,...) ; ce, pour prendre appui sur l'air. - d'autre part d'une ou plusieurs dérives (ou quille, ou aileron, ou safran à usage de dérive,...) rigides et solidaires du corps du véhicule.
La nef est un flotteur qui prend appui directement sur l'eau.
Cette technique génère une traînée importante dans l'eau d'une part, et rend les mouvements de la nef liés à celui de la houle d'autre part.
Des palliatifs ont été conçus : flotteur qui déjauge (du type du bateau baptisé "Hydroptère" qui déjauge en prenant appui sur des patins). Mais d'une part le flotteur reste lié à la surface de l'eau par un lien rigide et est sensible aux mouvements de la houle (dès que la houle se lève, il n'est plus possible de déjauger), et d'autre part le flotteur prend appui sur l'eau même quand il déjauge (par l'intermédiaire de skis ou patins) par l'intervention de forces de compression. D'où des forces de traînée malgré tout encore importantes.
3. Description de l'invention : 3.1 Principe Le fait d'une part, vis à vis du lien entre la nef et le milieu aquatique, de supprimer les forces de compression pour ne garder que les forces de traction permet de réduire au minimum la surface de contact eau/véhicule et de réduire l'effet de la traînée dans l'eau (il n'y a plus d'appui sur l'eau pour porter le poids de la nef, mais uniquement un appui sur l'air ).
Le fait d'autre part de rendre la dérive relativement indépendante de la nef permet de réduire l'effet de la houle.
C'est le double objectif principal de la présente invention.
Le véhicule objet de l'invention se compose de trois parties (cf. figure 1) : - Une "nef, ou corps du véhicule, où seront logés le pilote, les équipements et les objets à transporter. - Une aile en forme de parapente/parachute dirigeable/cerf volant, reliée à la nef par un lien filaire dénommé "filin" (100). - Une dérive autonome (DA), reliée à la nef par un lien filaire dénommé "ligne" (10).
L'autonomie de la dérive est une composante clé de la présente invention.
L'ensemble nef plus aile est dénommé corps principal ou corps du véhicule lorsque l'on se place du point de vue de l'entité "dérive autonome", par abus de langage.
3.2 L'aile 3.2.1 Les fonctions de l'aile sont les suivantes :
d'une part l'aile assure un appui sur l'air (par écoulement de l'air sur l'aile) au véhicule pour obtenir la force de sustentation de la nef (force antagoniste du poids de la nef) ; d'autre part l'aile permet de générer, par une orientation variable de l'aile, une force de traction contribuant à la génération du mouvement du véhicule dans la direction voulue (force antagoniste de la traînée).
Par ailleurs, le lien souple entre l'aile et la nef amortit les sautes de vent à fréquence courte (quelques secondes ou moins), rendant le mouvement de la nef plus régulier.
Enfin, une aile libre permet (comme pour le kite surf) d'aller rechercher en altitude un vent plus soutenu et plus régulier.
3.2.2 Contraintes sur l'aile : - Sa dimension doit être adaptée à la force du vent. - En cas de chute dans l'eau, il faut pouvoir la redéployer. - L'aile doit résister à des sautes de vent imprévues (en force et en direction). - La force de traction exercée par l'aile doit pouvoir être réduite ou annulée quasi instantanément en cas de besoin (comme on choque une voile). - Le filin et les tire veilles ne doivent pas s'entortiller. 3.2.3 Mise en oeuvre : l'aile est fixée à la nef à l'aide d'un filin de longueur variable (comme un fil de cerf volant). Elle est orientée depuis la nef par le pilote. L'orientation de l'aile s'effectue, comme on le pratique pour des cerf volants orientables ou des parapentes, à l'aide d'une paire de tire-veilles. Elle peut être déployée depuis la nef (en sustentation dans l'air ou sur l'eau).Un dispositif permettra de réduire ou d'accroître la surface de toile et donc la portance et la traînée de l'aile. Exemple de dispositif : un jeu d'ailes de plusieurs tailles sera disponible (aile petit temps, aile normale, aile tempête). Le fait d'avoir une aile placée en altitude permet de bénéficier d'un vent plus soutenu et plus régulier ; pour cela, il faut prévoir un filin et des tire veilles assez longs. 3.3 La dérive autonome La dérive autonome est un dispositif symétrique de l'aile aérienne : c'est une sorte d'aile sousmarine.Nota : la dérive autonome est un dispositif original qui pourra être utilisé sur d'autres types de véhicules aquatiques à propulsion éolienne : par exemple, sur un voilier traditionnel mono ou multicoque, si on fixe le filin à mi hauteur du mât (par exemple sur un long bord sans changement d'amure), il en résulte une meilleure répartition des forces (et le bateau gîte beaucoup moins), notamment par vent bien établi, d'où un accroissement des performances.
3.3.1 Les fonctions de la dérive autonome sont les suivantes :
* d'une part, elle assure un appui (antagoniste de celui de l'aile) sur l'eau (par écoulement de l'eau sur son corps) du véhicule pour obtenir la sustentation de la nef ; ceci est obtenu par l'établissement d'une tension suffisante sur le lien aile/dérive qui passe par la nef.
d'autre part la dérive permet de générer, par une orientation variable de cette dérive (complémentaire de celle de l'aile) , une force de traction générant le mouvement du véhicule dans la direction voulue.
La dérive autonome stabilise l'altitude des différents composants du véhicule par rapport à la surface de l'eau. La dérive autonome est conçue pour se stabiliser au niveau de l'interface air/eau.
La dérive autonome définit la direction de déplacement du véhicule. Le déplacement du véhicule est orienté le long de l'axe constitué de l'intersection entre d'une part le plan de la surface de l'eau et d'autre part le plan d'appui de la dérive sur l'eau. L'orientation du plan d'appui de dérive est contrôlé par l'application à la dérive d'un couple de forces (traction de la ligne & appui sur l'eau, et accessoirement traînée de la dérive dans l'eau). Ce couple de forces fait tourner le plan de dérive autour de l'axe de lacet. L'application de ce couple équivaut, sur un voilier classique, à tirer sur la barre franche pour incliner le safran.
La dérive autonome définit, par sa direction sur l'axe du mouvement, le sens de déplacement du véhicule sur cet axe. Ce sens est fonction de l'angle entre la perpendiculaire au plan de dérive (modifiable à l'aide du couple de forces) avec la ligne.
La dérive autonome absorbe les chocs dans l'eau et le mouvement de la houle, de sorte à stabiliser le mouvement de la nef. Ceci est obtenu du fait de la longueur et de l'élasticité de la ligne, ainsi que du fait de l'inertie importante de la nef par rapport à celle de la dérive autonome.
3.3.2 Contraintes que la dérive doit respecter : - Stabilité dans le mouvement axial (résister aux perturbations résultant de la houle, de sauts hors de l'eau,...). Il est obtenu par un allongement du corps de la dérive. - Capacité de réorientation de la dérive dans l'eau, le véhicule étant à l'arrêt, après perte du contrôle du mouvement de celle-ci (choc sur objet à la surface, déferlante, saut hors de l'eau, erreur de man u̇vre, arrêt du mouvement). Elle est obtenue par le fait que le point d'attache de la ligne sur la dérive soit situé en avant (sur l'axe de la dérive) du centre de poussée latérale de l'eau (poussée de résistance de l'eau sous l'effet de la traction latérale de la ligne sur la dérive).De ce fait, dès qu'une tension se rétablit sur la ligne, la dérive se réoriente correctement dans le sens de la marche. - Capacité de réorientation de la dérive sous l'eau, en cours de déplacement du véhicule, après perte du contrôle du mouvement de celle-ci. Elle est obtenue à l'aide de gouvernes de profondeur (comportant un aileron). - Capacité de réorientation de la dérive hors de l'eau, en cours de déplacement du véhicule, après perte de contrôle du mouvement de celle-ci. Elle est obtenue par le fait que la dérive a une section (si on la coupe selon le plan perpendiculaire à son axe de mouvement) en forme d'ancre. Cette forme garantit que, lorsque la dérive reprend contact avec l'eau, elle se réoriente immédiatement en prenant appui correctement sur l'eau, en s'enfonçant sous la surface.Elle ne se met pas à glisser sur l'eau dans une position inadéquate. - Capacité à faire demi-tour. Elle est obtenue par le mouvement des gouvernes. Pour être man u̇vrante, la partie rigide de la dérive ne doit pas être trop longue. - La ligne et les tire veilles ne doivent pas s'entortiller. - Capacité à résister aux chocs. Obtenue par la légèreté (inertie faible) et la robustesse de la dérive, et par la souplesse de la ligne. - Faible aspérité pour l'accrochage d'objets dérivants dans l'eau (algues,...).La forme doit permettre à ces objets de glisser le long de la dérive sans être retenus. - La ligne devra être suffisamment longue pour que, lorsque la dérive autonome subit un mouvement imprévu (par exemple, saute hors de l'eau au sortir d'une vague), la nef ne se trouve pas violemment projetée dans l'eau et/ou ne subisse pas un violent à-coup. 3.3.3 Mise en oeuvre : la dérive autonome se compose (cf. figure 6) - D'un corps rigide. Le corps rigide de la dérive autonome est composé de 2 ailerons de dérive positionnés de part et d'autre du nez comme dans une ancre traditionnelle, ainsi que d'une queue qui stabilise le mouvement. Les ailerons sont fixés sur la partie avant de la queue. - D'un nez. Le nez est relié à la nef à l'aide d'une ligne. Il est monté sur le corps à l'aide d'un axe, à l'avant du corps et au pied du nez (au niveau du talon).Cet axe autorise un unique degré de liberté : il permet de cambrer et dé-cambrer le nez. Sur le nez est monté une gouverne de profondeur.
Dès lors, les forces et mouvements selon les 3 axes sont déterminés comme suit : - Le mouvement de roulis est contrecarré par la tension sur la ligne. La forme d'ancre de la dérive garantit que le couple des forces s'exerçant sur la dérive ramène le nez dans la bonne direction à chaque écart. Cet état est stable. - De même pour le mouvement de lacet. Le couple à l'origine du mouvement de lacet est déterminé par la cambrure du nez. Cette cambrure est réglée avec une gouverne de barre (mécanisme qui cambre et décambre le nez sur la dérive). Si l'on cambre trop le nez, la dérive se met à "battre arrière". Cette situation exerce des forces anormales sur le bout de la queue. - Le mouvement de tangage est libre par rotation autour de l'axe de la ligne et est contrôlé à l'aide de la gouverne de profondeur.En positionnant la gouverne au maximum, la dérive restera à la surface de l'eau, car elle aura la forme d'un ski. En inversant la gouverne, elle aura la forme d'un ski spatule vers le bas. La dérive fait alors un mouvement de culbute. En utilisant la gouverne de profondeur, on peut faire exécuter à la dérive des mouvements en dessous de la surface de l'eau comme on le ferait avec un cerf volant à 2 tire veilles dans l'air. Ceci permet de la ramener au niveau de la surface, orientée dans l'autre sens. On a alors "viré de bord". Les à-coups des mouvements de tangage sont tempérés par la longueur de la queue.
La dérive autonome est symétrique : le dessous est symétrique du dessus par rapport au plan de la surface de l'eau.
3.4 La nef La nef est la partie "noble" du véhicule. Elle emportera les équipements, l'équipage et les objets transportés (dénommé ci-dessous l'emport).
3.4.1 Fonctions de la nef Sustenter l'emport dans l'air lors du déplacement du véhicule.
Protéger l'emport en cas de choc (amerrissage brutal, rupture du filin ou de la ligne,...).
Protéger l'emport contre les intempéries (vent apparent violent, embruns,...).
En cas de défaut de sustentation dans l'air, assurer la sustentation sur l'eau (fonction classique de flotteur, à mettre en oeuvre en cas de défaut de vent, de fausse man u̇vre, de défaillance du véhicule, ou d'arrêt du véhicule).
Permettre au pilote d'assurer le pilotage du véhicule.
3.4.2 Contraintes - Le poids de la nef doit être minimal. Le poids de l'emport est limité. - L'altitude de la nef au dessus de la surface de l'eau doit être suffisante pour que la nef ne touche pas l'eau en cours de déplacement (notamment dans les allures "au plus près" ou "grand largue"). - La traînée dans l'air de la nef doit être minimale. - La forme de la nef doit être telle qu'un complément de force de portance par rapport à l'aile est si possible fourni ; toute force de portance négative doit être réduite. - La nef doit amortir les chocs (notamment en cas de contact indésiré avec l'eau). - La sécurité du pilote doit être assurée, notamment en cas de choc ou de chute. - Le pilotage doit être réalisable de manière satisfaisante (ergonomie). - Un mode de déplacement dégradé doit être opérationnel, dans une situation où la nacelle repose sur l'eau.Exemple : vent trop faible, avarie,... 3.4.3 Mise en oeuvre :
La nef a un mode de sustentation indirect. Un anneau est le point central d'ancrage de l'aile et de la dérive autonome (à "mi" chemin du lien entre aile et dérive ; la ligne relie l'anneau à la dérive ; le filin relie l'anneau à l'aile) ; une nacelle est alors suspendue à cet anneau. La nef se compose de la nacelle, de l'anneau, et des liens de sustentation de la nacelle à l'anneau.
La nacelle s'oriente d'elle même en fonction du vent apparent ; la traînée de l'air autour de la nacelle est réduite par le choix d'une forme appropriée pour l'extérieur de la nacelle (de sorte notamment que le centre d'inertie soit en avant du centre de poussée de l'air sur la nacelle).
3.5 Considérations spécifiques à l'invention 3.5.1 Mode de navigation Le mode de navigation diffère de celui de la voile classique. Notations : Va pour le vent apparent (vitesse de l'air par rapport à la nacelle), Vr pour le vent réel (vitesse de l'air par rapport à l'eau), V pour la vitesse du véhicule par rapport à l'eau. Vr = Va + V (cf. figure 3, projection verticale). L'avant de la nacelle sera considéré comme pointant dans la direction du vent apparent ; il est à noter que cette orientation ne correspond pas à la direction du déplacement du véhicule.
Les trois composants du véhicule sont maintenus à leur altitude de fonctionnement par le jeu de forces s'exerçant sur chacun d'eux : portance, poids et traînée de l'aile dont la résultante est la force de traction Ta sur le filin ; portance, poids et traînée de la nef dont la résultante a la composante verticale Pn ; force de réaction de dérive et traînée de dérive dont la résultante est la force de traction Td sur la ligne ; ces forces s'équilibrent par les tensions Ta et Td sur les filin et ligne. Cf. figure 2 (projection horizontale).
Le véhicule (plus exactement, chacun de ses trois éléments) est propulsé par le jeu de forces décrit en figure 3 (projection verticale). La résistance de dérive Rd est perpendiculaire au plan de dérive et donc à la vitesse V du véhicule. Le fait qu'il y ait une traînée et que la dérive dérape (le tout correspondant à la force td) fait que la ligne (orientée selon la force Td, tension de la ligne vers la dérive) n'est pas perpendiculaire à V. Il y a un angle al. Le fait que la nef est soumise à une force de traînée tn implique que la ligne et le filin (orienté selon la force Ta, tension du filin vers l'aile) forment un angle a2. La force de portance Ra de l'aile est perpendiculaire au vent apparent Va. Le fait qu'il y ait une force de traînée ta au niveau de l'aile fait qu'il y a entre le vent apparent et le filin un angle a3.La somme des angles al+a2+a3 correspond à l'angle entre le vent apparent et la vitesse.
Les allures de navigation (vent debout, vent arrière, largue bâbord amure, largue tribord amure, au près bâbord amure,...) données ci-dessous pour le véhicule ne correspondront pas à la position de la voilure (aile) du véhicule par rapport à l'axe de la nacelle (direction Va), mais à la direction de déplacement par rapport au vent réel. L'allure est définie de la même manière que dans le cadre de la navigation à voile classique. Si le vent réel vient du zéro (nord compas), vent debout est dans le 0, vent arrière dans le 180, vent de travers tribord amure dans le 270, etc.
Le filin est toujours orienté par le travers légèrement vers l'arrière (de la nacelle, i.e. par rapport à la direction du vent apparent). La ligne est toujours orientée par le travers légèrement vers l'avant de la nacelle (i.e. par rapport à la direction du vent apparent). Si l'on regarde dans la direction de déplacement réelle (i.e. le cap) du véhicule et non vers l'avant de la nacelle, la dérive est légèrement vers l'arrière.
- L'allure "vent debout" n'est pas possible. - L'allure "au plus près serré tribord amure (même logique pour bâbord)" s'obtient avec une orientation de l'aile vers bâbord arrière par rapport à la nacelle (le plus près possible du travers de la nacelle i.e. le plus proche possible de la perpendiculaire au vent apparent) ; et une orientation de la dérive vers tribord avant de la nacelle. L'aileron de gouverne de profondeur de la dérive sera bloqué en position "navigation tribord amure". La limitation proviendra de ce que l'aile sera basse sur l'eau, et la nacelle se rapprochera de la surface de l'eau jusqu'à la limite possible pour maintenir le mouvement sans toucher l'eau. A la limite, aile et dérive décrochent : l'angle entre V et Va devient trop pointu.(Cf. figure 3 et 5). - L'allure "vent de travers tribord amure (idem pour bâbord)" s'obtient avec une orientation de l'aile vers bâbord arrière par le travers, l'aile étant assez haute ; la dérive sera également à tribord avant. L'aileron de gouverne de profondeur de la dérive sera bloqué en position "navigation tribord amure". - L'allure vent arrière n'est pas possible. - L'allure "grand largue tribord amure (idem pour bâbord)" s'obtient avec une orientation de l'aile vers bâbord arrière (le plus près possible du travers de la nacelle i.e. le plus proche possible de la perpendiculaire au vent apparent) ; la dérive sera à tribord vers l'avant. L'aileron de gouverne de profondeur de la dérive sera bloqué en position "navigation tribord amure".La limitation proviendra de ce que l'aile sera basse sur l'eau, et la nacelle se rapprochera de la surface de l'eau jusqu'à la limite possible pour maintenir le mouvement sans toucher l'eau. A la limite, aile et dérive décrochent : l'angle entre V et Va devient trop pointu. (Cf. figure 3 et 4). - L'allure "en panne tribord amures (idem pour bâbord)" s'obtient en annulant le couple de forces s'exerçant sur la dérive (pour empêcher la rotation de la dérive) et l'angle du plan de dérive par rapport à l'axe de la ligne . La dérive devient alors une simple ancre flottante. - Virement de bord à partir de tribord amure (idem pour bâbord) : il se fait en position vent de travers, en inversant la gouverne de profondeur pour l'amener en position "navigation bâbord amure" ; cette inversion fait plonger la dérive dans un mouvement de culbute.En man u̇vrant la gouverne de profondeur, le pilote la fait remonter en la repositionnant sur l'autre bord/amure. La dérive (symétrique) inverse sa position haut/bas. On se retrouve vent de travers sur l'autre amure. A cette occasion, la nacelle se tourne. L'aile change de bord, ainsi que la dérive. Si on exécute cette man u̇vre sans être vent de travers, la dérive devra décrire un grand arc avant de retrouver sa position d'équilibre ; pendant ce temps, les performances du véhicule sont dégradées. 3.5.2 Sécurité La sécurité doit faire l'objet d'un soin particulier, plus encore que pour le surf :
Pour le pilote : l'origine du risque provient des vitesses élevées et de la hauteur de vide sous la nacelle. D'où risques de chute depuis la nacelle, ou de chute de la nacelle elle-même. Par ailleurs, il y a risque de choc au cas où la nacelle percute l'eau ou un autre objet (mât de bateau, bouée,...). D'où, au minimum, brassière de sauvetage et une combinaison rembourrée.
Pour les tiers : la dérive autonome et la ligne doivent être visibles, il ne faut pas atteindre des vitesses élevées en zone à risque (proscrire la navigation au voisinage de zone de baignade, éviter de balayer un pont de bateau avec la ligne et/ou la dérive). Il faut également éviter que la nacelle ne percute des tiers (en tombant, ou au cours de son mouvement normal).
3.6. Options : 3.6.1 Options spécifiques à l'aile 3.6.1.1 Il sera possible d'envisager des modèles d'ailes dont la surface sera variable et réglable depuis la nef (équivalent de la technique de prise de ris en voile classique). Exemple : aile composée d'une chaîne de cerf volants losange placés les un au dessus des autres ; depuis la nef, on peu forcer certains à s'empiler, de sorte à réduire le nombre de cerf volants actifs dans la chaîne. 3.6.1.2 Une possibilité peut être prévue pour modifier la forme de l'aile pour faire chuter très rapidement la portance de celle-ci au cas où il y aurait lieu de réduire les forces s'exerçant sur le véhicule (saute de vent, man u̇vre du véhicule,...).Ceci correspond à la possibilité de choquer une écoute en navigation à voile classique. 3.6.2 Options spécifiques à la nef 3.6.2.1 La nacelle peut être dotée d'ailes intégrées prenant appui sur le vent apparent au niveau de la nacelle. La sustentation est améliorée ; d'une part la fraction du filin immergée diminue ; d'autre part la répartition des forces au niveau de l'anneau de sustentation est modifiée. De meilleures performances en termes de man u̇vrabilité peuvent être obtenues du véhicule. La tension sur le filin diminue. Son poids et sa longueur peuvent être réduits. La partie immergée du filin diminue (et donc la traînée dans l'eau). La nacelle a alors le comportement (partiel) d'un planeur de vol à voile.Des gouvernes sont intégrées à la voilure de la nef (comme pour le vol à voile). 3.6.2.2 La nacelle peut être carénée par une double enveloppe en tissu léger de type parapente ; cette double enveloppe est une surface fermée relativement étanche que l'on gonfle pour la rendre rigide, puis dont on maintient le gonflage en cours de navigation. 3.6.2.3 On peut prévoir des bouts de sustentation de longueur réglable, de sorte à éviter que les ailes de la nef ne se prennent dans la ligne et les tire veilles de la dérive ; et pour avoir une altitude adéquate de la nacelle par rapport à l'eau. 3.6.3 Options spécifiques à la dérive autonome 3.6.3.1 Il se peut que sur certains modèles de dérives autonomes, la conception amène à avoir des points où des objets dérivants peuvent s'accumuler. Ces objets doivent être éliminés.Par exemple, au point d'attache sur la dérive de la ligne et des tire veilles de gouverne. Un mécanisme destiné à éliminer les objets se mettant "à cheval" en ces points (algues,...) doit alors être mis en oeuvre.
Solution 1 : un fil en va et vient le long de la ligne, muni d'un anneau entourant le faisceau (constitué de la ligne, les fils de tire veille et le retour du présent fil) lequel anneau porte un crochet coupant en forme de pointe de harpon escamotable sous pression dans le sens de la descente, permet de couper ou remonter les objets indésirables (algues,...) le long de la ligne pour s'en débarrasser une fois ramenés au niveau de la nacelle sans arrêter le véhicule.
Solution 2 : une roue à godets tourne lorsque la dérive autonome avance. Elle entraîne une roue à crochets. La rotation de la roue à crochets entraîne tous les objets indésirables qui se mettraient "à cheval" au point sensible.
3.6.3.2 La ligne et les tire veilles peuvent être placées dans un conduit caréné pour la partie où elles sont fréquemment sous l'eau, de sorte à présenter un profil hydrodynamique. Ou la ligne elle-même peut avoir cette forme par elle-même et renfermer les éventuels fils à passer. 3.6.3.3 La dérive peut être dotée d'un générateur de courant électrique pour alimenter la nacelle et les motorisations ; ce générateur est entraîné par une hélice placée à l'arrière de la dérive. 3.6.3.4 Pour s'adapter à une houle plus ou moins forte, la longueur de la ligne doit être réglable. 3.6.3.5 On peut envisager de remplacer la ligne (10) par un lien autre que filaire. Exemple : une tige rigide profilée ; un nez de dérive qui va jusqu'à la nef,...La conception de la dérive autonome doit alors être revue en conséquence. 3.6.3.6 On peut remplacer l'aileron de gouverne de profondeur en faisant remplir sa fonction par la queue de la dérive. En contraignant la queue à fléchir vers le haut ou vers le bas, on obtient le même effet. La queue serait dotée d'un mécanisme lui permettant de fléchir par traction sur les tire veilles de gouverne de profondeur (de la même manière qu'un poisson oriente sa queue vers la droite ou vers la gauche en mettant en tension les muscles de part et d'autre de l'arête centrale). 3.6.3.7 En changeant la conception de la dérive pour la rendre symétrisable (et non pas nécessairement symétrique de manière statique), on peut éviter d'avoir à faire faire une culbute à la dérive pour inverser le sens de la marche du véhicule.La symétrie évoquée ici est une symétrie par rapport au plan contenant l'axe de lacet et l'axe de tangage (plan xz de la figure 6). Ceci peut être obtenu par un dispositif où le pied a une symétrie avant-arrière, et où on peut basculer le nez de l'avant à l'arrière lors du "virement de bord". Par symétrisable, on entend que l'état de la dérive en navigation "tribord amure" est symétrique (après modification physique de l'état) de l'état de la dérive en navigation "bâbord amure".Dans le cas du modèle de véhicule décrit à titre d'exemple plus loin, on pourra prévoir une queue coulissante de sorte à la passer d'un côté à l'autre, et un pied pouvant tourner de 180[deg]. 3.6.3.8 Le couple exercé sur la dérive pour la faire tourner peut être obtenu à l'aide d'un safran plutôt que par une cambrure du nez (exemple : un safran de part et d'autre de la queue, ou des ailerons en tenant lieu sur les deux ailerons principaux de la dérive). On peut alors envisager un nez solidaire du corps de dérive. 3.6.3.9 Il sera possible d'utiliser une dérive multiple. L'intérêt réside dans le fait que si l'une des dérives est momentanément peu opérante (prise dans une déferlante,...), le véhicule garde son appui sur l'autre ou les autres dérives.Il faut dans ce cas des lignes de longueur variable et non indépendantes. 3.6.3.10 La ligne peut avoir une inclinaison trop faible à son point d'entrée dans l'eau, d'où une forte traînée dans l'eau de celle-ci. De ce fait, il est opportun de fixer sur la ligne, à proximité de la dérive, une aile cerf volant complémentaire, nommée aile de redressement de ligne. La partie de la ligne entre l'aile de redressement et la dérive autonome est ainsi inclinée de sorte que la ligne ne traîne pas dans l'eau. La partie de la ligne entre l'aile de redressement et la nef a une pente bien plus faible. Dans certaines conditions, l'aile de redressement peut même contribuer à la sustentation de la nef. 3.6.3.11 Au lieu d'utiliser une dérive autonome à orientation stable, on peut envisager une dérive tournante. La paire d'ailerons et la queue sont alors remplacées par un disque.L'axe du disque est doté d'un flotteur. Le nez est conservé ; mais au lieu d'un axe et d'un palan (cf. figure 6, axe 8 et palan 9), le pied sera monté sur l'axe du disque, lequel serait dans le plan du nez. Lorsque le véhicule avance, le disque tourne, et les forces de frottement dans l'eau sont réduites ; la traînée de la dérive diminue.Pour pouvoir guider la dérive (gouverne de barre - de direction), le pied sera à nouveau cambré et décambré par un mécanisme analogue au palan, qui déplacera l'axe du disque dans le plan du nez. pour empêcher le nez (et plus généralement, toute la dérive autonome) de tourner sur lui-même en "roulant" sur l'eau, entraîné par le disque (mouvement impossible dans le modèle décrit en figure 6 du fait de la queue 3 et de l'axe 8, modèle qui n'offre pas ce degré de liberté), le point d'attache de la ligne sur le nez sera modifié. Le nez sera doté d'une tige transversale verticale solidaire de celui-ci, fixée au point d'attache de la ligne. On utilisera une aile de redressement (cf l'option "aile de redressement" pour la dérive autonome ci-dessus).Les 4 points formés par les deux extrémités de la tige verticale fixée sur le nez, le point d'attache sur la ligne de l'aile de redressement, et un point P arbitraire fixe le long de la ligne en amont de l'aile de redressement sont dans un plan voisin de la verticale. De ce point P peut être tiré une ligne auxiliaire qui viendrait directement sur le nez, à l'une des extrémités de la tige du nez (l'extrémité inférieure). La ligne principale arrivant de l'aile de redressement est fixée à l'autre extrémité (supérieure) de la tige.Ces deux lignes exercent sur la tige un couple qui l'empêchent de tourner ; celle-ci reste verticale (ou à peu près, en fonction de l'orientation de l'aile de redressement). 3.6.3.12 L'aile de redressement, dans le cas de dérive à orientation stable (non tournante) peut servir à compléter (voire à remplacer) la gouverne de direction de la dérive. 3.6.4 Options globales 3.6.4.1 La force pouvant s'exercer sur les fils des tire veilles étant importante, elle peut être démultipliée par des palans au niveau de l'aile (respectivement de la dérive). La tension étant plus faible sur les tire veilles, leur diamètre peut être réduit (effet sur le poids et la traînée). 3.6.4.2 Les tire veilles peuvent être mus par motorisation ; dans ce cas, les tire veilles peuvent ne pas être tendus jusqu'à la nacelle.La motorisation est locale à l'aile (respectivement à la dérive). Il y a commande à distance de cette motorisation depuis la nacelle. Il n'y a plus de traînée dans l'air ni dans l'eau du fait de tire veilles physiques. 3.6.4.3 On peut envisager un véhicule qui, lorsque le vent est suffisant, permette de ne faire appel qu'à la force de sustentation issue de la portance obtenue au niveau de la nef. l'aile est alors repliée. Dans ce cas, la ligne est directement rattachée à la nef (l'anneau de sustentation est ramené sous la nacelle). On se trouve dans la situation d'une nacelle convertie en planeur de vol à voile muni d'une dérive autonome. 3.6.4.4 L'aile pourra être remplacée par un ballon dirigeable.
4. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente la vue d'ensemble du véhicule. La figure 2 représente la projection horizontale du jeu de forces s'exerçant sur le véhicule. La figure 3 représente la projection verticale du jeu de forces s'exerçant sur le véhicule, avec le vent réel (Vr), le vent apparent (Va) et la vitesse (V). La figure 4 présente une allure de navigation : largue, avec le vent réel (Vr), le vent apparent (Va) et la vitesse (V). La figure 5 présente une allure de navigation : au près, avec le vent réel (Vr), le vent apparent (Va) et la vitesse (V). La figure 6 représente la projection de la dérive autonome selon les 3 plans du repère xyz (z vers le haut, x vers la nef, y vers l'avant de la dérive). Il s'agit de projection verticale (sur le plan xy), latérale (sur le plan yz), par l'avant (sur le plan xz).La figure 7 représente en coupe verticale, la nef. La figure 8 présente le détail du mécanisme de l'aileron de gouverne de profondeur situé sur le nez. La figure 9 présente le détail du mécanisme du palan de gouverne de barre (ou gouverne de direction) placé au pied du nez.
5. Mode particulier de réalisation (Les numéros de la description renvoient aux figures respectives).
La vue d'ensemble du véhicule est donnée en figure 1, avec ses 3 composants : aile, nef et dérive autonome.
Un exemplaire simplifié du véhicule comportera :
Pour la dérive (cf. figure 6) : - Un assemblage rigide composé de 3 pièces solidaires (le corps) : l'aileron bâbord (1), l'aileron tribord (2), la queue (3). Les ailerons sont fixés sur la queue à l'aide d'équerres. La queue sert de colonne vertébrale au corps. Au niveau de la zone où sont fixés les ailerons, la queue est renforcée. - Une pièce montée sur un axe (8) la liant au corps : le nez (4). Cette pièce a la forme d'une "jambe humaine", avec un "pied". Le pied pointe vers l'arrière de la dérive. Au "haut de la jambe" est fixée la ligne. L'axe (8) est fixé sur le nez au niveau du "talon" ; et sur le corps tout à fait à l'avant de celui-ci. Un palan (9) de gouverne de barre - ou de direction - (cf. détail figure 9) sur lequel passe la tire veille de barre (12) est fixé sur la queue, à l'arrière de la partie renforcée, et sur le nez au "bout du pied".Quand le véhicule est en mouvement, le palan (9) est toujours en tension. Quand le palan (9) est souqué, le nez (4) pivote autour de l'axe (8) et se cambre. - Une gouverne de profondeur fixée sur le nez à la hauteur du "genou" (cf. détail figure 8). Elle se compose d'un axe (5), d'un aileron (6) solidaire d'un "bréchet" (pièce guidant le débattement de l'aileron) (7) sur lequel sont fixés les tire veilles (11) composées de deux brins.
* Pour la nacelle (cf. figure 7) : - Un anneau de sustentation (51) consistant en une dégaine (une lanière & 2 mousquetons pour escalade) où sont passés dans le premier mousqueton, dit mousqueton de guidage, les fils des tire veilles Il), (12) et (101), et où sont amarrés sur le 2ème mousqueton, dit mousqueton de support, ligne (10) et filin (100). - Une chambre à air (63) tenant lieu de corps de la nacelle.Elle est munie d'un filet pour retenir le pilote. - 4 bouts de sustentation de la nacelle (60) reliant la chambre à air au mousqueton de support de l'anneau de sustentation. - Un empennage composé d'une tige semi rigide coudée (62) percée de 3 trous pour les points d'attache au corps, de sorte à matérialiser et orienter l'arrière de la nacelle, sur laquelle tige est fixé un empennage à proprement parler (plaque légère disposée verticalement) ; l'avant de la nacelle sera libre de tout objet qui pourrait se trouver sur la trajectoire du pilote en cas d'éjection (notamment des bouts de sustentation) ;si la nacelle vient à frapper l'eau violemment, le pilote ne sera pas blessé au moment du choc, lorsqu'il sera projeté vers l'avant. - Un tableau de pilotage (64) consistant en une planchette, fixé sur un côté du corps, à l'extérieur (pour des motifs de sécurité), muni * de deux taquets autobloquants pour la paire de tire-veilles de gouvernes de profondeur (11) (les deux seront passées au taquet afin qu'elles ne traînent pas dans l'eau ; les deux brins seront débloqués pour la man u̇vre de virement de bord) ; * d'un taquet pour la gouverne de barre (ou gouverne de direction) (12).
* de deux taquets autobloquants pour les tire veilles de l'aile (101) ; - Un baudrier & harnais (58) muni d'un mousqueton, que le pilote enfile. - Un bout de sécurité (59) avec un aller retour de démultiplication en vue de pouvoir se hisser sur la nacelle en cas de besoin après en être tombé - ou plusieurs aller retour, au choix du pilote -, reliant le baudrier à l'anneau de sustentation. - Des ailes escamotables sont déployées et fixées au corps de la nacelle. . Pour l'aile :
une aile de parapente, avec un filin rattaché au harnais du parapente et des rallonges aux tire veilles du parapente (ou un cerf volant à 2 tire veilles, ces deux tire veilles étant courts et étant attachées aux extrémités d'une tige tenant lieu de palonnier d'attelage ; le filin est fixé au milieu du palonnier, et les tire veilles du véhicule aux extrémités du palonnier, dans le prolongement des tire veilles du cerf volant).
6. Applications L'utilisation principale est dans le domaine des sports nautiques.
Revendications 1 Véhicule aquatique à propulsion éolienne caractérisé en ce que le véhicule se compose de deux parties distinctes : le corps principal du véhicule (où se trouvent le pilote, les équipements, la voilure,...), et un dispositif complémentaire nommé "dérive autonome", relié au corps principal (par un lien qui peut être ou non filaire - à une dimension -, souple ou rigide, flexible ou non, articulé ou non), ces deux parties ayant les propriétés suivantes :
Le corps principal du véhicule en cours de déplacement normal n'a pas besoin de prendre appui sur l'eau par un contact direct avec l'eau. Le seul élément du véhicule devant être, pour des motifs de sustentation du corps principal, au contact de l'eau en cours de déplacement normal est alors la dérive autonome et éventuellement une partie du lien entre la dérive autonome et le corps principal.
Le lien entre la dérive autonome et le corps principal est tel que, pendant le déplacement normal du véhicule, il existe au moins une surface de section de coupe du lien entre le corps du véhicule et la dérive autonome sur laquelle s'exercent des forces dont la résultante est une force de traction. La force résultante pourra toutefois être momentanément une force de compression mais exclusivement durant quelques fractions de secondes de temps à autre du fait de la houle ou du mouvement du véhicule (situation où la dérive ne remplit pas correctement sa fonction de dérive ; i.e. fournir un appui sur l'eau - force de rappel de dérive - antagoniste de l'appui de l'air - la portance).
La dérive autonome exerce via le lien, en mode normal de déplacement du véhicule, une force de traction sur le corps du véhicule ; cette force, additionnée aux autres forces (principalement les forces éoliennes) s'exerçant sur le corps du véhicule, génère une poussée qui propulse le véhicule en avant.
La sustentation dans l'air du corps principal est obtenue par la force résultante de l'addition au poids du corps principal - d'une part de la force de portance de l'air sur le corps principal (à l'aide d'aile, de cerf volant, d'aile de parapente, de voilure,...) - et d'autre part de la force antagoniste de rappel exercée par l'appui sur l'eau de la dérive autonome.
Claims (1)
- 2 Véhicule aquatique à propulsion éolienne selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dérive autonome est dotée d'une forme telle (en vue de maintenir la dérive orientée dans le sens de la marche juste au niveau de la surface de l'eau) qu'elle comporte une ou plusieurs des propriétés suivantes :- une partie verticale (générant la force d'appui sur l'eau) incurvée, la convexité étant orientée vers le corps principal du véhicule - cf. figure 6 éléments (1) & (2),- une partie horizontale plane à l'avant de la dérive autonome, dénommée le "nez" (4) dont l'inclinaison par rapport au plan de dérive (partie verticale citée ci-dessus) est réglable selon un axe (8) ( le système de réglage étant dénommé mécanisme de gouverne de direction ou gouverne de barre) et dont une sous-partie (dénommée "aileron de gouverne de profondeur") est d'inclinaison réglable (6),- une partie horizontale à l'arrière de la dérive autonome, dénommée "queue" (3) qui pourra avoir également une inclinaison réglable (gouverne de profondeur alternative). caractérisé en ce que le lien entre le corps principal et la dérive autonome transmet la force de rappel de la dérive au corps principal par un fil élastique de longueur réglable. 4 Véhicule aquatique à propulsion éolienne selon la revendication 3 caractérisé en ce que la sustentation dans l'air est obtenue principalement par la force de traction exercée par une voile consistant en une aile volante (de type parapente ou cerf volant). 5 Véhicule aquatique à propulsion éolienne selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dérive autonome est guidée dans l'eau en l'orientant depuis la nef (par des tire veilles physiques, par télécommande électrique ou radio,...). 6 Véhicule aquatique à propulsion éolienne selon la revendication 5 caractérisé en ce que la nef est composée de 2 parties : * une partie suspendue (nommée nacelle) * et une partie (nommé anneau de sustentation) où se rencontrent les 3 jeux de liens filaires reliant la nacelle, la dérive autonome et l'aile. La nef peut être orientée par rapport au vent apparent en faisant varier l'angle de l'axe de la nef avec la ligne de la dérive autonome et avec le filin de l'aile. Un profil aérodynamique unique peut ainsi être conçu ; la nef n'a pas besoin de présenter un profil aérodynamique à des vents latéraux ; uniquement au vent axial. 7 Véhicule aquatique à propulsion éolienne selon la revendication 6 caractérisé en ce que la nef s'oriente d'elle même dans le vent et se stabilise sans intervention du pilote du fait de sa profil aérodynamique d'une part (centre de poussée du vent en arrière du centre d'inertie) et du fait que le point d'attache à l'anneau de sustentation permet la rotation libre de la nacelle. 8 Véhicule aquatique à propulsion éolienne selon la revendication 7 caractérisé en ce que la nef a un profil contribuant à la sustentation (nef comportant des parties en forme telle qu'elles augmentent la portance de la nacelle face au vent apparent. Ceci est obtenu par l'ajout d'ailes escamotables déployées au niveau de la nacelle).
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