FR2972172A1 - Bateau equipe d'au moins une surface porteuse partiellement immergee - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un bateau équipé d'au moins une surface porteuse (13) destinée à être partiellement immergée dans l'eau pour assurer une portance dynamique, la surface porteuse (13) présentant un angle d'inclinaison α) par rapport à un plan vertical du bateau. Selon l'invention, lorsque la hauteur de vol est plus importante qu'une première hauteur de vol (15b) donnée sans que l'écoulement de l'eau le long de la surface porteuse (13) ne décroche, la surface porteuse (13) est configurée de sorte qu'un angle moyen d'inclinaison (α α ) de la partie immergée de la surface porteuse (13) diminue lorsque la hauteur de vol augmente et lorsque la hauteur de vol est moins importante que la première hauteur de vol (15b), la surface porteuse (13, 15) est configurée de sorte qu'un angle moyen d'inclinaison (α , α ) de la partie immergé de la surface porteuse (13, 14) augmente lorsque la hauteur de vol augmente depuis une hauteur de vol nulle (1 5a) jusqu'à la première hauteur de vol (1 5b).

Description

Bateau équipé d'au moins une surface porteuse partiellement immergée L'invention concerne un bateau équipé d'au moins une surface porteuse destinée à être partiellement immergé lorsque le bateau vole au dessus de la surface de l'eau et assurant une portance dynamique du bateau. Ce type de surface porteuse est également connu sous le nom d'hydrofoil. A partir d'une certaine vitesse du bateau, l'eau exerce une poussée verticale substantielle sur les surfaces porteuses permettant de faire déjauger le bateau et de le soulever hors de l'eau. Cette phase de navigation est appelé vol. La portance dynamique remplace alors la portance liée à la poussée d'Archimède sur la coque du bateau. 1 o Dès le début du vingtième siècle des bateaux à moteur munis de d'hydrofoil ont navigué. Différentes formes de surfaces porteuses fixes ont été testées comme par exemple des surfaces porteuses en forme de V ou en forme d'ailes droites inclinées par rapport à un plan de symétrie du bateau. Ces surfaces porteuses assurent une certaine stabilité aux bateaux à 15 moteur. En effet, la surface immergée des surfaces porteuses varie automatiquement en fonction du poids et de la vitesse du bateau. Néanmoins, le bateau tend à suivre les ondulations de la surface de l'eau, ce qui le rend inconfortable lorsque la houle ou le clapot se développe et impose de réduire sa vitesse. 20 A partir des années 1950, des essais ont été menés sur des bateaux à voile, principalement des multicoques. Pour améliorer la stabilité dynamique de la hauteur de la coque au dessus de la surface de l'eau, on a mis en oeuvre des parties mobiles afin de faire varier la portance des surfaces porteuses. Les parties mobiles peuvent 25 être la surface porteuse elle-même ou des ailerons associés à une surface porteuse fixe. Les parties mobiles peuvent être pilotées manuellement par l'équipage du bateau ou de façon automatique grâce à des capteurs mesurant la hauteur de la coque par rapport à la surface de l'eau. Ces systèmes nécessitent des asservissements compliqués à mettre en oeuvre et 30 les parties mobiles forment des éléments mécaniques fragiles.

L'invention vise à améliorer la stabilité dynamique verticale de bateaux de type à hydrofoils sans avoir recours à des parties mobiles et aux capteurs associés. Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un bateau équipé d'au moins une surface porteuse destinée à être partiellement immergée et ayant une forme particulière assurant une stabilité verticale intrinsèque de la hauteur de la coque du bateau par rapport à la surface de l'eau. A cet effet, l'invention a pour objet un bateau équipé d'au moins une surface porteuse destinée à être partiellement immergée dans l'eau pour 1 o assurer une portance dynamique permettant au bateau d'atteindre une hauteur de vol au dessus de la surface de l'eau, la surface porteuse étant ancrée dans une structure émergée du bateau et présentant un angle d'inclinaison par rapport à un plan vertical du bateau dans lequel le bateau est destiné à se déplacer principalement, la surface porteuse convergeant 15 vers le plan vertical depuis son point d'ancrage dans la structure jusqu'à son extrémité, caractérisé en ce que lorsque la hauteur de vol est plus importante qu'une première hauteur de vol donnée sans que l'écoulement de l'eau le long de la surface porteuse ne décroche, la surface porteuse est configurée de sorte qu'un angle moyen d'inclinaison de la partie immergée de la surface 20 porteuse diminue lorsque la hauteur de vol augmente, et en ce que lorsque la hauteur de vol est moins importante que la première hauteur de vol, la surface porteuse est configurée de sorte qu'un angle moyen d'inclinaison de la partie immergé de la surface porteuse augmente lorsque la hauteur de vol augmente depuis une hauteur de vol nulle jusqu'à la première hauteur de vol. 25 L'invention est particulièrement adaptée à un bateau à voile. Dans ce contexte le bateau peut être équipé avec une ou plusieurs voiles pour créer une force aérodynamique en fonction du vent, mais le bateau peut également être équipé avec une ou plusieurs ailes rigides ou une 30 combinaison d'ailes et voiles pour créer une force aérodynamique. Par la suite, le mot « voile » est synonyme de « voile et/ou aile et/ou combinaison d'aile et de voile. La stabilité dynamique verticale est obtenue aussi bien aux allures portantes qu'aux allures plus proches du vent telles que le près ou le travers. 35 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 représente un catamaran à voile vu perpendiculairement à un axe de symétrie le long duquel le catamaran est destiné à se déplacer principalement, le catamaran naviguant selon un premier mode de fonctionnement ; la figure 2 représente le catamaran de la figure 1 en vue de dessus ; la figure 3 représente le catamaran à voile naviguant dans un second mode de fonctionnement ; Les figures 4 à 9 représentent plusieurs formes de surfaces porteuses équipant le catamaran selon l'invention. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes 15 repères dans les différentes figures.

Il est tout d'abord important de rappeler globalement les efforts auxquels est soumis un bateau à voile lorsqu'il navigue. Un bateau à voile est soumis à deux systèmes d'efforts, le premier au dessus de la surface de 20 l'eau et le second en dessous. Plus précisément, le premier système est principalement formé par les forces véliques exercées par le vent sur les voiles et la coque du bateau. Le second système d'effort est exercé par l'eau sur la coque et sur les appendices immergés. Lorsque le bateau navigue en ligne droite à vitesse constante, ces 25 deux systèmes s'équilibrent. La somme des forces et des moments est nulle. Les forces véliques peuvent être décomposées principalement en une force propulsive s'exerçant dans l'axe du bateau et en une composante latérale perpendiculaire à l'axe du bateau et orientée en direction du coté sous le vent du bateau. La coque et les appendices immergés compensent la 30 composante latérale et la vitesse du bateau augmente jusqu'à ce que la valeur d'un effort de traînée, fonction de la vitesse du bateau, équilibre la force propulsive vélique s'exerçant dans l'axe du bateau. L'angle de dérive du bateau s'ajuste automatiquement de telle sorte que les efforts latéraux des deux systèmes s'annulent.

Verticalement, le bateau exerce sur l'eau un effort essentiellement formé par son poids et de celui de l'équipage auquel peut s'ajouter les effets d'éventuelles accélérations verticales du bateau ainsi qu'une composante verticale exercée par le vent sur les voiles, notamment lorsque le bateau gite.

Cet effort vertical est compensé par la flottabilité du bateau lorsque celui-ci n'est pas de type à hydrofoil. Par ailleurs, un moment de rotation autour de l'axe de déplacement du bateau peut être équilibré par l'équipage se plaçant au rappel, par un appendice avec un contrepoids immergé tel qu'une quille ou 1 o par des ballasts latéraux que l'on peut remplir ou vider en fonction de l'amure.

Dans le cas d'un bateau à voile de type à hydrofoil, lorsque la vitesse du bateau est suffisante pour décoller la ou les coques de la surface 15 de l'eau, les forces hydrodynamiques de portance deviennent prépondérantes par rapport à la flottabilité qui devient négligeable. La hauteur de la coque par rapport à la surface de l'eau, encore appelée hauteur de vol, n'est pas fonction de la flottabilité. Néanmoins l'angle de dérive du bateau continue à compenser la composante latérale des efforts 20 véliques. Autrement dit, comme pour un bateau de type classique, les appendices immergés compensent la composante latérale. Un but de l'invention est de réaliser une forme particulière de surfaces porteuses destinées à être partiellement immergées et permettant d'obtenir une hauteur de vol stable. Autrement dit, dans un asservissement 25 de la hauteur de vol, on recherche une rétroaction négative fonction des efforts verticaux. Plus précisément, par rapport à une hauteur de vol souhaitée, si cette hauteur augmente, la somme des forces verticales exercées par l'eau sur l'ensemble des appendices immergés, surfaces porteuses proprement dit et grément permettant de les maintenir en position, 30 doit diminuer de telle sorte que le bateau retrouve sa hauteur de vol souhaitée. A l'inverse si le bateau s'enfonce dans l'eau, la somme des forces verticales exercées par l'eau sur les appendices immergés doit augmenter pour que le bateau revienne à sa position d'origine. Par la suite, on présentera deux modes de fonctionnement d'un 35 bateau à voile de type à hydrofoil.

Dans un premier mode, également appelé mode « 1 », le bateau comprend plusieurs surfaces porteuses ancrées dans la ou les coques du bateau. Dans le cas d'un bateau multicoque, des surfaces porteuses sont implantés dans chacune des coques extérieures. Pour un catamaran, chacune des coques reçoit une surface porteuse et pour un trimaran, chacun des flotteurs latéraux est équipé d'une surface porteuse. Dans le premier mode, la force vélique latérale est très inférieure ou même négligeable par rapport de la composante latérale maximale de l'effort exercé par l'eau sur chaque surface porteuse. Dans un premier temps, on peut faire l'hypothèse 1 o que la force latérale vélique est nulle. Les composantes latérales exercées par l'eau sur les surfaces porteuses se compensent donc. Le premier mode est obtenu aux allures portantes du bateau. On peut généraliser ce premier mode de fonctionnement avec une force vélique latérale qui n'est pas nulle mais qui est très inférieure à la plus grande des composantes latérales 15 exercée individuellement sur chacune des surfaces porteuses. Dans ce cas, la somme des composantes latérales exercées sur les surfaces porteuses dans l'eau n'est pas exactement nulle, mais est égale à la force latérale vélique dans une situation d'équilibre. Le mode 1 est caractérisé par le fait que la somme des 20 composantes latérales exercées sur les surfaces porteuses dans l'eau est très inférieure au maximum des composantes latérales exercées individuellement dans l'eau sur chacune des surfaces porteuses.

Un second mode de fonctionnement, également appelé mode 25 « 2 », est effectif au près et au travers. Dans ce second mode, le bateau ne peut être équipé que d'une seule surface porteuse ancrée dans la coque sous le vent. Il est bien entendu que le bateau peut également posséder une autre surface porteuse sur la coque au vent. Néanmoins, l'action prépondérante sera celle de la surface porteuse sous le vent. Dans ce 30 second mode, la composante latérale de l'effort vélique est essentiellement compensée par la (ou les) composante(s) latérale(s) exercée(s) sur la (ou les) surface(s) porteuse(s) sous le vent en direction du coté au vent du bateau. Le mode « 2 » est caractérisé par le fait que la somme des composantes latérales exercée sur les surfaces porteuses dans l'eau, qui 35 compense la somme des composantes latérales des forces véliques, est du même ordre de grandeur que le maximum des composantes latérales exercées individuellement dans l'eau sur chacune des surfaces porteuses. L'invention peut également être mise en oeuvre pour un bateau sans coque proprement dite mais possédant une partie émergée. On pourra regrouper les termes coque et partie émergée sous l'appellation générale structure émergée du bateau, dans laquelle sont ancrées la ou les surfaces porteuses. Le bateau peut bien sur naviguer dans des allures intermédiaires que l'on pourra considérer comme modes mixtes entre le premier et le 1 o second mode de fonctionnement. La figure 1 représente un catamaran 10 à voile naviguant dans le mode 1 et dont chacune des coques 11 et 12 est munie d'un surface porteuse, respectivement 13 et 14, destinée à être partiellement immergée. Il est bien entendu possible de mettre en oeuvre l'invention pour d'autres types 15 de bateaux, tel que par exemple des monocoques, des trimarans ou des tripods. La surface de l'eau est représentée par une ligne horizontale 15. On définit une hauteur de vol 16 comme étant une distance verticale séparant les coques 11 et 12 de la surface de l'eau 15. Dans l'exemple représenté, les deux surfaces porteuses 13 et 14 sont symétriques 20 par rapport à un plan vertical 17 du catamaran 10 le long duquel le catamaran 10 est destiné à se déplacer principalement. Par contre il n'est pas nécessaire que les surfaces porteuses soient symétriques. Il est seulement nécessaire que les forces latérales créées par les deux surfaces porteuses soient comparables. Ici, dans l'exemple représenté, le plan vertical 25 17 est également un plan de symétrie du catamaran 10 lui-même mais cela n'est pas une condition nécessaire. Les coques 11 et 12, dans l'exemple, sont symétriques entre elles par rapport au plan vertical 17 mais cela n'est pas une condition nécessaire. Les surfaces porteuses 13 et 14, dans l'exemple, poursuivent la symétrie des coques 11 et 12 mais cela n'est pas 30 une condition nécessaire. Chacune des surfaces porteuses 13 et 14 présente un angle d'inclinaison a par rapport au plan vertical 17. Les deux surfaces porteuses 13 et 14 convergent vers le plan 17. Dans l'exemple les angles d'inclinaison a de chacune des surfaces porteuses 13 et 14 ont des signes opposés.

Il est bien entendu possible de mettre en oeuvre l'invention avec des coques et des surfaces porteuses non symétriques, par exemple sur un bateau multicoque de type prao. Il est possible de prévoir plusieurs surfaces porteuses par coque, notamment pour assurer la stabilité longitudinale du bateau. Pour simplifier la description de l'invention, on ne s'intéressera qu'à une seule surface porteuse par coque. Les diagrammes d'efforts pourront facilement être transposés pour plusieurs surfaces porteuses, chacune participant à l'équilibre des efforts du premier système. 1 o Dans le premier mode de fonctionnement, on considère dans un premier temps pour simplifier l'explication du fonctionnement que le premier système d'efforts exercé par le vent sur les parties émergées du bateau, essentiellement sur les voiles, ne comprend aucune composante latérale. C'est notamment le cas lorsque le bateau navigue en vent arrière. 15 Le second système d'efforts exercé par l'eau sur les surfaces porteuses 13 et 14 est représenté par deux vecteurs F-tot 1 appliqué à la surface porteuse 13 et F-tot 2 appliqué à la surface porteuse 14. La direction de chacun des deux vecteurs F-tot 1 et F-tot 2 est respectivement perpendiculaire à la surface porteuse correspondante, 13 ou 14. Les 20 vecteurs F-tot 1 et F-tot 2 sont orientés en direction du plan vertical 17. La composante latérale du premier système étant nulle, les modules des deux vecteurs F-tot 1 et F-tot 2 sont égaux. Le module de chacun des vecteurs F-tot 1 et F-tot 2 est proportionnel à la surface immergée de la surface porteuse correspondante et à la vitesse du catamaran 10 élevée au carré. 25 Le vecteur F-tot 1 peut se décomposer en une composante verticale F-z 1 et une composante latérale F-y 1. De même, le vecteur F-tot 2 peut se décomposer en une composante verticale F-z 2 et une composante latérale F-y 2. Dans l'exemple, les deux composantes verticales F-z 1 et F-z 2 sont égales et les deux composantes latérales F-y 1 et F-y 2 sont 30 opposées. Si une composante latérale du premier système d'efforts exercé par le vent sur les parties émergées du catamaran apparait, les deux composantes latérales F-y 1 et F-y 2 vont différer afin d'équilibrer la composante latérale du premier système. En mode 1, la composante latérale de la force vélique et donc la somme des composantes latérales des forces 35 exercées sur les surfaces porteuses est très inférieure à la composante maximale latérale des forces exercées sur chaque surface porteuse prise individuellement. En conséquence, en présence d'une force latérale vélique les composantes verticales F-z 1 et F-z 2 vont également légèrement différer.

Les composantes verticales dépendent de la surface immergée et donc de la hauteur de vol 16. Si à une vitesse donnée du catamaran 10, la hauteur de vol 16 se réduit, la surface immergée des surfaces porteuses 13 et 14 augmente. Les composantes verticales F-z 1 et F-z 2 augmentent également ce qui tend à faire remonter le catamaran 10. A l'inverse, toujours à vitesse donnée, si la hauteur de vol 16 augmente, les composantes verticales F-z 1 et F-z 2 diminuent, ce qui tend à faire redescendre le catamaran 10. Nous avons bien une rétroaction négative et donc une hauteur de vol stable. A chaque vitesse du catamaran 10 correspond une hauteur de vol 16 stable.

La rétroaction négative et donc la stabilité dynamique du catamaran 10 dépendent de l'angle d'inclinaison a et de la forme des deux surfaces porteuses 13 et 14. La stabilité évolue inversement avec l'angle d'inclinaison a. Plus l'angle d'inclinaison a est faible, plus le catamaran 10 est stable. Pour un angle d'inclinaison a de 90°, le catamaran 10 devient instable. Pour un angle d'inclinaison a de 0° le catamaran 10 est complètement stable, mais il ne pourra bien évidemment jamais déjauger, car les composantes verticales F-z 1 et F-z 2 serait alors nulles.

La figure 2 représente le catamaran 10 en vue de dessus. Sur chacune des coques 11 et 12, on représenté les surfaces porteuses 13 et 14 au niveau de leur ancrage dans les coques 11 et 12. Les surfaces porteuses 13 et 14 sont représentées schématiquement comme des segments de droite reliant leur bord d'attaque et leur bord de fuite respectifs. Il est bien entendu que les surfaces porteuses peuvent avoir des profils plus élaborés qui peuvent être asymétriques par rapport au segment, comme par exemple un profil d'aile d'avion. Dans cette figure, les segments présentent une inclinaison par rapport à la trace du plan vertical 17 dans le plan de la figure 2. Cette inclinaison est appelée angle de convergence R par la suite, bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « toe in angle ». Les deux segments associés aux surfaces porteuses 13 et 14 sont dans l'exemple symétriques par rapport à la trace du plan vertical 17. Les bords d'attaque des deux surfaces porteuses 13 et 14 sont plus proches de la trace que les bords de fuite de tel sorte que les composantes latérales F-y 1 et F-y 2 sont dirigées vers le plan vertical 17 lorsqu'aucune composante latérale du premier système d'efforts exercé par le vent sur les parties émergées du catamaran 10 n'apparait. Si au contraire, une composante latérale du premier système d'efforts exercé par le vent sur les parties émergées du catamaran 10 apparait, le catamaran 10 va dériver légèrement créant ainsi une incidence 1 o du flux d'eau par rapport à l'angle de convergence R modifiant les deux composantes latérales F-y 1 et F-y 2 de manière à équilibrer la composante latérale du premier système. On reste dans le premier mode de fonctionnement tant que les amplitudes des deux composantes latérales F-y 1 et F-y 2 restent comparables et en direction opposée. 15 La figure 3 représente le catamaran 10 à voile naviguant dans le second mode de fonctionnement. Pour simplifier la compréhension, on considère qu'une seule coque 11 est munie d'une surface porteuse 13 destinée à être partiellement immergée. 20 La composante latérale du premier système d'efforts exercé par le vent sur les parties émergées du catamaran 10 est appelée F-y-voile. La composante latérale F-y 1 est automatiquement ajustée par l'angle de dérive du catamaran 10 pour compenser la composante latérale F-y-voile. Pour un angle d'inclinaison a donné, la valeur de la composante verticale F-z 1 est 25 donnée par : F-z 1= F-y 1 x tan (a) (1) La composante verticale F-z 1 est donc déterminée par la composante latérale F-y 1, qui est en équilibre avec la composante latérale vélique F-y-voile, et l'angle d'inclinaison a de la surface porteuse dans l'eau. 30 Si le catamaran 10 gite, les différents efforts tournent avec l'angle de gite. Pour simplifier, il est possible de se placer dans un repère lié au catamaran 10 qui tourne avec l'angle de gite. Dans ce repère, les différents efforts restent constants. Il est donc possible de ne pas tenir compte de la gite du catamaran 10. L'angle d'inclinaison a reste donc le facteur 35 déterminant dans le diagramme d'efforts.

Pour déterminer le diagramme d'effort sur la surface porteuse 13 il faut intégrer la répartition de ce diagramme sous forme d'efforts élémentaires le long de la surface porteuse 13. Localement, en un point de la surface porteuse 13, l'effort élémentaire est fonction de l'angle d'inclinaison local en ce point. L'angle d'inclinaison local est défini par un angle formé entre le plan vertical 17 et une tangente à la surface porteuse 13 au point considéré. Pour simplifier, on peut déterminer un angle d'inclinaison moyen pour la partie immergée de la surface porteuse 13 et déterminer la relation 1 o entre la composante latérale F-y 1 et la composante verticale F-z 1 en fonction de la tangente de cet angle moyen : tan (a). Cet angle moyen a n'est pas nécessairement la moyenne géométrique des angles locaux de la surface porteuse considérée, mais c'est l'angle pour lequel la relation entre la composante latérale F-y 1 et la composante verticale F-z 1 de la surface 15 porteuse est correctement représenté par l'équation (1) définie plus haut. Il est toujours possible de trouver un tel angle moyen a pour toutes les formes de surface porteuse et pour chaque hauteur de vol 16. Pour simplifier les explications nous faisons par la suite l'hypothèse que cet angle a est simplement représenté par l'angle entre le plan vertical 17 et une ligne entre 20 l'intersection de la surface porteuse avec la surface de l'eau et l'extrémité basse 21 de la surface porteuse 13 comme représenté sur la figure 4.

Pour obtenir une configuration stable il est nécessaire que la composante verticale F-z 1 créée par la surface porteuse considérée diminue 25 si la hauteur de vol 16 augmente. Pour de faibles changements de la hauteur de vol 16 on peut faire l'hypothèse que la composante latérale F-y-voile, et donc la composante latérale F-y 1 exercée sur la surface porteuse, ne change pas. Si la hauteur de vol 16 augmente, il est nécessaire de réduire la composante verticale F-z 1 pour ramener le bateau à sa hauteur de vol 30 souhaitée. Pour diminuer la composante verticale F-z 1, il est donc nécessaire (voir équation 1) que l'angle d'inclinaison moyen a diminue. Dans l'autre sens, si la hauteur de vol 16 diminue, l'angle d'inclinaison moyen a doit augmenter. En choisissant pour la surface porteuse une forme géométrique adaptée, on peut obtenir les caractéristiques souhaitées pour le changement de l'angle d'inclinaison moyen a en fonction de la hauteur de vol 16 afin d'assurer la stabilité dynamique du système.

Plus précisément, autour d'une hauteur de vol souhaitée, l'angle d'inclinaison moyen a décroît en s'éloignant du point d'ancrage 20. Ainsi, lorsque le catamaran s'élève au dessus de la hauteur souhaitée, l'angle d'inclinaison a diminue ce qui tend à réduire la composante verticale F-z 1 et donc à faire redescendre le catamaran 10 vers la hauteur de vol souhaitée. A l'inverse, lorsque le catamaran s'enfonce dans l'eau au dessous de la hauteur souhaitée, l'angle d'inclinaison moyen a augmente ce qui tend à augmenter la composante verticale F-z 1 et donc faire remonter le catamaran 10 vers la hauteur de vol souhaitée. Quand la hauteur de vol augmente, la partie immergée des surfaces porteuses diminue en mode « 1 » et en mode « 2 ». La pression exercée par l'eau sur les parties immergées des surfaces porteuses, exprimée en unité de force divisée par unité de surface, augmente. Chaque surface porteuse peut seulement travailler proprement jusqu'à une pression maximale, qui dépend principalement de la forme du profil utilisé pour les surfaces porteuses. Si la pression dépasse cette pression maximale, l'écoulement sur la surface porteuse décroche et la surface porteuse devient inefficace. Il est bien entendu que la hauteur de vol doit rester inférieure à une hauteur où la pression maximale est dépassée et l'écoulement de l'eau le long de la surface porteuse décroche. Autrement dit, la diminution de l'angle moyen a est suffisamment prononcée et commence suffisamment loin de l'extrémité 21 de sorte que la force latérale vélique puisse être compensée par la composante latérale F-y 1 exercée sur la surface porteuse sans que l'écoulement le long de la surface porteuse ne décroche. En effet, si l'écoulement décroche, la composante latérale F-y 1 s'effondre entrainant ainsi une diminution rapide de la composante verticale F-z 1 et donc une retombée du bateau 10. On peut trouver des ailerons disposés au niveau de l'extrémité 21. Ces ailerons permettent uniquement de réduire la traînée induite au niveau de l'extrémité libre 21 de la surface porteuse. Ces ailerons réduisent l'angle d'inclinaison moyen a, mais seulement à une hauteur de vol très importante et après le point ou la pression maximale est dépassé et ils ne sont pas suffisants pour faire évoluer l'angle d'inclinaison moyen a pour obtenir une stabilité dynamique de la hauteur de vol autour de la hauteur de vol souhaitée.

La figure 4 illustre un exemple de forme de surface porteuse 13 faisant varier l'angle d'inclinaison moyen afin de faciliter le décollage du bateau et d'assurer la stabilité de la hauteur de vol autour d'une hauteur souhaitée. Trois hauteurs de vols sont matérialisées par trois lignes horizontales 15a, 15b et 15c représentant la position de la surface de l'eau par rapport à la coque 11. A la hauteur 15a, la coque 11 touche l'eau. La 1 o hauteur 15a est également appelée : hauteur de vol nulle. A la hauteur 15c, la coque 11 est à une hauteur de vol élevée et à la hauteur 15b, la coque 11 est à une hauteur de vol intermédiaire entre les hauteurs 15a et 15c. La surface porteuse 13 est ancrée dans la coque au point 20 et s'étend jusqu'à une extrémité libre 21. 15 Lorsque la hauteur de vol est plus importante que la hauteur de vol 15b, la surface porteuse 13 est configurée de sorte qu'angle moyen d'inclinaison de la partie immergée de la surface porteuse 13 diminue lorsque la hauteur de vol augmente. La partie de la surface porteuse 13 située au dessous de la hauteur de vol 15b assure une stabilité de vol pour 20 une hauteur de vol courante comprise entre les hauteurs 15b et 15c. Le catamaran 10 peut bien entendu s'élever au dessus de la hauteur 15c. Mais à une telle hauteur, l'angle d'inclinaison moyen devient trop faible pour générer une composante verticale F-z 1 en rapport avec le poids du catamaran 10. 25 Par ailleurs, lorsque la hauteur de vol est moins importante que la hauteur de vol 15b, la surface porteuse 13 est configurée de sorte qu'un angle moyen d'inclinaison de la partie immergée de la surface porteuse 13 augmente lorsque la hauteur de vol courante augmente depuis une hauteur de vol nulle 15a jusqu'à la hauteur de vol 15b. La partie de la surface 30 porteuse située au dessus de la hauteur de vol 15b assure un décollage rapide du bateau. Autrement dit, la composante verticale F-z 1 augmente lorsque la hauteur de vol courante augmente. A mesure que l'on s'éloigne du point d'ancrage 20, l'angle d'inclinaison de la partie immergée présente des valeurs moyennes variables 35 telles qu'il augmente puis diminue depuis le point d'ancrage 20 jusqu'à l'extrémité 21 de la surface porteuse 13. Autrement dit, la surface porteuse 13 a la forme de la lettre S. A la hauteur 15a, l'angle d'inclinaison moyen a une valeur aa. A la hauteur 15b, l'angle d'inclinaison moyen a une valeur ab et à la hauteur 15c, l'angle d'inclinaison moyen a une valeur ab. Avec une forme en S, on a dans la partie haute du S : aa < ab ce qui crée une instabilité locale qui tend à faire décoller le bateau 10 rapidement depuis la hauteur de vol nulle 15a jusqu'à une hauteur supérieure à la hauteur 15b. Une fois cette hauteur de vol atteinte, le bateau 10 est dans la zone basse du S, donc dans un régime de stabilité dans laquelle on a : ab < 10 ab. Afin de limiter l'instabilité au décollage, l'angle moyen d'inclinaison aa de la partie immergée de la surface porteuse 13 au niveau d'une hauteur de vol nulle 15a est supérieur à l'angle moyen d'inclinaison ab de la partie immergée de la surface porteuse 13, 14 obtenu pour la hauteur de vol 15c 15 qui est supérieure à la hauteur de vol 15b. Autrement dit : on a : aa > ab.

La figure 5 représente une variante de profil de surface porteuse 13. Dans cette variante, au voisinage de la hauteur de vol nulle 15a, la surface porteuse 13 présente un profil en arc de cercle 22. Ce profil peut 20 s'étendre sur toute la partie haute du S tant que l'angle d'inclinaison augmente en s'éloignant du point d'ancrage 20. A l'aide d'un mécanisme de guidage adapté, mécanisme disposé dans la coque 11, cette forme de profil permet de rentrer partiellement la surface porteuse 13 à l'intérieur de la coque 11 le long d'une surface cylindrique adaptée. Cela permet de réduire 25 la traînée de la surface porteuse 13 dans le petit temps, lorsque la force vélique n'est pas suffisante pour faire décoller le bateau.

La figure 6 représente une autre variante de profil dans laquelle la surface porteuse 13 présente un profil en partie rectiligne. Plus précisément, 30 Au voisinage du point d'ancrage 20, le profil est en courbe dans une première partie 23 de celui-ci de façon à permettre une augmentation progressive de l'angle d'inclinaison. Le profil se poursuit par une seconde partie rectiligne 24 d'angle local d'inclinaison constant. Le profil se termine enfin par une troisième partie 25 en courbe.

La figure 7 représente une autre variante de surface porteuse 13 dans laquelle le profil comprend plusieurs parties rectilignes 26, 27 et 28 solidaires entre elles et les unes à la suite des autres. La partie 26 est ancrée au point 20 et est prolongée par la partie intermédiaire 27. La surface porteuse 13 se termine par la troisième partie 28. La partie intermédiaire 27 forme un angle local d'inclinaison a27 supérieur aux angles locaux d'inclinaison a26 et a28 de chacune des deux autres parties rectilignes, respectivement 26 et 28. Ces angles locaux d'inclinaison permettent bien de respecter les différentes contraintes entre les angles moyens aa, ab et ab. La 1 o réalisation d'une ou plusieurs parties rectilignes permet de simplifier la fabrication de la surface porteuse 13. La figure 8 représente une variante de la figure 7 dans laquelle les parties rectilignes 26, 27 et 28 sont raccordées par des congés. Un congé 29 relie les parties rectilignes 26 et 27 et un congé 30 relie les parties rectilignes 15 27 et 28. De tels congés permettent d'adoucir les transitions entre les parties rectilignes et donc les transitions dans les valeurs d'angles d'inclinaison. La figure 9 représente une variante de la figure 4 dans laquelle la surface porteuse 13 comprend une partie haute 31 rectiligne démarrant du point d'ancrage 20 dans la structure 11. Avec des moyens adaptés disposés 20 dans la coque 11, cette partie rectiligne 31 peut rentrer dans la coque 11 ou sortir de la coque 11 ce que permet de varier l'angle moyen d'inclinaison aa à la hauteur de vol nulle 15a. Plus généralement, le bateau 10 comprend des moyens pour faire varier l'angle moyen d'inclinaison aa de la partie immergée de la surface porteuse 13 au niveau d'une hauteur de vol nulle 15a.

25 Dans le premier mode de fonctionnement, essentiellement aux allures portantes, la stabilité verticale est surtout assurée par l'angle d'inclinaison a. La variation de l'angle d'inclinaison a améliore cette stabilité mais n'intervient qu'au second ordre. Par contre, dans le seconde mode de fonctionnement, essentiellement au près et au travers, le bateau s'appui 30 latéralement sur la surface porteuse créant ainsi un angle d'incidence hydrodynamique. Dans ce second mode de fonctionnement la variation de l'angle d'inclinaison a devient prépondérante dans la stabilité verticale du bateau par rapport à une surface porteuse rectiligne dont l'angle d'inclinaison serait constant. On a donc une bonne stabilité verticale dans les deux modes 35 de fonctionnement et donc a fortiori, dans des modes mixtes intermédiaires entre les deux modes décrits en détail. L'invention permet donc à un bateau à voile de naviguer à toutes les allures avec une bonne stabilité verticale.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Bateau équipé d'au moins une surface porteuse (13, 14) destinée à être partiellement immergée dans l'eau pour assurer une portance dynamique permettant au bateau (10) d'atteindre une hauteur de vol (16) au dessus de la surface de l'eau (15), la surface porteuse (13, 14) étant ancrée dans une structure émergée (11, 12) du bateau (10) et présentant un angle d'inclinaison (a) par rapport à un plan vertical (17) du bateau (10) dans lequel le bateau (10) est destiné à se déplacer principalement, la surface porteuse (13, 14) convergeant vers le plan vertical (17) depuis son point d'ancrage (20) dans la structure (11, 12) jusqu'à son extrémité (21), caractérisé en ce que lorsque la hauteur de vol est plus importante qu'une première hauteur de vol (15b) donnée sans que l'écoulement de l'eau le long de la surface porteuse (13, 14) ne décroche, la surface porteuse (13, 15) est configurée de sorte qu'un angle moyen d'inclinaison (ab, ab) de la partie immergée de la surface porteuse (13, 14) diminue lorsque la hauteur de vol augmente et en ce que lorsque la hauteur de vol est moins importante que la première hauteur de vol (15b), la surface porteuse (13, 15) est configurée de sorte qu'un angle moyen d'inclinaison (aa, ab) de la partie immergé de la surface porteuse (13, 14) augmente lorsque la hauteur de vol augmente depuis une hauteur de vol nulle (15a) jusqu'à la première hauteur de vol (15b).
2. 2. Bateau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle moyen d'inclinaison (aa) de la partie immergée de la surface porteuse (13, 14) au niveau d'une hauteur de vol nulle (15a) est supérieur à l'angle moyen d'inclinaison (ab) de la partie immergée de la surface porteuse (13, 14) obtenu pour une seconde hauteur de vol (15c) supérieure à la première hauteur de vol (15b).
3. 3. Bateau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'au voisinage de la hauteur de vol nulle (15a) la surface porteuse (13, 30 14) présente un profil en arc de cercle.
4. 4. Bateau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que la surface porteuse (13, 14) présente un profil en partie rectiligne (24).
5. 5. Bateau selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface porteuse (13, 14) présente un profil comprenant plusieurs parties rectilignes (26, 27, 28).
6. 6. Bateau selon la revendication 5, caractérisé en ce que les parties rectilignes (26, 27, 28) sont raccordées par des congés (29, 30).
7. 7. Bateau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 1 o en qu'il comprend des moyens pour faire varier l'angle moyen d'inclinaison (aa) de la partie immergée de la surface porteuse (13, 14) au niveau d'une hauteur de vol nulle (15a).
8. 8. Bateau selon la revendication 7, caractérisé en ce que la 15 surface porteuse (13, 14) comprend une partie haute (31) rectiligne démarrant du point d'ancrage (20) dans la structure (11, 12) et en ce que le bateau (10) comprend des moyens pour faire rentrer ou sortir la partie haute (31) rectiligne de la structure (11, 12).5