FR3026716A1

FR3026716A1 - INTEGRATED HYDROGENERATOR GOVERNAIL AND VESSEL COMPRISING SUCH A GOUVERNAIL

Info

Publication number: FR3026716A1
Application number: FR1459569A
Authority: FR
Inventors: Michel Nollet
Original assignee: Sagem Defense Securite SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2016-04-08
Anticipated expiration: 2034-10-06
Also published as: FR3026716B1

Abstract

Gouvernail de navire, comprenant un safran (3) ayant un bord d'attaque (3.1) et un bord de fuite (3.2) disposés respectivement en amont et en aval par référence à une direction générale théorique d'écoulement par rapport au safran, caractérisé en qu'il comprend au moins un hydro-générateur comportant un arbre qui porte une hélice (13) et qui est monté dans un logement solidaire du safran pour tourner autour d'un axe sensiblement parallèle à la direction générale théorique d'écoulement, l'hélice en rotation ayant des pales en saillie latérale du safran. Navire équipé d'un tel gouvernail.Vessel rudder, comprising a rudder (3) having a leading edge (3.1) and a trailing edge (3.2) respectively arranged upstream and downstream with respect to a theoretical general direction of flow with respect to the rudder, characterized in that it comprises at least one hydro-generator comprising a shaft which carries a propeller (13) and which is mounted in a housing integral with the rudder to rotate about an axis substantially parallel to the general theoretical direction of flow, rotating propeller having blades projecting from the side of the rudder. Ship equipped with such a rudder.

Description

La présente invention concerne le domaine de la construction marine et plus particulièrement un gouvernail de navire et un navire comportant un tel gouvernail. Le gouvernail comprend un safran ayant un axe, ou mèche, orientable. Le safran est la partie immergée du gouvernail, c'est-à-dire celle dont l'orientation dans l'eau va permettre de diriger le navire. Le safran est classiquement monté à la poupe du navire. La coque de certains voiliers actuels, notamment les voiliers de compétition, comprend un tableau arrière sur lequel est monté, outre le gouvernail, un faisant partie d'un ensemble embarqué de de stockage d'énergie électrique. Cet utilisé pour produire de l'énergie hydrogénérateur production et ensemble est électrique afin d'alimenter par exemple les équipements électriques et électroniques de bord. L'hydrogénérateur comprend une structure porteuse sur laquelle sont montées une génératrice et une hélice solidaire d'un arbre d'entraînement d'un rotor de la génératrice de telle manière que la structure porteuse puisse être fixée à l'arrière du voilier en maintenant l'hélice immergée. La génératrice, associée à un dispositif de redressement et de régulation, a une ligne de sortie reliée à des accumulateurs. On comprend que, lorsque le voilier est en mouvement, l'hélice tourne sous l'effet de son déplacement dans l'eau et entraîne en rotation le rotor de la génératrice qui produit alors un courant de charge des accumulateurs. Cet agencement ne va pas sans présenter quelques inconvénients. La structure porteuse de l'hydrogénérateur, de par sa simple présence, augmente la tramée du navire. La structure porteuse de l'hydrogénérateur a une orientation fixe : la structure porteuse contrarie donc l'effet du safran et augmente encore la tramée du voi- lier lorsque le safran n'est pas orienté de la même manière que la structure porteuse. Il aurait pu être imaginé un hydrogénérateur orientable synchronisé avec le safran. Cependant, un tel agencement est techniquement com- plexe, relativement lourd et, en augmentant le nombre de pièces en mouvement, diminue la fiabilité globale du na- vire. En outre, sur les voiliers de compétition qui peuvent gîter de manière importante, il est généralement prévu un safran et un hydrogénérateur de chaque côté du tableau arrière de telle manière que, quelle que soit le côté où gîte le voilier, au moins un safran et un hydrogénérateur se trouvent immergés. Il en résulte que le nombre d'appendices immergés est au minimum égal à deux (forte gîte) et au maximum égal à quatre (faible gîte). Cette dernière configuration est désavantageuse car la traînée est alors maximale et le risque d'heurter un obstacle flottant est multiplié par deux par rapport à la configuration minimale. Or, la détérioration d'un safran ou d'un hydrogénérateur constitue une avarie sérieuse im- posant un retour au port. La structure porteuse des hydrogénérateurs est agencée pour permettre la sortie de l'eau de l'hydrogénérateur de sorte qu'un seul des hydrogénérateurs peut être laissé dans l'eau par faible gîte.The present invention relates to the field of marine construction and more particularly to a ship's rudder and a vessel comprising such a rudder. The rudder comprises a rudder having an axis, or wick, orientable. Saffron is the submerged part of the rudder, that is to say the one whose orientation in the water will allow to steer the ship. Saffron is classically mounted at the stern of the ship. The hull of some current yachts, including racing yachts, includes a transom on which is mounted, besides the rudder, part of an embedded assembly of electrical energy storage. This used to produce hydrogenator energy production and together is electrical to power for example electrical equipment and electronic board. The hydrogenerator comprises a bearing structure on which are mounted a generator and a propeller secured to a drive shaft of a rotor of the generator so that the carrier structure can be fixed to the rear of the sailboat while maintaining the immersed propeller. The generator, associated with a rectifying and regulating device, has an output line connected to accumulators. It is understood that when the boat is in motion, the propeller rotates under the effect of its displacement in water and rotates the rotor of the generator which then produces a charging current accumulators. This arrangement is not without some disadvantages. The carrier structure of the hydrogenerator, by its mere presence, increases the halftone of the ship. The carrier structure of the hydrogenerator has a fixed orientation: the bearing structure therefore thwarts the effect of saffron and further increases the vane of the vane when the rudder is not oriented in the same way as the bearing structure. It could have been imagined a steerable hydrogenerator synchronized with saffron. However, such an arrangement is technically complex, relatively heavy and, by increasing the number of moving parts, decreases the overall reliability of the vessel. In addition, on racing yachts that can cite significantly, it is generally provided a saffron and a hydrogenerator on each side of the transom so that, regardless of the side where the boat sits, at least one saffron and a hydrogenerator are immersed. As a result, the number of immersed appendages is at least two (high) and at most four (low). This last configuration is disadvantageous because the drag is then maximum and the risk of hitting a floating obstacle is multiplied by two compared to the minimum configuration. However, the deterioration of a saffron or a hydrogenator constitutes a serious damage requiring a return to port. The carrier structure of the hydrogénérateurs is arranged to allow the exit of the water of the hydrogenerator so that only one of the hydrogénérateurs can be left in the water by weak lodging.

Le risque d'heurter un obstacle flottant reste néanmoins multiplié par un et demi par rapport à la configuration minimale. Un but de l'invention est d'optimiser l'embarquement d'une source d'énergie sur un navire, en limitant son impact négatif sur les performances du na- vire. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un gouvernail de navire, comprenant un safran ayant un bord d'attaque et un bord de fuite disposés respectivement en amont et en aval par référence à une direction générale théorique d'écoulement par rapport au safran. Le gouvernail comprend un hydrogénérateur comportant un arbre qui porte une hélice et qui est monté dans un logement solidaire du safran pour tourner autour d'un axe sensiblement parallèle à la direction générale théorique d'écoulement, l'hélice en rotation ayant des pales en saillie latérale du safran. Ainsi, le safran constitue la structure porteuse de la partie immergée de l'hydrogénérateur de sorte que ladite partie s'oriente avec le safran. Il en résulte une diminution de la tramée du navire équipé de ce safran par la réduction du nombre d'appendices immergés du fait de l'emport de l'hydrogénérateur sur le safran et par l'orientation de l'hydrogénérateur ainsi rendue possible.The risk of hitting a floating obstacle is nevertheless multiplied by one and a half compared to the minimum configuration. An object of the invention is to optimize the loading of an energy source on a ship, limiting its negative impact on the vessel's performance. For this purpose, it is provided, according to the invention, a ship's rudder, comprising a rudder having a leading edge and a trailing edge disposed respectively upstream and downstream with respect to a theoretical general direction of flow relative to saffron. The rudder comprises a hydrogenerator comprising a shaft which carries a propeller and which is mounted in a housing integral with the rudder to rotate about an axis substantially parallel to the theoretical general direction of flow, the rotating propeller having protruding blades Lateral saffron. Thus, the saffron constitutes the carrying structure of the submerged portion of the hydrogenerator so that said portion is oriented with saffron. This results in a reduction of the screen of the vessel equipped with this saffron by reducing the number of submerged appendages due to the transport of the hydrogenator on the saffron and the orientation of the hydrogenator thus made possible.

La réduction du nombre d'appendices immergés limite éga- lement le risque global de collision. Il en résulte également un gain de poids. De préférence, le logement est écarté d'extrémités haute et basse du safran.Reducing the number of submerged appendages also limits the overall risk of collision. It also results in weight gain. Preferably, the housing is spaced from the upper and lower ends of the saffron.

Il est ainsi possible de positionner l'hélice de l'hydrogénérateur le long du safran à la position correspondant à la profondeur optimale de fonctionnement de l'hélice de l'hydrogénérateur. Avec un safran s'enfonçant plus loin que cette profondeur, le logement occasionne 25 moins de tramée que si l'hélice était disposée à l'extrémité inférieure du safran car l'épaisseur du safran est généralement d'autant plus faible qu'on se rapproche de son extrémité inférieure. En outre, le couple supporté par le safran du fait de la tramée est d'autant 30 plus faible que l'hélice est proche de l'extrémité supé- rieure du safran. L'hélice de l'hydrogénérateur est également moins exposée aux chocs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description 35 qui suit de modes de réalisation particuliers non limita- tifs de l'invention.It is thus possible to position the propeller of the hydrogenerator along the rudder at the position corresponding to the optimum operating depth of the propeller of the hydrogenerator. With a saffron sinking further than this depth, the housing causes less framing than if the propeller was disposed at the lower end of the saffron because the thickness of the saffron is usually even lower than it is. closer to its lower end. In addition, the torque supported by the rudder due to the raster is all the lower as the propeller is close to the upper end of the rudder. The propeller of the hydrogenerator is also less exposed to shocks. Other features and advantages of the invention will be apparent from the following description of particular non-limiting embodiments of the invention.

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue schématique partielle et en perspective d'un navire selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique partielle d'un safran selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique partielle de derrière de ce safran ; la figure 4 est une vue schématique partielle de ce safran en coupe selon un plan longitudinal médian noté IV sur la figure 2 ; la figure 5 d'un safran lisation de la figure 6 d'un safran lisation de est une vue analogue à la figure 2 selon une première variante de réa-l'invention ; est une vue analogue à la figure 4 selon une deuxième variante de réa-l'invention.Reference is made to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a partial schematic view in perspective of a ship according to the invention; Figure 2 is a partial schematic view of a saffron according to the invention; Figure 3 is a partial schematic rear view of this saffron; Figure 4 is a partial schematic view of the saffron section along a median longitudinal plane noted IV in Figure 2; Figure 5 of saffronization of Figure 6 of a saffronization of is a view similar to Figure 2 according to a first variant réa-1'invention; is a view similar to Figure 4 according to a second variant réa-1'invention.

En référence aux figures, l'invention concerne un navire comprenant une coque 100 ayant un tableau arrière 101 équipée de deux gouvernails généralement désignés en 1. Chaque gouvernail 1 comprend un bâti, symbolisé en 2, de fixation d'une extrémité haute d'un safran 3 au tableau arrière 101. De façon connue en elle-même, le bâti de fixation 2 est agencé pour permettre : le déplacement du safran 3 entre une position relevée et une position immergée du safran 3, l'orientation du safran 3 autour d'un axe s'étendant sensiblement verticalement lorsque le safran 3 est en position immergée (l'axe d'orientation correspond sensiblement à un axe longitudinal du safran 3). A cette fin l'extrémité supérieure du safran 3 est soli- daire d'un arbre, ou mèche, monté dans des paliers du bâti 2 et relié à la barre du navire. Le safran 3 possède un bord d'attaque 3.1 et un bord de fuite 3.2 s'étendant respectivement en amont et en aval par référence à une direction générale théorique d'écoulement des filets d'eau par rapport au safran 3 en position immergée. Le safran 3 peut être creux ou plein, en une ou plusieurs pièces. L'agencement du bâti 2 et la structure générale du gouvernail 1 sont connus en eux-mêmes et ne seront donc pas plus détaillés ici. Le safran 3 comporte un renflement en forme de bulbe 4 qui est positionné le long du safran 3 pour être écarté de l'extrémité haute et de l'extrémité basse du safran 3. Dans le bulbe 4 est ménagé un logement 5 cylin- drique ayant un axe central 6 qui est sensiblement parallèle à la direction générale théorique d'écoulement et qui intersecte les bords 3.1, 3.2. Un arbre 11 d'un hydrogénérateur est monté dans le logement 5 pour tourner autour de l'axe 6. L'arbre 11 a une première extrémité reliée à une génératrice 12 montée dans le logement 5 du côté du bord d'attaque 3.1 et une deuxième extrémité qui s'étend en saillie du bord de fuite 3.2 et qui porte une hélice gé- néralement désignée en 13. De manière connue en elle-même, la génératrice 12 a une ligne de sortie, non représentée ici, qui court dans le safran 3 jusqu'au tableau arrière 101 pour être reliée à un circuit redresseur connecté à un convertis- seur continu/continu raccordé à des accumulateurs. L'hélice 13 a un moyeu 14 et deux pales 15 de forme droite qui sont symétriquement opposées l'une à l'autre de telle manière qu'une partie de la trajectoire des pales 15 en rotation s'étende en saillie latérale du safran 3. Les pales 15 sont montées sur le moyeu 14 pour être orientables chacune autour d'une direction radiale de l'hélice 13 et sont reliés à un dispositif de réglage du pas de l'hélice 13. Ce dispositif de réglage du pas n'est pas représenté car sa structure est connue en elle- même ; cette structure ne sera en outre pas plus décrite ici. Le dispositif de réglage est agencé pour déplacer les pales 15 entre une position active maximale (représentée à la figure 2) dans laquelle les pales 15 sont inclinées par rapport à la direction théorique d'écoulement et une position inactive (représentée à la figure 4) dans laquelle les pales 15 sont parallèles à la direction théorique d'écoulement. Dans cette dernière position, l'hélice 13 est en quelque sorte escamotée au sens qu'elle n'engendre qu'une tramée réduite par rapport à la position active maximale. En outre, le gouvernail 1 peut comprendre un moyen d'escamotage au moins partiel de l'hélice 13, qui comprend un moyen de rappel de l'hélice 13 vers une position angulaire dans laquelle les pales de l'hélice se trouvent alignées avec le safran 3 (position représentée sur la figure 4). Ce moyen de rappel comprend par exemple un circuit de commande de la génératrice 12 en tant que moteur pour entraîner en rotation l'hélice 13 jusqu'à une position angulaire qui est détectée au moyen d'un capteur dédié et qui correspond à l'alignement des pales 15 avec le safran 3. En variante, ce moyen peut comprendre un aimant solidaire du rotor de la génératrice 12 et un aimant solidaire du stator de la génératrice 12 s'attirant mutuellement et définissant la position de rappel lors- qu'ils sont en regard l'un de l'autre. En variante, l'aimant solidaire du rotor de la génératrice 12 et un pôle magnétique solidaire du stator de la génératrice 12, peuvent être naturellement obtenus par le choix d'une génératrice à aimant tournant à deux pôles, dont les deux positions stables sont à 180° l'une de l'autre.Referring to the figures, the invention relates to a ship comprising a hull 100 having a transom 101 equipped with two rudders generally designated 1. Each rudder 1 comprises a frame, symbolized at 2, for fixing an upper end of a Saffron 3 to the transom 101. In a manner known per se, the mounting frame 2 is arranged to allow: the displacement of the rudder 3 between a raised position and a submerged position of the rudder 3, the orientation of the saffron 3 around an axis extending substantially vertically when the rudder 3 is in the immersed position (the axis of orientation substantially corresponds to a longitudinal axis of the rudder 3). For this purpose the upper end of the rudder 3 is solid with a shaft, or bit, mounted in bearings of the frame 2 and connected to the bar of the ship. The rudder 3 has a leading edge 3.1 and a trailing edge 3.2 extending respectively upstream and downstream with reference to a theoretical general direction of flow of the water threads with respect to the rudder 3 in the submerged position. The saffron 3 may be hollow or solid, in one or more pieces. The arrangement of the frame 2 and the general structure of the rudder 1 are known in themselves and will not be more detailed here. The saffron 3 comprises a bulge-shaped bulb 4 which is positioned along the rudder 3 to be spaced from the upper end and the lower end of the rudder 3. In the bulb 4 is formed a cylindrical housing 5 having a central axis 6 which is substantially parallel to the theoretical general direction of flow and which intersects the edges 3.1, 3.2. A shaft 11 of a hydrogenerator is mounted in the housing 5 to rotate about the axis 6. The shaft 11 has a first end connected to a generator 12 mounted in the housing 5 on the leading edge side 3.1 and a the second end protruding from the trailing edge 3.2 and carrying a helix generally designated 13. In a manner known per se, the generator 12 has an output line, not shown here, which runs in the Saffron 3 to the transom 101 to be connected to a rectifier circuit connected to a DC / DC converter connected to accumulators. The propeller 13 has a hub 14 and two blades 15 of straight shape which are symmetrically opposed to each other so that part of the trajectory of the rotating blades 15 extends in lateral projection of the rudder 3 The blades 15 are mounted on the hub 14 to be orientable each around a radial direction of the helix 13 and are connected to a device for adjusting the pitch of the helix 13. This pitch control device is not shown because its structure is known in itself; this structure will not be further described here. The adjusting device is arranged to move the blades 15 between a maximum active position (shown in FIG. 2) in which the blades 15 are inclined with respect to the theoretical direction of flow and an inactive position (represented in FIG. 4). wherein the blades 15 are parallel to the theoretical direction of flow. In this latter position, the helix 13 is somewhat retracted in the sense that it generates only a reduced screen compared to the maximum active position. In addition, the rudder 1 may comprise an at least partial retraction means of the propeller 13, which comprises a means for returning the propeller 13 to an angular position in which the blades of the propeller are aligned with the propeller. saffron 3 (position shown in Figure 4). This return means comprises for example a control circuit of the generator 12 as a motor for rotating the propeller 13 to an angular position which is detected by means of a dedicated sensor and which corresponds to the alignment alternatively, this means may comprise a magnet secured to the rotor of the generator 12 and a magnet secured to the stator of the generator 12 attracting each other and defining the return position when they are facing each other. As a variant, the magnet secured to the rotor of the generator 12 and a magnetic pole integral with the stator of the generator 12 can naturally be obtained by the choice of a two-pole rotating magnet generator whose two stable positions are 180 ° from each other.

Dans la première variante représentée à la figure 5, le safran 3 porte plusieurs hydrogénérateurs comprenant chacun une génératrice qui est fixée dans un logement du safran 3 et qui possède un arbre ayant une extré- mité pourvue. d'une hélice 13. Les génératrices sont toutes reliées au circuit redresseur. Pour une puissance à fournir prédéterminée, il est possible, en multipliant ainsi les hydrogénérateurs, d'avoir des génératrices et des hélices plus petites. Ce- ci facilite l'intégration des génératrices dans le safran en limitant les dimensions du renflement qu'il est nécessaire de prévoir sur le safran pour pouvoir créer le logement recevant la génératrice. Ceci limite la tramée occasionnée par ledit renflement. Ceci limite les consé- quences d'une panne d'un des hydrogénérateurs, et permet au navire de poursuivre sa route avec une réduction mais non pas une annulation de la puissance électrique produite. Dans la deuxième variante représentée à la figure 6, l'arbre 11 est monté dans le logement 5 de manière à être déplaçable entre une position sortie de l'hélice 13 (représentée en pointillés) et une position d'escamotage de l'hélice 13 dans laquelle les pales 15 en position inactive sont rentrées dans un logement 20 ménagés dans le bord de fuite 3.2 du safran 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.In the first variant shown in FIG. 5, the rudder 3 carries a plurality of hydrogenerators each comprising a generator which is fixed in a housing of the rudder 3 and which has a shaft having a provided end. of a propeller 13. The generators are all connected to the rectifier circuit. For a predetermined power supply, it is possible, by multiplying the hydrogenerators, to have generators and smaller propellers. This facilitates the integration of the generatrices in the saffron by limiting the dimensions of the bulge that is necessary to provide on the saffron to be able to create the housing receiving the generator. This limits the halftone caused by said bulge. This limits the consequences of a failure of one of the hydrogenerators, and allows the vessel to proceed with a reduction but not a cancellation of the electric power produced. In the second variant shown in Figure 6, the shaft 11 is mounted in the housing 5 so as to be movable between an output position of the propeller 13 (shown in dashed lines) and a retracted position of the propeller 13 in which the blades 15 in the inactive position are retracted into a housing 20 formed in the trailing edge 3.2 of the rudder 3. Of course, the invention is not limited to the embodiments described but encompasses any variant entering the field of the invention as defined by the claims.

En particulier, la génératrice 12 peut être mon- tée sur la partie supérieure du safran 3, l'arbre 11 étant relié à la génératrice 12 par un dispositif de transmission de mouvement logé dans le safran 3. Le logement 5 peut être ouvert à ses deux extré- mités et la génératrice 12 peut être montée de manière amovible dans le logement 5 de telle manière qu'on puisse l'ôter lorsque l'on n'en a pas besoin. Le logement 5 étant ouvert, il autorise alors l'écoulement d'eau et n'occasionne qu'une tramée limitée.In particular, the generator 12 can be mounted on the upper part of the rudder 3, the shaft 11 being connected to the generator 12 by a movement transmission device housed in the rudder 3. The housing 5 can be opened at its ends. two ends and the generator 12 can be removably mounted in the housing 5 in such a way that it can be removed when it is not needed. The housing 5 being open, it then allows the flow of water and causes only a limited screen.

L'hélice 13 peut avoir des pales 15 courbes. L'invention est applicable à tout type de navire et notamment des monocoques, des catamarans et des trimarans.The propeller 13 may have curved blades. The invention is applicable to any type of vessel including monohulls, catamarans and trimarans.

Claims

REVENDICATIONS1. Vessel rudder, comprising a rudder (3) having a leading edge (3.1) and a trailing edge (3.2) respectively arranged upstream and downstream with respect to a theoretical general direction of flow with respect to the rudder, characterized in that it comprises at least one hydrogenerator comprising a shaft (11) which carries a propeller (13) and which is mounted in a housing (5) solid with the rudder to rotate about an axis substantially parallel to the general direction theoretical flow, the rotating propeller having blades (15) in lateral projection of the saffron.

2. Rudder according to claim 1, wherein the propeller (13) is carried by one end of the shaft (11) projecting from the trailing edge (3.2).

3. Rudder according to claim 1, wherein the hydrogenerator comprises a generator (12) received in the housing (5).

4. Rudder according to claim 3, wherein the housing (4) is formed in a bulge (4) of the saffron (3).

5. Rudder according to claim 1, wherein the housing (5) is spaced from the upper and lower ends of the saffron (3).

6. Rudder according to claim 1, wherein the propeller (13) has blades (15) straight.

7. Rudder according to claim 6, comprising a device for adjusting the pitch of the blades (15) of the propeller (13), the device being arranged to bring the blades parallel to the theoretical direction of flow.

8. Rudder according to claim 6, comprising at least a partial retraction means of the propeller (13), which comprises a means for returning the propeller to a position in which at least one of the blades of the propeller propeller is aligned with the rudder (3).

The rudder of claim 8, wherein the propeller (13) comprises two blades (15).

10. Rudder according to claim 1, in which saffron (3) is provided with several shafts (11) which are distributed along the length of the rudder and which each carry a propeller (13).

11. Ship comprising a hull (100) having a stern (101) equipped with at least one rudder (1) according to any one of the preceding claims.