FR3035068A1 - Equipement d'energie supplementaire pour un trimaran sans mat a voiles laterales - Google Patents

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Abstract

L'invention consiste à équiper un voilier multicoque- trimaran - catamaran-sans mat vertical, à voiles latérales, de tous les dispositifs actuels permettant de produire de l'électricité par des énergies naturelles, renouvelables pour alimenter les accumulateurs Lithium-ion (ou autres) utilisés pour les moteurs électriques actionnant les hélices de traction du navire ainsi que pour les moteurs électriques nécessaires à la manœuvre du navire L'équipement consiste à installer une ou plusieurs éoliennes verticales sur le pont supérieur du voilier pour produire de l'électricité, (6) et (7) ainsi que des panneaux photovoltaïques (14) et (15) posés sur les longerons reliant les flotteurs du navire (12) et (13) à la carène (3) ainsi que des hydro générateurs (16) et (17) placés sous les flotteurs. FIG (5) Ces dispositifs sont particulièrement intéressants pour permettre à un voilier à voiles latérales de faire des traversées transocéaniques sans crainte du manque de vent épisodique.

Description

Le projet de navire présenté est un trimaran voilier, sans mat , à voiles latérales Ce trimaran sans mat, voilier à voiles latérales, est étudié pour des traversées transocéaniques, avec de bonnes performances, en sécurité maximum, et en navigation constante. En sécurité : la conception même de ce trimaran sans mat, à voiles latérales, permet d'avoir tous les équipements à proximité immédiate du centre de gravité de carène. La suppression des mats de tres grandes hauteurs ( de 30 à 40 mètres) permet de naviguer par grand vent sans craindre un chavirage ou un démâtage .Un mat de hauteur 40 metres et diamètre 1,20 m, représente une surface de 48 m2 ; et par vent de Beaufort 3/-4 (25 1m/h) c'est une puissance de 18 KW sur le mat- même sans voile ! Une saute de vent brutale peut faire chavirer un trimaran déjà en gite-- En navigation constante Dans une course transocéanique, comme par exemple route du Rhum, ou Vendée Globe -( autour du monde) -le navigateur va traverser une zone de 100 km à 200 km de largeur autour de l'équateur, où le vent devient inexistant ou tellement irrégulier que la navigation à voiles est pratiquement impossible I Les voiliers sont immobilisés dans la zone du --pot au noir--, et certains peuvent rester 5 jours occupés a rechercher le vent pour s'échapper.
L'équipement du voilier présenté, trimaran sans mat, permet de pouvoir utiliser toutes les solutions actuelles de production d'énergie naturelle, pour produire suffisamment d' électricité pour des moteurs électriques de traction auxiliaire .. Ainsi équipé, ce trimaran sans mat, à voiles latérales, pourra traverser -- le pot au noir -sans difficulté. en conservant sa vitesse habituelle.
Le navire étudié est donc un voilier hybride : vent - électricité Le vent C'est l'utilisation des voiles latérales de ce voilier trimaran sans mat et c'est l'énergie principale et habituelle de ce navire. L'électricité C'est l'utilisation des moyens actuels de production d'électricité naturelle - pouvant être installés sur le trimaran sans mat : Eoliennes, ---pouvant être installées puisqu'il n' y a pas de mat , ni voile, ni haubans Panneaux photovotaiques---hydrogénerateurs---. et bien sur les accumulateurs Lithium ion pour les moteurs electriques.
3035068 2 Etude pour proposer une bonne dimension à ce trimaran sans mat Un aperçu des voiliers dans les courses transocéaniques, montre une moyenne de voilure de 200 m2, c'est le point de départ. pour un voilier perfomiant.
5 Le trimaran sans mat, a des voiles latérales symétriques par rapport à la carène. C'est-à-dire que ces 200 m2 sont répartis en 100m2 de chaque côté pour des raisons de résistance mécanique il est propose à bâbord comme à tribord 2 voiles de 50m2 soit 200 m2 au total .Les chassis porte voiles à boudins pneumatiques, seront donc de 10 m de long sur 5 mètres de large. Ceci nous conduit à :une longueur de coque au dessus de 20m 10 une longueur de coque de 25 mètres est choisie pour la coque principale. La largeur sera de 5,80 m - compte tenu des accessoires à installer. Le tirant d'eau serait de 1,50 m et le déplacement environ 18 tonnes 2 flotteurs de longueur 20 mètres- 4 voiles laterales de 50m2 chacune 15 Cette voilure de 200 m2 donnerait une puissance -( 1m2 par Beaufort 3-4 =0,36 watt)- de 70 KW, suffisante pour propulser le trimaran à environ 12 noeuds. Le but est de maintenir cette vitesse constante, même sans vent - pot au noir - Dans ce cas il est utilisé la propulsion par moteurs électriques. Il serait necessaire donc d'un moteur électrique de 70 KW, : il est choisi de prendre 20 2 moteurs électriques de 40 KW, en effet pour un trimaran de 25 mètres les manoeuvres sont plus faciles avec 2 hélices, nous aurons 1 moteur de 40 KW à chaque hélice. La production d'electricité Ces moteurs electriques seront alimentés par l'electricité fournie par des accumulateurs Lithium-ion( phosphate- fer) très classiques, et très fiables, employés dans l'automobile 25 par millions depuis 10 ans. Les accumulateurs Li-ion actuels ont les caractéristiques de 140 watts /:h pour 1 kg d'accu.
3035068 3 Les Eoliennes Ce seront des éoliennes verticales du type Darrieus, ou Savonius, Il y a des éoliennes verticales de 5,50m de diamètre, hauteur 5,50m, fournissant chacune 5 10 KW, sous vent de 35 Km heure. sous toute direction de vent. Il est possible de placer 2 éoliennes la largeur du navire étant de 5,80mètres et la longueur étant de 25 mètres. Elles seront placées de part et dautre du centre de gravité GC du navire pour la stabilité. Bien entendu elles seront placées sur des strucures indépendantes de la coque et sur des amortisseurs anti sismiques ou silent bloc.
10 I1 y en a couramment du type Rosta ou Aura L'électricité fournie par ces éoliennes sera stockée dans les accumulateurs. Les accumulateurs. Les accumulateurs Li-ion ont les caractéristiques actuelles de140 watt/h pour 1 Kg 15 daccumulateur.---- 1000 kg fournissant 140 KWh--- Pour propulser ce bateau de 25 m de long, 18 tonnes déplacement, il faut environ à 10 noeuds ( 18 Km/h), 40 KW. Pour traverser une zone de pot au noir de 180 Km il faut donc 10 heures de navigation électrique, soit un besoin de 40 KW durant 10 heures 440 KW/h soit une base daccumulateurs de poids 3000 kg -- Cependant en sécurité pour 20 les courses transocéaniques, nous embarquerons 3.500 kg de batteries. Les accumulateurs étant fournis en packs de 48 kg il sera facile de disposer les packs dans la cale autour du centre de gravite carène pour conserver la stabilité du bateau. Je précise que dans les régions équatoriales du pot au noir, il n' y a pas de vent, certes, mais il y a du soleil, qui va être utilisé pour les panneaux voltaiques. qui seront insatllé sur ce 25 trimaran sans mat. Les panneaux photovoltaïques Le trimaran sans mat à voiles latérales, possède deux flotteurs maintenus à la coque centrale par deux longerons par coté Dans le bateau propose nous aurions avec des flotteurs de 22 mètres de long, des longerons de 10 m, 30 Il est possible d'installer des panneaux photovoltaïques de 6 metres de large sur 20 m de Ion, ce qui fait une surface de 120 m2 par coté, au total 240 m2 de panneaux. La puissance effective est 100 ',,att/m2--Pour 240 m2 la puissance sera de 24 Kw/h Cette énergie sera emmagasinée dans les accumulateurs Li-ion. Il faut remarquer que dans la zone de pot au noir, il n' y a pas de vent, mais il y a du soleil 3035068 4 donc on pourra ajouter cette réserve pour actionner les moteurs - par exemple mettre en marche le 2ème moteur de 40 KW pour s'échapper plus vite de la zone. Le poids de cette installation est de 10 Kg au m2 de panneau. soit donc pour 120 M2 par coté, 1200 kg à bâbord et 1200 Kg à tribord. Chaque flotteur a un deplacement de 5 environ 4 tonnes et les panneaux reposant également sur les longerons, ces panneaux n'auront pas d'influence sur le comportement du navire.Il faudra cependant prendre soin de faire une installation avec précautions pour supporter 'état de la mer. Depuis quelques années on a developpé des Hydrogénérateurs très utilisés dans les courses transocéanes.
10 Les Hydrogenerateurs Ce sont des appareils simples, :'hélice est actionnée par le courant des vagues et produit de 'électricité- qui sera stockée dans le pack de batteries Ils sont efficace à partir d'un mouvement de vague par 2-3 Beaufort ( 20 Km/h).. Il existe des hydro générateurs de 10 KW et nous en disposerons 1 dans chaque flotteur.
15 Le poids de ces hydro générateurs est de 100 kg environ pour 10 KW . Les flotteurs peuvent supporter ce poids en plus des panneaux. Il y a donc une production delectricité de 20 KW à diriger vers le pack daccumulateur. En defintive la production d'énergie supplémentaire à renergie des voiles laterales , est en éoliennes : 2 éoliennes de 10 KW = 20 KW 20 en photovoltaïques 240 m2 fournissant 24 KW en hydrogenerateur 2 unîtes fournissant 20 KW total :...6 KW ce qui est interessant ; car au ratio de 0,310 KW par m2 de voile, ceci équivaut à environ 200m2 de voile à ajouter à la voilure des voiles latérales 200 m2. Ainsi même sans mat gigantesque, en utilisant les moyens actuels et*écologiques 25 nous arrivons à un équivalent voile de 400 m2--- voilure des bons trimarans de course! Les moteurs électriques Il y aura 2 moteurs principaux de 40 KW chacun-- En règle normale 1 seul moteur de 40 KW sera utilise, le second moteur servant de moteur de réserve. Mais en cas de conditions idéales pour la vitesse le navigateur pourra Futilser-- 40 KW c'est 8 à 10 30 noeuds ! en plus. Tous les autres moteurs utilisés sont aussi des moteurs courants, étanches, disponibles chez tous les grands fabricants.
3035068 5 Conclusion Ce trimaran sans mat à voiles latérales montre une autre façon de naviguer à voile. En effet le navigateur peut aborder des zones de vent difficiles, sans souci de dematage 5 ( il d y a pas de mat)- sans acrobatie (il ne doit pas y avoir de gite importante dans le navire décrit)-avec suffisamment d'énergie pour ne pas être ralenti dans les zones de --pot au noir.--- Le navigateur sera à la commande des différents moteurs électriques dans la passerelle de commandement, surveillant les cadrans comme un pilote davion. Ce sera une autre façon de naviguer- et fajoute, sans une goutte de fuel....
10 Bien entendu il y peut y avoir des courses ou régates, l'habileté du navigateur en négociant le vent et ses moteurs fera le résultat.
3035068 6 Navire voilier trimaran sans mat à voiles latérales Il serait intéressant de faire le devis de poids de ce bateau nous avons un bateau de 25 m de long, 5,80 m de largeur tirant d'eau 1,50m 5 avec un déplacement de 18 tonnes --ce déplacement sera vérifié sur bassin -- mais nous sommes dans une bonne approximation. En règle générale le lest dans ce genre de navire voilier est de 30% ce qui nous donne un lest de 5.400 Kg.- théorique- Devis de poids 10 nous connaissons les poids des accessoires principaux Accumulateurs Li-ion packs d'accus 3.500 kg Moteurs électriques plus les accessoires ( régulateurs, variateurs ) par moteur de 40 KW 200 Kg chacun---2 moteurs-- 400 kg 15 Autres moteurs électriques pour actionner les châssis. porte voiles (4 moteurs) 400 kg Hydro générateurs 2 de 10 Kw soit avec accessoires 300 kg Panneaux photovoltaïques 20 2 panneaux de 120 m2 à 10 kg /m2 2.400 kg ssoit un total de 7000 kg( tout le lest nécessaire est un lest utile-- en particulier les packs d'accus qui peuvent être placés autour du centre de gravité- et qu'on peut disposer pour équilibrer exactement le poids des 2 moteurs de 40 kw. .
25 Le navire décrit montre qu'il est possible de construire un trimaran sans mat à voiles latérales, et en appliquant les techniques actuelles, de le faire naviguer en sécurité, à une bonne vitesse régulière.
30 3035068 7 Description du navire étudié Trimaran sans mat à voiles latérales 5 Page 8 FIG 1 Naviire avec la disposition des 4 voiles latérales sur les châssis ( (3) (2) (4) disposés sur la carène (5) FIG 2 Page 9 FIG 3 les 2 éoliennes ( 6)---(7) sont placées sur leurs superstructures reposant sur les 10 amortisseurs anti sismiques ou silent blocs, ( 8) et ( 9) FIG 4 La superstructure (11) repose sur la carène (5) par l'amortisseur (10) Page 10 FIG 5 Les panneaux solaires '(12) et (13) sont placés sur les longerons de liaison des 15 flotteurs à la coque principale- FIG 6 Vue du navire avec les éoliennes et les panneaux solaires et les hydro générateurs (14) et (15) 20 25 30 40

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS1) Cette innovation concerne les voiliers monocoqueet voiliers multicoques 5 (catamaran et trimaran ) sans mat avec voiles latérales, en particulier, pour exemple un trimaran. Ce trimaran sans mat est caractérise en ce que il est équipé de voiles latérales placées sur des châssis porte voiles (1) (2) (3) (4) de chaque coté de la carène (5). Les voiles souples et élastiques sont formées de boudins pnetunatiques . Les châssis porte 10 voiles sont commandés par des moteurs électriques leur donnant l'angle voulu avec la caréne.
  2. 2) Ce trimaran est caractérisé en ce que il n'a pas de mat ni de voile , mais des voiles latérales, et que il peut être équipé d'éoliennes verticales sur le pont supérieur du navire puisqu'il n' y a ni mat ni voiles verticales, ni haubans. 15
  3. 3) Ce trimaran sans mat à voiles latérales est caractérisé en ce que il est équipé de moyens d'énergie supplémentaire au vent qui agit sur les voiles latérales, tels que éoliennes, panneaux photovoltaïques places sur les longerons reliant la coque centrale aux flotteurs, ainsi que des hydro générateurs places dans les flotteurs., et qu'il est un voilier hybride ( vent + énergie électrique naturelle ) 20
  4. 4) Ce trimaran sans mat, à voiles latérales est caractérisé en ce sens que l'étude de faisabilité confirme que ce voilier , trimaran hybride - ( vent + énergie électrique naturelle) -peut être construit et utilisé pour une navigation rapide en sécurité.
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