LU88528A1 - Structure hydrodynamique à profil variable - Google Patents

Description

L’invention concerne une structure à profil hydrodynamique épais destinée à produire une portance comme par exemple une aile d’avion, une dérive de bateau ou une ailette de turbine. Plus précisément l’invention permet de modifier la forme d’un profil hydrodynamique afin de l’adapter à des conditions variables d’uti1isation.

Le besoin le plus clair de profils variables émane des voiliers. En effet les voiles classiques possèdent la propriété de changer de profil lorsque le bateau vire de bord, la concavité de la voile est inversée au cours de la manoeuvre. La voile possède deux profils dissymétriques (symétriques l’un de l’autre) utilisés l’un à bâbord amure et l’autre à tribord amure. Mais ces deux profils sont minces (l’intrados et l’extrados sont confondus) ils sont très différents en cela des profils épais d’aile d’avion (l’intrados et l’extrados sont di sjoi nts).

Or un profil d’aile d’avion est plus performant qu’un profil mince du point de vue du rapport portance/traînée. Il est donc intéressant de construire des voiles de bateau à profil épais et réversible dans la mesure où le profil tribord amure est différent du profil bâbord amure. Cette voile doit toutefois posséder des caractéristiques classiques: pouvoir être hissée et affalée, pouvoir être réduite en surface (mettre un ris) et plusieures voiles doivent être logeables dans le bateau.

L’invention permet de réaliser toutes ces possibilités et se situe dans la lignée des préoccupations des brevets français N ° 2518956 et Ne2539379.

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Dans le cas d’une aile d’avion la variation souhaitable du profil est généralement plus limitée: il n’est pas nécessaire de rendre le vol d’un avion aussi performant sur le ventre que sur le dos. Mais les caractéristiques recherchées d’une aile d’avion sont différentes en phase de décollage ou d’atterrissage qu’en phase de vol de croisière.

En phase de décollage on cherche une forte portance, alors qu’en vol de croisière on cherche surtout une faible traînée. Dans ces deux cas les profils idéaux de l’aile de l’avion sont di fférents.

Actuellement des modifications de rendement de l’aile sont très souvent obtenues avec des volets de courbure qui équipent la plupart des avions modernes. En vol de croisière les volets épousent parfaitement le profil pré-défini par le constructeur. En phase de décollage ou d’atterrissage les volets placés au niveau du bord de fuite pivotent vers le bas. Ceci provoque une variation bénéfique du profil qui devient plus cambré mais dans le même temps le profil devient discontinu ce qui est légèrement défavorable.

L’invention à également pour but de remédier à ce défaut.

D’une manière générale la forme la mieux adaptée du profil d’une structure portante hydrodynamique (aile, voile, hélice, etc...) dépend de la vitesse de l’écoulement du fluide sur la surface du profil. Un profil fortement dissymétrique convient aux basses vitesses alors qu’un profil symétrique est plus adapté aux grandes vitesses.

La présente invention permet de déformer de manière continue un profil d’une forme dissymétrique (par exemple: figure 2) jusqu’à une forme dissymétrique opposée (figure 3) en passant par une forme symétrique (figure 1).

Pour réaliser cela le bord d’attaque (1) qui est avantageusement de forme cylindrique à base circulaire subit une rotation autour de son axe pour une position inchangée du bord de fuite. Le bord d’attaque est lié de manière rigide à la bordure avant des deux plans de voilure (6a, 6b), sa rotation entraîne leur déplacement de la manière suivante: une petite fraction de la partie avant d’un des plans de voilure (6a ou 6b) est enroulée autour du bord d’attaque (1) tandis qu’une petite fraction de l’autre plan de voilure est déroulée du bord d’attaque. Les entretoises et les nervures jouent alors leur rôle qui est de maintenir un certain volume intérieur à la structure hydrodynamique conforme aux profils souhaités.

Les entretoises (3) maintiennent un écartement entre les deux plans de voilure (6a, 6b). Les fixations des entretoises sur les plans de voilure laissent possible leur rotation suivant un axe parallèle au bord d’attaque. Ceci afin de permettre /le déplacement des plans de voilure lors de la rotation du bord d’attaque.

Au besoin des lattes (5) peuvent venir s’appuyer sur les extrémités des entretoises et sur les plans de voilure afin de maintenir avantageusement une courbure continue des plans de voilure.

Les nervures (2) maintiennent un écartement entre le bord d’attaque et le bord de fuite tout en laissant possible la rotation du bord d’attaque et les déplacements des entretoises et des plans de voilure.

La rotation du bord d’attaque par rapport aux nervures entraîne donc le déplacement des plans de voilure qui décalent les entretoises. Ceci provoque la déformation du profil. En position neutre (figure 1) le profil est symétrique, en imposant alors une rotation du bord d’attaque dans le sens des aiguilles d’une montre on force le profil à prendre une forme dissymétrique (figure 3), si l’on impose une-rotation dans l’autre sens le profil prend une forme dissymétrique opposée (figure 2).

Lorsque la rotation du bord d’attaque est bloquée les mouvements des plans de voilure, des entretoises et des nervures sont également bloqués et le profil devient relativement rigide. Pour une rigidité plus importante il est souhaitable de bloquer mécaniquement la position des entretoises par rapport aux nervures. La structure possède alors les caractéristiques hydrodynamiques propres au profil particulier qu’elle a adopté.

Les plans de voilure (6a, 6b) peuvent être aussi bien être composés de matériaux souples comme le sont les voiles de bateau ou de matériaux plus rigides comme le sont les plaques métalliques peu épaisses. La contrainte que l’on doit pouvoir imposer à ces matériaux est d’être déformables de manière à pouvoir être légèrement enroulés autour du bord d’attaque. Par contre les plans de voilure doivent être très peu déformables sous l’action d’un étirement exercé le long d’un axe quelconque contenu dans le plan de voilure.

Selon l’application plusieurs configurations de réalisation sont possibles tout en conservant le même principe et les mêmes fonctions des différents éléments constitutifs.

Les deux exemples non limitatifs suivants correspondent à des applications ayant des exigences différentes: une voile de bateau (figures 1 à 6) et une aile ou ailette (figure 8).

Dans le cas d’une voile de bateau on utilise une structure pouvant être affalée et séparable du bord d’attaque qui joue également le rôle de mât. /

Le bord d’attaque (1) possède deux rails (15a, 15b) sur lesquels les extrémités des plans de voilure (6a, 6b) peuvent être introduites et coulisser afin de hisser la voile (figures 1 à 5). La forme exposée au vent du bord d’attaque dans le profil est avantageusement circulaire afin d’être invariante par rotation. Entre les rails mais du coté non exposé au vent le bord d’attaque présente une gorge destinée à permettre aux nervures deux types de mouvements: coulisser le long du mât (pour hisser et affaler la voile) et laisser libre la rotation du bord d'attaque par rapport aux nervures (entre les deux angles extrêmes pré-définis). Cette gorge sert de guide pour la partie avant des nervures et empêche leur glissement de droite à gauche dans un plan perpendiculaire au bord d’attaque lorsque la partie arrière des nervures est maintenue par une sangle (11, figures 4 et 6).

Les entretoises (3) sont avantageusement composées de deux tiges identiques fixées en leurs extrémités sur un axe ce rotation . Cet axe est commun avec une pièce·d’interface (4) qui permet de relier les tiges avec un plan de voilure. L’espacement entre deux tiges jumelles est constant et permet le passage guidé d’une nervure. Les entretoises bloquent le mouvement des nervures le long d’un axe parallèle au bord d’attaque (3). Les entretoises sont réparties le long du profil et la longueur de chacune correspond localement à l’épaisseur du profil.

le bord de fuite est réduit à une couture des deux plans de voilure sur leur partie arrière sauf au niveau des nervures (figures 4 et 6). A ce niveau le bord de fuite présente une ouverture laissant apparaître une nervure et deux lattes. Les parties arrières de la nervure et des lattes peuvent avantageusement être emprisonnées par une sangle (11) fixée sur un plan de voilure. Cette sangle se referme au moyen d’une boucle de fermeture (12) fixée sur l’autre plan de voilure.

Pour hisser la voile on utilise le point de têtière qui équipe chaque plan de voilure. Ces points de têtière doivent être hissés de manière symétrique pour éviter un blocage dans les rails. A cette fin les deux câbles, avantageusement fixés par des manilles sur les points de têtière, se rejoignent pour ne former qu’un seul câble sur lequel est exercée la tension nécessaire pour hisser la voile. La distance entre les manilles et le point de regroupement des deux câbles correspond environ à 1 a hauteur du mât.

Les nervures (2) sont introduites dans la voile par les ouvertures (figure 4) prévues à cet effet et passent entre les tiges jumelles des entretoises jusqu’à venir en butée sur la gorge présente dans le bord d’attaque (figure 3). Un éventuel fourreau peut avantageusement guider la nervure en^re l’ouverture et le bord d’attaque.

Les lattes (5) sont introduites par la même ouverture que la nervure correspondante, glissent dans leur fourreau, passent dans les évidements des pièces d’interface (4) des entretoises (figure 7) et viennent en butée au niveau des rails du bord d’attaque. Les lattes ne sont pas nécessairement mises en tension lors de la fermeture de la sangle (11) et peuvent simplement être placées à l’emplacement prévu.

Pour tendre la voile le long du bord d’attaque on utilise le point d’amure présent sur chaque plan de voilure. Lorsque la voile est hissée on exerce une tension entre les points de têtière et les points d’amure.

Pour tendre la voile le long du bord de fuite on utilise le point d’écoute qui équipe chaque plan de voilure et le point de fixation haut (7) qui équipe le sommet de chaque plan de voilure du coté du bord de fuite. Les points d’écoute sont fixés à la borne et les points de fixation haut sont tendus par un câble (9) coulissant le long du mât.

Dans le cas d’une application de type aile, les plans de voilure et les nervures ne sont pas destinés à être amovibles et les lattes ne sont pas nécessaires. Ceci amène un certain nombre de différences dans la réalisation technique.

Les plans de voilure peuvent se rejoindre, en leur extrémité coté bord d’attaque, pour ne former qu’une seule surface qui enveloppe le bord d’attaque (figure 8). Ceci permet d’exposer à l’extérieur une surface continue, plus lisse que dans le cas de la voile décrite précédemment et donc plus favorable à un bon écoulement de fluide sur la voilure. Le plan de voilure peut avantageusement être constitué d’un matériau peu souple (par exemple une plaque métallique peu épaisse) permettant d’épouser le profil sans avoir besoin du renfort de lattes ni de mise en tension.

Les nervures sont fixées en leurs extrémités sur des axes de rotation communs au bord d’attaque et au bord de fuite. Au niveau du bord d’attaque, l’axe de rotation peut être un axe quelconque mais l’axe de rotation du bord d’attaque autour de lui même possède un intérêt particulier comme on le verra par la suite. Au niveau du bord de fuite (avantageusement de forme triangulaire isocèle dans le profil) l’axe de rotation pourra être placé au milieu de la partie du bord de fuite intérieure au profil. De plus la hauteur dans le profil de cette partie intérieure pourra avantageusement être de la même longueur que le diamètre du bord d’attaque. Cette disposition possède l’avantage de modifier très peu l’angle d’incidence lorsque le profil de l’aile est modifié en maintenant inchangé la position du plan contenant les nervures.

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Pour relier l’aile à un support quelconque, des poutres fixées sur les nervures sont avantageusement utilisées. Ces poutres sont placées de manière à ne pas bloquer le déplacement des entretoises ou du plan de voilure et peuvent avoir une orientation parallèle au bord d’attaque. Le changement du profil est alors possible à partir du support en faisant tourner le bord d’attaque. Un système mécanique bloquant le déplacement des nervures par rapport aux entretoises est souhaitable afin de rigidifier la forme du profil choisi. Des mâchoires articulées, fixées sur les entretoises et pouvant se refermer sur les nervures à la manière de freins, pourront avantageusement remplir ce rôle et être actionnées à partir du support.

L’invention sera mieux comprise à l’aide des figures jointes qui correspondent aux deux exemples non limitatifs cités ci-dessus. La numérotation des différents éléments reste la même pour toutes les figures et ceci pour une meilleur lisibilité.

La figure 1 représente schématiquement le profil d’une voilure conforme à l’invention pour une application de voile de bateau. Le profil est dans une position neutre et symétrique.

La figure 2 représente schématiquement le profil d’une voilure conforme à l’invention pour une application de voile de bateau. Le profil est dans une position dissymétrique.

La figure 3 représente schématiquement le profil d’une voilure conforme à l’invention pour une application de voile de bateau. Le profil est dans une position dissymétrique opposée à celle de la figure 2.

La figure 4 représente schématiquement le sommet d’une voile de bateau associée à la figure 3.

La figure 5 représente schématiquement la partie avant basse d’une voile de bateau associée à la figure 4.

La figure 6 représente schématiquement le bord de fuite au niveau d’une nervure d’une voile de bateau associée à la figure 5 .

La figure 7 représente schématiquement une configuration possible des éléments constitutifs d’une entretoise.

La figure 8 représente schématiquement le profil d’une voilure conforme à l’invention pour une application d’aile ou d’ailette. Le profil est dans une position dissymétrique.

Claims (5)

1. Structure à profil hydrodynamique déformable destinée à produire une portance sous l’action de l’écoulement d’un fluide le long de sa surface, constituée d’entretoises (3), de nervures (2), d’un ou plusieurs plans de voilure (6a, 6b), d’un bord d’attaque (1) et éventuellement d’un bord de fuite (14) et de lattes (5), caractérisée en ce que le bord d’attaque (1) peut avantageusement tourner autour de son axe et provoquer par cela le déplacement relatif du ou des plans de voilure (6a, 6b), des entretoises (3) et des nervures (2) de manière à modifier le profil d’une forme symétrique vers différentes formes di ssymét r i ques.

2. Structure à profil hydrodynamique déformable selon la revendication 1 caractérisée par deux parties du ou des plans de voilure (6a, 6b) fixées sur le bord d’attaque (1) et qui par le mouvement de rotation du bord d’attaque sont légèrement enroulée pour la première partie et déroulée pour la seconde partie autour du bord d’attaque.

3. Structure à profil hydrodynamique déformable selon les revendications 1 et 2 caractérisée par des nervures (2) ^ui maintiennent un écartement entre le bord d’attaque (1) et le bord de fuite (14) tout en permettant la rotation du bord d’attaque et les mouvements associés des entretoises (3) et des plans de voilure (6a, 6b).

4. Structure à profil hydrodynamique déformable selon les revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le blocage de la rotation du bord d’attaque (1) par rapport aux nervures (2) détermine une forme particulière pré-définie du profil de ladite st ructure.

5. Structure à profil hydrodynamique déformable selon les revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le blocage mécanique du mouvement des entretoises (3) par rapport aux nervures (2) rigidi f ie le profi1. S) Structure à profil hydrodynamique déformable selon les revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la fixation rie ladite structure sur un support peut avantageusement utiliser des poutres fixées sur les nervures (2).