WO1992003331A1 - Procede de transport utilisant des coussins gazeux et/ou liquides confines - Google Patents

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WO1992003331A1
WO1992003331A1 PCT/FR1991/000668 FR9100668W WO9203331A1 WO 1992003331 A1 WO1992003331 A1 WO 1992003331A1 FR 9100668 W FR9100668 W FR 9100668W WO 9203331 A1 WO9203331 A1 WO 9203331A1
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cushions
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water
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Pierre Bourgogne
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Pierre Bourgogne
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B63B1/38—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction using air bubbles or air layers gas filled volumes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Definitions

  • the invention relates to a transport method, in particular for water, using one or more gaseous and / or liquid cushions, as well as the production and the Bise code of implementing the special components required,
  • the present invention relates to a process in which the "gas cushions" are confined without loss to the fact that all or part of the walls of containment cars are naked and positioned optinalenent by manual or autonatic controls (which allows to optimize the containment and the reactive exhaust) before use of all their energy conne propulsion force by reaction, thus 100% of the total power available can be used for jet propulsion.
  • Level detectors anticipating the variations in altitude of the water surface in order to optimize the adjustment of the containment walls
  • the dull "gas cushion” is used in its broadest sense, the cushion or cushions being constituted by a fluid which can be either air, or exhaust gases, or a mixture of the two ,
  • liquid cushions is used to designate the mesh network made up of a multitude of very small volumes of endoisoned water arranged in a single layer pressed against the hull of the ship,
  • the present invention aims to remedy the drawbacks of known techniques and allow significant savings in propellant force
  • the subject of the invention is also the use of exhaust gases from the main engines of the ship, which are at a non-negligible pressure, to constitute all or part of the "gas cushions" thus significantly improving the overall efficiency,
  • Figs 1 and 1b are schematic longitudinal sections on a ship with deep "gas cushions" under submerged hull, sailing on calm water, corresponding to case - A - above
  • Figs 2 and 2b are longitudinal sections of this same vessel, on a rough water body
  • Figs 3 and 3b are transverse sections of this same vessel on a calm body of water
  • Figs. 4 and 4b are cross-sections of this same vessel on agitated water
  • Fig 5 is a longitudinal section of a vessel with a "gas cushion" on the surface corresponding to case -B above
  • Fig 6 is a cross section of this same ship
  • Fig 7 is a detail view of a sliding longitudinal wall or partition of containment, adjustable and extendable for the two types of vessels -A- and -B-
  • Fig 8 is a hinged lifting variant of the walls or partitions of Fig 7
  • Fig S is a variant common to the two types of vessels -A- and -B- above with anti-roll / lateral pitching boxes
  • Fig 10 is a section on a transverse containment partition for the two types of vessels -A- and -B-
  • FIGS. 1 and 1b are longitudinal sections on a vessel with "Gas cushions" of type -A- on calm water,
  • the bottom (1) of the ship preferably flat over most of its surface, serves as a roof for the gas cushions (2) which are further confined by;
  • the "gas cushions” are either air compressed by a conventional compressor, or propellant exhaust gases, or a mixture of both, their pressure is adapted to exactly balance the weight of the ship (which varies in depending on the load on board) and the water pressure at the depth where they prevail, for example for a ship whose draft is equal to 10 m the “gas cushions” will be 10 m deep and their pressure will be equal to 1 kg / cm2 added to atmospheric pressure,
  • the percentage of the power necessary to overcome water / hull friction ranges from 95% to 70% of the total power of a conventional ship when its speed varies between 10 and 25 knots,
  • the thickness of the "gas cushions" can be any but the greater it will be the greater the height of the containment walls, resulting in increased friction, moreover the height of the walls must be sufficient to prevent the lateral escape of gases confined due to the inclination of the ship caused by the pitch and roll which, for large ships, very rarely exceed 2 and 6 ', there is therefore an optimization to be carried out which is mainly a function of the dimensions of the vessel, the distance between containment walls and the usual state of agitation of the water plane,
  • the containment walls and partitions may be simple and fixed, with no moving parts, especially for ships with low roll / pitch angles because they are of large dimensions and / or that they navigate on caim ⁇ s waters, but they will advantageously be composed of a fixed part and of a mooile extension this so as to have a surface as reduced as possible when the water level is calm and to be deployed only in case of strong agitation oe this one to avoid losses Oe gas,
  • FIGS. 3 and 3 b are sections on the same ship as that of FIGS. 1 and 1b, but on agitated water, the axis of the ship not being horizontal for most of the time oe navigation , we see that the section of the gas cushions is no longer rectangular but approximately triangular, the moving parts C 5 and / or 7) of the walls and containment partitions (3,4,5,12) are deployed fig, 1, the transverse partitions (12) shown, FIGS. 3 and 3 b are cross sections on the same ship as that of FIGS. 1 and 1 b, on a calm body of water,
  • Figures 4 and 4b are like Figures 3 and 3b but on agitated water, the mopile parts (6 and / or 7) of the walls and partitions (3,4,5,12) are deployed in the figure 4 alone,
  • FIGS. 5 and 6 are longitudinal and transverse sections of a vessel with "gas cushions" on the surface corresponding to case -B- above,
  • the bottom of the ship constitutes the roof of one or more "gas cushions”: totally confined between it, external walls (3) (or lateral boxes (9)), one or more longitudinal partitions (4), a wall front (15), straight or not, the lower part of which most often consists of several individually adjustable mobile panels (16) separated by webs (17) and a rear wall (18) "with adjustable reactivity", possibly made up in its lower part, one or more movable elements (19) adjustable separately, the moving parts are moved by actuators according to the load of the ship and the agitation of the water,
  • the wall (18) is provided one or more openings of adjustable section (20) through which the compressed gases from the gas cushions can escape, causing, by direct reaction, the propulsion of the ship in the opposite direction of this exhaust, It is also possible to steer the ship in all the directions by arranging several other openings of adjustable section (20) at selected points on the periphery of the ship,
  • the gas cushions (2) are supplied with air and possibly exhaust gas by the main machinery of the ship, they are used initially to lift the ship so that its bottom is no longer in contact with water, the openings (20) then being fer ⁇ ées, then once the normal operating altitude of the ship is reached, they are gradually opened and the ship advances,
  • the section of the openings (20) being adjustable it is possible to create a greater reaction thrust on one edge of the ship than on the other, which makes it possible to execute turns, it is of course possible to keep a rudder and a small conventional machinery with propellers for example, in particular for port maneuvers where it may be necessary to limit the violent drafts created by the exhaust of the gas cushions,
  • the most delicate problem to be solved for this type of vessel was that of the compressed air losses at the periphery of the vessel: it is obvious that on a perfectly united body of water it is enough that the peripheral walls hardly penetrate into or outcrop the water to obtain a good seal, on the other hand the more the surface is agitated by the waves the more this seal is random, the invention solves this difficulty by the use of walls, boxes, partitions and adjustable containment panels manually and / or mechanically and / or automatically depending on the load and the agitation of the surface.
  • the lower part of the panels (16) can be constituted by an elastic material such as rubber to follow as closely as possible the detailed relief of the water.
  • One means of controlling the actuators ensuring the positioning of the panels (16) consists in having well in front of the wall (15) level detectors (21, 22) which permanently detect the level of water that the vessel will encounter. which makes it possible to determine the optimal position to give to each panel (16) at the time of this meeting,
  • a detector mechanical (for example a float (21)), or using acoustic waves, light , electromagnetic, etc. or any other means (22) of detecting a level.
  • These detectors can directly control the actuators or, preferably, be connected to a computer, controlling the actuators itself, equipped with a program allowing it to calculate in real time the average altitude that the water will have at its meeting point. with each panel (16) taking into account the speed of the ship, its load, ia qeniveiiation that the water encountered, oes angles oe roll / pitch, or temos necessary for eue the actuators bring the panels to the calculated position etc.,
  • the panels (19) at the rear of the ship can be controlled in the same way, but the differences in level with the water are much lower since the surface is laminated and smoothed over the entire length or the ship by gas cushions, a controller simple direct actuators will therefore most often be sufficient. It is also possible to control the deployment of the mobile parts (6,7) by the same means.
  • the actuators themselves moving the movable parts (6,7,16,19,20) are mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic etc ... and possibly manual for small boats,
  • FIG. 7 is a detail view, in a dotted line, of a longitudinal wall or partition (3,4) of containment, usable for cases -A- and -B-, with its deployable sliding part (6).
  • FIG. 8 is a detail view, a variant of FIG. 7 in which the movable sliding part (6) is replaced by a lifting part (7) with a longitudinal articulation (8),
  • Figure 9 is an alternative cross-section, valid for cases -A- and -B- in which the simple longitudinal external confinement walls (8) are replaced by fixed boxes (9) with a double wall contributing directly to the stability of the ship, their bottom (10) can be closed which makes the box (9) etanene which then acts as a float, or it can be opened and it is then necessary to breathe gas as in the "gas cushions "main,
  • These boxes are closed at both ends of the vessel and, when necessary, transverse partitions (11) limit the risk of loss of compressed gas due to pitching, Deployable movable parts (6 and / or 7) similar to the preceding may also be planned
  • FIG. 10 is a cross-section on a large scale on a transverse partition (12) of containment valid for cases -A- and -B-.
  • These partitions useful only for ships subjected to relatively strong pitching, are made of deformable material, such as rubber, or else consist of mobile rigid elements articulated in (13) and can:
  • - either include a float zone (14) so as to follow the water level to seal between adjacent gas cushions,
  • transverse partitions (12) slide as close as possible to the walls (3) and longitudinal partitions (4) in order to limit to the strict minimum the losses and exchanges of compressed gas between adjacent cushions which harm the stability of the ship.
  • transverse partitions may not be perpendicular to the longitudinal axis of the vessel but form V with a point directed towards the front, in order to reduce the "wave effect" that their presence risks causing.
  • joints can be provided., but a tight seal is not essential, however, since slight losses are easily compensated at all times by a supply of compressed gas which is inexpensive, or leads is free if the gases are used. exhaust, and therefore remains without appreciable impact on the overall performance.
  • a ship of type -B- equipped in this way has the possibility of leaving the aquatic environment to go up on a bank arranged in regular and flat gentle slope in order to park on dry land,
  • the movable front adjustable panels (16) are arranged as shown in (25) fig 5 so that their lower edges are at the same height as the lower edges of the walls and fixed partitions (3,4) whose movable parts (6,7) are in the raised position , the lower edges of the rear movable panels (19) are also adjusted to the same height.
  • FIGS. 5 and 6 One way of supplying the 'gas cushions' with compressed air is shown in FIGS. 5 and 6: according to conventional techniques one or more overhead propellers (23) suck in air To discharge it under pressure under the hull, this discharge taking place in the invention by means of fairings and conduits (24), these, as well as the propellers (23), are represented at the front of the ship, but this position is not obligatory. tablet that can be injected anywhere under the shell. According to the invention, all of this air is used to, at the same time and at the same time, create "gas cushions" lifting the ship and ensuring at least most of the propulsion thereof.
  • all or part of the expansion of the compressed gases of the "gas cushions” can be used to actuate one or more turbines themselves driving one or more conventional submerged propellers, thus replacing all or part of the direct reactive propulsion force by a force conventional propeller propulsion.
  • the vessels, for both -A- and -B- cases can also be fitted with conventional anti-roll stabilizing fins, and in case -A- with 'Bulbs' which reduce the bow effect.

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Abstract

Pour réduire les surfaces de frottement eau/coque et donc la puissance nécessaire à la propulsion des navires, des coussins gazeux (2) sont créés et entretenus: soit confinés en profondeur sous la coque profonde immergée (1) des navires, sans pertes ni échappement des gaz comprimés entre des parois et des cloisons fixes et/ou mobiles et/ou commandées (3, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 12); soit en surface entre le fond (1) du navire et des parois fixes et/ou mobiles (3, 4, 6, 7, 9, 11, 12, 16, 19). Le potentiel énergétique des "coussins gazeux" (2) est intégralement utilisé pour propulser le navire par réaction directe avec échappement au travers d'ouvertures de section réglable (20), ou pour actionner une ou des hélices après détente dans une turbine. Des appareils (21, 22) détectent le niveau de l'eau bien en avant du navire et commandent les parties mobiles des parois et cloisons. Dans le même but d'économiser l'énegie propulsive, des coussins liquides se forment d'eux-mêmes en munissant la coque des navires d'un réseau de cloisons de faible hauteur.

Description

PROCEDE DE TRANSPORT UTILISANT DES COUSSINS GAZEUX ET/OU LIQUIDES CONFINES
L'invention concerne un procédé de transport, en oarticulier aquatique, utilisant un ou plusieurs coussins gazeux et/ou liquides, ainsi oue la réalisation et le code de Bise en oeuvre des équioenents spéciaux nécessaires,
Ce ou ces coussins sont totalement confinés en profondeur ou confinés et réactifs en surface, avec possibilité de réglages connandés et/ou automatiques des parois de confinenent, permettant de réaliser d'inportantes économes sur la puissance nécessaire a la oropulsion, ce procédé est applicable à différents noyens de transport et navires de tous tonnages, lents ou rapides , tant d'eau douce que mariUnes. L'effet " coussin d'air " est connu depuis longtenos dans le doname des transports, en particulier aquatiques, il a toujours été utilisé jusqu'à ce jour essentielleaent comme moyen de soulever un navire au dessus de la surface de l'eau afin de réduire les surfaces de frottement coque/eau, et l'on sait que ces frottenents représentent l'essentiel de la résistance à l'avancenent de tout navire et donc absoroent la plus grande partie de lapuιssance dispomble, nais ce résultat ne pouvait être obtenu jusqu'à ce jour qu'au prix de très importantes pertes d'air comprimé très coûteuses en énergie en particulier a la périphérie des " Jupes " classiques, Par ailleurs l'effort de propulsion ou tout au noms sa plus grande partie était assuré jusqu'ici par-des noyens distincts de ceux nécessaires au soulèvement ou par la dérivation d'une partie de ces noyens, Enfin, jusqu'à maintenant, les coussins d'air n'ont été utilisés du'en surface pour des navires relativement légers et rapides et janais en profondeur sous des navires iourdenent chargés.
Plusieurs brevets concernent l'effet " Coussin d'air ", mais dans des utilisations autres que celles de la presente invention :
1' Aucun ne concerne les utilisations prévues en -A- et en -C- ci dessous c'est à dire en profondeur, sous la coque profonde classiqueaent immergee d'un navire,
2' Le brevet Français VALLAS N' 2 460 242 déposé le 4 Juillet 1979 sous ne N' 79 17378 concerne, en partie, la seule utilisation prévue en -B- ci dessous, nais :
" il concerne un Bateau aéroglisseur, pour lequel la sortie d'air comprimé se fait par l'arriére entre la surface de l'eau et des parois fixes non réglables constituant le fond du bateau, la part de la puissance fournie par le ou les moteurs et utilisée pour la propulsion oar réaction n'est que de 10 à 15 % de la puissance totale disponible, alors que la présente invention concerne un Procédé dans lequel les " Coussins gazeux " sont confinés sans pertes au fait oue tout ou partie des parois de confinenent oobiles sont nues et positionnées optinalenent par des commandes manuelles ou autonatiques ( ce qui permet d ' optiniser le confinement et l'échappement réactif ) avant utilisation de la totalité de leur énergie conne force de propulsion par réaction, de ce fait 100% de la puissance totale disponible peuvent être utilisés pour la propulsion par réaction.
" il ne prévoit pas l'utilisation de " Détecteurs de niveaux " anticipant les variations d'altitude de la surface de l'eau afin d'optimser le réglage des parois de confinenent,
- il ne concerne σue des bateaux de très faibles dinensions naviguant à grande vitesse, alors que la présente invention concerne des navires de toutes tailles et vitesses,
- il prévoit la création de coussins d'air actifs seulenent à vitesse de croisière alors quedans la presente invention le ou les coussins gazeux existent à toutes les vitesses ou navire. - il prévoit des dérives et des ailerons pour anéliorer la stabilité du navire, alors que dans la présente invention la stabilité est assurée par les coussins gazeux eux mêmes et/ou des caissons latéraux,
- contrairement à la présente invention, il ne prévoit pas l'utilisation des gaz d'échappement des moteurs eux marnes pour constituer tout ou partie des coussins gazeux,
- contrairement à la présente invention, il ne prévoit pas la possibilité d'utiliser totalement ou partiellement, en variante, l'échappenent du fluide comprimé des coussins gazeux par détente dans des tuyères et des turbines actionnant des hélices immergées, - Un autre brevet BERGSTR5K N' 2 027 905 déposé le 5 Janvier 1970, demande déposée en Suède le 8 Janvier 1969 N* 216/1969, concerne un véhicule à coussin d'air utilisant un effet de réaction vers l'arrière d'une partie seulenent de l'air comprimé par des soufflantes, mais, outre plusieurs différences similaires à celles déjà relevées ci dessus avec le brevet Vallas, les revendications précisent que l'air sous pression fourni par les soufflantes est d'une part amené dans un espace contenant plusieurs coussins d'air servant uniquenent à la sustentation et d'autre part éjecté directement de façon à propulser le véhicule, il y a donc séparation des deux fonctions sustentation et propulsion, alors que dans la présente invention c'est la totalité du fluide gazeux ois en pression qui est utilisée à la fois et en mené temps pour la fornation des coussins gazeux de sustentation et pour la propulsion celle ci étant assurée par l'échappenent direct strictenent contrôlé du ou des coussins gazeux en direction inverse du sens de marche du navire, il n'y a donc, dans la présente invention, aucune séparation des fonctions suspension et propulsion ce qui est une source d'économes de force motrice très importante.
La partie caractérisante de ces mêmes revendications précise que la sortie des soufflantes comprimant l'air doit obligatoirement s'effectuer à l'arriére du véhicule alors que dans la présente invention l'air et/ou les gaz sous pression peuvent être injectés en n'importe quels points sous la coque du navire.
La différence entre ces deux brevets et l' invention est donc considérable,
Dans tout ce qui suit le terne " coussin gazeux " est utilisé en son sens le plus large, le ou les coussins étant constitués par un fluide qui peut être soit de l'air, soit des gaz d'échappement, soit un mélange des deux,
Le terme " coussins liquides " est utilisé pour désigner le réseau maillé constitué par une multitude de très petits volumes d'eau endoisonnés disposés en une seuie couche plaquée contre la coque du navire,
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des techniques connues et de permettre d'importantes économies de force propulsive grâce ;
I ) - Au confinenent de " coussins gazeux " créés et entretenus ;
- A - soit en profondeur, pour des navires à coque profonde inβergée, sans perte ni échappement des gaz qui sont totalement confinés entre le fond de la coque et des parois et des cloisons fixes et/ou nobiles et commandées, la propulsion proprement dite étant assurée par tous moyens classiques notamment par une ou des hélices, l'économie d'effort de propulsion résultant dans ce cas de l'importante diminution des surfaces de frottement eau/coque. - B - soit en surface, sans pertes inutiles des gaz de sustentation qui sont confines entre des parois et des cloisons fixes et/ou mobiles et/ou commandées, mais avec échappement dirigé de ces gaz dans le sens inverse à celui du déplacement du navire et sans pertes dans les autres directions, La volume, la vitesse, la pression et la direction de cet échappement sont inoculables et calculés pour assurer, par utilisation de la force directe de réaction, la totalité ou au moins une grande partie de la force globale nécessaire a la propulsion, L'économie d'effort de propulsion resuite dans ce cas de la reducticn très importants des surfaces de frottement eau/coque et de la suppression totale ou quasi totale Des importantes pertes d'air de sustentation habituelles sur las navires aéroglisseurs classiques. Il est également possible d'utiliser, en totalité ou en partie, la détente des gaz confinés non pour leur force réactive directe mais dans une ou des turbines actionnant une ou plusieurs hélices ou tout autre moyen de propulsion,
Il est possible en outre de prévoir des propulseurs auxiliaires en particulier pour les manoeuvres portuaires,
Dans les deux cas A et B la puissance totale du navire, une fois celui ci soulevé par le ou les coussins de gaz comprimés ( et le temps nécessaire à ce soulèvement ne représente qu'une intime fraction ou temps global de fonctionnement d'un navire J, est alors disponible en totalité pour la seule propulsion puisqu'il n'y a aucune perte inutile de gaz comprimé et que, là distance moyenne entre le fond de la coque et la suriace de l'eau sous la coque -estant constante, il n'y a ce ce fait plus de travail de soulèvement à fournir, Là puissance totale nécessaire est donc très sensiblement diminuée puisque, dans les deux cas, les surfaces de frottement eau/coque sont fortement réduites, Dans les deux cas également les parois et cloisons de confinement sont de préférence mobiles en partie ou en totalité et snnt mues manuellement et/ou mécaniquement et/ou automatiquement,
L'objet de l'invention est également l'utilisation des gaz d'échappements des moteurs principaux du navire, qui sont à une pression non négligeable, pour constituer tout ou partie du ou des " coussins gazeux " améliorant ainsi notablement le rendement global ,
II • - Au confinement de " coussins d'eau " :
- C - Ceux ci se créent d'eux mêmes sous les navires à coque oroTonde immergée en constituant sous le fond et éventuellement sur une partie des cités de celle ci un réseau maillé de cellules, que l'eau environnante remplit spontanément, fermées sur une face par la coque et sur toutes leurs autres faces sauf une . celle qui est au contact de l'eau libre ) par des cloisons rigides et/ou élastiques de très faible hauteur fixées à la coque, chaque cellule constitue un coussin d'eau de très faible volume.
La puissance totale nécessaire est donc, dans ce cas également, diminuée du fait eu remplacement d'une partie très importante des frottements cooue/eau par des frottements eau/eau beaucoup moins coûteux en énergie,
La hauteur de ces cloisons est optimisée en fonction de la taille du navire,
L'invention est exposée ci après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement un mode d'exécution. Elle concerne bien entendu les navires neufs mais il est, dans ia plupart des cas, possible de l'adapter aux navires existants moyennant des modifications limitées de la coque,
Les Fig 1 et 1 b sont des coupes longitudinales schématiques sur un navire à " coussins gazeux " profonds sous coque immergée, naviguant sur plan d'eau calme, correspondant au cas - A - ci dessus
Les Fig 2 et 2 b sont des coupes longitudinales de ce même navire, sur plan d'eau agité Les Fig 3 et 3 b sont des coupes transversales de ce même navire sur plan d'eau calme Les Fig,4 et 4 b sont des coupes transversales de ce même navire sur plan d'eau agité
La Fig 5 est une coupe longitudinale d'un navire à " coussin gazeux " en surface correspondant au cas -B- ci dessus
La Fig 6 est une coupe transversale de ce même navire
La Fig 7 est une vue de détail d'une paroi ou cloison longitudinale coulissante de confinement, réglable et extensible pour les deux types de navires -A- et -B-
La Fig 8 est une variante relevable articulée des parois ou cioisons de la Fig 7
La Fig S est une variante commune aux deux types de navires -A- et -B- ci dessus avec caissons anti-roulis/tangage latéraux
La Fig 10 est une coupe sur une cloison transversale de confinement pour les deux types de navires -A- et -B-
Les figures 1 et 1 b sont des coupes longitudinales sur un navire à " Coussins gazeux " de type -A- sur plan d'eau calme,
Le fond (1) du navire, de préférence plat sur la plus grande partie de sa surface, sert de toit aux coussins de gaz (2) qui sont en outre confinés par ;
- un prolongement (3) vers le bas des parois externes ou navire ou par des caissons latéraux (S)
- une ou plusieurs cioisons longitudinales (4),
- un prolongement (5) vers le bas des parois externes formant la proue et la poupe du navire,
- d'éventuelles cloisons transversales (12) représentées en 1 b seulement,
Les parties mobiles (6,7) des parois et cloisons n'étant pas déployées ne sont pas visibles et ne sont donc pas représentées ,
Les " Coussins gazeux " sont soit de l'air comprimé par un compresseur classique, soit des gaz d'échappements de l'appareil propulsif, soit un mélange oes deux, leur pression est adaptée pour équilibrer exactement le poids du navire ( qui varie en fonction de la charge embarquée ) et la pression de l'eau à la profondeur où ils régnent, par exemple pour un navire dont le tirant d'eau est égal à 10 m les " coussins gazeux " seront à 10 m deprofondeur et leur pression sera égale à 1 kg/cm2 s'ajoutant à la pression atmosphérique,
Les frottements eau/coque , très coûteux en énergie de propulsion, sont ainsi remplacés sur la plus grande partis de la surface en plan du navire par des frottements eau/gaz qui eux ne nécessitent pratiquement aucune dépense d'énergie,
Le pourcentage de la puissance nécessaire pour vaincre les frottements eau/coque s'échelonne de 95 % à 70 % de la puisance totale d'un navire classique quand sa vitesse varie entre 10 et 25 noeuds ,
Pour un navire ayant une largeur moyenne de 30 m et des parois verticales immergées sur 10 m de hauteur soit 50 m mouillés, le fait d'annuler les frottements sur le fond représente donc une économie théorique des 3/5 sur la puissance nécessaire pour vaincre les frottements, mais il faut bien entendu déduire du calcul le supplément de surface frottante occasionné par l'adjonction des parois de confinement ainsi que le léger accroissement de l' " effet de vague ", le calcul ainsi affiné permet de constater que l'économie réelle globale sur la puissance totale varie entre 352 et 25% pour des vitesses comprises entre 10 et 25 noeuds, La force nécessaire à la création initiale des " Coussins gazeux " est celle nécessitée par le soulèvement du navire d'une hauteur égale à l'épaisseur des coussins, ainsi pour un navire de 100,000 t, un compresseur de 200 CV fonctionnant pendant 1 heure suffira, une fois ce soulèvement effectué, et comme il n'y a pratiquement aucune perte de gaz comprimés, il n'y a plus aucune dépense d'énergie de soulèvement, celle ci est donc sans commune mesure avec celle nécessaire à la propulsion qui exige, pour un tel navire, des dizaines de milliers de chevaux pendant des temps infiniment plus longs, Bien plus ce soulèvement peut être gratuit en utilisant les gaz d'échappement de l'appareil propulsif principal oui pourront également compenser les pertes éventuelles pendant toute la navigation,
L' épaisseur des " Coussins gazeux " peut être quelconque mais plus elle sera forte plus la hauteur des parois de confinement oevra être grande, entraînant un surcroit de frottements, par ailleurs la hauteur des parois doit être suffisante pour empêcher l'échappement latéral des gaz confinés du fait de l'inclinaison du navire provoquée par le tangage et le roulis qui, pour des navires importants, ne dépassent que très rarement 2 et 6 ', il y a donc une optimisation à réaliser qui est fonction, principalement, des dimensions du navire, de la distance entre parois de confinement et de l'état d'agitation habituel du pian d'eau,
Par ailleurs en procédant à cette optimisation on peut admettre des pertes oes gaz comprimés en cas d'agitation très forte mais temporaire du plan d'eau, le gain sur la réfiuction des surfaces frottantes coque/eau diminuant alors proportionnellement à ces pertes miais sans autre incidence sur la bonne marche du navire, et le rendement global annuel du navire n'étant affecté que d'une façon minime,
Pour ces raisons l'épaisseur des coussins gazeux sera habituellement de quelques dècimètres, Les parois et cloisons de confinement, décrites ci après, pourront être simples et fixes, sans parties mobiles, surtout pour des navires ayant des angles de roulis/tangage faibles parcequ'ils sont de grandes dimensions et/ou qu'ils naviguent sur des eaux caimεs, mais elles seront avantageusement composées d'une partie fixe et d'une extension mooile ce façon à avoir une surface aussi réduite que possible quand le plan d'eau est calme et à n'être déployées qu'en cas ce forte agitation oe celui ci pour éviter les pertes Oe gaz,
Les figures 2 et 2 b sont des coupes sur le même navire que celui des fig, 1 et 1 b, mais sur plan d'eau agité, l'axe du navire n'étant pas horizontal pendant la plus grande partie du temps oe navigation, on voit que la section des coussins gazeux n'est plus rectangulaire mais approximativement triangulaire, les parties mobiles C 5 et/ou 7) des parois et cloisons de confinement (3,4,5,12) sont déployées fig, 1, les cloisons transversales (12) figurées, Les figures 3 et 3 b sont des coupes transversales sur le même navire que celui des figure 1 et 1 b, sur plan d'eau calme,
Les figures 4 et 4 b sont comme les figures 3 et 3 b mais sur plan d'eau agité, les parties mopiles (6 et/ou 7) des parois et cloisons (3,4,5,12) sont déployées sur la figure 4 seule,
Les figures 5 et 6 sont des coupes longitudinale et transversale d'un navire à " Coussins gazeux " en surface correspondant au cas -B- ci dessus,
Le fond du navire constitue le toit d'un ou plusieurs " coussins gazeux " :otalement confinés entre celui ci, des parois externes (3) ( ou des caissons latéraux (9)), une ou des cloisons longitudinales (4), une paroi avant (15), rectiligne ou non, dont le plus souvent la partie inférieure est constituée de plusieurs panneaux mobiles réglables individuellement (16) séparés, par des voiles (17) et une paroi arrière (18) " à réactivité réglable ", éventuellement constituée dans sa partie basse, d'un ou plusieurs éléments mooiles (19) réglables séparément, les parties mobiles sont mues par des actionneurs en fonction de la charge du navire et de l'agitation de l'eau, La paroi (18) est munie d'une ou plusieurs ouvertures de section réglable (20) par lesquelles peuvent s'échapper les gaz comprimés des coussins gazeux entraînant, par réaction directe, la propulsion du navire en sens inverse de cet échappement, Il est en outre possible de diriger le navire dans toutes les directions en disposant plusieurs autres ouvertures de section réglable (20) en des points choisis à la périphérie du navire,
Les coussins gazeux (2) sont alimentés en air et éventuellement en gaz d'échappement par la machinerie principale du navire, ils servent dans un premier temps à soulever le navire afin que son fond ne soit plus en contact avec l'eau, les ouvertures (20) étant alors ferαées, puis une fois l'altitude de marche normale du navire atteinte, elles sont progressivement ouvertes et le navire avance,
La section des ouvertures (20) étant réglable il est possible de créer une poussée de réaction plus importante sur un bord du navire que sur l'autre, ce qui permet d'exécuter des virages, il est bien entendu possible de conserver un gouvernail et une petite machinerie classique avec hélices par exemple, en particulier pour les manoeuvres portuaires où il peut être nécessaire de limiter les violents courants d'air créés par l'échappement des coussins gazeux,
Auparavant le problème le plus délicat à résoudre pour ce type de navires était celui des pertes d'air comprimé à la périphérie du navire : il est évident que sur un plan d'eau parfaitenent uni il suffit que les parois périphériques pénètrent à peine dans ou affleurent l'eau pour obtenir une bonne étanchèité, par contre plus la surface est agitée par les vagues plus cette étanchèité est aléatoire, l'invention résoud cette difficulté par l' utilisation de parois, de caissons, de cloisons et de panneaux de confinement réglables manuellement et/ou mécaniquement et/ou automatiquement en fonction de la charge et de l'agitation de ia surface.
En eau calme seules les parties fixes (3,4) des parois latérales et des cioisons longitudinales pénètrent partiellement dans l'eau.
En eau agitée, quand le tangage, le roulis et les vagues deviennent forts, les parties mooiles (6,7) de ces parois et cloisons (3,4) sont aoaissées accroissant ainsi considérablement les angles roulis/tangage admissibles sans pertes de gaz comprimés, ce surcroît de surfaces frottantes eau/coque, qui en tout état de cause reste faible, n'entraîne qu'une faible réduction du gain de rendement. La forme, la profondeur et les possibilités de réglage des parois, (16,16) à l'avant du navire et (13,19) à l'arrière, sont très importantes si l'on veut réduire à leur minimum les effets de vague de proue et de poupe qui freinent le navire et obtenir une étanchèité aussi parfaite que possible des coussins gazeux.
Ce problème est résolu par l'invention grâce à la possibilité de régler la position des parties mobiles des parois avant et arrière par rapport à la surface de l'eau, la partie inférieure mobile de la paroi avant pouvant éventuellement être fractionnée, surtout sur les navires importants, en plusieurs panneaux (16) et la paroi arrière en panneaux (19). Ces panneaux (16,13) sont séparés les uns des autres par des voiles (17) parallèles au grand axe ou navire et peuvent être positionnés manuellement ou mécaniquement,
Ces panneaux (16) sont positionnes à la bonne hauteur et juste au moment voulu par des actionneurs classiques afin de ne pénétrer que le minimum possible dans l'eau ou seulement l'effleurer, de cette façon l'arête inférieure des panneaux (16) suit aussi fidèlement et d'aussi près que possible la surface de l'eau en ne la " labourant " que le moins possible tout en évitant au maximum les fuites des coussins gazeux,
De plus la partie basse des panneaux (16) peut être constituée par un matériau élastique tel du caoutchouc pour suivre au plus près le relief de détail de l'eau.
Un moyen de commander les actionneurs assurant le positionnement des panneaux (16) consiste à disposer bien en avant de la paroi (15) des détecteurs de niveau (21,22) qui décèlent en permanence le niveau de l'eau que le navire va rencontrer ce qui permet de déterminer la position optimale à donner à chaque panneau (16) au moment de cette rencontre, A chaque panneau (16) correspond un détecteur, mécanique ( par exemple un flotteur (21) ), ou utilisant des ondes acoustiques, lumineuses, électromagnétiques etc.. ou tout autre moyen (22) de déceler un niveau.
Ces détecteurs peuvent commander directement les actionneurs ou, préférentiellement, être reliés à un calculateur, commandant lui même les actionneurs, doté d'un programme lui permettant de calculer en temps réel l'altitude moyenne qu'aura l'eau à son point de rencontre avec chaque panneau (16) en tenant compte de la vitesse du navire, de sa charge, de ia qeniveiiation ce l'eau rencontrée, oes angles oe roulis/tangage, ou temos nécessaire pour eue les actionneurs amènent les panneaux à la position calculée etc.,
Les panneaux (19) a l'arrière du navire peuvent être commandes de la mène façon, mais les dénivellations ce l'eau sont beaucoup plus faibles puisque la surface est laminée et lissée sur toute la longueur ou navire par les coussins gazeux, une commanoe directe simple des actionneurs sera donc le plus souvent suffisante. Il est également possible oe commander le déploiement des parties mooiles (6,7) par les mêmes moyens.
Les actionneurs eux mêmes déplaçant les parties mooiles (6,7,16,19,20) sont mécaniques, électriques, hydrauliques, pneumatiques etc... et éventuellement manuels pour les emoarcations de petite taille,
La figure 7 est une vue de détail, en couse, d'une paroi ou cloison longitudinale (3,4) de confinement, utilisable pour les cas -A- et -B-, avec sa partie déployable coulissante (6). La figure 8 est une vue de détail, variante de la figure 7 où la partie coulissante mobile (6) est remplacée par une partie relevable (7) avec une articulation longitudinale (8),
La figure 9 est une coupe transversale en variante, valable pour les cas -A- et -B- dans laquelle les parois simples longitudinales externes de confinement (8) sont remplacées par des caissons fixes (9) a qouble paroi contribuant directement à la stabilité du navire, leur fond (10) peut être fermé ce qui rend le caisson (9) étanene qui agit alors comme un flotteur, ou bien il peut être ouvert et il est alors nécessaire d'y insufler des gaz comme dans les " coussins gazeux " principaux, Ces caissons sont fermés aux deux extrémités du navire et, quand nécessaire, des cloisons transversales (11) limitent les risques de pertes de gaz comprimés dûs au tangage, Des parties mooiles déployables ( 6 et/ou 7) similaires aux précédentes peuvent également être prévues
La figure 10 est une coupe à grande échelle sur une cloison transversale (12) de confinement valable pour les cas -A- et -B-, Ces cloisons, utiles seulement pour les navires soumis i un tangage relativement fort, sont en matière déformable, tel le caoutchouc, ou bien sont constituées d' éléments rigides mobiles articulés en (13) et peuvent:
- soit comporter une zone formant flotteur (14) de façon à suivre le niveau de l'eau pour réaliser l'étanchèité entre coussins gazeux contigus,
- soit être commandées automatiquement, toutes ensemble ou séparément, en fonction oe la charge et de l'agitation ou plan d'eau, de façon à ne pénétrer qu'un minimum sous la surface de l'eau ou à ne faire que l'effleurer, ceci afin de réduire l' " effet de vague " qu'elles risquent de provoquer, tout en assurant l'étancnéité entre coussins gazeux contigus.
- soit être réalisées avec combinaison des moyens ci dessus.
Elles peuvent également comporter des prolongements mobiles (6/7).
Dans tous les cas ces cloisons transversales (12) coulissent le plus près possible des parois (3) et des cloisons (4) longitudinales afin de limiter au strict minimum les pertes et échanges' de gaz comprimés entre coussins contigus qui nuisent a la stabilité du navire. Ces cloisons transversales peuvent ne pas être perpendiculaires i l'axe longitudinal du navire mais former des V à pointe dirigée vers l'avant, pour diminuer l' " effet de vague " que leur présence risque d'entraîner. Le nombre et les dimensions de ces cloisons qui conditionnent les risques de pertes de gaz comprimés par tangage et roulis forts, dépendent en particulier des dimension du navire La hauteur des parois ou cloisons de confinement (3,4,5,6,7), est fonction de la dimension du navire et de l'agitation moyenne habituelle du pian d'eau, elle sera généralement de quelques décimètres pour des navires de taille moyenne dans, le cas - A - avec coussins gazeux profonds car l'agitation de l'eau est faible en profondeur, cette hauteur pourra atteindre ou même dépasser 2,00 m pour le cas - B - avec coussins gazeux en surface où l'agitation de l'eau est plus forte.
Pour liniter les pertes de gaz comprimés au droit des parties coulissantes ou des articulations, des joints peuvent être prévus., mais une étanchèité rigoureuse n'est cependant pas indispensable car des pertes légères sont facilement compensées en permanence par un apport de gaz comprimé qui est peu coûteux, ou mène est gratuit si l'on utilise les gaz d'échappement, et reste donc sans incidence appréciable sur le rendement global.
Un navire de type -B- équipé de cette façon a la possibilité de quitter le milieu aquatique pour monter sur une berge aménagée en pente douce régulière et plane afin de stationner sur la terre ferme, Pour ce faire les panneaux mobiles réglables avant (16) sont disposés comme représenté en (25) fig 5 de façon à ce que leurs arètes inférieures soient à la même hauteur que les arètes inférieures des parois et cloisons fixes (3,4) dont les parties mobiles (6,7) sont en position relevée, les arêtes inférieures des panneaux mobiles arrières (19) sont également réglées à la même hauteur.
Les trappes (20) dans la paroi arrière sont presque totalement fermées, les gaz comprimés en (2) soulèvent le navire qui s'avance lentement sur la pente douce poussé par la réaction de la partie des gaz comprimés s'échappant encore au travers des trappes (20) non totalement ferαées. Des fuites de gaz comprimés se produisent i la périphérie du navire entre le sol et le bas des parois et cloisons (3,4,16,19) mais restent relativement faibles car la surface sur laquelle le navire se déplace est plane. Une fois le navire parvenu à l'endroit prévu pour le stationnement il suffit de réduire le régime de la machinerie pour que le navire se pose et s'immobilise, Les parois, cloisons et panneaux supportant alors le poids du navire doivent donc être calculés en conséquence.
Une façon d'alimenter les ' coussins gazeux ' en air comprimé est représentée sur les figures 5 et 6 : selon des techniques classiques une ou des hélices aériennes (23) aspirentl'air Pour le refouler sous pression sous la coque, ce refoulement se faisant dans l'invention par l'intermédiaire de carénages et de conduits (24), ceux ci, ainsi que les hélices (23), sont représentés à l'avant du navire, mais cette position n'a rien d'obligatoire l'air comprimé pouvant être insufflé en n'importe quel point sous la coque. Selon l'invention la totalité de cet air est utilisée pour, à la fois et en même temps, créer des " Coussins gazeux " soulevant le navire et assurer au moins la plus grande partie de la propulsion de celui ci. La hauteur moyenne du navire par rapport à la surface du plan d'eau ne variant pratiquement pas pendant toute la période de navigation il n' y a aucun travail à dépenser pour maintenir le navire à la bonne hauteur, de ce fait toute l'énergie contenue dans les gaz comprimés est disponible pour la seule propulsion qui se fait par réaction directe, Bien entendu un système de propulsion complémentaire classique peut être prévu, en particulier pour les manoeuvres portuaires,
En variante tout ou partie de la détente des gaz comprimés des " coussins gazeux " peut être utilisée pour actionner une ou des turbines entraînant elles mêmes une ou plusieurs hélices immergées classiques, remplaçant ainsi tout ou partie de la force de propulsion réactive directe par une force de propulsion classique par hélices.
Les navires, aussi bien pour les cas -A- que -B- peuvent être en outre équipés d'ailerons stabilisateurs anti-roulis classiques, et dans le cas -A- de ' Bulbes ' qui réduisent l'effet d'étrave.
Toutes les descriptions qui précèdent ne sont données qu'à titre indicatif et d'exemple, elles ne limitent nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails décrits par tous autres équivalents.
Ce procédé a des applications industrielles dans le domaine des transports, dans tous les pays et sur toutes les eaux navigables, il intéresse tous les constructeurs et réparateurs de navires ainsi que tous les transporteurs,

Claims

REVENDICATIONS
1, Procédé de transport, adapté principalement aux navires de tous tonnages, utilisant des coussins fluides confinés entre des parois et l'eau libre environnante afin de réduire les surfaces de frottement entre l'eau et la coque ce qui permet une importante économie sur les dépenses de propulsion,
caractérisé ; en ce que les coussins fluides sont ; a) soit oazeux et crées et entretenus en profondeur sous la coque immergée d'un navire, b) soit gazeux et créés et entretenus en surface sans pertes inutiles afin d'assurer à la fois et en même temps le soulèvement de la coque et la totalité ou tout au moins une grande partie de la propulsion du navire par réaction directe, les gaz comprimés s'êchappant en direction inverse de celle du sens de la marche au travers d'ouvertures oe section réglables (20), et/ou en traversant oes turomes entraînant elles mêmes tout moyen de propulsion tel une ou des hélices, c) soit liquioes, et qu'ils se créent spontanément sous et éventuellement autour de ia coque, et en ce que : d) les coussins gazeux, créés et entretenus à toutes les vitesses du navire,
sont constitués soit par de l'air comprimé, soit par une partie au moins des gaz d'échappement de la machinerie du navire, soit par un mélange des deux, ces gaz sont injectés en un ou plusieurs points sous la coque, e) les coussins liquides sont créés par un réseau maillé de cellules, que l'eau environnante remplit spontanément, fermées sur une face par la coque et sur toutes leurs autres faces sauf une, celle qui est au contact de l'eau libre, par des cloisons de faible hauteur fixées à la coque, chaque cellule constitue un coussin d'eau de très faible volume, et en ce que les parois de confinement; f) dans le cas a) où les coussins gazeux sont créés et entretenus en profondeur, sont fixes et/ou mobiles en tout ou partie, les parties mobiles sont commandées manuellement et/ou par des flotteurs et/ou par des commandes mécaniques de préférence automatiques, avec
possibilité de gestion par calculateur, 2, Procédé selon revendication 1 a-c-d-e-f, caractérisé en ce que les parois extérieures des navires sont prolongées sous la coque et vers le bas par des parois (3,5) servant au confinement d'un ou plusieurs coussins gazeux,
3, Procédé selon revendication 1 a-c-d-e-f, caractérisé en ce que une ou des cloisons longitudinales (4) divisent l'espace rempli de gaz comprimé régnant sous la coque en au moins deux coussins gazeux pour assurer la stabilité transversale du navire et permettre un angle de roulis plus important sans perte de gaz comprimés,
4, Procédé selon revendication 1 entière, caractérisé en ce que les fonds des caissons latéraux (9) peuvent être ouverts sur l'eau libre, des cloisons transversales (11) peuvent diviser l'intérieur de chaque caisson en deux ou plusieurs tronçons indépendants afin d'améliorer la stabilité longitudinale et d'augmenter l'angle de tangage admissible sans perte de gaz comprimés, dans le cas de caissons situés en profondeur sous la coque immergée ( 1 a ) ils peuvent également également avoir leur fond fermé par une paroi (10), 5, Procédé selon revendication 1 a-c-d-e-f, caractérisé en ce que une ou plusieurs cloisons transversales (12) fixes et/ou partiellement ou totalement mobiles, éventuellement en forme de V en plan et en coupe et munies de flotteurs (14), divisent l'espace rempli de gaz comprimés régnant sous la coque en plusieurs coussins gazeux pour parfaire la stabilité longitudinale du navire et permettre un angle de tangage plus important,
6, Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a-c-d-e-f, et 2,3,4,5 caractérisé en ce que les parties fixes des cloisons transversales (12) peuvent avoir, pour la plupart d'entre elles et afin de réduire l'effet de vague, une hauteur inférieure à celle des parois fixes de confinement global (3,4,5) afin que, par navigation en eaux calmes, leurs parties les plus basses soient situées à un niveau supérieur à celui de l'interface eau/gaz des coussins (2), à l'exception d'au moins l'une d'elles qui aura la même hauteur que les parois (3,4,5) afin de diviser les coussins gazeux en au moins deux groupes non communicants de volumes comparables et d'assurer ainsi la stabilité longitudinale du navire, surtout quand il n'y a pas de caissons latéraux (9), en cas de fort tangage l'épaisseur des coussins gazeux sera réduite volontairement et/ou du fait des pertes de gaz à la périphérie, toutes les cloisons (12) pénétreront alors légèrement dans l'eau en subdivisant les coussins gazeux en zones confinées plus nombreuses et plus courtes, l' angle de tangage possible sans pertes sera nettement plus important, dans ce cas il peut devenir inutile de prévoir les parties mobiles (6,7).
7, Procédé selon l'une quelconque des revendications I a-c-d-e-f et 2,3,4,5,6, caractérisé en ce que les parois et cloisons (3,4,5,12) et les caissons (9,11) peuvent comporter des parties mobiles extensibles coulissantes ( 6) ou repliables (7) qui peuvent être eues manuellement ou par des flotteurs et/ou des actionneurs mécaniques de préférence automatiques et/ou commandés par un calculateur, 8, Bateaux et équipements fluviaux, lacustres et maritimes caractérisés en ce qu' ils comportent les équipements et perfectionnements prévus selon la revendication 1 a et ses revendications dépendantes,
9, Bateaux et équipements fluviaux, lacustres et maritimes caractérisés en ce qu ' ils comportent les équipements et perfectionnements prévus selon la revendication 1 b et ses revendications dépendantes,
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