WO1995013960A1 - Systeme de propulsion a voile pour embarcation - Google Patents

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WO1995013960A1
WO1995013960A1 PCT/FR1994/001338 FR9401338W WO9513960A1 WO 1995013960 A1 WO1995013960 A1 WO 1995013960A1 FR 9401338 W FR9401338 W FR 9401338W WO 9513960 A1 WO9513960 A1 WO 9513960A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
boat
rod
airfoil
axis
pivot
Prior art date
Application number
PCT/FR1994/001338
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Marc Gardelle
Original Assignee
Gardelle Jean Marc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gardelle Jean Marc filed Critical Gardelle Jean Marc
Priority to AU10705/95A priority Critical patent/AU1070595A/en
Publication of WO1995013960A1 publication Critical patent/WO1995013960A1/fr

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/04—Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B63H9/068—Sails pivotally mounted at mast tip

Definitions

  • the subject of the invention is a vowel propulsion system intended to equip a boat.
  • boat By the term “boat” is meant in the present description and in the claims which follow both a floating object, that is to say a ship, and a rolling object such as a sand yacht.
  • the objectives of the invention are to propose a propulsion system which satisfies the main requirements set out below:
  • the sail propulsion system which is the subject of the invention comprises a frame integral with the boat and provided with a mast which supports a wing by means of an omnidirectional pivot, means being provided which allow the user of the boat to command and control the pivoting of the sails, respectively:
  • the great interest of a construction of this kind is to be able to orient the wing in practically any position in order to adapt it as well as possible to the speed, that is to say to the relative positions of the wind and the trajectory of the boat, thanks to the universal connection provided between the wing and the mast.
  • the airfoil is a flexible wing of the delta type, whereas according to FR-A-2 595 655, the airfoil is a thick and rigid wing, of the airfoil type.
  • This known device is not entirely satisfactory, insofar as the blade point of the blade, that is to say the zone where the resultant of the forces due to the wind which acts on the sail is applied, is behind of the omnidirectional pivot.
  • the thrust on the sail has a component which tends to cause the boat to drift.
  • the airfoil is formed of a rigid peripheral frame carrying a thin curved fabric and has an oblong outline, of symmetrical shape with respect to its major axis, the omnidirectional pivot being positioned on this last, substantially in the area of the blade point of the wing.
  • the wing Due to the original structure and shape of the wing, and the position on its major axis of the pivot, the wing can be properly oriented to effectively adapt it to all conditions of pace. By playing more or less on its inclination to pitch, one can obtain a greater or lesser lifting effect, so as to vary the friction of the boat compared to the environment in which it operates (water for a ship, or soil for a yachting).
  • the means for commanding and controlling the pitching movement comprise a rod in an arc of a circle, one end of which is fixed to the leading edge of the wing and whose center of curvature coincides with the omnidirectional pivot, this arcuate rod being guided in curvilinear translation in a guide member secured to the chassis.
  • This arcuate rod is fixed to the leading edge of the airfoil by a joint whose axis corresponds to the roll;
  • the guide member of the arcuate rod is articulated on the chassis around an axis which corresponds to the lace;
  • This guide member is a pivoting rod secured to a pair of guide sleeves in which the arcuate rod can slide; - The guiding in transverse direction, during its pivoting around the yaw axis, of the arched rod is ensured by means of curved rail secured to the chassis;
  • the pivot axis of the guide member is located substantially in line with the omnidirectional pivot; - the airfoil is provided with a transverse reinforcement rod, the central part of which is connected to the omnidirectional pivot, and the ends of which are attached to the peripheral frame, the airfoil being connected at these attachment points to a control sheet rolling movements; -
  • the chassis has a front part carrying the mast and a rear part able to receive the user to enable him to command and control the orientation of the wing;
  • FIG. 1 is a schematic view, in perspective, of a sailing boat equipped with a propulsion system according to the invention
  • - Figure 2 is a bottom view, canvas assumed to be largely broken away, of the airfoil
  • FIGS. 3 and 3A are sectional views, respectively longitudinal along III-III and transverse along IIIA-IIIA, of the airfoil of Figure 2;
  • FIG. k is a detail showing a possible embodiment of the omnidirectional pivot
  • - Figure 5 shows a possible embodiment of a sheet return pulley
  • - Figure 6 is a schematic view, cut by a longitudinal vertical plane of the boat, this view for understanding the different possible movements of the wing;
  • FIG. 7 to 12 are schematic views of the frame of the boat and the propulsion system, the different views illustrating different shape conditions for the boat.
  • the boat 1 shown in FIG. 1 is a sailing boat of the catamaran type comprising two lateral floats 10 of elongated shape, the major axis of which corresponds to the longitudinal axis OX of the boat.
  • the boat has a frame 2 which is fixed to the floats
  • This chassis comprises a transverse front part 20, two longitudinal elements 21 and a rear transverse part 22, preferably slightly inclined towards the rear and upwards, in the manner of an aerodynamic fin.
  • This chassis supports elements not shown such as a platform and / or a net receiving users. of the boat, as well as various equipment necessary for navigation. These elements have not been shown here so as not to unnecessarily burden the description and the drawings, since they are not strictly speaking part of the invention.
  • the front part 20 of the chassis is provided at its center with a sleeve 31 receiving a vertical mast 3. Side rods 30 forming an inverted "V" ensure that this assembly has sufficient mechanical strength.
  • a universal articulation system, or omnidirectional pivot, k on which the wing 5 is mounted This comprises a peripheral frame 50 having an elongated shape, symmetrical with respect to its major axis AA '.
  • This shape is approximately that of a drop of water, clearly visible in FIG. 2.
  • the transverse dimension of the airfoil increases first of all quite quickly from the leading edge 52 towards the trailing edge 53, to reach a maximum value, then decreases more slowly to the trailing edge 53.
  • the shape is chosen so that the maximum dimension is at the level of the blade center of the blade, which corresponds in the example shown to a positioning approximately a third of the length of the wing, front side (that is to say leading edge side 52).
  • the airfoil is equipped with a transverse rod 55, the ends of which are fixed by suitable connecting members 551 to the frame 50, and the central part of which carries a member 550 for mounting on the omnidirectional pivot k.
  • the peripheral frame 50 has an arcuate shape, devoid of a sharp angle.
  • the leading edges 52 and trailing edges 53 have arcuate contours which extend the curvature of the frame 50.
  • These edges 52 and 53 have a thin and profiled section in a "drop of water", like ailerons , as shown in Figure 3.
  • the frame 50 is for example a carbon rod or a light metal tube.
  • the parts 52 and 53 are advantageously also made of carbon or light alloy.
  • This frame carries a thin curved fabric 51, which is curved both in the longitudinal direction and in the transverse direction as this appears clearly from the observation of Figures 3 and 3A.
  • the concavity of the airfoil is directed downwards, and the rod 55 is located inside this concavity, practically in a plane passing through the elements 52 and 53.
  • the thin fabric 51 is semi-rigid, made of composite material loaded with glass fibers which ensure its bending.
  • reinforcement strips 5k are provided longitudinally on the two sides of the front part of the airfoil.
  • the structure of the wing resembles the canvas of modern kites.
  • Figure k shows how it is possible to achieve, in a simple manner, the omnidirectional pivot k.
  • the pivot consists of two interlaced rings 40, 41.
  • the lower ring is retained in an eyelet 30 fixed to the top of the mast 3; the upper ring 41 passes through an opening in the attachment piece 550 which is fixed to the wing rod 55.
  • the leading edge 52 of the airfoil is fixed, via a connecting piece 520, to a pivot
  • the rod in an arc of a circle 6 is guided in curvilinear translation in a pair of sleeves 70 carried by a rod 7 which is articulated under the front chassis element 20.
  • the rod 7 has a vertical direction which coincides with the axis of the mast 3; it is therefore plumb with the omnidirectional pivot 4.
  • a connecting rod 63 connecting the free end of the rod 6 and the top of the mast improves the rigidity and stability of the assembly.
  • the attachment to the top of the mast is also an omnidirec ⁇ pivot.
  • a Cartesian coordinate system OX, OY, OZ is represented, the axis OX of which corresponds to the longitudinal direction of advance of the boat, the axis OY to the transverse direction, and the axis OZ to the vertical direction .
  • the roll is, pitch and yaw movements, movements which are made respectively around the axes OX, OY and OZ.
  • Wing control means are provided which allow the user of the boat to pivot the wing around the pivot 4 according to each of these three elementary movements.
  • the rolling movement is obtained by a cable, or sheet, 56 the free ends of which are fixed to the anchoring point 551 of the transverse wing rod 55.
  • the sheet 56 passes over grooved pulleys or sheaves 560, provided at the lateral edges of the rear chassis part 22.
  • the sheet 56 passes over a compensating deflection pulley 57, which will be described later with reference to FIG. 5, and whose role is to allow the sheet to be kept under a practically constant tension despite the theoretical variations in its length when the orientation of the wing changes.
  • the pitching movement is obtained by sliding the arcuate rod 6 in the guide member 7, in one direction or the other.
  • the user can exert traction on the rear end of the rod 6 with the aid of a cable 61, so as to lower the leading edge 52.
  • the airfoil Under the effect of the wind, the airfoil has normally tends to rise, so that it suffices for the user to release the force on the cable 61 so that the blade automatically straightens out.
  • the yaw movement of the blade is obtained by pivoting the arcuate rod 6, as well as the guide member 7, around the axis 71.
  • the means for controlling this movement consist of a sheet 62 which is fixed to the rear end of the rod 6 and which passes over sheaves 520; one of these is advantageously movable elastically to compensate for variations in the length of the sheet, and to ensure that the latter is always suitably taut. It is therefore understood that, the user of the boat being placed aft, on the chassis part 22, he can command and control the orientation of the airfoil in each of the three elementary movements of roll, pitch and lace.
  • FIG. 5 shows a possible embodiment of the compensator 57. It is a coil in the general shape of a hyperboloid of revolution, of the diabolo type, hollowed out with a helical groove. It is carried by an axis (not shown) mounted on the chassis. The diameter of the groove therefore gradually increases from the center of the coil to the outside, if one moves axially from one end or the other of the coil.
  • Sheet 56 passes through the central part of the coil, inside the groove.
  • the flaring of the spool from the center outwards is chosen to correspond to the variation in effective length of the sheet 56 as the airfoil tilts in the roll movement.
  • the coil can be driven and provided with an actuating member such as a crank allowing the user, by rotating the coil on itself, in one direction or the other, to control the movement. from wing to roll.
  • the groove preferably has a profile ensuring an automatic jamming of the sheet in the groove ("V" section).
  • FIGS. 7 to 12 make it possible to understand how, thanks to the present invention, it is possible to best adapt the sail to all the conditions of pace of the boat.
  • FIGS 7 and 8 show the boat downwind, respectively at moderate speed and fast speed.
  • the leading edge 52 is lowered, and is directed towards one of the two sides of the boat (rod 7 turned laterally).
  • the airfoil is slightly inclined according to the rolling movement.
  • FIG. 8 which corresponds to a fast speed downwind, the leading edge 52 is notably more straightened than in the previous configuration.
  • the arcuate rod 6 is located substantially in the median longitudinal plane of the boat. In this position of the blade, there is a lift effect due to a component thrust on the wing directed upwards, which reduces the friction of the floats in the water and, correspondingly, improves the speed.
  • the boat is exposed to a cross wind and spins at high speed.
  • the leading edge of the wing being at a low point, the boat, still crosswind, sails at low speed.
  • the paces of Figures 1 1 and 12 correspond to close up navigation.
  • the inclination of the airfoil allows the pressure differences between the lower and upper surfaces of the airfoil to be exploited as well as possible.
  • the wing being almost vertical, the speed is moderate; on the contrary, according to Figure 12, the leading edge being raised, the speed of the boat is fast.
  • the two guide sleeves 70 could be replaced by a set of three grooved pulleys enclosing and guiding the rod 6, a pulley being positioned on the inside and the other on the outside (relative to the radius of curvature).
  • the guiding in transverse direction (pivoting around the axis 71) of the rod 6 could be ensured by means of a curved rail fixed to the chassis element 20.
  • This rail is arranged in a plane perpendicular to the axis of the mast, that is to say in a horizontal plane, and its center of curvature is substantially in the axis of the mast.
  • the rod and the rings have complementary polygonal sections, and means for guiding limiting friction, such as idle rollers in rotation, are provided in the rings to ensure good coating of the rod in the latter.
  • the second ring advantageously carries rollers guided in a raceway provided in the curved rail, ensuring a regular transverse movement, without friction, of this ring.
  • the sheet 62 can be attached to the second ring.
  • the chassis 2 is mounted on the boat with the possibility of elastic displacement in the vertical direction, of limited amplitude.
  • damping means of a type known per se such as springs or buffers made of elastomeric material can be interposed between the frame elements 21 and the floats 10.
  • the invention also applies to monohull boats.
  • chassis can be reduced by fixing the mast foot to the hull.
  • transverse arm which can serve as a springboard, and receiving the listening points (sheave 560).

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Abstract

Ce système comprend un châssis (2) solidaire de l'embarcation (1) et pourvu d'un mât (3) qui supporte une voilure (5) par l'intermédiaire d'un pivot omnidirectionnel (4), la voilure étant formée d'un cadre périphérique rigide (50) portant une toile mince cintrée (51) et possédant un contour oblong, de forme symétrique par rapport à son grand axe (AA'), le pivot omnidirectionnel (4) étant positionné sur ce dernier, sensiblement dans la zone du point vélique de la voilure. Embarcation à voile, flottante ou roulante.

Description

SYSTEME DE PROPULSION A VOILE POUR EMBARCATION
L'invention a pour objet un système de propulsion à voue destiné à équiper une embarcation.
Par le terme "embarcation", on entendra dans la présente description ainsi que dans les revendications qui suivent aussi bien un engin flottant, c'est-à-dire un navire, qu 'un engin roulant tel qu'un char à voile.
Les objectifs de l'invention sont de proposer un système de propulsion qui satisfasse aux principaux impératifs énoncés ci-après :
- simplicité de conception et de fabrication ;
- limitation de la dérive de l'embarcation ; - performance de vitesse élevée, quelle que soit l'allure ;
- facilité et précision de la manoeuvre de la voilure ;
- robustesse ;
- stabilité.
Le système de propulsion à voile qui fait l'objet de l'invention comprend un châssis solidaire de l'embarcation et pourvu d'un mât qui supporte une voilure par l'intermédiaire d'un pivot omnidirectionnel, des moyens étant prévus qui permettent à l'usager de l'embarcation de commander et de contrôler les pivotements de la voilure, respectivement :
- dans un mouvement de roulis par rapport à l'axe longitudinal de l'embarcation ;
- dans un mouvement de tangage par rapport à un axe transversal ;
- dans un mouvement de lacet par rapport à un axe vertical. L'état de la technique en la matière peut être illustré par les documents de brevet FR-A-2 498 55k et FR-A-2 595 655.
Le grand intérêt d'une construction de ce genre est de pouvoir orienter la voilure dans pratiquement n'importe quelle position afin de l'adapter au mieux à l'allure, c'est-à-dire aux positions relatives du vent et de la trajectoire de l'embarcation, grâce à la liaison universelle prévue entre la voilure et le mât.
Selon FR-A-2 498 55k, la voilure est une aile souple du genre delta, alors que selon FR-A-2 595 655, la voilure est une aile épaisse et rigide, du genre aile d'avion. Ce dispositif connu ne donne pas entière satisfaction, dans la mesure où le point vélique de la voilure, c'est-à-dire ia zone où s'applique la résultante des forces dues au vent qui agit sur la voile, se trouve en arrière du pivot omnidirectionnel. Ainsi, à chaque fois que la voilure est inclinée latéralement par rapport à l'axe longitudinal médian de l'embarcation, la poussée sur la voile possède une composante qui tend à faire dériver l'embarcation.
Il est donc nécessaire d'équiper cette dernière d'un système compensateur, en l'occurence d'une dérive si on a affaire à une embarca- tion flottante (navire). La présence de cette dérive, cause de frottements dans l'eau, réduit naturellement la vitesse de l'embarcation.
Un autre inconvénient des dispositifs connus est que le contrôle de l'ensemble des mouvements de la voilure est réalisé uniquement par des câbles, ou écoutes, rendant la voilure instable et difficilement manoeuvrable. Ceci est d'autant plus vrai que le point vélique est décalé par rapport au point d'attache de la voilure sur le mât, ce qui crée des moments de déséquilibre de la voilure par rapport à ce point d'attache, dont la valeur peut être très élevée.
L'invention permet de résoudre ce problème grâce au fait que la voilure est formée d'un cadre périphérique rigide portant une toile mince cintrée et possède un contour oblong, de forme symétrique par rapport à son grand axe, le pivot omnidirectionnel étant positionné sur ce dernier, sensiblement dans la zone du point vélique de la voilure.
En raison de la structure et de la forme originales de la voilure, et de la situation sur son grand axe du pivot, on peut orienter convenablement la voilure pour l'adapter efficacement à toutes les conditions d'allure. En jouant plus ou moins sur son inclinaison au tangage, on peut obtenir un effet sustentatoire plus ou moins grand, de manière à faire varier le frottement de l'embarcation par rapport au milieu où il évolue (eau pour un navire, ou sol pour un char à voile).
En outre, toujours selon l'invention, les moyens de commande et de contrôle du mouvement de tangage comprennent une tige en arc de cercle dont une extrémité est fixée au bord d'attaque de la voilure et dont le centre de courbure coïncide avec le pivot omnidirectionnel, cette tige arquée étant guidée en translation curviligne dans un organe de guidage solidaire du châssis.
Ainsi, le contrôle de l'inclinaison de la voilure au tangage, qui se fait par une pièce rigide, confère au système une grande stabilité et facilite les manoeuvres.
Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, non limitatives de l'invention :
- cette tige arquée est fixée au bord d'attaque de voilure par une articulation dont l'axe correspond au roulis ;
- l'organe de guidage de la tige arquée est articulé sur le châssis autour d'un axe qui correspond au lacet ;
- cet organe de guidage est une tige pivotante solidaire d'une paire de manchons de guidage dans lesquels peut coulisser la tige arquée ; - le guidage en direction transversale, au cours de son pivotement autour de l'axe de lacet, de la tige arquée est assurée au moyen de rail courbe solidaire du châssis ;
- l'axe de pivotement de l'organe de guidage est situé sensiblement à l'aplomb du pivot omnidirectionnel ; - la voilure est munie d'une tige d'armature transversale dont la partie centrale est reliée au pivot omnidirectionnel, et dont les extrémités sont attachées au cadre périphérique, la voilure étant reliée au niveau de ces points d'attache à une écoute de commande des mouvement de roulis ; - le châssis possède une partie avant portant le mât et une partie arrière apte à recevoir l'usager pour lui permettre de commander et de contrôler l'orientation de la voilure ;
- des moyens amortisseurs sont intercalés entre le châssis et l'embarcation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî¬ tront de la description et des dessins annexés qui en présentent un mode de réalisation préférentiel.
Sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue schématique, en pespective, d'un bateau à voile équipé d'un système de propulsion conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessous, toile supposée en grande partie arrachée, de la voilure ;
- les figures 3 et 3A sont des vues en coupe, respectivement longitudinale selon III-III et transversale selon IIIA-IIIA, de la voilure de la figure 2 ;
- la figure k est un détail montrant un mode de réalisation possible du pivot omnidirectionnel ;
- la figure 5 représente un mode de réalisation possible d'une poulie de renvoi d'écoute ; - la figure 6 est une vue schématique, coupée par un plan vertical longitudinal de l'embarcation, cette vue permettant de comprendre les différents mouvements possibles de la voilure ;
- les figures 7 à 12 sont des vues schématiques du châssis de l'embarcation et du système de propulsion, les différentes vues illustrant des conditions d'allure différentes pour l'embarcation.
L'embarcation 1 représentée à la figure 1 est un bateau à voile du genre catamaran comprenant deux flotteurs latéraux 10 de forme allongée, dont le grand axe correspond à l'axe longitudinal OX de l'embarcation. L'embarcation comporte un châssis 2 qui est fixé aux flotteurs
10. Ce châssis comprend une partie avant transversale 20, deux éléments longitudinaux 21 et une partie transversale arrière 22, de préférence légèrement inclinée vers l'arrière et vers le haut, à la manière d'un aileron aérodynamique. Ce châssis supporte des éléments non représentés tels qu'une plate-forme et/ou un filet recevant les usagers. de l'embarcation, ainsi que différents équipements nécessaires à la navigation. Ces éléments n'ont pas été représentés ici pour ne pas alourdir inutilement la description et les dessins, car il ne font pas à proprement parler partie de l'invention. La partie antérieure 20 du châssis est munie en son centre d'un manchon 31 recevant un mât vertical 3. Des tiges latérales 30 formant un "V" inversé assurent que ce montage possède une résistance mécanique suffisante.
Au sommet du mât est prévu un système d'articulation universelle, ou pivot omnidirectionnel, k sur lequel est montée la voilure 5. Celle-ci comprend un cadre périphérique 50 ayant une forme allongée, symétrique par rapport à son grand axe AA'.
Cette forme est approximativement celle d'une goutte d'eau, bien visible à la figure 2. La dimension transversale de la voilure augmente tout d'abord assez rapidement depuis le bord d'attaque 52 en direction du bord de fuite 53, pour atteindre une valeur maximale, puis décroît plus lentement jusqu'au bord de fuite 53. La forme est choisie pour que la dimension maximale se trouve au niveau du centre vélique de la voilure, ce qui correspond dans l'exemple représenté à un positionnement à peu près au tiers de la longueur de la voilure, côté avant (c'est-à-dire côté bord d'attaque 52).
A ce niveau la voilure est équipée d'une tige transversale 55 dont les extrémités sont fixées par des organes de liaison appropriés 551 au cadre 50, et dont la partie centrale porte un organe 550 de montage sur le pivot omnidirectionnel k.
Le cadre périphérique 50 a une forme arquée, dépourvue d'angle vif. De même, les bords d'attaque 52 et de fuite 53 ont des contours arqués qui prolongent la courbure du cadre 50. Ces bords 52 et 53 ont une section mince et profilée en "goutte d'eau", à la manière d'ailerons, comme cela est visible à la figure 3.
Le cadre 50 est par exemple une baguette de carbone ou un tube en métal léger. Les parties 52 et 53 sont avantageusement également en carbone ou en alliage léger.
Cette armature porte une toile mince cintrée 51 , qui est courbée à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens transversal comme ceci apparaît clairement à l'observation des figures 3 et 3A.
La concavité de la voilure est dirigée vers le bas, et la tige 55 se trouve à l'intérieur de cette concavité, pratiquement dans un plan passant par les éléments 52 et 53. La toile mince 51 est semi-rigide, réalisée en matériau composite chargé de fibres de verre qui assurent son cintrage.
De préférence, des bandes de renforcement 5k sont prévues longitudinalement sur les deux côtés de la partie avant de la voilure. La structure de la voilure s'apparente à la toile des cerfs-volants modernes.
La figure k montre de quelle manière il est possible de réaliser, de manière simple, le pivot omnidirectionnel k. Dans ce mode de réalisation, le pivot est constitué de deux anneaux 40, 41 entrelacés. L'anneau inférieur est retenu dans un oeillet 30 fixé au sommet du mât 3 ; l'anneau supérieur 41 passe dans une ouverture ménagée dans la pièce d'attache 550 qui est fixée à la tige de voilure 55.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le bord d'attaque 52 de la voilure est fixé, via une pièce de liaison 520, à un pivot
60 monté à l'extrémité d'une tige arquée 6. Il s'agit d'une tige de section circulaire cintrée selon un arc de cercle dont le centre coïncide avec le pivot 4.
La tige en arc de cercle 6 est guidée en translation curviligne dans une paire de manchons 70 portés par une tige 7 qui est montée de manière articulée sous l'élément de châssis avant 20. L'axe d'articulation
71 de la tige 7 a une direction verticale qui coïncide avec l'axe du mât 3 ; elle se trouve donc à l'aplomb du pivot omnidirectionnel 4.
Une tige de liaison 63 reliant l'extrémité libre de la tige 6 et le sommet du mât améliore la rigidité et la stabilité de l'ensemble. Bien entendu, l'attache au sommet du mât est également un pivot omnidirec¬ tionnel.
A la figure 1 on a représenté un repère cartésien OX, OY, OZ, dont l'axe OX correspond à la direction longitudinale d'avance du bateau, l'axe OY à la direction transversale, et l'axe OZ à la direction verticale.
On a symbolisé par des doubles flèches, et désigné par les références R, T et L, les mouvements de roul is, de tangage et de lacet, mouvements qui se font respectivement autour des axes OX, OY et OZ.
Des moyens de commande de la voilure sont prévus qui permettent à l'usager de l'embarcation de faire pivoter la voilure autour du pivot 4 selon chacun de ces trois mouvements élémentaires.
Le mouvement de roulis est obtenu par un câble, ou écoute, 56 dont les extrémités libres sont fixées au point d'ancrage 551 de la tige de voilure transversale 55. L'écoute 56 passe sur des poulies à gorge ou réas 560, prévues aux bords latéraux de la partie de châssis arrière 22.
L'écoute 56 passe sur une poulie de renvoi compensatrice 57, qui sera décrite plus loin en référence à la figure 5, et dont le rôle est de permettre de maintenir l'écoute sous une tension pratiquement constante malgré les variations théoriques de sa longueur lorsque l'orientation de la voilure se modifie.
Le mouvement de tangage est obtenu en faisant coulisser la tige arquée 6 dans l'organe de guidage 7, dans un sens ou dans l'autre. Ainsi, l'usager peut exercer une traction sur l'extrémité arrière de la tige 6 à l'aide d'un câble 61 , de manière à faire descendre le bord d'attaque 52. Sous l'effet du vent, la voilure a normalement tendance à se relever, si bien qu'il suffit à l'usager de relâcher l'effort sur le câble 61 pour qu'automati¬ quement la voilure se redresse. Toutefois il est possible également de prévoir des moyens de commande positifs, pour le relevage du bord d'attaque 52.
Le mouvement de lacet de la voilure est obtenu est faisant pivoter la tige arquée 6, ainsi que l'organe de guidage 7, autour de l'axe 71. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1 , les moyens de commande de ce mouvement consistent en une écoute 62 qui est fixée à l'extrémité arrière de la tige 6 et qui passe sur des réas 520 ; l'un de ceux-ci est avantageusement mobile élastiquement pour compenser les variations de longueur de l'écoute, et assurer que cette dernière soit toujours convenablement tendue. On comprend donc que, l'usager de l'embarcation étant placé à l'arrière, sur la partie de châssis 22, il peut commander et contrôler l'orientation de la voilure dans chacun des trois mouvements élémentaires de roulis, de tangage et de lacet.
La figure 5 montre un exemple possible de réalisation du compensateur 57. Il s'agit d'une bobine en forme générale d'hyperboloïde de révolution, genre diabolo, creusée d'une gorge hélicoïdale. Elle est portée par un axe (non représenté) monté sur le châssis. Le diamètre de la gorge augmente donc progressivement depuis le centre de la bobine vers l'extérieur, si on se déplace axialement d'une extrémité ou de l'autre de la bobine.
L'écoute 56 passe dans la partie centrale de la bobine, à l'intérieur de la gorge.
L'évasement de la bobine du centre vers l'extérieur est choisi pour correspondre à la variation de longueur effective de l'écoute 56 au fur et à mesure que la voilure s'incline dans le mouvement de roulis.
On obtient ainsi une tension constante, ou pratiquement constante de l'écoute 56, quel que soit son degré d'enroulement sur la bobine.
Avantageusement, la bobine peut être motrice et pourvue d'un organe d'actionnement tel qu'une manivelle permettant à l'usager, en faisant tourner la bobine sur elle-même, dans un sens ou dans l'autre, de commander le mouvement de la voilure au roulis. Dans ce cas, la gorge possède de préférence un profil assurant un coincement automatique de l'écoute dans la gorge (section en "V").
Les figures 7 à 12 permettent de comprendre comment, grâce à la présente invention, il est possible d'adapter au mieux la voilure à toutes les conditions d'allure du bateau.
Sur ces figures, le vent est figuré par la flèche "V".
Les figures 7 et 8 représentent l'embarcation sous vent arrière, respectivement à vitesse modérée et à vitesse rapide.
Selon la figure 7, le bord d'attaque 52 est abaissé, et est dirigé vers l'un des deux côtés de l'embarcation (tige 7 tournée latéralement).
La voilure est légèrement inclinée selon le mouvement de roulis.
En jouant sur cette inclinaison au roulis, l'usager peut parfaitement maîtriser la vitesse. Selon la figure 8, qui correspond à une vitesse rapide sous vent arrière, le bord d'attaque 52 est notablement plus redressé que dans la configuration précédente. La tige arquée 6 se trouve sensiblement dans le plan longitudinal médian de l'embarcation. Dans cette position de la voilure, il y a un effet de sustentation dû à une composante de poussée sur la voilure dirigée vers le haut, ce qui réduit les frottements des flotteurs dans l'eau et, corrélativement, améliore la vitesse.
Selon la figure 9, l'embarcation est exposée à un vent de travers et file à grande vitesse. Dans la figuration de la figure 10, le bord d'attaque de la voilure étant à un point bas, l'embarcation, toujours sous vent de travers, vogue à petite vitesse.
Les allures des figures 1 1 et 12 correspondent à une navigation au près serré. L'inclinaison au roulis de la voilure permet d'exploiter au mieux les différences de pression entre l'intrados et l'extrados de la voilure. Selon la figure 1 1 , la voilure étant presque verticale, la vitesse est modérée ; au contraire, selon la figure 12, le bord d'attaque étant relevé, la vitesse de l'embarcation est rapide.
Dans toute la description qui précède, on a prévu une commande manuelle de la voilure. Toutefois ce système de propulsion se prête bien à une mécanisation des manoeuvres, la commande pouvant être pilotée par ordinateur, de manière à ce que l'orientation de la voile soit constamment maintenue dans la position optimale en fonction des conditions de navigation (direction du vent et trajectoire de l'embarcation notamment). La voilure est particulièrement stable, et le système est robuste, grâce notamment à la présence de la tige rigide 6.
Les deux manchons de guidage 70 pourraient être remplacés par un ensemble de trois poulies à gorge enserrant et guidant la tige 6, une poulie étant positionnée côté intérieur et l'autre côté extérieur (par rapport au rayon de courbure).
Dans une variante, le guidage en direction transversale (pivotement autour de l'axe 71 ) de la tige 6 pourrait être assuré au moyen d'un rail courbe fixé à l'élément de châssis 20.
Dans ce cas, il est possible de prévoir un guidage de la tige arquée dans deux anneaux (ou manchons), à savoir un premier anneau disposé à la base du mât, et articulé autour de l'axe (vertical) de celui-ci, et un second anneau monté mobile dans le rail courbe, en arrière du premier.
Ce rail est disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe du mât, c'est-à-dire dans un plan horizontal, et son centre de courbure se trouve sensiblement dans l'axe du mât. De préférence, la tige et les anneaux ont des sections polygonales complémentaires, et des moyens de guidage limitant les frottements, tels que des galets fous en rotation, sont prévus dans les anneaux pour assurer un bon couiissement de la tige dans ces derniers. Par ailleurs, le second anneau porte avantageusement des galets guidés dans une voie de roulement prévue dans le rail courbe, assurant un déplacement transversal régulier, sans frottements, de cet anneau. Pour commander ce déplacement, l'écoute 62 peut être attachée au second anneau. Avantageusement, le châssis 2 est monté sur l'embarcation avec possibilité de déplacement élastique en direction verticale, d'amplitude limitée. A cet effet des moyens amortisseurs de type connu en soi tels que des ressorts ou des tampons en matière élastomère peuvent être intercalés entre les éléments de châssis 21 et les flotteurs 10. L'invention s'applique également à des bateaux monocoques.
Dans ce cas le châssis peut se réduire au moyen de fixation du pied de mât à la coque. A l'arrière est alors monté un bras transversal, pouvant servir de tremplin, et recevant les points d'écoute (réas 560).

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de propulsion à voile pour embarcation, du type comprenant un châssis (2) solidaire de l'embarcation ( 1 ) et pourvu d'un mât (3) qui supporte une voilure (5) par l'intermédiaire d'un pivot omnidirec¬ tionnel (4), des moyens (56 ; 6, 7, 61 ; 6, 62, 71 ) étant prévus, qui permettent à l'usager de l'embarcation de commander et de contrôler les pivotements de la voilure (5) respectivement :
- dans un mouvement de roulis (R) par rapport à l'axe longitudinal (OX) de l'embarcation ;
- dans un mouvement de tangage (T) par rapport à un axe transversal (OY) ;
- dans un mouvement de lacet (L) par rapport à un axe vertical (OZ) ; caractérisé par le fait que ladite voilure est formée d'un cadre périphérique rigide (50) portant une toile mince cintrée (51 ), et possède un contour oblong, de forme symétrique par rapport à son grand axe (AA'), ledit pivot omnidirectionnel (4) étant positionné sur ce dernier, sensible¬ ment dans la zone du point vélique de la voilure, et que lesdits moyens de commande et de contrôle du mouvement de tangage (T) comprennent une tige en arc-de-cercle (6) dont une extrémité est fixée au bord d'attaque (52) de la voilure (5) et dont le centre de courbure coïncide avec le pivot omnidirectionnel (4), cette tige arquée (6) étant guidée en translation curviligne dans un organe de guidage (7) solidaire du châssis (2).
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que ladite tige arquée (6) est fixée au bord d'attaque de voilure (52) par une articulation (520) dont l'axe (60) correspond au roulis (R).
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit organe de guidage (7) est articulé sur le châssis (2) autour d'un axe (71 ) qui correspond au lacet (L).
4. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit organe de guidage (7) est une tige pivotante solidaire d'une paire de manchons de guidage (70) traversés par la tige (6).
5. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le guidage en direction transversale, au cours de son pivotement autour de l'axe de lacet (7 1 ), de la tige (6) est assuré au moyen d'un rail courbe solidaire du châssis.
6. Système selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que l'axe (71 ) d'articulation de l'organe de guidage (7) est situé sensiblement à l'aplomb du pivot omnidirectionnel (4).
7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ladite voilure (5) est munie d'une tige d'armature transversale (55) dont la partie centrale est reliée audit pivot omnidirec¬ tionnel (4) et dont les extrémités sont attachées au cadre périphérique (50), la voilure (5) étant reliée au niveau de ces points d'attache (551 ) à une écoute (56) de commande des mouvements de roulis (R).
8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que ledit châssis (2) possède une partie avant (20) portant le mât
(3) sur lequel est monté ledit pivot omnidirectionnel (4), et une partie arrière (22) apte à recevoir l'usage pour lui permettre de commander et contrôler l'orientation de la voilure.
9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que des moyens amortisseurs sont intercalés entre ledit châssis et l'embarcation.
10. Bateau à voile équipé d'un système de propulsion conforme à l'une des revendications 1 à 9.
11. Char à voile équipé d'un système de propulsion conforme à l'une des revendications 1 à 9.
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WO1999028183A1 (fr) * 1997-12-02 1999-06-10 Berean George S Voile creant de la portance et systeme de voiles

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