EMBARCATION A PROPULSION MUSCULAIRE
La présente invention se rapporte à une embarcation à propulsion musculaire comprenant des moyens de flottaison et de propulsion présentant au moins deux pales.Ces pales peuvent être d'un seul tenant ou dans certains cas en deux parties symétriques mais reliées par le même axe qui les rend solidaires si bien que nous les considérons comme une seule pale bien qu'en deux parties.
Il existe une quantité d'embarcations de ce type, tout au moins dans la littérature, aucune d'elles, pour ainsi dire n'ayant connu un succès commercial tant le rendement énergétique est mauvais et souvent la gestuelle ingrate, en sorte que le public leur préfère des embarcations plus classiques telles que les barques à rames ou les pédalos. La recherche de la présente invention a porté sur trois points : d'abord sur un geste sportif ludique, équilibrant et capable de donner le sens de l'eau, ensuite sur l'améhorahon sensible du rendement énergétique et enfin sur un type de fonctionnement original consistant à faire plonger l'embarcation sous l'eau pour la faire ensuite remonter selon une trajectoire sinusoïdale constamment propulsive. A cet effet cette invention a pour objet une embarcation à propulsion musculaire comprenant des moyens de flottaison et de propulsion présentant au moins deux pales rigides par rapport aux efforts auxquels elles sont destinées à être soumises, caractérisée en ce que les bords avants de ces pales sont articulés selon des axes respectifs transversaux à l'axe de propulsion de l'embarcation, qui sont espacés l'un de l'autre le long dudit axe de propulsion, de part et d'autre du centre de gravité de l'embarcation, chacune de ces pales s'étendant symétriquement au dit axe de propulsion, des moyens de butée étant destinés à limiter l'angle de liberté de chaque pale autour de son axe d'articulation et en ce que le volume d'eau susceptible d'être déplacé par immersion desdits moyens de flottaison est choisi pour correspondre à 1 à 2 fois, de préférence 1,2 à 1,5 fois le poids total en charge de l'embarcation, de manière à permettre à son passager d'imprimer à l'embarcation un mouvement d'immersion/émersion sinusoïdal par tangage de celle-ci et de faire ainsi travailler les pales en opposition de phase entre lesdites butées, ces moyens de flottaison présentant des surfaces d'appui pour les pieds reparties autour du centre de gravité de l'embarcation. L'avantage de cette embarcation provient de deux éléments qui, en combinaison, permettent d'améliorer considérablement le rendement de propulsion. L'un de ces éléments est l'utihsation de pales rigides articulées librement entre deux butées ce qui est un système simple et efficace, l'autre est l'utilisation de moyens de flottaison qui permettent, suite au mouvement de tangage communiqué a l'embarcation de lui imprimer un mouvement d'immersion/émersion sinusoïdal. Grâce à ce mouvement les deux pales situées de part et d'autre du centre de gravité de l'embarcation travaillent en opposition de phase, mais produisent des forces dirigées alternativement vers le haut et vers le bas qui ont chacune une composante dans la direction de propulsion. La sinusoïde peut avoir une grande amplitude de sorte que les temps morts pendant lesquels se produit l'inversion de phase des pales qui basculent d'une butées à l'autre ne représentent qu'une faible proportion du mouvement total de propulsion.De toutes façons cette phase de basculement des pales ne constitue pas une perte de rendement car la force verticale dirigée vers le bas ou vers le haut s'exerce à ce
moment-là à vide (il ne faut qu'une pente partie de la force pour provoquer le basculement lui-même). Ne rencontrant pas de résistance, la vitesse du mouvement augmente et lors de l'arrivée en butée à vitesse plus grande, la force est restituée. De plus, chaque utilisateur peut ajuster la capacité de flottabilité de son embarcation en fonction de son poids et de sa force musculaire, ce qui permet d'obtenir des mouvements d'immersion/émersion sinusoïdaux de plus ou mois grande amplitude.
Les dessins annexés illustrent, schématiquement et à titre d'exemple trois formes d'exécution de l'embarcation objet de la présente invention.
La FIGURE 1 est une vue en plan de la première forme d'exécution. La FIGURE 2 est une vue en coupe longitudinale de la FG.1 selon la coupe AA'.
La FIGURE 3 est une vue en élévation de l'embarcation portant un passager.
Les FIGURES de 4a à 4d sont des vues en élévation latérales de cette embarcation montrant quatre phases du mouvement d'immersion sinusoïdal.
La FIGURE 5 est une vue en plan de la deuxième forme d'exécution. La FIGURE 6 est une vue en coupe selon V-V de la figure 5.
Les FIGURES de 7a et 7b sont des vues en élévation de l'embarcation portant un passager, dans les deux phases d'appui.
Les FIGURES de 8a à 8d sont quatre vue en élévation de l'embarcation de la FIG. 5 montrant les différentes phases du mouvement sinusoïdal. La FIGURE 9 est une vue d'une troisième forme d'exécution.
La FIGURE 10 est une vue en coupe selon VI-VI de la FIG. 9.
Les FIGURES de 11a à 11d sont quatre vues en élévation de l'embarcation de la FIG. 9 montrant les différentes phases du mouvement sinusoïdal.
Les FIGURES 1 et 2 illustrent une embarcation comprenant un corps de flottaison central 1 auquel sont articulées deux pales 2 et 3 par leurs bords avant respectifs. Ces pales s'étendent transversalement et se situent respectivement en avant et en arri re du centre de gravité de l'embarcation. Dans la FIGURE 2 nous avons situé les axes des pales avant et arrière sur l'axe central longitudinal du flotteur mais ces axes peuvent être en dehors de cet alignement notamment abaissés de manière à ce que les pales restent bien immergées en cours de travail pou r éviter des phéno mènes de cavit ation
Le corps de flottaison renferme un volume libre 4 auquel on peut accéder par un obturateur 5, permettant d'ajuster le coefficient de flottabilité de l'embarcation au moyen d'un ballast approp rié, par exemple de l'eau.
Le ballast est de préférence formé par une phase liquide, une phase solide divisée en particules, de préférence, sous forme de billes ou d'un mélange des deux.
Ceci lui permet de remplir deux fonctions . L'une servant à régler la flottabilité de l'embarcation, l'autre grâce à la mobilité du ballast permettant, en accompagnant le mouvement oscillant de l'embarcation, d'amplifier ce mouvement et de diminuer ainsi l'effort musculaire ou d'augmenter son rendement en se déplaçant librement dans le volume libre 4, comme le ferait une masselotte. Bien entendu, la forme et le volume de celui-ci pourront être étudies en vue d'optimiser l'effet amplificateur du ballast. C'est ainsi que cette forme et ce volume peuvent être étudiés en vue de créer des zones susceptibles de contrôler l'écoulement du liquide ou des billes ou de leur mélange à l'intérieur du volume en vue d'accroître au maximum l'effet de la masse du ballast en mouvement sur la propulsion de l'embarcation. La masse du ballast peut être ajustée en fonction du comportement souhaité de l'embarcation . On peut l'alourdir pour parcounr de longues distances en réduisant l'effort musculaire. On peut l'alléger pour rendre l'embarcation plus maniable.
Les pales ont une densité voisine de celle de l'eau de sorte qu'étant immergées elles ne montent ni ne descendent de leur propre fait. La pale avant 2 présente une découpe 7 dont le bord avant 7a sert d'axe et est engagé dans une gorge 6 ménagée vers l'avant du flotteur et dont le bord arnère 7b peut être formé par une tige rapportée engagée dans une ouverture 8 en arc de cercle. Deux butées 9a et 9b constituées par exemples par des vis réglables servent à limiter l'angle de liberté de la pale 2 . Tout autre agencement visant à produire le même effet peut être envisagé notamment la suppression du bras 7b et de l'ouverture 8. Les butées peuvent être alors constituées par des saillies latérales ménagées sur le flotteur. La gorge 6 peut être un trou.
La pale arnère 3 est articulée entre deux butées de préférence réglables 10a et 10b solidaires du corps de flottaison central 1 .
En ce qui concerne les pales nous avons expénmenté d'autres formules que celle cidessus exposée. Ces formules utilisent l'élasticité contrôlée des matériaux ce qui peut avoir certains avantages notamment une nage moins heurtée de l'embarcation, mais en général le rendement énergétique est moins bon du fait qu'un système élastique ne rend qu'une partie de l'énergie qu'il reçoit.
Pales à ressort : pour ces pales , ngides et pivotantes comme précédemment , les butées sont remplacées par des ressorts de rappel ou blocs élastiques, soit enroulés autour de l'axe d'articulation, soit reliant directement les pales au flotteur. De telles pales, honzontales au repos , pivotent sous les forces verticales Ff. Fr. en compnmant les ressorts et prennent approximativement les mêmes positions propulsives qu'elles prenaient précédemment sur les butées. Lors de la phase suivante les ressorts restituent une partie de la force emmagasinée. Pales semi rigides élastiques : Ces pales présentent une élasticité à la pression transverse et une flexibilité augmentant de l'avant vers l'arrière. Ces pales peuvent être en composite fibre de renfort - matière polymère dont les couches de tissu décroissent de l'avant vers l'arrière mais aussi en toute matière élastique présentant un profil décroissant et un module d'élasticité adapté. De telles pales peuvent être pivotantes entre deux butées ou fixes, leur axe avant n'étant plus pivotant et leur profil d'élasticité progressive étant calculé pour que la partie arnère prenne une inclinaison propulsive correcte lors des poussées verticales Ff. Fr.
Le coefficient de flottabilité de l'embarcation est ajusté entre 1 et 2 , c'est à dire pour que le volume d'eau déplace soit entre 1 et 2 fois le poids total en charge de l'embarcation.
de préférence entre 1,2 et 1,5 fois suivant la force musculaire de l'utilisateur et l'amplitude recherchée de la plongée.
La FIGURE 4a montre l'embarcation dans une position d'apogée de son mouvement sinusoïdal, où les positions des pales 2 et 3 s'inversent , la pale 2 basculant dans le sens de la flèche F1 et la pale 3 dans le sens de la flèche F2. Il s'agit là du temps mort haut du mouvement sinusoïdal.
La FIGURE 4b montre le mouvement sinusoïdal d'immersion descendant, avec les pales 2 et 3 en butée haute respectivement basse. Chacune produit une force perpendiculaire à son plan avec une composante dans la direction de propulsion. Cette composante est d'autant plus grande que l'angle que fait la pale avec la direction de propulsion est grand.
La FIGURE 4c montre le périgée du mouvement sinusoïdal au moment ou la pale 2 bascule dans le sens des aiguilles de la montre vers la butée basse alors que la pale arrière a déjà basculé en butée haute et exerce sa poussée. On voit donc que les moments morts des deux pales ne coïncident pas complètement de sorte que l'embarcation reçoit pratiquement constamment une force de propulsion.
Enfin la FIGURE 4d montre l'embarcation dans la phase ascendante du mouvement sinusoïdal où les deux pales 2 et 3 , travaillant en opposition de phases , engendrent deux forces de propulsion qui s'additionnent.
Bien entendu, le mouvement sinusoïdal de l'embarcation est engendré en appliquant, alternativement relâchant le poids du corps du passager aux endroits des flèches Ff. et Fr. qui sont tantôt dingées vers le bas ou vers le haut selon que le passager pèse de tout son poids sur un point et l'enfonce ou bien qu'appuyant alternativement sur l'autre point le premier remonte sous l'effet de la poussée d'Archimede et du jeu de bascule dû au fait que la flottabilité est supérieure à 1 et de préférence à 1,2. Le passager peut se tenir à une corde 11 fixée à l'avant de l'embarcation. Pour se diriger, il déplace les points d'application des forces par rapport à l'axe longitudinal A-A' en les faisant pivoter autour du centre de gravité, dans le sens des aiguilles d'une montre pour virer à gauche et en sens inverse pour virer à droite, changeant la direction de poussée des pales 2 et 3 par rapport à l'axe longitudinal A-A'. En pratique, il s'avère que le pied arrière n'a pas besoin de se déplacer sauf lors d'un déplacement angulaire important du pied avant qui ne permettrait alors plus de tenir l'équilibre sur le flotteur.
Le rayon de virage de l'embarcation dépend de l'angle de déplacement du ou des pieds. Plus le pied avant est excentré par rapport à l'axe longitudinal, plus les pales 2 et 3 sont inclinées et font déraper l'avant, donc plus le virage est serré. En outre, en exerçant une forte poussée sur le pied avant décalé angulairement par rapport à l'axe longitudinal A-A', on fait sortir la pale arrière 3 plus ou moins de l'eau, de sorte qu'elle ne stabilise plus la direction de l'embarcation ce qui permet d'effectuer une rotation pratiquement sur place et sur l'angle désiré. Concernant la direction, il faut encore signaler que la position de l'axe d'oscillation 6 de la pale avant 2 a une grande importance. Dans le sens longitudinal, plus il est vers l'avant, plus la pale est propulsive, mais plus il rend le virage difficile Inversement plus on le rapproche du centre de gravité moins la pale est propulsive mais plus le virage est facile.
Dans le sens vertical, plus il est près de l'axe longitudinal passant par le centre de gravité, plus la stabilité est grande mais il est alors difficile d'incliner les pales latéralement pour virer. Inversement , si l'on abaisse la position, la stabilité diminue mais le virage est plus facile. La seconde forme d'exécution de l'embarcation selon les FIGURES 5 à 8 diffère essentiellement de la précédente par le fait que l'élément de flottaison est essentiellement constitué par les pales elles mêmes 12 et 13, l'élément qui les relie 14 portant les articulations 15 et 16 transversales des deux pales 12 et 13 . Comme dans la forme d'exécution précédente, deux butées 18a, 18b, 19a, 19b servent à limiter l'amplitude de déplacement des pales 12 et 13 .
De même ces butées peuvent être remplacées par des systèmes de ressorts de rappel dont la force est calculée en sorte que les pales 12 et 13 prennent approximativement la même inclinaison propulsive qu'elles prenaient sur les butées lors des poussées verticales Ff. et Fr. .
Un ballast est également prévu dans chaque pale pour ajuster la flottabilité de l'embarcation au poids du passager.
La direction s'obtient de la même manière
La propulsion elle-même est assurée exactement selon le même principe que dans le cas de la première forme d'exécution comme on peut s'en rendre compte a l'aide des FIGURES 8a à 8d qui ne réclament pas d'explications supplémentaires.
Enfin la forme d'exécution des FIGURES 9, 10, 11 comporte une sorte de tapis flottant constitué de quatre éléments flottants 20, 21, 22, 23 articulés les uns aux autres avec des degrés de liberté limités les uns par rapport aux autres
Etant donné que le nombre d'éléments articulés est supérieur à trois et que de ce fait deux pieds ne peuvent pas tous les contrôler, il faut faire en sorte que le tapis flottant ne puisse pas se mettre dans une position de blocage où la propulsion serait neutralisée. Dans ce cas et pour empêcher qu'une telle situation ne se produise, les articulations sont pourvues de lames de ressort 24 dessus et dessous tendant à ramener deux éléments articulés l'un par rapport à l'autre. Les FIGURES 11a à 11 d montrent les différentes phases du mouvement sinusoïdal avec les forces de propulsion résultantes.
Il faut encore signaler que la forme et la longueur du flotteur entrent en ligne de compte dans le comportement de l'embarcation
Dans tous les cas , la meilleure hydrodynamique est recherché et le volume de l'embarcation étant lié au poids du passager, il existera plusieurs tailles de chaque modèle.
A titre d'exemple dans la première forme d'exécution le flotteur peut avoir pour un passager de 60 / 70 kg, environ 1.8 m de longueur, 50 cm de large au maître- bau, 28 cm d'épaisseur maximum pour un volume d'environ 100 litres Surface de la pale avant environ 0.50 m2 Surface de la pale arrière environ 0,25 m2.
Tous ces chiffres pouvant varier dans de grandes proportions selon le but recherché
(vitesse, stabilité, gestuelle sportive )
En outre, il est avantageux d'assurer un appui sans glissement des pieds sur le flotteur A cet effet, on pourra par exemple appliquer un revêtement antidérapant et munir le flotteur de sangles de fixation
Bien entendu, la face d'appui des pieds à la surface du flotteur sera conçue pour permettre leur déplacement angulaire afin de diriger et de propulser l'embarcation comme explique précédemment.