WO2002081296A1 - Procede et dispositif de controle aerodynamique d'un voilier multicoque - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a sailboat, or multihull sailing boat, and more particularly to a method and a device for aerodynamically controlling, independently of the sail, the attitude of the boat, that is to say its trim and its list.
  • a multihull sailing boat that is to say a catamaran or trimaran, is intended to sail, at cruising speed, with sufficient heel to rely essentially only on a single lateral hull, the hull "wet", the opposite hull (located facing the wind) on the other hand being lightened or lifted, and as far as possible leveled off, or out of water, so as to reduce drag.
  • the angle of heel results on the other hand essentially from the balance between the capsizing torque due to the force of the wind on the wing, and the return torque due to the weight of the planed hull, located facing the wind.
  • a typical countermeasure to reduce the angle of heel consists - apart from a displacement of the load of the boat by displacement of the people on board - to reduce the force of the wind on the wing, by reducing it, or even by modifying the angle of incidence of the wind on the sails.
  • the inclination of the boat in the longitudinal direction, or trim also varies according to the navigation conditions, including the state of the sea or the body of water, and the parameters of the sail, and it is also desirable to be able to control the trim of the boat independently of the sail.
  • the object of the invention is therefore to provide such a boat, comprising an aerodynamic means, independent of the wing, for controlling the attitude of the boat, namely the angle of heel and the trim.
  • this is achieved by generating in the superstructure of the boat, and independently of the wing, an additional aerodynamic force, substantially perpendicular to the direction of movement of the boat, and therefore non-propulsive, adjustable in direction and in size. .
  • this additional aerodynamic force is obtained by at least one, and preferably two adjustable aerodynamic flaps, integral with a superstructure spanning the hulls of the boat, at the rear of the latter, and arranged symmetrically by relative to the longitudinal axis of the boat.
  • the flaps will normally be pivoted in the same direction, downwards to tend to raise the stern of the boat and counteract a too strong rearward movement, or upwards to strengthen the otherwise the rearing, for example in heavy sea, with risk of charging.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a trimaran according to the invention
  • Figure 2 is a front view intended to show the forces at play.
  • the aerodynamic control device of the invention is shown mounted at the rear of a trimaran generally designated by the reference numeral 1.
  • This device comprises a superstructure 2, spanning the three hulls 3, 3 ', 3 "of the trimaran, and provided with mobile aerodynamic flaps 4, 5.
  • the mast is on the other hand sketched at 6, the terminal at 7, and the sail at 8.
  • the object of the invention is to provide aerodynamic control of the attitude of the boat, and particularly of its list, to keep it within a desirable range, taking into account that the '' we want to sail the boat as much as possible while resting on a single hull - the wet hull - so as to reduce drag.
  • at least one flap (generally the flap located on the windward side, the furthest away from the wet hull) is inclined in the desired direction to exert a stabilizing torque in relation to the longitudinal axis of the boat.
  • the two flaps 4, 5 can also be used simultaneously if desired, the simultaneous and symmetrical action of the flaps can be used to correct the attitude, or attitude of the boat in the longitudinal direction, or to reduce the angle trim by reducing the stern of the boat, when the boat tends to pitch up too much, or to reinforce the nose up, for example in the event of risk of charging.
  • the flaps can be controlled by known devices, such as jacks or racks, controlled directly by the pilot or even automatically, taking into account parameters such as the speed of the boat, the angle of heel, its speed. variation, wind speed, and the like.
  • the superstructure 2 on which the flaps are mounted will advantageously be a boat structure beam, so as not to unnecessarily increase the aerodynamic drag of the superstructure. If necessary, the superstructure 2 can however also be provided in addition, being then designed to withstand only aerodynamic forces.
  • the flaps 4, 5 are in the neutral, non-active position, in the axis of the superstructure 2, and the boat rests essentially symmetrically on its side hulls 3, 3 ".
  • the flaps 4, 5 are advantageously actuated to improve the attitude.
  • the flaps will generally be lowered to the maximum, to generate an aerodynamic force working in the direction of a reduction in the stern of the boat, thus reducing the pitch up, while at the same time tending to reduce the wet surface, and therefore the hydrodynamic drag, so as to accelerate the speed gain.
  • the flaps will be advantageously raised to increase the pitch-up, and thus reduce the risk of charging.
  • the flap 5 can be gradually brought back to the neutral position to reduce aerodynamic drag, while the flap 4 is lowered, to promote planing of the hull 3, thanks to an unbalanced aerodynamic force relative to the longitudinal axis of the boat.
  • the planing of the hull 3 causes an abrupt reduction in the drag, and thus an abrupt increase in the speed.
  • the boat is then in cruising speed, with sufficient heel so that the hulls 3, 3 'are essentially out of the water, and that buoyancy is no longer ensured except by the hull 3 "which is then the support hull.
  • the flap 4 located on the side of the hull 3 planed will be pivoted up or down, respectively to assist a righting or a lifting of the boat.
  • the flaps must be controlled independently, and can be controlled by any known means, for example by double-stroke cylinders, or by racks, controlled by the pilot or automatically.
  • Such control systems are known in the art, and need not be described in more detail here.
  • the term “shutter” generally means a movable, adjustable profiled member, intended to generate an aerodynamic effect, whether it is a profiled member articulated to a fixed structure, as shown diagrammatically in the drawing, or the whole of a profiled structure.
  • mobile as could be the structure 2, made in two parts hinged to each other and at their junctions with the shells.
  • flaps are preferably two in number, to take advantage of a possible effect of asymmetry with respect to the longitudinal axis of the boat. They may however be in greater number, without this providing a practical advantage within the framework of the invention

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle aérodynamique de l'attitude d'un voilier multicoque, indépendamment de la voilure, ô l'aide de volets aérodynamiques mobiles, disposés dans la superstructure, de préférence ô l'arrière du voilier. Les volets permettent de contrôler la gîte et l'assiette.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE AERODYNAMIQUE D'UN VOILIER MULTICOQUE
L'invention concerne un voilier, ou bateau à voile multicoque, et plus particulièrement un procédé et un dispositif pour contrôler aérodynamiquement , indépendamment de la voilure, l'attitude du bateau, c'est-à-dire son assiette et sa gîte.
De manière générale, un bateau à voile multicoque, c'est-à-dire catamaran ou trimaran, est prévu pour naviguer, en vitesse de croisière, avec une gîte suffisante pour ne s'appuyer essentiellement que sur une seule coque latérale, la coque "mouillée", la coque opposée (située face au vent) étant d'autre part allégée ou soulevée, et autant que possible déjaugée, ou hors d'eau, de manière à réduire la traînée. L'angle de gîte résulte d'autre part essentiellement de l'équilibre entre le couple de chavirage dû à la force du vent sur la voilure, et le couple de rappel dû au poids de la coque déjaugée, située face au vent.
Lorsque l'on souhaite naviguer en appui sur une seule coque, le contrôle de l'angle de gîte est important. En effet, au fur et à mesure que l'angle de gîte augmente, le couple de rappel, et donc la stabilité, diminuent.
Une contre-mesure type pour réduire l'angle de gîte consiste - en dehors d'un déplacement de la charge du bateau par déplacement des personnes embarquées - à réduire la force du vent sur la voilure, en réduisant celle-ci, ou encore en modifiant l'angle d'incidence du vent sur les voiles.
Cette réduction de la force du vent sur la voilure réduit simultanément la force de propulsion du vent sur le bateau, et s'accompagne dès lors d'une perte de vitesse, ce qui n'est pas souhaitable.
Il serait donc souhaitable de disposer d'un moyen de contrôle de l'angle de gîte indépendamment de la voilure, de façon à permettre de repousser la limite supérieure de cet angle tout en maintenant la voilure, ou encore d'augmenter l'angle de gîte lorsque celui-ci est trop faible.
D'autre part, l'inclinaison du bateau dans le sens longitudinal, ou assiette, varie également en fonction des conditions de navigation, en ce compris l'état de la mer ou du plan d'eau, et des paramètres de la voilure, et il est également souhaitable de pouvoir contrôler l'assiette du bateau indépendamment de la voilure. Le but de 1 ' invention est dès lors de fournir un tel bateau, comprenant un moyen aérodynamique, indépendant de la voilure, pour contrôler l'attitude du bateau, à savoir l'angle de gîte et l'assiette.
Selon l'invention, ceci est atteint en générant dans la superstructure du bateau, et indépendamment de la voilure, une force aérodynamique d'appoint, sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du bateau, et donc non propulsive, ajustable en sens et en grandeur.
Selon l'invention, cette force aérodynamique d'appoint est obtenue par au moins un, et de préférence deux volets aérodynamiques orientables, solidaires d'une superstructure enjambant les coques du bateau, à l'arrière de celui-ci, et disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du bateau. Pour la correction d'assiette, les volets seront normalement pivotes dans le même sens, vers le bas pour tendre à soulever 1 ' arrière du bateau et contrecarrer un cabrement trop fort, ou vers le haut pour renforcer au contraire le cabrement, par exemple par mer forte, avec risque d'enfournement. Pour la correction de gîte, on actionnera de préférence uniquement le volet situé du côté face au vent, le plus écarté de la coque servant d'appui, volet dont la force présente le plus long bras de levier par rapport à l'axe de pivotement de chavirage, et assurant dès lors le meilleur couple, 1 ' actionnement se faisant dans le sens voulu pour obtenir l'effet de redressement/soulèvement souhaité . D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui suit, et des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue schématique, en perspective, d'un trimaran selon l'invention, La figure 2 est une vue de face destinée à montrer les force en jeu.
En se reportant à la figure 1, le dispositif de contrôle aérodynamique de l'invention est représenté monté à l'arrière d'un trimaran désigné généralement par la référence numérique 1.
Ce dispositif comprend une superstructure 2, enjambant les trois coques 3, 3', 3" du trimaran, et pourvue de volets aérodynamiques mobiles 4, 5.
Le mât est d'autre part esquissé en 6, la borne en 7, et la voile en 8.
Comme on l'a mentionné ci-dessus, le but de l'invention est d'assurer un contrôle aérodynamique de l'attitude du bateau, et particulièrement de sa gîte, pour la maintenir dans une plage souhaitable, compte tenu de ce que l'on souhaite faire naviguer le bateau autant que possible en appui sur une seule coque - la coque mouillée - de manière à réduire la traînée. A cette fin, et comme on peut le voir plus clairement sur le schéma de la figure 2, au moins un volet (généralement le volet situé du côté face au vent, le plus écarté de la coque mouillée) est incliné dans le sens voulu pour exercer un couple de stabilisation par rapport à l'axe longitudinal du bateau.
Dans le schéma de la figure 2, la force du vent, représentée par la flèche A, est supposée trop grande pour maintenir l'angle de gîte oL dans la plage voulue, et le volet 4 est dès lors relevé pour exercer une force, représentée par la flèche B, s 'opposant au couple de chavirage dû à la force A du vent .
Lorsque le bateau commence à naviguer, et se trouve encore en appui plus ou moins symétrique sur ses coques externes, il est d'autre part intéressant d'orienter le volet situé du côté face au vent (le volet 4 à la figure 2) vers le bas, pour favoriser le soulèvement de la coque 3. En effet, le déjaugeage initial d'une coque demande un effort supérieur à ce qui se passe en vitesse de croisière, dans la mesure où la vitesse du bateau est à ce moment plus faible, et sa surface de contact avec l'eau, et donc sa traînée, plus importantes. Au déjaugeage, la traînée diminue brusquement, avec un brusque gain de vitesse correspondant . Les volets 4 et 5 sont identiques, et disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du bateau.
En marche normale, seul le volet 4, dont la force aérodynamique présente alors le plus grand bras de levier par rapport à l'axe de pivotement situé dans la coque mouillée, sera avantageusement utilisé lorsque le bateau naviguera en appui sur la coque tribord 3 " , et seul le volet 5 sera utilisé lorsque le bateau naviguera en appui sur la coque bâbord 3.
Cependant, les deux volets 4, 5 peuvent également être utilisés simultanément si on le souhaite, l'action simultanée et symétrique des volets pouvant être utilisée pour corriger l'assiette, ou attitude du bateau dans le sens longitudinal, soit pour diminuer l'angle d'assiette en allégeant l'arrière du bateau, lorsque le bateau a tendance à trop se cabrer, soit pour renforcer le cabrement, par exemple en cas de risque d'enfournement.
La commande des volets peut être réalisée par des dispositifs connus, tels que vérins ou crémaillères, commandés directement par le pilote ou encore de manière automatique en prenant en compte des paramètres tels que la vitesse du bateau, l'angle de gîte, sa vitesse de variation, la vitesse du vent, et analogue.
La superstructure 2 sur laquelle sont montés les volets sera avantageusement une poutre de structure de bateau, pour ne pas accroître inutilement la traînée aérodynamique de la superstructure. Au besoin, la superstructure 2 peut cependant également être prévue en supplément, en étant alors conçue pour résister aux seuls efforts aérodynamiques .
Dans ce dernier cas, c'est l'ensemble de la superstructure qui peut constituer les volets, en étant divisée en deux éléments articulés l'un à l'autre et à leurs jonctions avec les coques.
Au dessin, on a représenté un trimaran, mais il est clair que l'invention s'applique aux voiliers multicoques en général, et en particulier aux catamarans. L'invention s'applique ainsi également aux multicoques à hydroptères, permettant encore un gain de traînée et de vitesse par rapport aux multicoques classiques. Pour mieux faire comprendre l'invention, nous décrirons ci-après un exemple illustratif d'application de l'invention, en cours de navigation d'un multicoque tel que représenté aux figures 1 et 2. Le vent est supposé venir de bâbord, comme illustré à la figure 2.
Au départ, les volets 4, 5 sont en position neutre, non active, dans l'axe de la superstructure 2, et le bateau s'appuie essentiellement symétriquement sur ses coques latérales 3, 3".
Dès que la vitesse relative du vent est jugée suffisante pour un effet aérodynamique sur les volets, les volets 4, 5 sont avantageusement actionnés pour améliorer l'assiette. Ainsi, sur un plan d'eau calme, les volets seront généralement abaissés au maximum, pour générer une force aérodynamique travaillant dans le sens d'un allégement de la poupe du bateau, réduisant ainsi le cabrement, tout en tendant en même temps à réduire la surface mouillée, et donc la traînée hydrodynamique, de manière à accélérer le gain de vitesse. Sur un plan d'eau agité, par contre, avec risque d'enfournement, les volets seront avantageusement relevés pour augmenter le cabrement, et diminuer ainsi le risque d'enfournement.
Au fur et à mesure que la vitesse, et donc l'effet aérodynamique sur les volets, augmentent, le volet 5 peut être progressivement ramené en position neutre pour réduire la traînée aérodynamique, tandis que le volet 4 est abaissé, pour favoriser un déjaugeage de la coque 3, grâce à une force aérodynamique déséquilibrée par rapport à l'axe longitudinal du bateau.
Le déjaugeage de la coque 3 entraîne une brusque diminution de la traînée, et ainsi une brusque augmentation de la vitesse. Le bateau se trouve alors en régime de croisière, avec une gîte suffisante pour que les coques 3, 3' soient essentiellement hors de l'eau, et que la flottabilité ne soit plus assurée que par la coque 3" qui est alors la coque d'appui. A ce stade, et en fonction de paramètres de navigation du bateau tels que l'angle du vent par rapport à la direction de déplacement du bateau, et la direction de déplacement, en ligne droite ou en courbe, le volet 4 situé du côté de la coque 3 déjaugée, sera pivoté vers le haut ou vers le bas, pour respectivement assister un redressement ou un soulèvement du bateau.
Les volets doivent être commandés indépendamment, et peuvent l'être par tout moyen connu, par exemple par vérins à doubles courses, ou par crémaillères, commandés par le pilote ou de manière automatique. De tels systèmes de commande sont connus dans la technique, et ne doivent pas être décrits plus en détail ici.
Dans la présente description, on entend généralement par volet un organe profilé mobile, ajustable, destiné à générer un effet aérodynamique, que ce soit un organe profilé articulé à une structure fixe, comme schématisé au dessin, ou l'ensemble d'une structure profilée mobile, comme pourrait l'être la structure 2, réalisée en deux parties articulées l'une à l'autre et à leurs jonctions avec les coques.
En ce qui concerne le nombre de volets, ceux-ci sont de préférence au nombre de deux, pour tirer profit d'un effet possible d'asymétrie par rapport à l'axe longitudinal du bateau. Ils peuvent cependant être en nombre plus important, sans que cela apporte un avantage pratique dans le cadre de l'invention

Claims

Revendications
1. Procédé de contrôle de l'attitude d'un bateau multicoque, à voile, caractérisé en ce qu'il consiste à générer dans la superstructure du bateau, indépendamment de la voilure, une force aérodynamique d'appoint, et à ajuster la grandeur et le sens de ladite force aérodynamique pour modifier l'attitude du bateau.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à générer un couple aérodynamique de redressement, opposé à un couple de chavirage produit par la voilure, lorsqu'un angle de gîte s'approche d'une limite supérieure, et un couple aérodynamique de soulèvement, de même sens que le couple de chavirage dû à la voilure, lorsque l'angle de gîte s'approche d'une limite inférieure.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à générer le couple aérodynamique au moyen d'au moins un volet aérodynamique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir le volet aérodynamique sur une superstructure enjambant les coques du bateau multicoque, à la partie arrière de celui-ci.
4. Dispositif de contrôle de l'attitude d'un bateau multicoque, à voile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un volet aérodynamique monté sur une superstructure enjambant les coques, prévu pour générer une force aérodynamique d'appoint, et un moyen de commande en pivotement dudit volet, pour ajuster son angle d'attaque
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux volets, montés sur ladite superstructure, symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du bateau.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de commande indépendant pour chaque volet
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite superstructure est montée à l'arrière du bateau.
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