WO2020084123A1 - Coque de navire a grande vitesse a injection de gaz d'echappement sous chaque bras de liaison - Google Patents

Coque de navire a grande vitesse a injection de gaz d'echappement sous chaque bras de liaison Download PDF

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WO2020084123A1
WO2020084123A1 PCT/EP2019/079210 EP2019079210W WO2020084123A1 WO 2020084123 A1 WO2020084123 A1 WO 2020084123A1 EP 2019079210 W EP2019079210 W EP 2019079210W WO 2020084123 A1 WO2020084123 A1 WO 2020084123A1
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WO
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hull
float
central
length
central float
Prior art date
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PCT/EP2019/079210
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English (en)
Inventor
Gilles Vaton
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Bgvx Innovation - High Speed Vessel (Hsv)
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Publication date
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    • 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 present invention relates to the general field of monohulls with aft stabilizers for high speed ships.
  • a field of application of the invention is that of the construction of high speed ships, that is to say greater than 38 knots and even up to 54 knots and beyond, of average length of more than 50 m and capable of carrying passengers and vehicles in particular for civil as well as military uses.
  • Shipbuilding has progressed in the engine section to increase the speed and range of the ships, but has hardly changed in the design of their hulls.
  • the monohull has always prevailed for its simplicity, its lightness and its lift both static and dynamic even if its stability, at least in terms of comfort, is not perfect.
  • trimaran hull designs have also been developed to beat speed records in mechanical propulsion but without the concern of transporting goods or passengers such as the ship described in the Australian patent publication AU 521518.
  • This publication aims at a kind of trimaran comprising three "hydroskis” allowing its displacement on three bearing surfaces arranged in a triangle, one at the front and the other two at the rear and allowing the hull to take off completely, which cannot be extrapolated for a heavy transport vessel such as passengers or vehicles.
  • a ship hull comprising a central main float and two lateral floats of shorter length, situated towards the rear of the central float, connected to the latter by link arms and having submerged fins; the hulls of the three floats are always partly submerged and therefore to be considered, whatever the speed and the weather conditions, as always forming a hull displacement but, according to the invention, entirely new design: the coefficient of fineness of the three hulls is between 0.25 and 0.35 with a ratio of their length to their width between 12 and 20 and a length ratio of the central hull along the length of the side hulls between 2.5 and 4.5.
  • This hull design with a central float with very large elongation offers a very low resistance to advancement and an effective behavior on short swells such as one meets them in closed or semi-closed seas such as the Mediterranean or the Handle.
  • the transverse stability is ensured by the rear lateral floats which can give the hull a qualification of trimaran when it is in fact rather a "pseudo trimaran".
  • Such aft floats give the vessel, unlike the catamaran, remarkable behavior because of the long period of roll they generate; the roll is moreover controlled by the efficiency of the stabilizing fins, which preferably are mobile and orientable in alternating operation so that it is always in positive incidence, giving a lift always oriented upwards.
  • These immersed stabilizing fins or foils also provide a hydrodynamic lift effect making it possible to contribute to the planing of the rear part of the central hull from a certain speed.
  • the main object of the present invention is therefore to improve the efficiency of a ship hull having such characteristics.
  • a high-speed ship's hull comprising a central main float and two shorter lateral floats, situated towards the rear of the central float, connected to the latter by link arms and comprising fins.
  • the coefficient of fineness of the hulls of the lateral floats and of the central float being between 0.25 and 0.35 with a ratio between the length and the width between 12 and 20 and a ratio between the length of the hull of the float central and the length of the hull of the lateral floats between 2.5 and 4.5
  • the connecting arms being faired in the form of wings creating two ground effect nozzles between the interior interior lateral surfaces emerged from the central float and side floats, and the liquid surface on which the ship's hull moves, and further comprising, in accordance with the invention, means for taking exhaust gases from a propulsion engine and injecting them rearward under each link arm in order to increase the yield of the ground effect.
  • the particular geometry of the hull according to the invention with the connecting arms makes it possible to create two ground-effect nozzles between the interior lateral surfaces emerged from the central float and from the lateral floats, and the liquid surface on which the hull moves.
  • the efficiency of this ground effect is increased by injecting the exhaust gases under each link arm. More specifically, the exhaust gases will “blow” the air already present under the link arms and circulating at least at the speed of the ship (between 35 and 65 knots).
  • the gain on the ground effect is approximately 5 to 10%, which represents approximately 20% of the displacement of the ship under full load.
  • the invention thus makes it possible to produce ships capable of transporting passengers and / or freight such as essentially vehicles, at least 50 m in length, capable of sailing at high speed beyond 40 knots (or even of 50/60 knots), whatever the weather conditions and while keeping good stability both in roll and in pitch for one hand, a navigation comfort in particular for the passengers and on the other hand, not too much stress the hull structures which must be simple to manufacture, rigid and resistant.
  • the shell comprises at least one gas sampling duct opening out at an exhaust outlet of the propulsion engine and opening rearwards under each link arm to inject the exhaust gases sampled.
  • the gas sampling duct can open under each link arm through rear exhaust vents.
  • These exhaust vents are advantageously positioned on each side of the central float between the liquid surface on which the hull of the ship moves and the underside of the link arms.
  • the exhaust vents are oriented so as to inject the exhaust gases at an angle between 15 ° and 30 ° relative to the surface of the water.
  • the coefficient of fineness of the hull of the central float is advantageously between 0.34 and 0.34 with a ratio between the length and the width between 15 and 18m for a length of central float between 50 and 150m.
  • the hull further advantageously comprises a rear aerial vertical tail unit and means of propulsion by jet of water leaving the rear part of the lateral and central floats.
  • These water jet propulsion means may further comprise water inlets located in the middle of the hull of the float considered.
  • FIGS. 1 to 3 are schematic views of a ship hull according to the invention, respectively from above, from the side and from the rear;
  • FIG. 4 is a half-sectional view showing the means for injecting exhaust gas under each connecting arm of the shell of Figures 1 to 3;
  • FIG. 5 is a side view of the injection means of Figure 4.
  • FIG. 6 is a bottom view of the shell of Figures 1 to 5 showing illustrating the gain in lift effort obtained by the present invention.
  • the hull 1 of a ship comprises in particular a central main float 2 and two lateral floats 3 of shorter length, located towards the rear of the central float, and connected to the latter by link arms 4.
  • the hulls of the three floats 2, 3 are always submerged whatever the speed and weather conditions and ensure navigation while keeping the passenger and / or freight transport bridges almost horizontal.
  • the hulls of the lateral floats 3 comprise immersed fins 5 (or “foils”) which can be oriented by an angle a equal to approximately 45 ° in the middle position relative to the vertical median plane YY of each lateral float and oriented towards the inside of the hull towards the central float 2.
  • these immersed fins 5 are articulated under each lateral float 3 and can tilt at least between 40 and 50 °.
  • These immersed fins may for example be of a so-called “Vaton” profile, of the type defined by the latter and as manufactured on the Charles HEIDSIEK IV boat in 1994/85.
  • the three floats 2, 3 of the hull always remain at least partially submerged whatever the speed of advancement of the ship and thanks to the various specific means and forms according to the invention ensure navigation in a plane which remains very close to the 'horizontal.
  • the connecting arms 4 of the shell according to the invention are faired in the form of wings, thus creating two ground effect nozzles between the lateral surfaces. interior emerged from the central float and the lateral floats, and the liquid surface 20 on which the hull moves.
  • These wings of the link arms are of relatively small size but of large rope moving at a height between half and a quarter of the average rope above the water.
  • An aerodynamic lift is thus obtained due to the static pressure obtained by slowing the air when passing through these ground effect nozzles formed by the undersides of the wings of the link arms joining the lateral floats to the central float, and the surface of the water, this static pressure increasing with speed.
  • the central float 2 is arranged to receive passengers on specific bridges and vehicles on other bridges (not shown). Other arrangements are of course possible depending on the dimensions of this central float and the use of such a ship. Different visibility windows 6 are of course arranged at least at the level of the decks where the passengers are installed.
  • a navigation and command bridge 7 dominates the entire hull and is preferably fitted on the central float 2 slightly in front of the bow of the lateral floats 3.
  • the central float 2 may include two side pins 8 fixed on the rear part of its hull and has a rear rudder 9 for navigation.
  • the structure of the central hull 1 has a double bottom and at the rear the machinery in which the powertrains are located (typically hydrojets 10 whose ejection nozzles 10a are located at the rear part of the shell).
  • hydrojets 10 typically hydrojets 10 whose ejection nozzles 10a are located at the rear part of the shell.
  • propulsion is thus ensured by at least one hydrojet 10 - and preferably two - coming out of the rear part of the central float, preferably supplemented by another hydrojet located at the rear of each lateral float.
  • the ejection nozzles 10a of these hydrojets are preferably orientable upwards and downwards of the order of 12 ° relative to the horizontal, completing the above effects of the immersed fins of the hull shapes and of the arms to reduce pitch and roll movements.
  • the hydrojets 10 have feed water inlets (not shown) which are situated towards the middle of the hull of the float considered so as not to disturb the flow too much towards the rear part of said hull.
  • feed water inlets not shown
  • such intake vents are preferably positioned at a distance of between 10 and 15% of the value of the length of the hull of the float considered, either upstream or downstream of the point of separation of the laminar boundary layer, and their opening length must be 10 to 15% of the length of this same laminar boundary layer
  • all volumes of unused hulls can be filled with buoyancy foam in sufficient quantity to compensate for the whole weight of the laden ship (such as in the forward volume, the aft volume, all the volumes available between decks in the rest of the hull, as well as those of the link arms 4 and lateral floats 3).
  • Vehicle access to the various bridges is via a rear door 12 (see Figure 3) of known type and passenger access via at least one side door 13 (see Figure 2) located on the central float 2, preferably in front of the bow of the side floats 3.
  • the central float 2 may include retractable bow thrusters (not shown in the figures).
  • the ratio of the volume of the submerged hull of the central float 2 to the volume of the circumscribed parallelepiped enveloping said hull, called the coefficient block, has a value between 0.32 and 0.34.
  • the ratio between this length and this width is between 15 and 18 with a hull length of the central float which can be between 50 and 150 m.
  • the width at the master beam at the waterline could be 6 m.
  • the coefficient or finesse coefficient block is preferably between 0.26 and 0.28 with a ratio between their length and their width, as defined above for the central float , between 13 and 17.
  • the ratio between the length of the central float 2 and the length of the lateral floats 3 is between 2.5 and 4.5, and preferably between 2.85 and 4.
  • the rear of the two lateral floats 3 is located at a distance d of between 5 and 20% - and preferably between 10 and 15% - of the value of the length L PP of the hull of the central float, in front of the rear perpendicular of this central float.
  • the longitudinal median planes YY of the lateral hulls of the lateral floats 3 are located at a distance D of between 10 and 15% - and preferably between 12 and 14% - of the value of the length L PP of the hull of the central float 2, on either side of the median plane XX by the latter.
  • the central float 2 comprises a rear aerial vertical tail unit 14 which is provided with a movable turning flap 15 and which constitutes a natural stabilizer by providing a slight support on the side opposite to the apparent wind. A balance is also established between the lift obtained by this empennage, whose support can be controlled by its movable turning flap and that of the surface of the front wall of the central float.
  • the surface of the tail unit 14 is such that its ratio with the lateral surface of the emerged part of the central float 2 is between 0.07 and 0.09, and the surface of the fins submerged 5 relative to the submerged hull surface of the corresponding lateral floats 3 is between 0.025 and 0.030.
  • the orientation of these submerged fins 5 and the ejector nozzle outlets 10a of the water jets 10, is controlled by electrical controls for stabilizing the ship linked to an inertial unit is provided for example by a hydraulic system supported by a pneumatic emergency system which at least puts the nozzles in a horizontal position in the event of a problem.
  • This double cross stabilization between the immersed fins and the nozzles, linked to the inertial unit, allows optimal comfort by controlling the lateral movements parasites knowing that such a system is almost neutral in terms of energy consumption.
  • propulsion engines for example diesel engines and / or turbines of the Rolls-Royce type
  • propulsion engines for example diesel engines and / or turbines of the Rolls-Royce type
  • propulsion engines 10b of the hydrojet turbine for injecting it backwards under each link arm 4.
  • the central float 2 of the hull comprises, for each link arm 4, at least one gas sampling duct 16 which opens out at an exhaust outlet of the propulsion engine 10b and which opens towards the rear of the central float under the link arm to inject the exhaust gases sampled.
  • each gas sampling conduit 16 opens under the connecting arm 4 corresponding through exhaust gills 18 oriented towards the rear of the hull (see FIG. 5).
  • FIG. 6 shows, in a view from below, the temperature of the gas flows around the hulls of the ship according to the invention.
  • this increase in temperature is represented by the hatched lines 22. It has been calculated that this increase in temperature corresponds to an increase in the lift force applied to the ship by more than 5% when the exhaust gas ejection according to the invention is used.

Abstract

L'invention concerne une coque de navire à grande vitesse comportant un flotteur principal central (2) et deux flotteurs latéraux (3) de longueur plus courte, situés vers l'arrière du flotteur central, reliés à celui-ci par des bras de liaison (4) et comportant des ailerons immergés, les bras de liaison étant carénés en forme d'ailes créant deux tuyères à effet de sol entre les surfaces latérales intérieures émergées respectives du flotteur central et des flotteurs latéraux, et la surface liquide (20) sur laquelle se déplace la coque du navire, la coque comprenant en outre des moyens (16, 18) pour prélever des gaz d'échappement provenant d'un moteur de propulsion (10b) et les injecter vers l'arrière sous chaque bras de liaison afin d'augmenter le rendement de l'effet de sol.

Description

Titre de l'invention
Coque de navire à grande vitesse à injection de gaz d'échappement sous chaque bras de liaison Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des monocoques à stabilisateurs arrière pour navire à grande vitesse.
Un domaine d'application de l'invention est celui de la construction de navires à grande vitesse, c'est-à-dire supérieure à 38 nœuds et même jusqu'à 54 nœuds et au-delà, de longueur moyenne de plus de 50 m et capables d'embarquer en particulier des passagers et des véhicules pour des utilisations aussi bien civiles que militaires.
La construction de navires a progressé dans la partie motorisation pour augmenter la vitesse et le rayon d'action des navires mais n'a pratiquement pas évolué dans le dessin de leur coque. En particulier, le monocoque a toujours prévalu par sa simplicité, sa légèreté et sa portance tant statique que dynamique même si sa stabilité, tout au moins en termes de confort, n’est pas parfaite.
Toutefois, depuis quelques années de nombreuses nouvelles conceptions sont étudiées et développées pour détrôner le monocoque avec pour objectif une plus grande vitesse et une meilleure stabilité, et cela tant à la demande des militaires que des armateurs. En effet, ces derniers veulent devenir beaucoup plus compétitifs que les transporteurs aériens en envisageant de diminuer d’au moins de moitié le temps alloué à une traversée transocéanique tout en étant capable de transporter beaucoup plus de passagers que dans un avion gros porteur.
Pour obtenir des grandes vitesses (c'est-à-dire supérieures à 38 nœuds), on a ainsi vu se développer différents types de coques utilisant pour certaines uniquement la sustentation hydrostatique comme les monocoques mais en multipliant le nombre de coques tels que les catamarans et les trimarans en particulier. D'autres ont eu recours à la sustentation hydrodynamique grâce à des ailes immergées qui font décoller la coque portante à partir d’une certaine vitesse. Encore d’autres principes ont été développés utilisant en particulier la sustentation aérostatique telle que les navires à coussins d’air. La présente invention concerne ainsi la sustentation à partir d'une conception de coque de type trimaran. Les développements et réalisations des navires à trois coques sont essentiellement connus à ce jour dans le domaine de la plaisance et en particulier de la voile pour battre des records de vitesse. Cependant, dans ce type de conception, le flotteur situé au vent de la coque centrale n'a pratiquement aucune fonction en navigation, le bateau s'appuyant alors sur le flotteur central et le flotteur latéral situé sous le vent.
Différentes conceptions de coque de type trimaran ont été également développées pour battre des records de vitesse en propulsion mécanique mais sans souci de transport de marchandises ou de passagers tel que le navire décrit dans la publication de brevet australien AU 521518. Cette publication vise une sorte de trimaran comportant trois « hydroskis » permettant son déplacement sur trois surfaces d'appui disposées en triangle, l'une à l'avant et les deux autres à l'arrière et permettant de faire décoller complètement la coque, ce qui n'est pas extrapolable pour un navire de transport lourd tel que de passagers ou de véhicules.
Dans le domaine des transports commerciaux, peu de projets ont été développés. On pourra néanmoins relever les publications de brevet FR 2671775 et FR 2675460 du même déposant, Société Nouvelle des Ateliers et Chantiers du Havre, décrivant des navires à coques multiples mais dont aucun exemple n'a été réalisé à ce jour pour sans doute des problèmes essentiellement de stabilité et de coût. En effet, il s'agit de coques dont d'une part les supers structures et le flotteur central sont assez conventionnels, mais ne pouvant atteindre que 40 nœuds maximum de vitesse. De plus, ces coques sont assez lourdes et les parties utilisables des supers structures ainsi que le centre de gravité de l'ensemble sont placés très haut au-dessus de l'eau.
On connaît également de la publication de brevet WO 99/00291 une coque de navire comportant un flotteur principal central et deux flotteurs latéraux de longueur plus courte, situés vers l'arrière du flotteur central, reliés à celui-ci par des bras de liaison et comportant des ailerons immergés ; les carènes des trois flotteurs sont toujours en partie immergée et donc à considérer, quelles que soient la vitesse et les conditions météorologiques comme formant toujours une coque à déplacement mais, suivant l'invention, de conception entièrement nouvelle : le coefficient de finesse des trois carènes est compris entre 0,25 et 0,35 avec un rapport de leur longueur sur leur largueur compris entre 12 et 20 et un rapport de longueur de la coque centrale sur la longueur des carènes latérales entre 2,5 et 4,5.
Cette conception de coque avec un flotteur central à très grand allongement, offre une résistance à l'avancement très faible et un comportement efficace sur les houles courtes telles qu'on les rencontre dans les mers fermées ou semi-fermées telle que la Méditerranée ou la Manche. La stabilité transversale est assurée par les flotteurs latéraux arrière qui peuvent donner à la coque une qualification de trimaran alors qu'il s'agit en fait plutôt d'un "pseudo trimaran". De tels flotteurs arrière confèrent au navire, contrairement au catamaran, un comportement remarquable en raison de la grande période de roulis qu'ils engendrent ; le roulis est par ailleurs maîtrisé par l'efficacité des ailerons stabilisateurs, qui de préférence, sont mobiles et orientables en fonctionnement alterné de façon à ce qu'il soit toujours en incidence positive, donnant une portance toujours orientée vers le haut. Ces ailerons stabilisateurs immergés ou foil apportent de plus un effet de sustentation hydrodynamique permettant de concourir au déjaugeage de la partie arrière de la coque centrale à partir d'une certaine vitesse.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal d'améliorer le rendement d'une coque de navire présentant de telles caractéristiques.
Ce but est atteint grâce à une coque de navire à grande vitesse comportant un flotteur principal central et deux flotteurs latéraux de longueur plus courte, situés vers l'arrière du flotteur central, reliés à celui- ci par des bras de liaison et comportant des ailerons immergés, le coefficient de finesse des carènes des flotteurs latéraux et du flotteur central étant compris entre 0,25 et 0,35 avec un rapport entre la longueur et la largeur compris entre 12 et 20 et un rapport entre la longueur de la carène du flotteur central et la longueur de la carène des flotteurs latéraux compris entre 2,5 et 4,5, les bras de liaison étant carénés en forme d'ailes créant deux tuyères à effet de sol entre les surfaces latérales intérieures émergées respectives du flotteur central et des flotteurs latéraux, et la surface liquide sur laquelle se déplace la coque du navire, et comprenant en outre, conformément à l'invention, des moyens pour prélever des gaz d'échappement provenant d'un moteur de propulsion et les injecter vers l'arrière sous chaque bras de liaison afin d'augmenter le rendement de l'effet de sol.
La géométrie particulière de la coque selon l'invention avec les bras de liaison permet de créer deux tuyères à effet de sol entre les surfaces latérales intérieures émergées du flotteur central et des flotteurs latéraux, et la surface liquide sur laquelle se déplace la coque. Le rendement de cet effet de sol est augmenté grâce à l'injection des gaz d'échappement sous chaque bras de liaison. Plus précisément, les gaz d'échappement vont « souffler » l'air déjà présent sous les bras de liaison et circulant au moins à la vitesse du navire (entre 35 et 65 nœuds). Le gain sur l'effet de sol est d'environ 5 à 10%, ce qui représente environ 20% du déplacement du navire en pleine charge.
L'invention permet ainsi de réaliser des navires capables de transporter des passagers et/ou du fret tels qu’essentiellement des véhicules, d’au moins 50 m de long, aptes à naviguer à grande vitesse au- delà de 40 nœuds (voire même de 50/60 nœuds), quelque soient les conditions météorologiques et en gardant une bonne stabilité tant en roulis, qu’en tangage pour d’une part, un confort de navigation en particulier pour les passagers et d’autre part, ne pas trop solliciter les structures de coques qui doivent être simples à fabriquer, rigides et résistantes.
De préférence, la coque comprend au moins un conduit de prélèvement de gaz débouchant au niveau d'une sortie d'échappement du moteur de propulsion et s'ouvrant vers l'arrière sous chaque bras de liaison pour injecter les gaz d'échappement prélevés.
Dans ce cas, le conduit de prélèvement de gaz peut s'ouvrir sous chaque bras de liaison au travers d'ouïes d'échappement orientées vers l'arrière. Ces ouïes d'échappement sont avantageusement positionnées de chaque côté du flotteur central entre la surface liquide sur laquelle se déplace la coque du navire et le dessous des bras de liaison.
De préférence également, les ouïes d'échappement sont orientées de façon à injecter les gaz d'échappement avec un angle compris entre 15° et 30° par rapport à la surface de l'eau. Le coefficient de finesse de la carène du flotteur central est avantageusement compris entre 0,34 et 0,34 avec un rapport entre la longueur et la largeur compris entre 15 et 18m pour une longueur de flotteur central comprise entre 50 et 150m.
De plus, la coque comprend en outre avantageusement un empennage vertical aérien arrière et des moyens de propulsion par jet d'eau sortant de la partie arrière des flotteurs latéraux et central. Ces moyens de propulsion par jet d'eau peuvent comprendre en outre des entrées d'eau situées au milieu de la carène du flotteur considéré
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- les figures 1 à 3 sont des vues schématiques d'une coque de navire selon l'invention, respectivement de dessus, de côté et de l'arrière ;
- la figure 4 est une demi-vue en coupe montrant les moyens d'injection de gaz d'échappement sous chaque bras de liaison de la coque des figures 1 à 3 ;
- la figure 5 est une vue de côté des moyens d'injection de la figure 4 ; et
- la figure 6 est une vue de dessous de la coque des figures 1 à 5 montrant illustrant le gain d'effort de portance obtenu par la présente invention.
Description détaillée de l'invention
Comme représenté sur les figures 1 à 3, la coque 1 de navire selon l'invention comprend notamment un flotteur principal central 2 et deux flotteurs latéraux 3 de longueur plus courte, situés vers l'arrière du flotteur central, et reliés à celui-ci par des bras de liaison 4.
Les carènes des trois flotteurs 2, 3 sont toujours immergés quelle que soit la vitesse et les conditions météorologiques et assurent une navigation en maintenant les ponts de transport de passagers et/ou de fret quasi horizontaux. A cet effet, comme représenté sur la figure 3, les carènes des flotteurs latéraux 3 comportent des ailerons immergés 5 (ou « foils ») orientables d'un angle a égal à 45° environ en position médiane par rapport au plan médian vertical Y-Y de chaque flotteur latéral et orientés vers l'intérieur de la coque vers le flotteur central 2.
De préférence, ces ailerons immergés 5 sont articulés sous chaque flotteur latéral 3 et peuvent s'incliner au moins entre 40 et 50°. Ces ailerons immergés peuvent être par exemple d'un profil dit « Vaton », de type de ceux définis par ce dernier et tels que fabriqués sur le bateau Charles HEIDSIEK IV en 1994/85.
Les trois flotteurs 2, 3 de la coque restent toujours au moins en partie immergée quelle que soit la vitesse d'avancement du navire et grâce aux différents moyens et formes spécifiques suivant l'invention assurent une navigation dans un plan qui reste très proche de l'horizontal.
Comme décrit dans la publication WO 99/00291 dont le contenu est incorporé ici par référence, les bras de liaison 4 de la coque selon l'invention sont carénés en forme d'ailes, créant ainsi deux tuyères à effet de sol entre les surfaces latérales intérieures émergées du flotteur central et des flotteurs latéraux, et la surface liquide 20 sur laquelle se déplace la coque.
Ces ailes des bras de liaison sont de relativement faible envergure mais de corde importante se déplaçant à une hauteur comprise entre un demi et un quart de la corde moyenne au-dessus de l'eau. On obtient ainsi une sustentation aérodynamique due à la pression statique obtenue par ralentissement de l'air au passage dans ces tuyères à effet de sol constituées par le dessous des ailes des bras de liaison rejoignant les flotteurs latéraux au flotteur central, et la surface de l'eau, cette pression statique augmentant avec la vitesse.
Des estimations par calculs ont permis d'évaluer que pour une surface portante de chaque aile de ces bras de liaison de l'ordre de 220 m2, à une vitesse entre 40 et 50 nœuds, on obtient par cet effet de sol une déportance de l'ordre de 50 à 60 tonnes, à l'aide de profil cambré de ces bras en forme d'ailes de type connu Gottingen tel que celui référencé G652 (cambré). La combinaison de cette "hypersustentation" avec la déportance obtenue par les ailerons immergés 5 et solidaires des flotteurs latéraux, qui pour une surface de l'ordre de 6 m2 chacun a une vitesse comprise entre 40 et 50 nœuds, donnent une déportance d'environ 60 tonnes, permet un allégement total obtenu de l'ordre de 20 % de la masse d'un navire ayant un déplacement de 550 tonnes, correspondant aux indications de surface ci-dessus, c'est-à-dire ayant une longueur de l'ordre de 100 m et considéré à mi charge.
Le flotteur central 2 est aménagé pour recevoir des passagers sur des ponts spécifiques et des véhicules sur d'autres ponts (non représentés). D'autres aménagements sont bien sûr possibles en fonction des dimensions de ce flotteur central et de l'utilisation d'un tel navire. Différents hublots de visibilité 6 sont bien sûr disposés au moins au niveau des ponts où sont installés les passagers. Une passerelle 7 de navigation et de commandement domine l'ensemble de la coque et est de préférence aménagée sur le flotteur central 2 légèrement en avant de l'étrave des flotteurs latéraux 3.
Comme représenté sur la figure 3, le flotteur central 2 peut comporter deux quilles latérales 8 fixes sur la partie arrière de sa carène et comporte un gouvernail arrière 9 de navigation.
En dessous des ponts, la structure de la coque centrale 1 comporte un double fond et à l'arrière la machinerie dans laquelle sont situés les groupes motopropulseurs (typiquement des hydrojets 10 dont les tuyères d'éjection 10a sont situées à la partie arrière de la coque). Pour obtenir une poussée suffisante permettant d'atteindre des vitesses d'au moins 40 à 50 nœuds, la propulsion est ainsi assurée par au moins un hydrojet 10 - et de préférence deux - sortant de la partie arrière du flotteur central, complété de préférence par un autre hydrojet situé à l'arrière de chaque flotteur latéral.
Les tuyères d'éjection 10a de ces hydrojets sont de préférence orientables vers le haut et vers le bas de l'ordre de 12° par rapport à l'horizontale, complétant les effets ci-dessus des ailerons immergés des formes de carène et des bras de liaison afin de réduire les mouvements de tangage et de roulis.
Les hydrojets 10 ont des entrées d'eau d'alimentation (non représentées) qui sont situées vers le milieu de la carène du flotteur considéré afin ne pas trop perturber l'écoulement vers la partie arrière de ladite carène. Ainsi, de telles bouches d'admission sont de préférence positionnées à une distance comprise entre 10 et 15 % de la valeur de la longueur de la carène du flotteur considéré, soit en amont, soit en aval du point de décollement de la couche limite laminaire, et leur longueur d'ouverture doit être de 10 à 15 % de la longueur de cette même couche limite laminaire
Pour assurer une réserve de flottabilité telle que même en cas de déchirure de la coque provoquant l'envahissement par l'eau de certains volumes de transport et de tout le double fond l'ensemble de la coque puisse rester en flottabilité, tous les volumes de coque non utilisés peuvent être remplis d'une mousse de flottabilité en quantité suffisante pour compenser l'ensemble du poids du navire en charge (tels que dans le volume avant, le volume arrière, l'ensemble des volumes disponibles entre les ponts dans le reste de la coque, ainsi que ceux des bras de liaison 4 et des flotteurs latéraux 3).
L'accès des véhicules aux différents ponts s'effectue par une porte arrière 12 (voir figure 3) de type connu et l'accès des passagers par au moins une porte latérale 13 (voir figure 2) située sur le flotteur central 2, de préférence en avant de l'étrave des flotteurs latéraux 3.
Pour faciliter les manœuvres dans les ports, le flotteur central 2 peut comporter des propulseurs d'étrave rétractables (non représentés sur les figures).
Compte tenu des caractéristiques de finesse recherchée pour l'ensemble des flotteurs et de leurs dispositions spécifiques selon l'invention, le rapport du volume de carène immergée du flotteur central 2 au volume du parallélépipède circonscrit enveloppant ladite carène, appelé le bloc coefficient, a une valeur comprise entre 0,32 et 0,34.
En considérant la longueur LPP entre perpendiculaires avant et arrière du flotteur central 2 et sa largeur au maître bau à la flottaison, le rapport entre cette longueur et cette largeur est compris entre 15 et 18 avec une longueur de carène du flotteur central qui peut être comprise entre 50 et 150 m. Ainsi, par exemple, pour une longueur entre perpendiculaires LPP de 100 m, la largeur au maître bau à la flottaison pourrait être de 6 m.
En ce qui concerne la carène des flotteurs latéraux 3, le bloc coefficient ou coefficient de finesse est compris de préférence entre 0,26 et 0,28 avec un rapport entre leur longueur et leur largeur, tel que définis ci-dessus pour le flotteur central, compris entre 13 et 17. Le rapport entre la longueur du flotteur central 2 et la longueur des flotteurs latéraux 3 est compris entre 2,5 et 4,5, et de préférence entre 2,85 et 4.
L'arrière des deux flotteurs latéraux 3 est situé à une distance d comprise entre 5 et 20 % - et de préférence entre 10 et 15% - de la valeur de la longueur LPP de la carène du flotteur central, en avant par rapport à la perpendiculaire arrière de ce flotteur central.
Les plans médians Y-Y longitudinaux des carènes latérales des flotteurs latéraux 3 sont situés à une distance D comprise entre 10 et 15% - et de préférence entre 12 et 14% - de la valeur de la longueur LPP de la carène du flotteur central 2, de part et d'autre du plan médian X-X par celle-ci.
On notera que l'ensemble des valeurs et des fourchettes des dimensions indiquées ci-dessus est valable pour toute longueur LPP du flotteur central entre perpendiculaires comprise entre 50 et 150 m.
Le flotteur central 2 comporte un empennage vertical aérien arrière 14 qui est doté d'un volet mobile de braquage 15 et qui constitue un stabilisateur naturel en fournissant un léger appui du côté opposé au vent apparent. Un équilibre s'établit également entre la portance obtenue par cet empennage, dont on pourra contrôler l'appui grâce à son volet mobile de braquage et celle de la surface de la muraille avant du flotteur central.
Pour les dimensions de coque mentionnées ci-dessus, la surface de l'empennage 14 est telle que son rapport avec la surface latérale de la partie émergée du flotteur central 2 est comprise entre 0,07 et 0,09, et la surface des ailerons immergés 5 par rapport à la surface de carène immergée des flotteurs latéraux 3 correspondant est comprise entre 0,025 et 0,030.
L'orientation de ces des ailerons immergés 5 et des sorties de tuyères d'éjection 10a des hydrojets d'eau 10, est pilotée par des commandes électriques de stabilisation du navire liées à une centrale inertielle est assurée par exemple par un système hydraulique soutenu par un système pneumatique de secours qui remet au moins les tuyères en position horizontale en cas de problème. Cette double stabilisation croisée entre les ailerons immergés et les tuyères, liée à la centrale inertielle, permet un confort optimal par le contrôle des mouvements latéraux parasites sachant qu'un tel système est quasi neutre en termes de consommation d'énergie.
Selon l'invention, comme représenté sur la figure 4, il est prévu de prélever une partie des gaz d'échappement des moteurs de propulsion (par exemple moteurs diesel et/ou turbines type Rolls-Royce), et plus précisément des moteurs de propulsion 10b de la turbine des hydrojets, pour l'injecter vers l'arrière sous chaque bras de liaison 4.
A cet effet, le flotteur central 2 de la coque selon l'invention comprend, pour chaque bras de liaison 4, au moins un conduit de prélèvement de gaz 16 qui débouche au niveau d'une sortie d'échappement du moteur de propulsion 10b et qui s'ouvre vers l'arrière du flotteur central sous le bras de liaison pour injecter les gaz d'échappement prélevés.
Plus précisément, chaque conduit de prélèvement de gaz 16 s'ouvre sous le bras de liaison 4 correspondant au travers d'ouïes d'échappement 18 orientées vers l'arrière de la coque (voir la figure 5).
Ces ouïes d'échappement 18 sont positionnées de chaque côté du flotteur central 2 à mi-distance entre la surface liquide 20 sur laquelle se déplace la coque du navire et le dessous des bras de liaison.
De plus, elles sont avantageusement orientées de façon à injecter les gaz d'échappement avec un angle b compris entre 15° et 30° par rapport à la surface liquide 20 sur laquelle se déplace la coque du navire.
La figure 6 montre, en vue de dessous, la température des flux gazeux autour des coques du navire selon l'invention. Sur cette figure, on constate bien l'effet d'augmentation de la température des flux vers l'arrière au niveau des points d'injection des gaz d'échappement sous chaque bras de liaison (cette augmentation de température est représentée par les traits hachurés 22). Il a été calculé que cette augmentation de température correspond à une augmentation de l'effort de portance appliqué sur le navire de plus de 5% lorsqu'on utilise l'éjection des gaz d'échappement selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Coque (1) de navire à grande vitesse comportant un flotteur principal central (2) et deux flotteurs latéraux (3) de longueur plus courte, situés vers l'arrière du flotteur central, reliés à celui-ci par des bras de liaison (4) et comportant des ailerons immergés (5), le coefficient de finesse des carènes des flotteurs latéraux et du flotteur central étant compris entre 0,25 et 0,35 avec un rapport entre la longueur et la largeur compris entre 12 et 20 et un rapport entre la longueur de la carène du flotteur central et la longueur de la carène des flotteurs latéraux compris entre 2,5 et 4,5, les bras de liaison étant carénés en forme d'ailes créant deux tuyères à effet de sol entre les surfaces latérales intérieures émergées respectives du flotteur central et des flotteurs latéraux, et la surface liquide (20) sur laquelle se déplace la coque du navire, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (16, 18) pour prélever des gaz d'échappement provenant d'un moteur de propulsion (10b) et les injecter vers l'arrière sous chaque bras de liaison afin d'augmenter le rendement de l'effet de sol.
2. Coque selon la revendication 1, comprenant au moins un conduit de prélèvement de gaz (16) débouchant au niveau d'une sortie d'échappement du moteur de propulsion (10b) et s'ouvrant vers l'arrière sous chaque bras de liaison (4) pour injecter les gaz d'échappement prélevés.
3. Coque selon la revendication 2, dans laquelle le conduit de prélèvement de gaz (16) s'ouvre sous chaque bras de liaison (4) au travers d'ouïes d'échappement (18) orientées vers l'arrière.
4. Coque selon la revendication 3, dans laquelle les ouïes d'échappement (18) sont positionnées de chaque côté du flotteur central (2) entre la surface liquide (20) sur laquelle se déplace la coque du navire et le dessous des bras de liaison (4).
5. Coque selon l'une des revendications 3 et 4, dans laquelle les ouïes d'échappement (18) sont orientées de façon à injecter les gaz d'échappement avec un angle (b) compris entre 15° et 30° par rapport à la surface liquide (20) sur laquelle se déplace la coque du navire.
6. Coque selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le coefficient de finesse de la carène du flotteur central est compris entre 0,32 et 0,34 avec un rapport entre la longueur et la largeur compris entre 15 et 18 pour une longueur de flotteur central comprise entre 50 et 150m.
7. Coque selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre un empennage vertical aérien arrière (14).
8. Coque selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre des moyens de propulsion par jet d'eau sortant de la partie arrière du flotteur central.
9. Coque selon la revendication 8, comprenant au moins deux propulseurs par jet d'eau (10) positionnés sur le flotteur central (2) et au moins un propulseur par jet d'eau (10) positionné sur chaque flotteur latéral (3).
10. Coque selon la revendication 9, dans laquelle les moyens (10) de propulsion par jet d'eau comprennent en outre des entrées d'eau situées au milieu de la carène du flotteur considéré.
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