WO2023118210A1 - Rhombohedral hydrofoil and craft comprising same - Google Patents

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WO2023118210A1
WO2023118210A1 PCT/EP2022/087089 EP2022087089W WO2023118210A1 WO 2023118210 A1 WO2023118210 A1 WO 2023118210A1 EP 2022087089 W EP2022087089 W EP 2022087089W WO 2023118210 A1 WO2023118210 A1 WO 2023118210A1
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wings
wing
boat
junction
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François VARIGAS
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Definitions

  • a craft is a floating construction (boat) navigating by sail, rowing or motor.
  • a hydrofoil is a wing positioned under the boat and profiled so as to generate, by its displacement in the water, a lift force which acts on its speed and its stability.
  • the speed of movement generates on the hydrofoil(s) a hydrodynamic lift capable of lifting the hull(s) of the boat partially or totally out of the water.
  • the purpose of this lift transfer is to reduce hull or float drag (friction and waves) and to reduce the power needed at cruising speed.
  • At least one of the wing root supports is configured to approach the other wing root support so that the front wings form the hypotenuses of right triangles formed by the front wings, the rear wings and the body of the hydrofoil, the main axis of each of the rear wings being, in these right-angled triangles, perpendicular to the main longitudinal axis of the body of the hydrofoil.
  • the boat that is the subject of the invention comprises means for adapting the position of at least one wing root to the navigation conditions.
  • the means of adaptation modifies the incidence of the airfoil.
  • FIG. 4 shows, schematically and in front view, the boat illustrated in Figures 1 to
  • figure 6 represents, schematically and in side view, the hydrofoil illustrated in figure 5,
  • figure 10 represents, schematically and in perspective, the hydrofoil illustrated in figures 7 to 9, in the configuration illustrated in figure 8,
  • FIG. 12 shows, schematically and in perspective, a movable rear wing root support joint
  • FIG. 14 represents, in the form of a flowchart, the operating steps of the hydrofoil illustrated in figures 7 to 13,
  • FIG. 18 shows, in front view, the boat illustrated in Figures 15 to 17.
  • All of these wings 21, 22, 25 and 26 have a second orthogonal projection on a so-called "horizontal" plane orthogonal to the plane of symmetry and comprising an axis parallel to the axis of displacement 46.
  • the second projection has the shape of a a quadrilateral having only angles of measure less than 180 degrees.
  • the morphism is an extremely elegant solution to "fine-tune" the adjustment of the wing to the flight conditions without having the inconvenience of heavy and hydrodynamically unclean solutions of multiple flaps at the trailing edge and/or slats and other appendages at the trailing edge. 'offensive.
  • the rhomboid type blade lends itself particularly well to this type of “control”.
  • the left wingtip junction 59 is hinged, allowing relative angular movement of the left front wing 53 relative to the left rear wing 55.
  • the right wingtip junction 60 is hinged. , which allows a relative angular movement of the right front wing 54 with respect to the right rear wing 56.
  • At least one of the wing root supports 57 and 58 is movable along the body of the hydrofoil 51, which allows a deformation of the rhombohedral wing 52, a variation of the deflection of each wing and therefore of the wingspan of the airfoil 52. Thanks to these variations, the airfoil 52 can be adapted to different speed ranges.
  • the hydrofoil 50 in a sail configuration with a reduced sag angle and an extended wingspan.
  • At least one of the wing root supports 57 and 58 (both wing root supports, in Figures 7-9) is configured to approximate the other wing root support so that the front wings 53 and 54 form the hypotenuses of right-angled triangles formed by the front wings, the rear wings 55 and 56 and the body of the hydrofoil 51 .
  • the main axis 83 of each of the rear wings is, in these right-angled triangles, perpendicular to the main longitudinal axis 84 of the body of the hydrofoil.
  • At least one of the wing root supports 57 and 58 (both wing root supports, in Figures 7-9) is configured to approach the other wing root support so that the front wings 53 and 54 and the rear wings 55 and 56 are in arrows, not inverted.
  • the deflection of the front wings 53 and 54 can be increased and the wingspan 89 reduced, in particular for configurations of use at higher speeds.
  • At least one of the wing root supports 57 and 58 (both wing root supports, in Figures 7 through 9) is configured to move away from the other wing root support so that the wingspan 89 (shown in Figure 9) of the hydrofoil 50 is less than the sum of four times the maximum width 87 (shown in Figure 8) of the front wings 53 and 54 and the rear wings 55 and 56, on the one hand, and the width 90 of the body of the hydrofoil 51, on the other hand.
  • the width 87 of the wings is the largest dimension of the wings measured perpendicular to their main axis 83 or 85.
  • the maximum width 87 of the front and rear wings is on the front wings 53 and 54.
  • the wing root supports are preferably positioned respectively below and above the body of the hydrofoil 51, this configuration being optimal for several aspects.
  • the hydrofoil 50 comprises wing morphism means, to modify the inclination of the axes of rotation of the wings and cause a variation in incidence, the adaptation means controlling the morphism means.
  • the electronic box modifies the incidence of the wing during the movement of the boat, depending on the on-board load, the speed, the altitude, the target autonomy, the maneuverability aimed.
  • the inclination of the axes of rotation of the wings at their embedding at the root can introduce or eliminate angular variations in incidence. If this axis is perpendicular to the plane of the wing, the dihedral will naturally generate an angular variation of the chord of the wing with respect to the frame of reference for the flow of air (the chord of a wing being the corresponding section to the wing section by a vertical plane perpendicular to the plane of the wing and parallel to the flow/longitudinal “X” axis of the hydrofoil).
  • the hydrofoil 50 comprises means for morphing the wing, to modify the inclination of the axes of rotation of the wings and cause a variation in incidence.
  • a torsion moment is imposed on the roots of the wings, via their articulation/embedding, and thus produce a phenomenon of morphism by the use, for example, of composite materials and/or a structure adapted internal of the wing.
  • the morphism aims to have a structure with the skin that deforms to replace or complete the controls (ailerons, flaps, etc.) and thus minimize drag (in profile and induced).
  • the body 51 of the hydrofoil 50 includes a ballast.
  • the body 51 of the hydrofoil 50 comprises a ballast operating as described with regard to the first embodiment illustrated in FIGS. 5 and 6.
  • the operating steps of the hydrofoil illustrated in FIGS. 7 to 13 are observed.
  • the desired flight altitude of the boat 40 is determined, according to the flight controls of the browser or provided by flight optimization software.
  • the conditions of the corresponding flight envelope are determined, taking into account flight conditions (speed, wind, on-board weight, remaining range, etc.).
  • the configuration (angles of the dihedral and angle of incidence) of the airfoil is determined for this area of flight and/or this desired speed (according to objectives of stability, reduced consumption, maneuverability, ). For example, starting from the knowledge for certain geometric configurations of the airfoil, including the extreme configurations (FIGS. 7 and 9), this knowledge is interpolated for all the other configurations.

Abstract

The rhombohedral hydrofoil (20) for a craft travelling parallel to an axis (46) has a plane of symmetry and comprises front wings (21, 22) that are connected to one another and rear wings (25, 26) that are connected to one another. The end of each front wing that is furthest from the junction of the front wings with one another is connected to one end of a rear wing which is the end furthest from the junction of the rear wings with one another. This assembly of wings has a first orthogonal projection onto a plane referred to as "vertical" perpendicular to the axis of travel, this projection having the shape of a quadrilateral having an obtuse angle at the junction of the front wings with one another, an obtuse angle at the junction of the rear wings with one another, and two acute angles at the junction of a front wing with a rear wing. This assembly of wings has a second orthogonal projection onto a plane referred to as "horizontal" orthogonal to the plane of symmetry and having an axis parallel to the axis of travel, this projection having the shape of a quadrilateral having only angles with magnitudes smaller than 180 degrees.

Description

HYDROFOIL RHOMBOEDRIQUE ET EMBARCATION LE COMPORTANT RHOMBOEDRIC HYDROFOIL AND BOAT COMPRISING IT
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne un hydrofoil rhomboédrique et une embarcation le comportant. Elle s’applique, en particulier, aux planches à voile, planches de surf et aux bateaux à une ou plusieurs coques, à voile et/ou à moteur. The present invention relates to a rhombohedral hydrofoil and a boat comprising it. It applies, in particular, to sailboards, surfboards and boats with one or more hulls, sailing and/or motor.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Une embarcation est une construction flottante (bateau) naviguant à voile, à rames ou à moteur. En mécanique des fluides, un hydrofoil est une aile positionnée sous l’embarcation et profilée de façon à engendrer, par son déplacement dans l'eau, une force de portance qui agit sur sa vitesse et sa stabilité. Dans le domaine du nautisme, la vitesse de déplacement engendre sur le ou les hydrofoils une portance hydrodynamique capable de soulever la ou les coques de l’embarcation partiellement ou totalement hors de l'eau. Le but de ce transfert de portance est de réduire la traînée de la coque ou du flotteur (frottement et vagues) et de réduire la puissance nécessaire à la vitesse de croisière. A craft is a floating construction (boat) navigating by sail, rowing or motor. In fluid mechanics, a hydrofoil is a wing positioned under the boat and profiled so as to generate, by its displacement in the water, a lift force which acts on its speed and its stability. In the field of boating, the speed of movement generates on the hydrofoil(s) a hydrodynamic lift capable of lifting the hull(s) of the boat partially or totally out of the water. The purpose of this lift transfer is to reduce hull or float drag (friction and waves) and to reduce the power needed at cruising speed.
Dans le cas des hydrofoils complètement immergés, la surface portante est entièrement et constamment immergée. L’avantage de cette configuration est sa capacité à isoler le bateau de l’effet des vagues dès que sa vitesse est suffisante, pour que le navire décolle, et que la houle ne soit pas trop forte. Les supports ou montants ou « jambes » qui relient les hydrofoils à la coque ne contribuent généralement pas à la portance. Cette configuration à hydrofoils immergés peut présenter un rendement (portance/traînée) plus élevé mais n'est pas naturellement stable en tangage et en roulis. D'autre part la surface portante est constante quelle que soit la vitesse et la hauteur de vol. Sans système de régulation, rien ne stabilise la profondeur d'immersion : l’hydrofoil peut arriver à l'interface air/eau. Pour ces deux raisons le navire doit être équipé d'un système de stabilisation active piloté par des capteurs d'altitude (comme sur le Moth à hydrofoil) ou par une centrale (capteurs d'altitude, accéléromètres). Pour faire varier les portances longitudinales et transversales en fonction de la vitesse, du rayon de virage demandé et du poids du bateau, les hydrofoils doivent être équipés d'un système de variation de portance agissant sur le calage ou la cambrure du profil ou sur l'écoulement local. On trouve dans cette famille le plus souvent des hydrofoils en « T » inversé, mais aussi en « U » ou en « L ». In the case of completely submerged hydrofoils, the airfoil is completely and constantly submerged. The advantage of this configuration is its ability to isolate the boat from the effect of the waves as soon as its speed is sufficient, so that the ship takes off, and the swell is not too strong. The supports or uprights or "legs" that connect the hydrofoils to the hull generally do not contribute lift. This configuration with submerged hydrofoils can have a higher efficiency (lift/drag) but is not naturally stable in pitch and roll. On the other hand, the lifting surface is constant whatever the speed and height of flight. Without a regulation system, nothing stabilizes the depth of immersion: the hydrofoil can arrive at the air/water interface. For these two reasons the ship must be equipped with an active stabilization system controlled by altitude sensors (as on the Moth hydrofoil) or by a control unit (altitude sensors, accelerometers). To vary the longitudinal and transverse lifts according to the speed, the turn radius requested and the weight of the boat, the hydrofoils must be equipped with a lift variation system acting on the setting or the camber of the profile or on the local flow. In this family, we most often find inverted “T” hydrofoils, but also “U” or “L” hydrofoils.
Sur les monocoques, il y a nécessité d’avoir un hydrofoil sur chaque bord afin de créer la « portance » du côté où le bateau penche. Pour des raisons de stabilité et/ou contraintes mécaniques importantes cela réduit l’optimisation de leur placement ainsi que la forme de leur design, donc de leurs performances globales. Cet emplacement ainsi que leur forme les rendent plus fragiles et surtout très exposés à tous corps flottants. Du fait de ces contraintes, la trainée engendrée par ces hydrofoils est relativement importante par rapport aux gains engendrés et limite leur bénéfice global. On monohulls, it is necessary to have a hydrofoil on each side in order to create "lift" on the side where the boat leans. For reasons of stability and/or significant mechanical constraints, this reduces the optimization of their placement as well as the shape of their design, and therefore their overall performance. This location and their shape make them more fragile and above all very exposed to all floating bodies. Because of these constraints, the drag generated by these hydrofoils is relatively high compared to the gains generated and limits their overall benefit.
Par opposition aux voilures d'aéronef (par exemple décrites dans les documents WO 2018/158 549, CN 107 097 952 et US 2010/051 755) les hydrofoils des petites embarcations, telles les planches à voile et les planches de surf, présentent une aile avant à profil porteur (générant une portance vers le haut) et une aile arrière à profil déporteur (générant une portance vers là-bas) afin de générer un couple qui compense celui du poids de l’embarcation avec passager(s). As opposed to aircraft wings (for example described in documents WO 2018/158 549, CN 107 097 952 and US 2010/051 755) the hydrofoils of small boats, such as sailboards and surfboards, have a forward profiled wing (generating uplift) and a rear spoilered wing (generating lift down there) in order to generate a torque which compensates for that of the weight of the boat with passenger(s).
Le document US2014/0209006 décrit une dérive configurée pour assurer une stabilité latérale. Cette dérive comporte quatre volets (« sidewall ») trapézoïdaux dont l’extension longitudinale parallèlement à l’axe d’écoulement décroît en fonction de la distance à la base de la dérive. Ces quatre volets entourent une ouverture présentant, en vue selon cet axe, une forme de quadrilatère. Vus de côté, les volets s’étendent vers l’arrière de la planche et les volets inférieurs présentent par rapport à un plan vertical perpendiculaire à l’axe d’écoulement, un angle supérieur à celui des volets supérieurs. Les sections des volets supérieurs sont prévues pour avoir un profil porteur et celles des volets inférieurs pour avoir un profil déporteur. The document US2014/0209006 describes a drift configured to ensure lateral stability. This drift has four trapezoidal flaps (“sidewall”) whose longitudinal extension parallel to the flow axis decreases as a function of the distance from the base of the drift. These four flaps surround an opening having, in view along this axis, the shape of a quadrilateral. Seen from the side, the flaps extend towards the rear of the board and the lower flaps have, in relation to a vertical plane perpendicular to the axis of flow, a greater angle than that of the upper flaps. The sections of the upper flaps are provided to have a load-bearing profile and those of the lower flaps to have a spoiler profile.
PRÉSENTATION DE L’INVENTION PRESENTATION OF THE INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. The present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un hydrofoil selon la revendication 1 . L’inventeur a découvert que cette forme d’hydrofoil présente des caractéristiques et effets techniques particulièrement intéressants. Par exemple, un tel hydrofoil de 1 ,5 mètre d’envergure peut soulever six tonnes à la vitesse de 35 nœuds. Avec un hydrofoil rhomboédrique, on augmente la vitesse de l’embarcation et/ou on diminue la puissance requise pour atteindre cette vitesse.To this end, according to a first aspect, the present invention relates to a hydrofoil according to claim 1. The inventor has discovered that this form of hydrofoil has particularly interesting technical characteristics and effects. For example, such a hydrofoil with a wingspan of 1.5 meters can lift six tons at a speed of 35 knots. With a rhombohedral hydrofoil, the speed of the boat is increased and/or the power required to reach this speed is reduced.
En utilisant un hydrofoil rhomboédrique il est possible de le monter à l’extrémité de la quille et de bénéficier ainsi du montage sur vérins dont elle dispose, optimisant la trainée totale du bateau. En utilisant des surfaces de contrôle sur les différentes surfaces de l’hydrofoil rhomboédrique il est possible d’engendrer des portances adaptées aux conditions/besoins de navigation. Il est aussi possible d’engendrer des forces différentielles qui permettent d’influencer et/ou contrôler la stabilité du bateau. Sur un multicoque et/ou sur un monocoque avec deux quilles parallèles, la stabilité plus importante permet non seulement d’avoir deux hydrofoils rhomboédriques qui travaillent ensemble mais aussi de limiter les effets de gite donc une simplification du design des coques et une meilleure répartition des charges et contraintes sur l’ensemble de la structure. By using a rhombohedral hydrofoil it is possible to mount it at the end of the keel and thus benefit from the mounting on cylinders it has, optimizing the total drag of the boat. By using control surfaces on the different surfaces of the rhombohedral hydrofoil it is possible to generate lift adapted to the conditions/needs of navigation. It is also possible to generate differential forces that can influence and/or control the stability of the boat. On a multihull and/or on a monohull with two parallel keels, the greater stability not only makes it possible to have two rhombohedral hydrofoils working together but also to limit the heeling effects, thus simplifying the design of the hulls and better distribution of the loads and stresses on the entire structure.
Dans des modes de réalisation, l’hydrofoil objet de l’invention comporte, de plus, un corps comportant : In embodiments, the hydrofoil object of the invention further comprises a body comprising:
- une attache pour le mât inférieur de l'embarcation, - a clip for the lower mast of the boat,
- un support d’emplanture et de jonction des ailes avant et - a support for the root and junction of the front wings and
- un support d’emplanture et de jonction des ailes arrière, les supports d’emplanture d’ailes avant et arrière étant positionnés respectivement, de part et d’autre de ce corps dans le plan de symétrie de l’hydrofoil. - a support for the root and junction of the rear wings, the front and rear wing root supports being positioned respectively, on either side of this body in the plane of symmetry of the hydrofoil.
Le corps assure ainsi une rigidité de l’hydrofoil et permet de réduire les épaisseurs des ailes.The body thus ensures the rigidity of the hydrofoil and makes it possible to reduce the thickness of the wings.
Dans des modes de réalisation, le corps de l’hydrofoil comporte un lest. L’hydrofoil a ainsi une double fonction. In embodiments, the body of the hydrofoil includes a ballast. The hydrofoil thus has a dual function.
Dans des modes de réalisation, le corps de l’hydrofoil comporte un ballast. Le ballast peut ainsi être vidé lorsque la coque de l’embarcation s’élève. Dans des modes de réalisation, l’hydrofoil objet de l'invention comporte, au moins sur chaque aile d’un couple d’ailes, au moins un volet actionné par un actionneur. Grâce à ces dispositions, un système de stabilisation active de l’embarcation est particulièrement efficace. In embodiments, the body of the hydrofoil includes ballast. The ballast can thus be emptied when the hull of the boat rises. In some embodiments, the hydrofoil which is the subject of the invention comprises, at least on each wing of a pair of wings, at least one flap actuated by an actuator. Thanks to these provisions, an active stabilization system of the boat is particularly effective.
Dans des modes de réalisation, à chaque jonction des extrémités d’ailes avant et arrière est positionnée une surface verticale de fermeture de ces extrémités d’ailes. Ces surfaces verticales de fermeture des extrémités d’ailes permettent de réduire la trainée de la voilure. In embodiments, at each junction of the front and rear wing tips is positioned a vertical closing surface of these wing tips. These vertical closing surfaces of the wing tips reduce the drag of the wing.
Dans des modes de réalisation, In embodiments,
- une extrémité de chaque aile avant est articulée à une extrémité d’une aile arrière et - one end of each front wing is hinged to one end of a rear wing and
- au moins un des supports d’emplanture d’ailes est mobile le long du corps de l’hydrofoil. - at least one of the wing root supports is movable along the body of the hydrofoil.
Ainsi, on agrandit de manière significative le domaine d’utilisation et les performances globales de l’hydrofoil et de l’embarcation. L’hydrofoil objet de l’invention présente une voilure de type rhomboédrique dont les ailes avant et les ailes arrière sont à géométrie variable tout en restant jointes à leurs extrémités pour obtenir des formes très différentes. Thus, the area of use and the overall performance of the hydrofoil and the boat are significantly enlarged. The hydrofoil that is the subject of the invention has a rhombohedral-type sail whose front wings and rear wings have variable geometry while remaining joined at their ends to obtain very different shapes.
Dans des modes de réalisation, la longueur des ailes arrière est strictement inférieure à la longueur des ailes avant, l’angle formé entre l’axe longitudinal principal du corps de l’hydrofoil et l’axe principal des ailes arrière étant en conséquence, dans toutes les configurations d’utilisation, plus obtus que l’angle formé entre l’axe longitudinal principal du corps de l’hydrofoil et l’axe principal des ailes avant. Grâce à ces dispositions, les ailes avant sont toujours en configuration de flèche et les ailes arrière peuvent prendre une configuration en flèche inversée, droite, c’est-à-dire perpendiculaire au corps de l’hydrofoil, ou en flèche non inversée, ainsi que dans toutes les configurations intermédiaires. In some embodiments, the length of the rear wings is strictly less than the length of the front wings, the angle formed between the main longitudinal axis of the body of the hydrofoil and the main axis of the rear wings being consequently, in all operating configurations, more obtuse than the angle formed between the main longitudinal axis of the hydrofoil body and the main axis of the front wings. Thanks to these arrangements, the front wings are always in the arrow configuration and the rear wings can assume an inverted, straight arrow configuration, that is to say perpendicular to the body of the hydrofoil, or in a non-inverted arrow, as well than in all intermediate configurations.
Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant forment les hypoténuses de triangles rectangles formés par les ailes avant, les ailes arrière et le corps de l’hydrofoil, l’axe principal de chacune des ailes arrière étant, dans ces triangles rectangles, perpendiculaire à l’axe principal longitudinal du corps de l’hydrofoil. In embodiments, at least one of the wing root supports is configured to approach the other wing root support so that the front wings form the hypotenuses of right triangles formed by the front wings, the rear wings and the body of the hydrofoil, the main axis of each of the rear wings being, in these right-angled triangles, perpendicular to the main longitudinal axis of the body of the hydrofoil.
Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant et les ailes arrière soient en flèches, non inversées. Grâce à ces dispositions, la flèche des ailes avant peut être élevée et l’envergure réduite, notamment pour les configurations de vol à plus haute vitesse.In embodiments, at least one of the wing root supports is configured to approximate the other wing root support so that the front wings and rear wings are swept, not inverted. Thanks to these provisions, the deflection of the front wings can be increased and the wingspan reduced, in particular for flight configurations at higher speeds.
Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour s’éloigner de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que l’envergure de l’hydrofoil soit inférieure à la somme de quatre fois la largeur maximale des ailes avant et des ailes arrière, d’une part, et de la largeur du corps de l’hydrofoil, d’autre part. In embodiments, at least one of the wing root supports is configured to splay away from the other wing root support so that the wingspan of the hydrofoil is less than the sum of four times the maximum width of the front wings and the rear wings, on the one hand, and the width of the body of the hydrofoil, on the other hand.
Dans des modes de réalisation particulier, chacun des supports d’emplanture d’ailes est mobile le long du corps de l’hydrofoil. Grâce à ces dispositions, la configuration géométrique de la voilure est adaptable à toute répartition de masse ou de poussée. In particular embodiments, each of the wing root supports is movable along the body of the hydrofoil. Thanks to these provisions, the geometric configuration of the airfoil can be adapted to any distribution of mass or thrust.
Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes est mis en mouvement par un moteur, une unité centrale actionnant ledit moteur. Grâce à ces dispositions, le centre de poussée de la voilure peut être déplacé d’avant en arrière sur le corps de l’hydrofoil, indépendamment de la géométrie de la voilure dictée par la distance entre les supports d’emplanture d’aile. In embodiments, at least one wing root support is set in motion by a motor, a central unit actuating said motor. Thanks to these provisions, the center of canopy thrust can be moved back and forth on the hydrofoil body, independent of canopy geometry dictated by the distance between the wing root supports.
Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes comporte un rail et une vis sans fin. Grâce à ces dispositions, le déplacement du support d’emplanture d'ailes est aisé.In embodiments, at least one wing root support includes a rail and a worm. Thanks to these provisions, the movement of the wing root support is easy.
Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes avant comporte au moins un pivot. In embodiments, at least one front wing root support comprises at least one pivot.
Dans des modes de réalisation, une tringle interne à l’une des ailes maintient le plan principal de la surface verticale de fermeture des extrémités d’ailes parallèle à l’axe principal du corps de l’hydrofoil. In some embodiments, a rod internal to one of the wings maintains the main plane of the vertical surface of closure of the ends of the wings parallel to the main axis of the body of the hydrofoil.
Grâce à ces dispositions, les jonctions des ailes avant et arrière peuvent être simplifiées puisqu’elles n’ont pas comme fonction de maintenir le plan des surfaces verticales de fermeture des extrémités d'ailes en position. Thanks to these provisions, the junctions of the front and rear wings can be simplified since they do not have the function of maintaining the plane of the vertical closing surfaces of the wing tips in position.
Dans des modes de réalisation, les jonctions des extrémités des ailes avant et arrière comportent des pivots. In embodiments, the front and rear wing tip junctions include pivots.
Dans des modes de réalisation, les ailes arrière possèdent un profil déporteur. Ces dispositions correspondent aux cas des embarcations dans lesquelles le mât de l’hydrofoil est en arrière de l’embarcation, donc de son centre de gravité, par exemple les planches à voile ou les planches de surf. In embodiments, the rear fenders have a spoiler profile. These provisions correspond to the cases of boats in which the mast of the hydrofoil is behind the boat, therefore its center of gravity, for example sailboards or surfboards.
Dans des modes de réalisation, les ailes arrière possèdent un profil porteur. Ces dispositions correspondent aux cas des embarcations dans lesquelles le mât de l’hydrofoil est sous le centre de gravité de l’embarcation, par exemple pour les voiliers monocoques ou multicoques. In embodiments, the rear wings have a carrier profile. These provisions correspond to the cases of boats in which the mast of the hydrofoil is under the center of gravity of the boat, for example for monohull or multihull sailboats.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise une embarcation comportant un hydrofoil objet de l’invention. According to a second aspect, the present invention relates to a boat comprising a hydrofoil which is the subject of the invention.
Les avantages, buts et caractéristiques de cette embarcation étant similaires à ceux de l’hydrofoil objet de l’invention, ils ne sont pas rappelés ici. The advantages, aims and characteristics of this craft being similar to those of the hydrofoil which is the subject of the invention, they are not repeated here.
Dans des modes de réalisation, l’embarcation objet de l’invention comporte un moyen d’adaptation de la position d’au moins une emplanture d’ailes aux conditions de navigation. In some embodiments, the boat that is the subject of the invention comprises means for adapting the position of at least one wing root to the navigation conditions.
Grâce à ces dispositions, au cours de la navigation, en fonction de la charge embarquée, de la vitesse, de la profondeur de l’hydrofoil par rapport à la surface de l’eau, de l’autonomie visée et/ou de la manœuvrabilité visée, le moyen d’adaptation modifie la configuration géométrique de la voilure en déplaçant au moins une emplanture d’aile. Thanks to these provisions, during navigation, depending on the on-board load, the speed, the depth of the hydrofoil in relation to the surface of the water, the target autonomy and/or the maneuverability targeted, the adaptation means modifies the geometric configuration of the airfoil by moving at least one wing root.
Dans des modes de réalisation, l’embarcation objet de l'invention comporte des moyens de morphisme des ailes, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence, le moyen d’adaptation commandant les moyens de morphisme. In some embodiments, the boat which is the subject of the invention comprises means for morphing the wings, to modify the inclination of the axes of rotation of the wings and cause a variation in incidence, the adaptation means controlling the means of morphism.
Grâce à ces dispositions, au cours de la navigation, en fonction de la charge embarquée, de la vitesse, de la profondeur de l’hydrofoil par rapport à la surface de l’eau, de l’autonomie visée et/ou de la manœuvrabilité visée, le moyen d’adaptation modifie l’incidence de la voilure. Thanks to these provisions, during navigation, depending on the on-board load, the speed, the depth of the hydrofoil in relation to the surface of the water, the target autonomy and/or the maneuverability targeted, the means of adaptation modifies the incidence of the airfoil.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES Other advantages, objects and characteristics of the present invention will emerge from the description which will follow given, for an explanatory and in no way limiting purpose, with regard to the appended drawings, in which:
- la figure 1 représente, schématiquement et en vue en perspective, un premier mode de réalisation particulier de l’embarcation objet de l’invention, - Figure 1 shows, schematically and in perspective view, a first particular embodiment of the boat object of the invention,
- la figure 2 représente une vue de détail de la figure 1 , - Figure 2 shows a detail view of Figure 1,
- la figure 3 représente, schématiquement et en vue de côté, l’embarcation illustrée en figures 1 et- Figure 3 shows, schematically and in side view, the boat illustrated in Figures 1 and
2, 2,
- la figure 4 représente, schématiquement et en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 1 à- Figure 4 shows, schematically and in front view, the boat illustrated in Figures 1 to
3, 3,
- la figure 5 représente, schématiquement et en vue de dessus, un premier mode de réalisation particulier de l’hydrofoil objet de l’invention, - Figure 5 shows, schematically and in top view, a first particular embodiment of the hydrofoil object of the invention,
- la figure 6 représente, schématiquement et en vue de côté, l’hydrofoil illustré en figure 5,- figure 6 represents, schematically and in side view, the hydrofoil illustrated in figure 5,
- la figure 7 représente, schématiquement et en vue de dessus, un deuxième mode de réalisation particulier de l’hydrofoil objet de l’invention, dans une première configuration, - Figure 7 shows, schematically and in top view, a second particular embodiment of the hydrofoil object of the invention, in a first configuration,
- la figure 8 représente, schématiquement et en vue de dessus, l’hydrofoil illustré en figure 7, dans une deuxième configuration, - Figure 8 shows, schematically and in top view, the hydrofoil illustrated in Figure 7, in a second configuration,
- la figure 9 représente, schématiquement et en vue de dessus, l’hydrofoil illustré en figures 7 et 8, dans une troisième configuration, - Figure 9 shows, schematically and in top view, the hydrofoil illustrated in Figures 7 and 8, in a third configuration,
- la figure 10 représente, schématiquement et en perspective, l’hydrofoil illustré en figures 7 à 9, dans la configuration illustrée en figure 8, - figure 10 represents, schematically and in perspective, the hydrofoil illustrated in figures 7 to 9, in the configuration illustrated in figure 8,
- la figure 11 représente, schématiquement et en perspective, une articulation mobile de support d’emplanture d’ailes avant, - Figure 11 shows, schematically and in perspective, a movable front wing root support joint,
- la figure 12 représente, schématiquement et en perspective, une articulation mobile de support d’emplanture d’ailes arrière, - Figure 12 shows, schematically and in perspective, a movable rear wing root support joint,
- la figure 13 représente, schématiquement et en perspective, une articulation d’extrémité d’ailes avant et arrière, - Figure 13 shows, schematically and in perspective, a front and rear wing tip articulation,
- la figure 14 représente, sous forme de logigramme, des étapes de fonctionnement de l’hydrofoil illustré en figures 7 à 13, - figure 14 represents, in the form of a flowchart, the operating steps of the hydrofoil illustrated in figures 7 to 13,
- la figure 15 représente, schématiquement et en vue en perspective, un deuxième mode de réalisation particulier de l’embarcation objet de l’invention, - Figure 15 shows, schematically and in perspective view, a second particular embodiment of the boat object of the invention,
- la figure 16 représente, en vue de côté, l’embarcation illustrée en figure 15, - figure 16 shows, in side view, the boat illustrated in figure 15,
- la figure 17 représente, en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 15 et 16, et - Figure 17 shows, in front view, the boat illustrated in Figures 15 and 16, and
- la figure 18 représente, en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 15 à 17. - Figure 18 shows, in front view, the boat illustrated in Figures 15 to 17.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l’échelle. Pour simplifier la compréhension des dessins et schémas, les ailes et surfaces verticales à la jonction des extrémités d’ailes sont représentées par des surfaces de faible épaisseur. Dans toute la description, on oriente les directions en fonction du flux d’eau destiné à traverser l’hydrofoil. Lorsque cet hydrofoil est monté sur une embarcation, ces directions correspondent ainsi à celles de l’embarcation. On appelle donc « avant « ce qui est dirigé vers l’arrivée du flux d’eau pendant la navigation, « arrière » ce qui est dirigé vers l’éloignement de l’eau pendant la navigation, « inférieur », ce qui est éloigné de la surface de l’eau et donc du flotteur de l’embarcation, « supérieur » ce qui est plus proche de la surface de l’eau et donc du flotteur de l’embarcation et « latéral » ce qui est éloigné du plan de symétrie de l’hydrofoil et du plan de symétrie de l’embarcation. « Latéral » correspond ainsi aux côtés de l’embarcation, aussi appelés bâbord et tribord. Note, from now on, that the figures are not to scale. To simplify the understanding of the drawings and diagrams, the wings and vertical surfaces at the junction of the ends of the wings are represented by thin surfaces. Throughout the description, the directions are oriented according to the flow of water intended to pass through the hydrofoil. When this hydrofoil is mounted on a boat, these directions thus correspond to those of the boat. We therefore call "front" what is directed towards the arrival of the flow of water during navigation, "rear" what is directed towards the distance from the water during navigation, "lower", what is distant from the surface of the water and therefore from the float of the boat, "upper" which is closer to the surface of the water and therefore from the float of the boat and "lateral" which is far from the plane of symmetry of the hydrofoil and the plane of symmetry of the craft. "Lateral" thus corresponds to the sides of the boat, also called port and starboard.
On rappelle les définitions suivantes : une embarcation est un « Bateau de faible dimension, généralement non ponté, naviguant à voile, à rames, à vapeur ou à moteur », on pourrait remplacer le terme « embarcation » par « embarcation nautique » un hydrofoil est « En mécanique des fluides, un hydrofoil est une aile positionnée et profilée de façon à engendrer, par son déplacement dans l'eau, une force de portance qui agit sur sa vitesse et sa stabilité. », un rhomboèdre est un polyèdre à trois dimensions ressemblant au cube, excepté que ses faces ne sont pas carrées mais en forme de losanges. Par extension, selon la présente invention, les quatre ailes ont des formes de losange mais les faces avant et arrière de ce rhomboèdre peuvent ne pas être planes et présenter deux côtés inférieurs, respectivement les bords d’attaque et de fuite des ailes inférieurs, dont la longueur est différente de celle des leurs deux côtés supérieurs, respectivement les bords d’attaque et de fuite des ailes supérieures. We recall the following definitions: a boat is a "small boat, generally undecked, sailing, rowing, steam or motor", the term "boat" could be replaced by "nautical boat" a hydrofoil is “In fluid mechanics, a hydrofoil is a wing positioned and profiled in such a way as to generate, by its displacement in the water, a lift force which acts on its speed and its stability. », a rhombohedron is a three-dimensional polyhedron resembling a cube, except that its faces are not square but in the shape of diamonds. By extension, according to the present invention, the four wings have diamond shapes but the front and rear faces of this rhombohedron may not be flat and have two lower sides, respectively the leading and trailing edges of the lower wings, of which the length is different from that of their two upper sides, respectively the leading and trailing edges of the upper wings.
Une dérive sert à assurer la stabilité latérale d’une embarcation alors qu’un hydrofoil vise à faire déjauger ou « décoller » une embarcation d’un milieu aquatique. A daggerboard is used to ensure the lateral stability of a boat, while a hydrofoil aims to lift or “take off” a boat from an aquatic environment.
On observe, en figures 1 à 4, une embarcation 40 comportant un hydrofoil 20 relié à une coque 41 par un mât inférieur 45. La coque 41 porte aussi un mât 42, deux voiles 43 et 44 étant supportées par le mât 42. On observe, en figure 3, un axe 47 de déplacement de l’embarcation 40 et un axe principal 46 de l’hydrofoil 20 parallèle à l’axe 47. FIGS. 1 to 4 show a boat 40 comprising a hydrofoil 20 connected to a hull 41 by a lower mast 45. The hull 41 also carries a mast 42, two sails 43 and 44 being supported by the mast 42. , in FIG. 3, an axis 47 of movement of the boat 40 and a main axis 46 of the hydrofoil 20 parallel to the axis 47.
L’embarcation 40 se déplace au moins partiellement dans le milieu aérien et sur un milieu aquatique, l’hydrofoil étant immergé dans le milieu aquatique. Le but d’un hydrofoil est de faire déjauger, au moins partiellement, l’embarcation, c’est-à-dire de réduire la surface de contact entre l’embarcation et le milieu aquatique. Bien que l’embarcation 40 prenne, dans les figures, la forme d’un monocoque à voile, l’hydrofoil objet de l’invention s’applique aussi bien à toute embarcation dont, en particulier, les planches à voile, les planches de surf et les bateaux à une ou plusieurs coques, à voile et/ou à moteur. L'embarcation objet de l’invention peut comporter un ou plusieurs hydrofoils rhomboédriques. The boat 40 moves at least partially in the aerial environment and on an aquatic environment, the hydrofoil being immersed in the aquatic environment. The purpose of a hydrofoil is to lift the boat, at least partially, i.e. to reduce the contact surface between the boat and the aquatic environment. Although the boat 40 takes, in the figures, the form of a sailing monohull, the hydrofoil object of the invention applies equally well to any boat including, in particular, windsurfing boards, surfboards surfing and boats with one or more hulls, sailing and/or motor. The boat that is the subject of the invention may comprise one or more rhombohedral hydrofoils.
L’hydrofoil 20 pour embarcation 40 se déplaçant parallèlement à un axe horizontal 46 est symétrique par rapport à un plan vertical et rhomboédrique ou rhomboïdal ou rhomboïde. Le rhomboèdre est défini par rapport à ce plan vertical et cet axe horizontal. On rappelle qu’une voilure rhomboédrique (ou rhomboïdale ou rhomboïde) est une variante d'ailes en tandem dont les extrémités se rejoignent. L'aile avant fixée sur la partie basse du corps de l’hydrofoil est en flèche arrière, et l'aile arrière fixée sur la partie haute de la dérive est en flèche avant. La voilure constituée de l’ensemble des ailes, forme une surface projetée continue en quadrilatère, proche d’un losange, creux. The watercraft hydrofoil 40 moving parallel to a horizontal axis 46 is symmetrical with respect to a vertical plane and rhombohedral or rhomboidal or rhomboidal. The rhombohedron is defined with respect to this vertical plane and this horizontal axis. We recall that a sail rhombohedral (or rhomboidal or rhomboid) is a variant of tandem wings whose ends meet. The front wing fixed to the lower part of the body of the hydrofoil is swept back, and the rear wing fixed to the upper part of the fin is swept forward. The wing, made up of all the wings, forms a continuous quadrilateral projected surface, close to a diamond, hollow.
L’hydrofoil 20 est destiné à être monté sur un mât inférieur 45 (voir figures 1 à 4) d’une embarcation prédéterminée 40. En d’autres termes, la configuration géométrique de l’hydrofoil 20 dépend des caractéristiques physiques, notamment poids et position du mât 45, de l’embarcation 40. L’hydrofoil 20 comporte des ailes avant inférieures 21 et 22 reliées entre elles par une jonction, ou emplanture d’aile, 23 et 24, et des ailes arrière supérieures 25 et 26 reliées entre elles par une jonction ou emplanture d’aile 31 . Ce qui signifie que les ailes avant 21 et 22 sont, une fois l’hydrofoil monté sur le mât inférieur de l’embarcation, plus éloignées de l’embarcation que les ailes arrière 25 et 26.The hydrofoil 20 is intended to be mounted on a lower mast 45 (see FIGS. 1 to 4) of a predetermined boat 40. In other words, the geometric configuration of the hydrofoil 20 depends on the physical characteristics, in particular weight and position of the mast 45, of the boat 40. The hydrofoil 20 comprises lower front wings 21 and 22 connected together by a junction, or wing root, 23 and 24, and upper rear wings 25 and 26 connected between them by a junction or wing root 31 . This means that the front wings 21 and 22 are, once the hydrofoil mounted on the lower mast of the boat, further from the boat than the rear wings 25 and 26.
L’extrémité de chaque aile avant, la plus éloignée de la jonction des ailes avant, est reliée à une extrémité d’une aile arrière, la plus éloignée de la jonction des ailes arrière, par une liaison mécanique, respectivement 27 et 28. Les ailes avant 21 et 22 possèdent un profil porteur, c’est-à- dire que leur mouvement dans l’eau vers l’avant génère une portance tendant à rapprocher l’hydrofoil 20 de la surface de l’eau et à soulever le mas reliant l’hydrofoil à l’embarcation. Les ailes arrières 25 et 26 ont, dans le cas d’un hydrofoil positionné sur un mât 45 sous le centre de gravité de l’embarcation 40, un profil porteur. The end of each front wing, furthest from the junction of the front wings, is connected to an end of a rear wing, the furthest from the junction of the rear wings, by a mechanical connection, respectively 27 and 28. front wings 21 and 22 have a carrying profile, that is to say their forward movement in the water generates lift tending to bring the hydrofoil 20 closer to the surface of the water and to lift the mast connecting the hydrofoil to the boat. The rear wings 25 and 26 have, in the case of a hydrofoil positioned on a mast 45 under the center of gravity of the boat 40, a carrier profile.
L’ensemble de ces ailes 21 , 22, 25 et 26 présente une première projection orthogonale sur un plan dit « vertical » perpendiculaire à l’axe de déplacement 46. La première projection a la forme d’un quadrilatère présentant un angle obtus au niveau de la jonction des ailes avant, un angle obtus au niveau de la jonction des ailes arrière et deux angles aigus à la jonction d’une aile avant et d’une aile arrière. All of these wings 21, 22, 25 and 26 have a first orthogonal projection on a so-called "vertical" plane perpendicular to the axis of movement 46. The first projection has the shape of a quadrilateral having an obtuse angle at from the junction of the front wings, an obtuse angle at the junction of the rear wings and two acute angles at the junction of a front wing and a rear wing.
L’ensemble de ces ailes 21 , 22, 25 et 26 présente une deuxième projection orthogonale sur un plan dit « horizontal » orthogonal au plan de symétrie et comportant un axe parallèle à l’axe de déplacement 46. La deuxième projection a la forme d’un quadrilatère ne présentant que des angles de mesures inférieures à 180 degrés. All of these wings 21, 22, 25 and 26 have a second orthogonal projection on a so-called "horizontal" plane orthogonal to the plane of symmetry and comprising an axis parallel to the axis of displacement 46. The second projection has the shape of a a quadrilateral having only angles of measure less than 180 degrees.
Dans le premier mode de réalisation illustré en figures 5 et 6, l’hydrofoil 20 comporte un corps 32. Dans d'autres modes de réalisation, l’hydrofoil objet de l’invention ne comporte pas de corps, les ailes étant reliées entre elles pour former un rhomboèdre, figure dont deux projections orthogonales sur des plans orthogonaux (ici un plan vertical perpendiculaire à l’axe 46 et un plan horizontal), forment des quadrilatères dont les mesures de tous les angles sont inférieures à 180 degrés. Les supports 23, 24 et 31 d’emplanture d’ailes avant 21 et 22 et arrières 25 et 26 sont positionnés respectivement, de part et d’autre de ce corps 32 dans le plan vertical de symétrie de l’hydrofoil 20. Le corps 32 assure ainsi la rigidité de l’hydrofoil 20 et permet de réduire les épaisseurs des ailes 21 , 22, 25 et 26. Plus précisément, la liaison des ailes avant 21 et 22 est en partie basse du corps 32 et la liaison des ailes arrière 25 et 26 est en partie haute du corps 32. L’hydrofoil 20 comporte, au moins sur chaque aile d’un couple d’ailes (ici les ailes arrière 25 et 26), au moins un volet, respectivement 29 et 30, actionné par un actionneur (non représenté). Un système de stabilisation active de l’embarcation 40 est ainsi particulièrement efficace. Dans des modes de réalisation, les ailes avant 21 et 22 présentent ainsi des surfaces de contrôle (non représentées), ailerons ou volets et les ailes arrière 25 et 26 présentent des surfaces de contrôle (non représentées), ailerons ou volets. In the first embodiment illustrated in FIGS. 5 and 6, the hydrofoil 20 comprises a body 32. In other embodiments, the hydrofoil which is the subject of the invention does not comprise a body, the wings being interconnected to form a rhombohedron, a figure of which two orthogonal projections on orthogonal planes (here a vertical plane perpendicular to the axis 46 and a horizontal plane), form quadrilaterals whose measures of all the angles are less than 180 degrees. The front 21 and 22 and rear 25 and 26 wing root supports 23, 24 and 31 are positioned respectively on either side of this body 32 in the vertical plane of symmetry of the hydrofoil 20. The body 32 thus ensures the rigidity of the hydrofoil 20 and makes it possible to reduce the thicknesses of the wings 21, 22, 25 and 26. More precisely, the connection of the front wings 21 and 22 is in the lower part of the body 32 and the connection of the rear wings 25 and 26 is in the upper part of body 32. The hydrofoil 20 comprises, at least on each wing of a pair of wings (here the rear wings 25 and 26), at least one flap, respectively 29 and 30, actuated by an actuator (not shown). An active stabilization system of the boat 40 is thus particularly effective. In some embodiments, the front wings 21 and 22 thus have control surfaces (not shown), ailerons or flaps and the rear wings 25 and 26 have control surfaces (not shown), ailerons or flaps.
A chaque jonction des extrémités d’ailes avant 21 et 22 et arrière 25 et 26 est positionnée une surface verticale, respectivement 27 et 28, dont un axe est parallèle à l’axe 46. Ces surfaces verticales 27 et 27 de fermeture des extrémités d’ailes permettent de réduire la traînée de la voilure. La fermeture des extrémités des ailes, pour obtenir une aile d’allongement quasiment infinie, consiste ainsi en une surface hydrodynamique verticale 27 ou 28 (profilée ou non). Une des caractéristiques des ailes rhomboïdes est l’absence de surface verticale, donc d’un gain non négligeable en traînée de profil. Chaque surface verticale 27 ou 28 qui joint deux ailes en leurs extrémités permet de fermer l’espace et ainsi, en théorie, d'avoir une aile proche d’une aile à envergure infinie. At each junction of the front 21 and 22 and rear 25 and 26 wing ends is positioned a vertical surface, respectively 27 and 28, one axis of which is parallel to the axis 46. These vertical surfaces 27 and 27 closing the ends of wings reduce the drag of the airfoil. The closure of the ends of the wings, to obtain an almost infinite elongation wing, thus consists of a vertical hydrodynamic surface 27 or 28 (profiled or not). One of the characteristics of rhomboid wings is the absence of a vertical surface, therefore a significant gain in profile drag. Each vertical surface 27 or 28 which joins two wings at their ends makes it possible to close the space and thus, in theory, to have a wing close to an infinite-span wing.
Dans des modes de réalisation, le corps 32 de l’hydrofoil 20 comporte un lest. L’hydrofoil a ainsi une double fonction. Dans des modes de réalisation, le corps 32 de l’hydrofoil 20 comporte un ballast. Le ballast peut ainsi être vidé lorsque la coque de l’embarcation 40 s’élève hors de l’eau. Chacune des ailes 21 , 22, 25 et 26 représentées dans les figures présente une forme générale en rectangle. Elles sont ainsi à corde constante, leurs bords d’attaque et de fuite étant parallèles. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à ce type de forme générale mais s’étend à toutes les formes d’ailes, hormis les ailes delta. In embodiments, the body 32 of the hydrofoil 20 includes a ballast. The hydrofoil thus has a dual function. In embodiments, the body 32 of the hydrofoil 20 includes ballast. The ballast can thus be emptied when the hull of the boat 40 rises out of the water. Each of the wings 21, 22, 25 and 26 shown in the figures has a generally rectangular shape. They are thus of constant chord, their leading and trailing edges being parallel. Of course, the present invention is not limited to this type of general shape but extends to all shapes of wings, except delta wings.
L’inventeur a découvert que la configuration rhomboïde permet de garder une finesse quasi constante sur une grande plage de vitesse en faisant varier la cambrure des ailes avant (et arrière pour conserver un vol équilibré). Cette particularité a été confirmée lors d’études en soufflerie. L’utilisation du morphisme des ailes est particulièrement bien adaptée car une faible variation angulaire des ailes avant et arrière peut introduire des variations importantes d’incidence et/ou de variation de cambrure sur leur envergure. Cela permet de limiter l’usage des déflexions des volets, qui ont comme inconvénient la complexité des mixages des huit volets et le manque de précision/résolution des servomoteurs et des commandes mécaniques de ces servomoteurs.The inventor discovered that the rhomboid configuration makes it possible to maintain an almost constant glide ratio over a wide speed range by varying the camber of the front wings (and rear to maintain a balanced flight). This feature has been confirmed in wind tunnel studies. The use of wing morphism is particularly well suited because a small angular variation of the front and rear wings can introduce significant variations in incidence and/or variation in camber over their wingspan. This makes it possible to limit the use of flap deflections, which have the disadvantage of the complexity of the mixing of the eight flaps and the lack of precision/resolution of the servomotors and the mechanical controls of these servomotors.
Le morphisme est une solution extrêmement élégante pour “affiner” le réglage de la voilure aux conditions de vol sans avoir l’inconvénient des solutions lourdes et hydrodynamiquement peu propres des volets multiples au bord de fuite et/ou les becs et autres appendices au bord d’attaque. La voilure de type rhomboïde se prête particulièrement bien à ce type de “contrôle”. The morphism is an extremely elegant solution to "fine-tune" the adjustment of the wing to the flight conditions without having the inconvenience of heavy and hydrodynamically unclean solutions of multiple flaps at the trailing edge and/or slats and other appendages at the trailing edge. 'offensive. The rhomboid type blade lends itself particularly well to this type of “control”.
On observe, en figure 7, un hydrofoil 50 comportant un corps 51 de l'hydrofoil et une voilure 52 de forme rhomboédrique. L’hydrofoil 50 est destiné à être monté sur un mât inférieur d’une embarcation prédéterminée. En d’autres termes, la configuration géométrique de l’hydrofoil 50 dépend des caractéristiques physiques, notamment poids et position du mât, de l’embarcation. L’hydrofoil 50 comporte une aile avant gauche inférieure 53, une aile avant droite inférieure 54, une aile arrière gauche supérieure 55 et une aile arrière droite supérieure 56. Ce qui signifie que les ailes avant 53 et 54 sont, une fois l’hydrofoil monté sur le mât inférieur de l’embarcation, plus éloignées de l’embarcation que les ailes arrière 55 et 56. In FIG. 7, a hydrofoil 50 is observed comprising a body 51 of the hydrofoil and a wing 52 of rhombohedral shape. The hydrofoil 50 is intended to be mounted on a lower mast of a predetermined craft. In other words, the geometric configuration of the hydrofoil 50 depends on the physical characteristics, in particular weight and position of the mast, of the boat. The hydrofoil 50 comprises a lower left front wing 53, a lower right front wing 54, an upper left rear wing 55 and an upper right rear wing 56. This means that the front wings 53 and 54 are, once the hydrofoil mounted on the lower mast of the boat, farther from the boat than the wings rear 55 and 56.
Les ailes avant 53 et 54 se rejoignent sur un support d’emplanture 57 d’ailes avant situé en dessous du corps de l’hydrofoil 51 . Les ailes arrière 55 et 56 se rejoignent sur un support d’emplanture 58 d’ailes arrière. Les ailes gauche 53 et 55 se rejoignent sur une jonction d’ailes gauche 59 située au-dessus du corps de l’hydrofoil 51 . Les ailes droite 54 et 56 se rejoignent sur une jonction d’ailes droite 60. Les ailes avant 53 et 54 présentent des surfaces de contrôle 63 à 66, ailerons ou volets. Les ailes arrière 55 et 56 présentent des surfaces de contrôle 73 à 76, ailerons ou volets. Les ailes avant 53 et 54 possèdent un profil porteur lorsque les surface de contrôle 63 à 66 sont en position neutre, c’est-à-dire que leur mouvement dans l’eau vers l’avant génère une portance tendant à rapprocher l’hydrofoil de la surface de l’eau et à soulever le mas reliant l’hydrofoil à l’embarcation. La jonction des extrémités des ailes gauche 59 est articulée, ce qui autorise un mouvement angulaire relatif de l’aile avant gauche 53 par rapport à l’aile arrière gauche 55. De la même manière, la jonction des extrémités des ailes droite 60 est articulée, ce qui autorise un mouvement angulaire relatif de l’aile avant droite 54 par rapport à l’aile arrière droite 56. The front wings 53 and 54 meet on a front wing root support 57 located below the body of the hydrofoil 51 . The rear wings 55 and 56 meet on a rear wing root support 58. The left wings 53 and 55 meet at a left wing junction 59 located above the body of the hydrofoil 51 . The right wings 54 and 56 meet on a right wing junction 60. The front wings 53 and 54 have control surfaces 63 to 66, ailerons or flaps. The rear wings 55 and 56 have control surfaces 73 to 76, ailerons or flaps. The front wings 53 and 54 have a carrying profile when the control surfaces 63 to 66 are in a neutral position, that is to say that their forward movement in the water generates lift tending to bring the hydrofoil closer. from the surface of the water and to lift the mas connecting the hydrofoil to the boat. The left wingtip junction 59 is hinged, allowing relative angular movement of the left front wing 53 relative to the left rear wing 55. Similarly, the right wingtip junction 60 is hinged. , which allows a relative angular movement of the right front wing 54 with respect to the right rear wing 56.
Au moins un des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 est mobile le long du corps de l’hydrofoil 51 , ce qui permet une déformation de la voilure 52 rhomboédrique, une variation de la flèche de chaque aile et donc de l’envergure de la voilure 52. Grâce à ces variations, la voilure 52 peut être adaptée à différents domaines de vitesse. On observe, en figure 8, l’hydrofoil 50, dans une configuration de voilure à angle de flèche réduit et envergure étendue. On observe, en figure 9, l’hydrofoil 50 dans une configuration de voilure à ailes superposées, grand angle de flèche et envergure réduite. At least one of the wing root supports 57 and 58 is movable along the body of the hydrofoil 51, which allows a deformation of the rhombohedral wing 52, a variation of the deflection of each wing and therefore of the wingspan of the airfoil 52. Thanks to these variations, the airfoil 52 can be adapted to different speed ranges. In Figure 8, we see the hydrofoil 50, in a sail configuration with a reduced sag angle and an extended wingspan. In figure 9, we see the hydrofoil 50 in a configuration of wings with superimposed wings, a large angle of sag and a reduced wingspan.
Comme on l’observe en figures 7 à 9, notamment la figure 8, dans le mode de réalisation qui y est représenté, la longueur 81 des ailes arrières 55 et 56 est strictement inférieure à la longueur 88 des ailes avant 53 et 54. L’angle 82 formé entre l’axe longitudinal principal 84 du corps de l’hydrofoil 51 et l’axe principal 83 des ailes arrières est, en conséquence, dans toutes configurations de vol, plus obtus que l'angle 86 formé entre l’axe longitudinal principal du corps de l’hydrofoil et l’axe principal 85 des ailes avant. On note que la longueur des ailes est la plus grande dimension des ailes mesurée parallèlement à leur axe principal. As seen in Figures 7 to 9, especially Figure 8, in the embodiment shown there, the length 81 of the rear wings 55 and 56 is strictly less than the length 88 of the front wings 53 and 54. the angle 82 formed between the main longitudinal axis 84 of the body of the hydrofoil 51 and the main axis 83 of the rear wings is, consequently, in all flight configurations, more obtuse than the angle 86 formed between the axis main longitudinal of the body of the hydrofoil and the main axis 85 of the front wings. Note that the length of the wings is the largest dimension of the wings measured parallel to their main axis.
Ainsi, les ailes avant 53 et 54 sont toujours en configuration de flèche et les ailes arrière 55 et 56 peuvent prendre une configuration en flèche inversée (figure 7), droite (intermédiaire entre les configurations représentées en figures 8 et 9), c’est-à-dire perpendiculaire au corps de l’hydrofoil, ou en flèche non inversée (figure 9), ainsi que dans toutes les configurations intermédiaires. Dans d’autres modes de réalisation, la longueur des ailes arrière est égale ou supérieure à la longueur des ailes avant. Thus, the front wings 53 and 54 are always in the arrow configuration and the rear wings 55 and 56 can assume an inverted arrow configuration (FIG. 7), straight (intermediate between the configurations represented in FIGS. 8 and 9), that is that is to say perpendicular to the body of the hydrofoil, or in non-inverted arrow (figure 9), as well as in all the intermediate configurations. In other embodiments, the length of the rear fenders is equal to or greater than the length of the front fenders.
Dans le mode de réalisation illustré en figures 7 à 9, au moins un des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 (les deux supports d’emplanture d’aile, dans les figures 7 à 9) est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant 53 et 54 forment les hypoténuses de triangles rectangles formés par les ailes avant, les ailes arrière 55 et 56 et le corps de l’hydrofoil 51 . L’axe principal 83 de chacune des ailes arrière est, dans ces triangles rectangles, perpendiculaire à l’axe principal longitudinal 84 du corps de l’hydrofoil. In the embodiment illustrated in Figures 7-9, at least one of the wing root supports 57 and 58 (both wing root supports, in Figures 7-9) is configured to approximate the other wing root support so that the front wings 53 and 54 form the hypotenuses of right-angled triangles formed by the front wings, the rear wings 55 and 56 and the body of the hydrofoil 51 . The main axis 83 of each of the rear wings is, in these right-angled triangles, perpendicular to the main longitudinal axis 84 of the body of the hydrofoil.
Comme on l’observe en figure 9, au moins un des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 (les deux supports d’emplanture d’aile, dans les figures 7 à 9) est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant 53 et 54 et les ailes arrière 55 et 56 soient en flèches, non inversées. Ainsi, la flèche des ailes avant 53 et 54 peut être élevée et l’envergure 89 réduite, notamment pour les configurations d’utilisation à plus haute vitesse. As seen in Figure 9, at least one of the wing root supports 57 and 58 (both wing root supports, in Figures 7-9) is configured to approach the other wing root support so that the front wings 53 and 54 and the rear wings 55 and 56 are in arrows, not inverted. Thus, the deflection of the front wings 53 and 54 can be increased and the wingspan 89 reduced, in particular for configurations of use at higher speeds.
Comme on l’observe en figures 8 et 9, au moins un des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 (les deux supports d’emplanture d’aile, dans les figures 7 à 9) est configuré pour s’éloigner de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que l’envergure 89 (illustrée en figure 9) de l’hydrofoil 50 soit inférieur à la somme de quatre fois la largeur maximale 87 (illustrée en figure 8) des ailes avant 53 et 54 et des ailes arrière 55 et 56, d’une part, et de la largeur 90 du corps de l’hydrofoil 51 , d’autre part. On note que la largeur 87 des ailes est la plus grande dimension des ailes mesurée perpendiculairement à leur axe principal 83 ou 85. Dans le mode de réalisation représenté en figures 7 à 9, la largeur maximale 87 des ailes avant et arrière se trouve sur les ailes avant 53 et 54. Comme illustré en figure 10, les supports d’emplanture d’ailes sont préférentiellement positionnés respectivement, en dessous et au-dessus du corps de l'hydrofoil 51 , cette configuration étant optimale pour plusieurs aspects. As seen in Figures 8 and 9, at least one of the wing root supports 57 and 58 (both wing root supports, in Figures 7 through 9) is configured to move away from the other wing root support so that the wingspan 89 (shown in Figure 9) of the hydrofoil 50 is less than the sum of four times the maximum width 87 (shown in Figure 8) of the front wings 53 and 54 and the rear wings 55 and 56, on the one hand, and the width 90 of the body of the hydrofoil 51, on the other hand. It is noted that the width 87 of the wings is the largest dimension of the wings measured perpendicular to their main axis 83 or 85. In the embodiment represented in FIGS. 7 to 9, the maximum width 87 of the front and rear wings is on the front wings 53 and 54. As illustrated in FIG. 10, the wing root supports are preferably positioned respectively below and above the body of the hydrofoil 51, this configuration being optimal for several aspects.
Préférentiellement, comme illustré dans les figures 7 à 13, chacun des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 est mobile le long du corps de l’hydrofoil. A cet effet, chaque support d’emplanture d’aile, respectivement 57 et 58, est mis en déplacement sur un rail, respectivement 67 et 68, par un moteur électrique, respectivement 69 et 71 , muni d’une vis sans fin, respectivement 70 et 72. Un boîtier électronique de contrôle 77 (voir figure 9) comporte une unité centrale qui actionne les moteurs 69 et 71 de façon coordonnée. Le boîtier électronique de contrôle 77 assure aussi des fonctions de commandes des surfaces de contrôle 63 à 66 et 73 à 76. De plus, le boîtier électronique de contrôle 77 constitue un moyen d’adaptation de la position de chaque emplanture d’ailes aux vitesses de déplacement, par exemple à la charge embarquée, à la vitesse, à l’altitude, à l’autonomie visée, à la manœuvrabilité visée. Le moyen d’adaptation 77 modifie la configuration géométrique de la voilure en déplaçant au moins une emplanture d’aile. Preferably, as illustrated in Figures 7 to 13, each of the wing root supports 57 and 58 is movable along the body of the hydrofoil. To this end, each wing root support, respectively 57 and 58, is moved on a rail, respectively 67 and 68, by an electric motor, respectively 69 and 71, provided with an endless screw, respectively 70 and 72. An electronic control unit 77 (see FIG. 9) comprises a central unit which actuates the motors 69 and 71 in a coordinated fashion. The electronic control box 77 also provides control functions for the control surfaces 63 to 66 and 73 to 76. In addition, the electronic control box 77 constitutes a means of adapting the position of each wing root to the speeds displacement, for example the on-board load, the speed, the altitude, the target autonomy, the target manoeuvrability. The adaptation means 77 modifies the geometric configuration of the airfoil by moving at least one wing root.
Dans des variantes, l’hydrofoil 50 comporte des moyens de morphisme de la voilure, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence, le moyen d’adaptation commandant les moyens de morphisme. Préférentiellement, dans ces variantes, le boîtier électronique modifie l’incidence de la voilure au cours du déplacement de l’embarcation, en fonction de la charge embarquée, de la vitesse, de l’altitude, de l’autonomie visée, de la manœuvrabilité visée. In variants, the hydrofoil 50 comprises wing morphism means, to modify the inclination of the axes of rotation of the wings and cause a variation in incidence, the adaptation means controlling the morphism means. Preferably, in these variants, the electronic box modifies the incidence of the wing during the movement of the boat, depending on the on-board load, the speed, the altitude, the target autonomy, the maneuverability aimed.
Comme illustré en partie droite de la figure 8 et en figure 13, à chaque jonction 59 et 60 des extrémités d’ailes avant et arrière est positionné une surface verticale de fermeture des extrémités d’ailes 78. Une tringle 79 interne à l’une des ailes, une aile avant dans les figures 7 à 13, maintient le plan principal de la surface verticale de fermeture des extrémités d’ailes 78 parallèle à l’axe principal du corps de l’hydrofoil 51 . As illustrated in the right part of Figure 8 and in Figure 13, at each junction 59 and 60 of the front and rear wing tips is positioned a vertical surface for closing the wing tips 78. A rod 79 internal to one wings, a front wing in figures 7 to 13, maintains the principal plane of the vertical wingtip closing surface 78 parallel to the principal axis of the body of the hydrofoil 51 .
Comme illustré en figure 13, les jonctions 59 et 60 des extrémités des ailes avant et arrière comportent des pivots. Pour donner un troisième degré de liberté, sur quelques degrés d’angle, cette liaison pivot présente de la souplesse ou une liaison rotule. As illustrated in FIG. 13, the junctions 59 and 60 of the ends of the front and rear wings comprise pivots. To give a third degree of freedom, over a few degrees of angle, this pivot connection has flexibility or a ball joint.
Comme illustré en figures 1 1 et 12, au moins un (et préférentiellement les deux) support d’emplanture d’ailes 57 et 58 comporte des pivots et une embase 80 déplacée le long du corps de l’hydrofoil 51 par le moteur, respectivement 69 et 71 . As illustrated in Figures 1 1 and 12, at least one (and preferably both) wing root support 57 and 58 comprises pivots and a base 80 moved along the body of the hydrofoil 51 by the engine, respectively 69 and 71 .
On décrit ci-dessous, en regard de la figure 9, un mode de fonctionnement de l’hydrofoil 50. Les ailes avant et arrière sont articulées à l’emplanture à leur point d’encastrement avec le corps de l’hydrofoil et les ailes avant et arrière droite ainsi que les ailes avant et arrière gauche sont articulées entre elles à leurs extrémités (bord marginaux). Described below, with reference to Figure 9, a mode of operation of the hydrofoil 50. The front and rear wings are articulated at the root at their point of embedding with the body of the hydrofoil and the wings right front and rear as well as the left front and rear fenders are hinged together at their ends (marginal edges).
Ce point d’articulation d’emplanture et/ou d’extrémité peut se situer ou non dans le loft hydrodynamique de l’aile. Le loft hydrodynamique est la surface 3D de l’hydrofoil qui sert aux études, modélisations et simulations. Ce modèle 3D peut aussi servir à la confection de la maquette pour essais en soufflerie. C’est la version hydrodynamique “parfaite” de l’hydrofoil qui sera ensuite adaptée aux contraintes de la réalisation, d’utilisation, de maintenance, règlementaire, etc... Il est donc impératif de respecter au mieux cette forme/surface pour avoir un appareil aussi dont les performances sont aussi proches que possible du design “théorique” initial. Les articulations d’emplanture avec le corps de l’hydrofoil peuvent se déplacer d’avant en arrière et de façons indépendantes afin d’obtenir la géométrie désirée tout en respectant les contraintes sur la position du centre de gravité requises par le plan de forme transitionnel et/ou désiré. This root and/or tip articulation point may or may not be located in the hydrodynamic loft of the wing. The hydrodynamic loft is the 3D surface of the hydrofoil which is used for studies, modeling and simulations. This 3D model can also be used to make the model for wind tunnel testing. It is the "perfect" hydrodynamic version of the hydrofoil which will then be adapted to the constraints of production, use, maintenance, regulations, etc... It is therefore imperative to respect this shape/surface as well as possible in order to have a device also whose performance is as close as possible to the initial “theoretical” design. The root joints with the body of the hydrofoil can move fore and aft and independently in order to obtain the desired geometry while respecting the constraints on the position of the center of gravity required by the transitional form plan and/or desired.
Ces articulations d’emplanture, tout en se déplaçant de façon longitudinale peuvent aussi se déplacer vers le haut et/ou vers le bas afin de, par exemple, obtenir l’angle d’incidence adapté en fonction de la flèche de l’aile. On change l’incidence des ailes en fonction de la configuration de la voilure pour que les profils des ailes (section parallèle à l’écoulement) soient toujours dans des valeurs adaptées à cette configuration. Les variations d’angle d’incidence sont, en général, de faible (voir très faible) amplitude. C’est par l’inclinaison des axes de rotation des ailes que cette variation d’incidence s’effectue. On tient aussi compte de l’influence de cette inclinaison sur le dièdre (positif ou négatif). Sur le modèle illustré dans les figures 7 à 13, les variations d’incidence sont de l’ordre de 0,5 degré d’angle sur une plage de variations d’incidence s’étendant jusqu’à cinq degrés d’angle. These root joints, while moving longitudinally, can also move up and/or down in order, for example, to obtain the appropriate angle of attack according to the deflection of the wing. The incidence of the wings is changed according to the configuration of the wing so that the profiles of the wings (section parallel to the flow) are always in values adapted to this configuration. The variations in the angle of incidence are, in general, of low (even very low) amplitude. It is by the inclination of the axes of rotation of the wings that this variation in incidence takes place. The influence of this inclination on the dihedral (positive or negative) is also taken into account. On the model illustrated in Figures 7 to 13, the variations in incidence are of the order of 0.5 degrees of angle over a range of variations in incidence extending up to five degrees of angle.
L’inclinaison des axes de rotation des ailes à leur encastrement à l’emplanture peut introduire ou supprimer des variations angulaires en incidence. Si cet axe est perpendiculaire au plan de l’aile, le dièdre va naturellement engendrer une variation angulaire de la corde de l’aile par rapport au référentiel de l’écoulement de l’air (la corde d’une aile étant la section correspondante à la coupe de l’aile par un plan vertical perpendiculaire au plan de l’aile et parallèle à l’écoulement/axe longitudinal “X” de l’hydrofoil). Il faut s’assurer, dans le cas d’un changement d'incidence introduit par les inclinaisons des axes de rotation, que les variations sont en phase entre les ailes avant et arrière pour minimiser les contraintes éventuelles aux extrémités pouvant être introduites par la géométrie et le choix des degrés de liberté au niveau du mécanisme liant les extrémités des ailes avant et arrière entre elles. The inclination of the axes of rotation of the wings at their embedding at the root can introduce or eliminate angular variations in incidence. If this axis is perpendicular to the plane of the wing, the dihedral will naturally generate an angular variation of the chord of the wing with respect to the frame of reference for the flow of air (the chord of a wing being the corresponding section to the wing section by a vertical plane perpendicular to the plane of the wing and parallel to the flow/longitudinal “X” axis of the hydrofoil). It must be ensured, in the case of a change in incidence introduced by the inclinations of the axes of rotation, that the variations are in phase between the front wings and rear to minimize any stresses at the ends that may be introduced by the geometry and the choice of the degrees of freedom at the level of the mechanism linking the ends of the front and rear wings together.
Dans des modes de réalisation, l’hydrofoil 50 comporte des moyens de morphisme de la voilure, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence. Dans ces modes de réalisation, on impose aux emplantures des ailes, par l’intermédiaire de leur articulation/encastrement, un moment de torsion et ainsi produire un phénomène de morphisme par l’emploi, par exemple, de matériaux composites et/ou une structure interne adaptée de l’aile. Le morphisme vise à avoir une structure avec la peau qui se déforme pour remplacer ou compléter les commandes (ailerons, flaps, etc.) et ainsi de minimiser les traînées (de profil et induites). Sur une aile cantilever, on prévoit une structure réformable interne qui produit la déformation au niveau de la peau (du loft) nécessaire pour obtenir la modification de performance (trainé, portance) désirée/nécessaire. Une autre solution consiste à déformer les peaux à l’aide de courants électromagnétiques. In some embodiments, the hydrofoil 50 comprises means for morphing the wing, to modify the inclination of the axes of rotation of the wings and cause a variation in incidence. In these embodiments, a torsion moment is imposed on the roots of the wings, via their articulation/embedding, and thus produce a phenomenon of morphism by the use, for example, of composite materials and/or a structure adapted internal of the wing. The morphism aims to have a structure with the skin that deforms to replace or complete the controls (ailerons, flaps, etc.) and thus minimize drag (in profile and induced). On a cantilever wing, there is an internal reformable structure which produces the deformation at the level of the skin (of the loft) necessary to obtain the modification of performance (drag, lift) desired/necessary. Another solution is to deform the skins using electromagnetic currents.
Dans le cas de la voilure rhomboédrique, du fait de la structure “rigide” de par les contreventements sur les trois axes il est possible d’introduire assez facilement (tel que pour le changement d’incidence) des contraintes dans les extrémités des ailes. Dans des modes de réalisation, on prévoit une aile dont la structure se “vrille” pour en augmenter (ou diminuer) l’incidence à l’emplanture et/ou à l’extrémité. Ceci permet de modifier la portance de cette aile et ainsi de remplacer les volets. Ces variantes, sont, par exemple, utilisées pour faire les modifications des caractéristiques de l’aile en fonction de la vitesse de déplacement de l’embarcation 40. In the case of the rhombohedral wing, due to the “rigid” structure due to the bracing on the three axes, it is possible to introduce quite easily (such as for the change in incidence) stresses in the ends of the wings. In some embodiments, a wing is provided whose structure “twists” to increase (or decrease) its incidence at the root and/or at the tip. This makes it possible to modify the lift of this wing and thus to replace the flaps. These variants are, for example, used to modify the characteristics of the wing according to the speed of movement of the boat 40.
Comme détaillé plus haut, l’inclinaison des axes de rotations autour des points d’encastrement des ailes aux emplantures/extrémités ainsi que le contrôle et l’agencement des degrés de libertés aux encastrements peuvent introduire des contraintes soit dans le sens longitudinal (envergure) soit dans le sens transversal (corde) et ainsi introduire des contraintes en torsion qui, par exemple en jouant sur les angles des axes de rotation et avec une structure adaptée, permettent un vrillage constant ou évolutif sur l’envergure de la voilure. Il peut même être introduit un “flambage" de la voilure sur son envergure, si jugé nécessaire. As detailed above, the inclination of the axes of rotation around the wing embedding points at the roots/ends as well as the control and arrangement of the degrees of freedom at the embeddings can introduce constraints either in the longitudinal direction (span) either in the transverse direction (chord) and thus introduce torsional stresses which, for example by adjusting the angles of the axes of rotation and with a suitable structure, allow constant or changing twisting over the span of the wing. It can even be introduced a "buckling" of the wing on its wingspan, if deemed necessary.
Il est aussi possible d’imposer aux extrémités des ailes par l’intermédiaire de leur articulation un moment de torsion et ainsi introduire un phénomène de morphisme par l’emploi (par exemple) de matériaux composites et/ou une structure interne adaptée de l’aile. Des carénages rigides, semi- rigides et/ou souples peuvent enclore les différentes articulations pour assurer une bonne étanchéité hydrodynamique et/ou un écoulement hydrodynamique propre. Dans des modes de réalisation, le corps 51 de l’hydrofoil 50 comporte un lest. Dans des modes de réalisation, le corps 51 de l’hydrofoil 50 comporte un ballast fonctionnant comme exposé en regard du premier mode de réalisation illustré en figures 5 et 6. It is also possible to impose on the ends of the wings via their articulation a moment of torsion and thus introduce a phenomenon of morphism by the use (for example) of composite materials and/or an internal structure adapted from the wing. Rigid, semi-rigid and/or flexible fairings can enclose the various joints to ensure good hydrodynamic sealing and/or clean hydrodynamic flow. In some embodiments, the body 51 of the hydrofoil 50 includes a ballast. In some embodiments, the body 51 of the hydrofoil 50 comprises a ballast operating as described with regard to the first embodiment illustrated in FIGS. 5 and 6.
On observe, en figure 14, des étapes de fonctionnement de l’hydrofoil illustré en figures 7 à 13. Au cours d’une étape 91 , on détermine l’altitude de vol de l’embarcation 40 souhaitée, selon les commandes de vol du navigateur ou fournies par un logiciel d’optimisation de vol. Au cours d’une étape 92, on détermine les conditions du domaine de vol correspondant, en tenant compte de conditions de vol (vitesse, vent, masse embarquée, autonomie restante ...). Au cours d’une étape 93, on détermine la configuration (angles du dièdre et angle d’incidence) de la voilure pour ce domaine de vol et/ou cette vitesse souhaitée (selon des objectifs de stabilité, de consommation réduite, de manoeuvrabilité, ...). Par exemple, partant des connaissances pour certaines configurations géométriques de la voilure, dont les configurations extrêmes (figures 7 et 9), on interpole ces connaissances pour toutes les autres configurations. In FIG. 14, the operating steps of the hydrofoil illustrated in FIGS. 7 to 13 are observed. During a step 91, the desired flight altitude of the boat 40 is determined, according to the flight controls of the browser or provided by flight optimization software. During step 92, the conditions of the corresponding flight envelope are determined, taking into account flight conditions (speed, wind, on-board weight, remaining range, etc.). During a step 93, the configuration (angles of the dihedral and angle of incidence) of the airfoil is determined for this area of flight and/or this desired speed (according to objectives of stability, reduced consumption, maneuverability, ...). For example, starting from the knowledge for certain geometric configurations of the airfoil, including the extreme configurations (FIGS. 7 and 9), this knowledge is interpolated for all the other configurations.
Au cours d’une étape 94, on calcule les déplacements des deux emplantures d’ailes pour amener le centre de poussée au lieu souhaité et les déplacements des moyens de morphisme assurant une variation d’angle d’incidence. Au cours d’une étape 95, on commande, de manière coordonnée et simultanée, les moteurs pas-à-pas et les servomoteurs pour que la configuration géométrique de la voilure soit réalisée. During a step 94, the displacements of the two wing roots are calculated to bring the center of thrust to the desired location and the displacements of the morphism means ensuring a variation in the angle of incidence. During a step 95, the stepper motors and the servomotors are controlled, in a coordinated and simultaneous manner, so that the geometric configuration of the airfoil is achieved.
Dans son deuxième mode de réalisation illustré en figures 15 à 18, l’embarcation 100 prend la forme d’une planche de surf qui comporte un flotteur 101 et un mât inférieur 105 supportant un hydrofoil 20. Bien entendu, l’hydrofoil 20 du deuxième mode de réalisation de l'embarcation présente des dimensions plus petites que celui du premier mode de réalisation de l’invention. Les ailes arrières de l’hydrofoil 20 configuré pour une planche de surf ou une planche à voile possèdent un profil déporteur. In its second embodiment illustrated in FIGS. 15 to 18, the boat 100 takes the form of a surfboard which comprises a float 101 and a lower mast 105 supporting a hydrofoil 20. Of course, the hydrofoil 20 of the second embodiment of the boat has smaller dimensions than that of the first embodiment of the invention. The rear wings of the Hydrofoil 20 configured for a surfboard or a sailboard have a spoiler profile.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Hydrofoil (20, 50) rhomboédrique pour montage sur un mât inférieur (45, 105) d’une embarcation (40) se déplaçant dans une direction parallèle à un axe (46), cet hydrofoil présentant un plan de symétrie et comportant, dans cette direction, des ailes avant plus éloignées de l’embarcation (21 , 22, 53, 54) reliées entre elles et des ailes arrière plus proches de l’embarcation (25, 26, 55, 56) reliées entre elles, caractérisé en ce que : 1 . Rhombohedral hydrofoil (20, 50) for mounting on a lower mast (45, 105) of a boat (40) moving in a direction parallel to an axis (46), this hydrofoil having a plane of symmetry and comprising, in this direction, front wings further away from the boat (21, 22, 53, 54) connected to each other and rear wings closer to the boat (25, 26, 55, 56) connected to each other, characterized in that :
- l’extrémité de chaque aile avant, la plus éloignée de la jonction des ailes avant, étant reliée à une extrémité d’une aile arrière, la plus éloignée de la jonction des ailes arrière, - the end of each front wing, furthest from the junction of the front wings, being connected to one end of a rear wing, the farthest from the junction of the rear wings,
- l’ensemble (52) de ces ailes présentant une première projection orthogonale sur un plan dit « vertical « perpendiculaire à l’axe de déplacement, projection ayant la forme d’un quadrilatère présentant un angle obtus au niveau de la jonction des ailes avant, un angle obtus au niveau de la jonction des ailes arrière et deux angles aigus à la jonction d’une aile avant et d’une aile arrière ;- the set (52) of these wings having a first orthogonal projection on a so-called "vertical" plane perpendicular to the axis of displacement, projection having the shape of a quadrilateral having an obtuse angle at the level of the junction of the front wings , an obtuse angle at the junction of the rear wings and two acute angles at the junction of a front wing and a rear wing;
- l’ensemble de ces ailes présentant une deuxième projection orthogonale sur un plan dit « horizontal » orthogonal au plan de symétrie et comportant un axe parallèle à l’axe de déplacement, projection ayant la forme d’un quadrilatère ne présentant que des angles de mesures inférieures à 180 degrés ; et - all of these wings having a second orthogonal projection on a so-called "horizontal" plane orthogonal to the plane of symmetry and comprising an axis parallel to the axis of displacement, projection having the shape of a quadrilateral having only angles of measurements less than 180 degrees; And
- les ailes avant possèdent un profil porteur. - the front fenders have a supporting profile.
2. Hydrofoil (20, 50) selon la revendication 1 , qui comporte, de plus, un corps (32, 51 ) comportant :2. Hydrofoil (20, 50) according to claim 1, which further comprises a body (32, 51) comprising:
- une attache pour le mât (45, 105) inférieur de l’embarcation, - a clip for the lower mast (45, 105) of the boat,
- un support (23, 24, 57) d’emplanture et de jonction des ailes avant (21 , 22, 53, 54) et - a support (23, 24, 57) for the root and junction of the front wings (21, 22, 53, 54) and
- un support (31 , 58) d’emplanture et de jonction des ailes arrière (25, 26, 55, 56), les supports d’emplanture d’ailes avant et arrière étant positionnés respectivement, de part et d’autre de ce corps dans le plan de symétrie de l’hydrofoil. - a support (31, 58) for the root and junction of the rear wings (25, 26, 55, 56), the front and rear wing root supports being positioned respectively, on either side of this body in the plane of symmetry of the hydrofoil.
3. Hydrofoil (20, 50) selon la revendication 2, dans lequel le corps (32, 51 ) de l’hydrofoil comporte un lest. 3. Hydrofoil (20, 50) according to claim 2, wherein the body (32, 51) of the hydrofoil comprises a ballast.
4. Hydrofoil (20, 50) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel le corps (32, 51 ) de l’hydrofoil comporte un ballast. 4. Hydrofoil (20, 50) according to one of claims 2 or 3, wherein the body (32, 51) of the hydrofoil comprises a ballast.
5. Hydrofoil (20, 50) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte, au moins sur chaque aile (25, 26, 53, 54, 55, 56) d’un couple d’ailes, au moins un volet (29, 30, 63 à 66, 73 à 76) actionné par un actionneur. 5. Hydrofoil (20, 50) according to one of claims 1 to 4, which comprises, at least on each wing (25, 26, 53, 54, 55, 56) of a pair of wings, at least one flap (29, 30, 63 to 66, 73 to 76) actuated by an actuator.
6. Hydrofoil (20, 50) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel, à chaque jonction des extrémités d'ailes avant et arrière est positionnée une surface verticale (27, 28, 78) de fermeture de ces extrémités d’ailes. 6. Hydrofoil (20, 50) according to one of claims 1 to 5, in which, at each junction of the ends of the front and rear wings, a vertical surface (27, 28, 78) for closing these ends is positioned. wings.
7. Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les ailes arrière possèdent un profil déporteur. 7. Hydrofoil (50) according to one of claims 1 to 6, wherein the rear wings have a spoiler profile.
8. Hydrofoil (20) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les ailes arrière possèdent un profil porteur. 8. Hydrofoil (20) according to one of claims 1 to 6, wherein the rear wings have a carrier profile.
9. Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 2 à 4 ou l’une des revendications 5 à 8 lorsqu’elles dépendent de la revendication 2, dans lequel : 9. Hydrofoil (50) according to one of Claims 2 to 4 or one of Claims 5 to 8 when dependent on Claim 2, in which:
- une extrémité de chaque aile avant (53, 54) est articulée à une extrémité d’une aile arrière (55, 56) et - one end of each front wing (53, 54) is hinged to one end of a rear wing (55, 56) and
- au moins un des supports d’emplanture (57, 58) d’ailes est mobile le long du corps de l’hydrofoil. - at least one of the wing root supports (57, 58) is movable along the body of the hydrofoil.
10. Hydrofoil (50) selon la revendication 9, dans lequel la longueur des ailes arrière est strictement inférieure à la longueur des ailes avant, l’angle formé entre l’axe longitudinal principal du corps de l’hydrofoil et l’axe principal des ailes arrière étant en conséquence, plus obtus que l’angle formé entre l'axe longitudinal principal du corps de l’hydrofoil et l’axe principal des ailes avant. 10. Hydrofoil (50) according to claim 9, in which the length of the rear wings is strictly less than the length of the front wings, the angle formed between the main longitudinal axis of the body of the hydrofoil and the main axis of the rear wings being consequently more obtuse than the angle formed between the main longitudinal axis of the body of the hydrofoil and the main axis of the front wings.
11 . Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 9 ou 10, dans lequel au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour se rapprocher de l'autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant forment les hypoténuses de triangles rectangles formés par les ailes avant, les ailes arrière et le corps de l’hydrofoil, l’axe principal de chacune des ailes arrière étant, dans ces triangles rectangles, perpendiculaire à l’axe principal longitudinal du corps de l’hydrofoil. 11 . Hydrofoil (50) according to one of Claims 9 or 10, in which at least one of the wing root supports is configured to approach the other wing root support so that the front wings form the hypotenuses of right-angled triangles formed by the front wings, the rear wings and the body of the hydrofoil, the main axis of each of the rear wings being, in these right-angled triangles, perpendicular to the main longitudinal axis of the body of the hydrofoil .
12. Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 9 à 1 1 , dans lequel au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour se rapprocher de l'autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant et les ailes arrière soient en flèches, non inversées. Grâce à ces dispositions, la flèche des ailes avant peut être élevée et l’envergure réduite, notamment pour les configurations de vol à plus haute vitesse. 12. Hydrofoil (50) according to one of claims 9 to 1 1, wherein at least one of the wing root supports is configured to approach the other wing root support so that the wings front and rear fenders are swept back, not inverted. Thanks to these provisions, the deflection of the front wings can be increased and the wingspan reduced, in particular for flight configurations at higher speeds.
13. Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 9 à 12, dans lequel au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour s’éloigner de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que l’envergure de l’hydrofoil soit inférieure à la somme de quatre fois la largeur maximale des ailes avant et des ailes arrière, d’une part, et de la largeur du corps de l'hydrofoil, d’autre part. 13. Hydrofoil (50) according to one of claims 9 to 12, wherein at least one of the wing root supports is configured to move away from the other wing root support so that the wingspan of the hydrofoil is less than the sum of four times the maximum width of the front wings and the rear wings, on the one hand, and the width of the body of the hydrofoil, on the other hand.
14. Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 9 à 13, dans lequel chacun des supports d’emplanture d'ailes est mobile le long du corps de l’hydrofoil. Grâce à ces dispositions, la configuration géométrique de la voilure est adaptable à toute répartition de masse ou de poussée. 14. Hydrofoil (50) according to one of claims 9 to 13, in which each of the wing root supports is movable along the body of the hydrofoil. Thanks to these provisions, the geometric configuration of the airfoil can be adapted to any distribution of mass or thrust.
15. Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 9 à 14, dans lequel au moins un support d’emplanture d’ailes est mis en mouvement par un moteur, une unité centrale actionnant ledit moteur. Grâce à ces dispositions, le centre de poussée de la voilure peut être déplacé d’avant en arrière sur le corps de l’hydrofoil, indépendamment de la géométrie de la voilure dictée par la distance entre les supports d’emplanture d’aile. 15. Hydrofoil (50) according to one of claims 9 to 14, wherein at least one wing root support is set in motion by a motor, a central unit actuating said motor. Thanks to these arrangements, the center of thrust of the airfoil can be moved fore and aft on the body of the hydrofoil, independent of the geometry of the airfoil dictated by the distance between the wing root supports.
16. Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 9 à 15, dans lequel au moins un support d’emplanture d’ailes avant comporte au moins un pivot. 16. Hydrofoil (50) according to one of claims 9 to 15, wherein at least one front wing root support comprises at least one pivot.
17. Hydrofoil (50) selon l’une des revendications 9 à 16, dans lequel une tringle interne à l’une des ailes maintient le plan principal de la surface verticale de fermeture des extrémités d’ailes parallèle à l’axe principal du corps de l’hydrofoil. 17. Hydrofoil (50) according to one of Claims 9 to 16, in which an internal rod in one of the wings maintains the main plane of the vertical closing surface of the ends of the wings parallel to the main axis of the body. hydrofoil.
18. Hydrofoil (50) selon l'une des revendications 9 à 17, dans lequel les jonctions des extrémités des ailes avant et arrière comportent des pivots. 18. Hydrofoil (50) according to one of claims 9 to 17, wherein the junctions of the ends of the front and rear wings comprise pivots.
19. Embarcation (40, 100) comportant un hydrofoil (20, 50) selon l’une des revendications 1 à 18. 16 19. Boat (40, 100) comprising a hydrofoil (20, 50) according to one of claims 1 to 18. 16
20. Embarcation (40, 100) selon la revendication 10, dans lequel l’hydrofoil (50) est selon l’une des revendications 9 à 18 et comporte un moyen d’adaptation (51 ) de la position d’au moins une emplanture (57, 58) d’ailes aux conditions de navigation. 20. Craft (40, 100) according to claim 10, in which the hydrofoil (50) is according to one of claims 9 to 18 and comprises means (51) for adapting the position of at least one root (57, 58) of wings to navigation conditions.
21 . Embarcation (40, 100) selon l’une des revendications 10 ou 1 1 , qui comporte des moyens de morphisme des ailes, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence, un moyen d’adaptation (51 ) commandant les moyens de morphisme. 21 . Boat (40, 100) according to one of claims 10 or 1 1, which comprises means for morphing the wings, to modify the inclination of the axes of rotation of the wings and cause a variation in incidence, a means of adaptation (51) controlling the morphism means.
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