Brevet FR2051598A1 — publié le 19710409

i 2051593 La présente invention concerne des dispositifs d'entraînement à la navigation à voile et a pour but de proposer un simulateur de. navigation original et perfectionné. A l'aide d'un tel simulateur, un débutant peut acquérir cer-5 taines notions de navigation à voile sans quril soit nécessaire de mettre un voilier à l'eau, même dans une région qui ne se prête pas à la navigation à voile„ Le simulateur de navigation suivant l'invention comprend une coque qui repose, par effet d'Archimède ou autrement, sur une 10 masse environnante de matière facilement déformable, des moyens permettant de faire varier le cap imprimé à la coque, une barre manoeuvrable à la main montée sur la coque, un moyen moteur automatique, susceptible d'inversion de marche et de mise à l'arrêt, sensible à la position de la barre pour faire varier ledit cap 15 lorsqu'il est en marche et qui maintient ce cap constant lorsqu' il est à l'arrêt, la barre pouvant passer par une. position de zéro pour laquelle le moyen moteur est mis à l'arrêt et le cap maintenu constant, une bôme montée sur la coque pour osciller sur un trajet qui s'étend de part et d'autre de l'axe de la coque, 20 un moyen propre à faire osciller la bôme à va-et-vient sur ce trajet et une grand'écoute permettant de tirer à la main la bôme vers l'intérieur et vers l'axe de la coque pour imiter la manoeuvre manuelle imprimée à une bôme au cours d'une véritable navigation à voile. 25 Avec Tin simulateur suivant l'invention, l'élève a à manoeu vrer une barre et une grand'écoute (corde) qui correspondent aux deux commandes principales d'un voilier réel. En agissant sur la grand'écoute et sur la barre (qui.peut être du type roue, mais est de préférence une barre franche de direction), il peut faire JO varier le cap de la coque par rapport à un vent supposé de la même manière que sur un voilier navigant sur l'eau. Avantageusement, la coque peut non seulement changer de cap, mais prendre de la gîte, de sorte que l'élève peut éprouver la sensation que donne la coque en s'inclinant à bâbord ou à tribord 35 sous l'effet d'un vent réel agissant sur les voiles. La coque prend plus ou moins de gîte selon la vitesse du vent, sa direction par rapport au cap de la coque et l'intensité de la traction que l'apprenti applique à la grand'écoute pour imprimer du biais à la bôme par rapport au vent supposé. Ainsi, le degré de gîte dépend 40 de la manoeuvre imprimée à la barre et à la grand'écoute. La coque 70.25096 2 2051598 peut prendre de la gîte sous l'action manuelle d'un instructeur. Avantageusement, ce genre de mouvement lui est imprimé par un moyen moteur propre à l'incliner pour lui faire prendre de la bande et par un contrôleur de gîte associé intervenant qui com-5 mande le moyen moteur d'après la position de la bôme et l'orientation imprimée à la barre pour simuler l'inclinaison latérale prise par un véritable voilier navigant sur l'eau lorsqu'on manoeuvre la barre et la grand'écoute. Le moyen moteur imprimant de la gîte peut être réglé par un instructeur, mais il est de 10 préférence réglé par une commande qui, sous l'action de signaux interesses d'entrée correspondant aux paramètre^ engendre un signal de réglage de gîte. Dans un agencement simple, le moyen moteur imprimant de la gîte comporte un contrepoids qui se déplace par le travers pour 15 faire prendre de la gîte à la coque. Le simulateur comporte avantageusement un moteur de virage, faisant varier le cap de la coque sous l'action de la barre, et tin montage de commande associé, ce montage comportant des commandes de sensibilité réglables pour représenter la force du vent, 20 la direction du vent et la position de la bôme et qui font varier la sensibilité de la coque à la barre de la même manière que sur un vrai voilier navigant sur l'eau. Pour plus de réalisme, le montage de commande peut comporter un condensateur et une ther-mistance simulant l1inertie de la coque et la vitesse acquise 25 par celle-ci. Pour permettre l'étude de certaines manoeuvres souvent nécessaires dans la vraie navigation à voile, le montage de commande peut comporter un interrupteur dont les positions représentent la mise en position haute et basse respectivement d'une quille de 30 dérive et qui agit sur le montage pour interdire la simulation d'un virage de bord transversal au vent lorsqu'on cingle au plus près, la quille de dérive étant levée. Dans le cadre de l'invention, ladite masse environnante qui soutient la coque peut être de l'eau ou un autre liquide contenu 35 dans une cuve ou autre réceptacle de dimensions voulues pour qu' on puisse faire varier en continu dans les deux sens le cap de la coque. En variante, ladite masse peut être formée par une couche de caoutchouc mousse, ou solide analogue facilement défor-mable, permettant à la coque de prendre de la gîte et qui puisse 40 pivoter lorsqu'on fait varier le cap. 70 25096 3 2051598 On va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif un simulateur de navigation à voile suivant l'invention en se référant au dessin schématique annexé sur lequel : la figure 1 est une vue schématique partiellement en coupe 5 d'un simulateur suivant 11 invention»et la figure 2 représente un montage de commande original qu'on peut associer au simulateur montré sur la figure 1. Dans le simulateur montré sur la figure 1, un voilier comportant une coque 801 flotte dans une cuve d'eau 802 de dimensions 10 suffisantes pour que le cap de la coque puisse varier de 360°. La coque comporte un mât 803 portant un bôme 804 munie d'une grand' écoute 804' et d'une grand-voile 805, ainsi qu'une voile de foc 806. La coque est munie aux extrémités de tourillons 807 et 808 15 articulés dans un bâti 809 Qui tourillonne sur une broche de support 810 fixée à la base de la cuve. Le bâti est monté avec jeu sur la broche 810 et celle-ci est assez longue pour que le bâti puisse glisser verticalement sur elle selon la charge imprimée à la coque, qui est soutenue par la poussée de l'eau. 20 Au bâti 809 est fixée, autour de la broche, une poulie 811. Pour faire tourner le bâti par 11 intermédiaire de la poulie, il est prévu un câble d'acier 812 qui contourne deux poulies de guidage immergées dont l'une, 813, est représentée, et rejoint un organe fcambour ou poulie) 814 fixé à tin arbre 815 monté sur 25 la paroi de la cuve. Près de la cuve est placée une structure de tour 816 portant un ventilateur à moteur 817 destiné à souffler sur les voiles. La tour est mobile autour de la cuve pour que l'instructeur puisse modifier la direction du vent. 30 La coque porte une barre de direction 8l8' et une grand* écoute (corde) 804' est fixée à la bôme 804. La barre et la grand' écoute constituent les commandes sur lesquelles doit agir l'élève. On peut faire varier le cap de la coque de 3600 eh faisant tourner l'arbre 815, qui peut être entraîné par un moteur élec-35 trique. Le moteur est commandé par un montage sur lequel la barre agit comme on le décrira plus loin à propos de la figure 2a Quand le cap de la coque varie, la bôme se déplace sous l1 effet du vent émis par le ventilateur 807 agissant sur la grand-voile, son comportement reproduisant celui de la bôme d'un voilier 40 navigant sur l'eau. bad origwai 70. 25096 4 2(351598 Il est souhaitable que la coque puisse prendre de la gîte, notamment quand l'élève a franchi le stade d'instruction préliminaire. A cette fin, on peut prévoir un ventilateur dont le souffle soit assez puissant pour imprimer de la gîte à la coque 5 en agissant sur les voiles 805 et 806. En variante, le souffle du ventilateur peut n'être suffisant que pour orienter les voiles et la coque peut prendre de la gîte sous l'action d'un moyen moteur séparé, par exemple contrepoids schématisé en 818, mobile sur le travers de part en part de la coque *.Le contrepoids peut 10 être monté sur une longue vis dont la rotation lui imprime le mouvement désiré. Le contrepoids peut être déplacé-soit par une commande manuelle sur laquelle agit l'instructeur, soit sous l1 action d'un générateur de signal de gîte recevant, les données d' entrée nécessaires. 15 - En variante, le contrepoids peut être déplacé par un servomoteur sensible à un capteur décelant l'intensité du vent, directement ou par l'intermédiaire de la grand'écoute. Le capteur peut ,être formé par un rhéostat dont la résistance varie avec l'intensité du vent. 20 La figure 2 montre un montage destiné à simuler de manière réaliste les effets exercés par la vitesse et de la direction de navigation sur la sensibilité de la barre. Ce montage assure les effets suivants s a) la barre est sans action quand le voilier est sensé être immo- 25 bile, b) l'action de la barre s'inverse quand le voilier est sensé naviguer vers l'arrière, c) l'action de la barre est proportionnelle à la vitesse d'avance supposée pendant navigation normale, 30 d) la vitesse de réponse aux mouvements de la barre est affectée par l'inertie et par la force acquise, comme dans un véritable voilier navigant sur l'eau, e) il est impossible de simuler l'amenée du voilier sous le vent à l'aide de la barre si l'élève tente de naviguer au plus près 35 en laissant la quille de dérive levée ; il est bon de munir le simulateur d'une quille de dérive, ou du moins du palan correspondant, pour accroître le réalisme, f) la sensibilité à la barre varie avec l'inclinaison de la coque pour simuler les effets de barre sous le vent et de barre au vent. 40 Le montage reçoit les données suivantes : BAD ORIGNAL' 70 25096 5 2051598 1) intensité supposée du vent, 2) angle que fait le vent supposé avec l'axe de la coque, 3) angle que fait le vent supposé avec la bême, 4) position de la barre, 5 5) angle de gîte de la coque, 6) position de la quille de dérive. Comme illustré par la figure 2, la barre de gouvernail 901 est fixée au porte-balai d'une résistance variable spéciale 902, présentant deux chemins séparés dont chacun est, par moitiés, 10 résistant en R et normalement conducteur en P. Quand la barre est en position médiane, le porte-balai 903* commun aux deux chemins, est en contact avec les deux tronçons conducteurs, de sorte que si aucun modulateur intermédiaire ne trouble l'équilibre, les enroulements 904 d'une vanne asservie non représentée impriment 15 à la coque des changements de cap sous l'action d'un organe de manoeuvre hydraulique non représenté. Chaque enroulement de la vanne asservie subit la même différence de potentiel, présente en A - B. Quand la barre 901 se déplace dans l'un ou l'autre sens, l'un des balais continue à recueillir le plein potentiel 20 et l'autre recueille un potentiel réduit dans une mesure correspondant au degré de déplacement de la barre. En conséquence, les enroulements de la vanne asservie 904. sont en déséquilibre et la coque vire dans le sens correspondant à celui de déséquilibre et continue à virer jusqu'à ce que la barre revienne au milieu ou 25 jusqu'à ce que l'un des modulateurs exerce tua effet perturbateur. La différence de potentiel en A - B est la différence entre deux potentiels appliqués à travers des résistances 905 et 906. Le potentiel appliqué à partir d'un .transformateur variable 907 représente la force du vent. En réglant au maximum le signal de 30 sortie de ce transformateur, on établit l'effet de vent maximum. En rendant ee signal de sortie nul, on représente l'absence de vent. En réglant le transformateur progressivement ou par degrés, on peut faire varier la force du vent. Le potentiel appliqué à partir d'un pont redresseur 908 représente la position de la grand-35 voile et est réglé par-un condensateur 909 et par une thermistanee 910. Le condensateur 909 représente l'inertie de la coque et la thermistanee 910 sa vitesse acquise. Le potentiel appliqué au pont 908 provient des curseurs de deux transformateurs variables 911 et 912, alimentés par le transformateur 907 qui fournit le 40 potentiel de force du vent. Le transformateur 911 est commandé 70 25096 6 2051598 par une came symétrique qui représente la direction du vent et ne déplace le curseur du transformateur que d'un côté à partir du milieu. Le transformateur 912 est commandé par une crémaillère, entraînée par le déplacement imprimé à la bôme du simulateur à 5 partir de la position que le vent tend à lui conférer, le curseur pouvant donc dans ce cas décrire des mouvements égaux de part et d'autre du point-milieu, de sorte que le potentiel appliqué est inversé par l'intermédiaire d'un relais inverseur bipolaire 913* qui opère l'inversion quand le vent passe de bâbord à tribord, variables 10 Des resistances/914 et 9^5 sont chacune commandées par pendule. Des butées 916 et 917 ne permettent aux pendules d'osciller que dans un seul sens par rapport à la verticale. Ainsi, quand la coque prend de la gîte, seule l'une des résistances est manoeuvrée et interpose un effet résistant sur l'un ou l'autre des condue-15 teùrs d'alimentation 918 et 919® Le relais inverseur bipolaire 920 est commandé par l'unité 921 qui détermine, d'après la vitesse de virage du bateau et l'inclinaison du vent, si la réponse à la barre doit être directe ou inverse. La résistance variable 922 est entraînée par une came symétrique qui représente la direction du 20 vent. L'interrupteur 923 est ouvert quand la quille de dérive est levée, la résistance 922 étant alors en circuit. Quand la quille de dérive est baissée, la résistance 922 est mise en court-circuit et n'agit plus. Un relais inverseur tripolaire 924 détermine si l'effet est applicable à un vent soufflant de babôrd ou de tribord 25 en interposant la résistance 922 sur l'un ou l'autre des conducteurs 918 et 919. Quand le voilier est sensé naviguer vent debout et s^déplace doncjfcrès lentement ou pas du tout, le transformateur 911 est loin du milieu tandis que le transformateur 912 demeure au milieu 30 et qu'une tension apparaît entre leurs curseurs. Cette tension est redressée à travers le pont 908 et atteint A - B après avoir chargé le condensateur 909 et échauffé la thermistanee 910 pour lui imprimer une valeur ohmique faible. On choisit les valeurs des composants de manière à ce que la tension en A - B soit pres-35 que nulle quand le vent vient de l'avant et que la grand-voile n'est pas réglée. Quand la grand-voile est bien réglée, le transformateur 912, entraîné par la bôme tirée vers l'intérieur, atteint un point d'équilibre avec le transformateur 911, la tension présente en A - B commence .à monter à mesure que le condenseur 40 perd sa charge et une tension décroissante s'oppose au potentiel 70 25096 7 2051598 qui émane du transformateur 907 à travers tin redresseur.925• Ainsi, la vitesse de virage s'élève progressivement à mesure que la grand-voile est mieux ajustée. Le réglage du transformateur 911 se modifie quand le bateau 5 et le vent se déplacent l'un par rapport à l'autre et, pour toute inclinaison particulière du vent, l'amenée de la grand-voile en bonne position met le transformateur 912 en équilibre avec le transformateur 911. S4de bateau navigue trop lentement contre le vent, l'unité 10 921 l'arrête contre le vent, les transformateurs 911 et 912 sont en déséquilibre et la vitesse de virage devient faible à mesure que la thermistanee 910 s'échauffe et fait sortir -une tension d' opposition du pont redresseur 908. Après une pause représentative de l'inertie, l'unité 921 inverse les connexions de la barre avec 15 les enroulements asservis 904, au moyen du relais 920, et l'action de la barre s'inverse parce qu'en réalité, le bateau dériverait vers l'arrière. En déplaçant convenablement la barre et en ajustant les voiles, on rétablit l'action directe de la barre. Pour illustrer l' 20 effet exercé par la position de la quille de dérive sur l'aptitude du bateau à naviguer au plus près, on va considérer la navigation sous un angle d'environ 45* avec le vent, la quille étant baissée (c'est-à-dire en bonne position), puis relevée tandis que la barre demeure stable au milieu. Pour un vent à 45*, la 25 résistance 922 a été réglée à une valeur convenable qui n'affecte pas le montage, du fait que le contacteur 923 est fermé quand la quille est descendue. Sitôt la quille de dérive levée, la résistance 922 est interposée sur le circuit quand le contacteur 923 s'ouvre ; cette interposition a lieu sur le conducteur de bâbord 30 918 ou de tribord 919, selon le bord sur lequel navigue le bateau, la commutation voulue étant opérée par le relais 924. La mise en circuit de la résistance 922 a pour effet de déséquilibrer les enroulements de vanne asservie 904, le bateau virant immédiatement à l'opposé du vent et se refusant à naviguer aussi près du 35 vent que quand la quille de dérive est baissée0 Dès qu'on baisse la quille de dérive, la bateau va de nouveau au lof. Si on laisse le bateau s'écarter suffisamment du ireat quand la quille de dérive est levée, la résistance variafeis 922 prend im© valeur ohmiaue nulle et la réponse à la barre est directe» 40 Les pendules 916 et 917 agissent sur les résistances 914 et î ■ BAD 70. 25096 8 2051598 915 respectivement. Quand la coque s'incline assez pour que la pendule 916 fasse tourner la résistance 914, il s'interpose sur le conducteur 918 une résistance qui déséquilibre les enroulements de la vanne 904 et la coque se place au lof ou vent largue 5 selon que la bateau navigue à tribord ou à bâbord, ce qui représente la barre au vent ou la barre sous le vent. Deux derniers facteurs de réglage sont les suivants : 1) la tension apparaissant en A - B qui représente la vitesse d'avance du bateau dans l'eau, 10 2) la polarité et l'quilibre de la tension présente en A - B qui apparaît au niveau de la vanne asservie 904. Cette tension est représentative du sens de virage résultant de la position imprimée à la barre et de l'angle fait par le vent avec la coque. On notera que la tension présente en A - B peut aussi servir 15 à Entraîner ùn indicateur de vitesse et/ou un enregistreur de cap. Bien entendu, on pourra apporter à la structure décrite diverses variantes, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Par exemple, on peut modifier à volonté le montage décrit à propos 20 de la figure 2 en supprimant certaines sections assurant line ou plusieurs des fonctions décrites et/ou les modifier en leur substituant des agencements fohctionnellement équivalents. Toutefois, il est préférable de maintenir le montage sous forme telle qu'il comporte des commandes de sensibilité qu'on puisse régler pour 25 représenter la force du vent, la direction du vent et la position dé là bôme et qui interviennent pour faire varier la sensibilité de la coque à la barre de manière à reproduire les variations de sensibilité qui apparaissent dans un véritable voilier navigant sur l'eau. 70 25096 9 2051598 REVENDICATIONS 1. Simulateur de navigation à voile, caractérisé en ce qu'il comprend une coque reposant par effet d'Archimède ou autrement sur une masse environnante en matériau facilement déforraable, un 5 moyen permettant de faire varier le cap imprimé à la coque, une barre manoeuvrable à la main portée par la coque, un moyen moteur, susceptible d'inversion de marche et de mise à l'arrêt, sensible à la position de la barre pour faire varier ledit cap lorsqu'il est en marche et qui maintient ce cap constant lorsqu'il est à 10 l'arrêt, ladite barre pouvant passer par une position de zéro pour laquelle le moyen moteur est à l'arrêt et le cap maintenu constant^ une bôme portée par la coque et agencée pour osciller suivant un trajet qui s'étend de part et d'autre de l'axe de la coque, un moyen propre à faire osciller la bôme à va-et-vient suivant ce 15 trajet et une grand'écoute permettant de tirer à la main la bôme v vers l'intérieur et vers l'axe de la coque pour imiter la manoeuvre manuelle imprimée à une bôme pendant navigation réelle. 2. Simulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite masse environnante est formée d'un liquide contenu dans un 20 réceptacle de dimensions voulues pour qu'on puisse faire varier en continu dans l'un ou l'autre sens le cap imprimé à la coque. 3. Simulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coque peut non seulement changer de cap, mais aussi prendre de la gîte. 25 4. Simulateur selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite masse environnante est une couche de caoutchouc mousse ou matériau solide analogue facilement déformable permettant à la coque de prendre de la gîte et en ce que cette couche tourne quand on fait varier le cap. 30 5. Simulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bôme est munie d'une voile et en ce qu'un ventilateur est prévu pour faire osciller la bôme en soufflant sur la voile. 6. Pour simulateur de navigation selon l'une quelconque des 35 revendications 1 à 5> moyen moteur propre à faire prendre de la gîte à la coque et contrôleur de gîte associé intervenant pour commander ce moyen moteur d'après la position de la bôme et l'orientation imprimée à la barre pour simuler le mouvement d'incli- voilier naison que décrit un vrai/navigant sur 1 eau lorsqu'on manipule 40 la barre et la grand-voile. 70. 25096 10 2051598 7. Moyen moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un contrepoids qui se déplace par le travers pour imprimer de la gîte à la coque. 8. Pour simulateur de navigation selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 5, moteur de virage destiné à faire varier le cap de la coque sous l'action de la barre et montage de commande associé, ce montage comportant des commandes de sensibilité qu'on peut ajuster pour représenter la force du vent, la direction du vent et la position de la bôme et qui fait varier la sensibilité 10 de la coque à la barre de manière reproduisant la variation de sensibilité constatée sur un vrai voilier navigant sur l'eau. 9. Moteur de virage selon la revendication 8, caractérisé en ce que son montage de commande comporte un condensateur et une thermistanee destinés à simuler l'inertie de la coque et la vites- 15 se acquise par celle-ci. 10. Moteur de virage selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que son montage de commande comporte un interrupteur dont les positions représentent les positions haute et basse respectivement d'une quille de dérive et qui agit sur le 20 montage pour interdire la simulation d'un virage dans le vent lorsqu'on navigue au plus près la quille de dérive étant levée.