Brevet FR2138062A1 — publié le 19721229

1. 2138062 La présente invention se rapporte à un bateau à voiles à portance hydrodynamique ou hydrofoil. Un bateau à voiles classique est conçu dans le but d'essayer de le maintenir dans un état aussi vertical que possible pour 5 obtenir les meilleures conditions aérodynamiques pour la voile ou les voiles et pour réduire la résistance de la coque au minimum. Un tel bateau utilise une quille et/ou un lest et un petit bateau peut être aidé par l'équipage qui "s'asseoit vers l'extérieur" sur le côté au vent, pour obtenir les meilleures conditions de naviga-10 tion. D'autres améliorations dans les performances du bateau ont été obtenues en augmentant sa longueur par rapport à sa largeur ou bau. Ceci se traduit par une réduction de la stabilité latérale qui de manière classique peut être contrebalancée en prévoyant des ba-15 lanciers ou flotteurs ou en concevant le bateau sous forme d'un bateau multicoque. Des réductions de résistance à l'avancement ont récemment été obtenues par l'utilisation de patins ou ailes qui soulèvent la coque du bateau hors de l'eau. Malheureusement les divers essais pour combiner l'effet 20 d'un hydrofoil avec un bateau dont le rapport longueur/bau est élevé se sont traduits habituellement par un bateau qui, peut-être en théorie seulement, peut apparaître par vent léger comme présentant une conception heureuse. Cependant, lorsque cette combinaison est appliquée à un bateau pratique, on a trouvé qu'une telle conception 25 ne se montre pas à la hauteur des performances d'un bateau classique car, soit les efforts supportés par l'équipement sont trop importants, soit le bateau n'est pas manoeuvrable, et cet engin est trop délicat à dresser, à laisser à l'amarrage, ou trop difficile à tirer à sec et à transporter. ■ 50 En conséquence, le problème est de prévoir un bateau sta ble et pratique qui utiliserait des patins ou ailes de portance hydrodynamique ainsi que d'essayer de maintenir un bateau à voile dans une condition pratiquement verticale tout en réduisant les surfaces immergées, le lest, et le poids au minimum. Ces surfaces im-35 mergées qui subsistent doivent présenter un bau ou largeur aussi faible que possible par rapport à leur longueur et la prévision non nécessaire de flotteurs ou de patins ou ailes de portance hydrodynamique légers sur des balanciers ou bras qui augmentent simplement le poids et la force de traînée devra être évitée.Cependant, la con-40 servation de procédés de manoeuvre, bien éprouvés et classiques, 72 17700 2. 2138062 lors de la navigation dans le vent- serait maintenue et le bateau pourrait virer d'une manière normale. En conséquence, la présente invention se rapporté à un bateau à voiles du type hydrofoil, monocoque, comportant des dispo-5 sitifs de portance hydrodynamique, encore appelés patins ou ailes, montés rigidement sur des balanciers ou bras sur l'un et l'autre côté du bateau à une telle hauteur au-dessus de la ligne de flottaison en charge, que, lors d'une bordée ou d'un virage de bord, l'aile ou les ailes de portance hydrodynamique au vent est ou sont sou-10 levées d'une certaine hauteur au-dessus de l'eau. Un tel bateau présente l'avantage que l'aile ou les ailes au vent ne vont pas à l'encontre de l'effet des ailes sous le vent et que, lorsque le bateau vire de bord ou vire vent arrière, l'aile ou les ailes non engagées dans l'eau sont amenées par suite 15 de l'inclinaison du bateau dans une condition active, tandis que les premières ailes sous le vent sont soulevées et écartées de la surface de l'eau. Pendant ce temps, le barreur peut ignorer les ailes de portance et chercher à obtenir une orientation correcte de la voile ou des voiles. 20 Dans un exemple de réalisation préféré le bateau peut être tel que le centre de pression des patins ou ailes de portance est sensiblement dans le même plan que le centre d'effort de la voile ou des voiles. Ceci assure que le bateau est stable en ce qui concerne son pilotage et il peut être possible, en choisissant 25 soigneusement l'orientation de la voile ou des voiles, que le bateau se gouverne lui-même. Les patins ou ailes de portance peuvent être conçus avec une forme sensiblement triangulaire, montés de façon que le sommet du triangle soit situé vers le bas, le côté du triangle opposé au 30 dit sommet étant sensiblement parallèle à la ligne de flottaison d'avant en arrière, les deux côtés restants étant égaux et l'angle au sommet étant situé entre 90° et 110°, et de préférence égal à 100°. Ces patins ou ailes de portance triangulaire assurent 35 que plus l'immersion est grande, plus grande est la surface de l'aile de portance - et cela de manière proportionnelle - qui est engagée dans l'eau, et ceci aide à obtenir un moment d'opposition stable à la force d'inclinaison dûe à la pression du vent sur la voile ou les voiles. 40 La coque peut avoir une section transversale semi-circu- 72 17700 3' 2138062 laire au-dessous de la ligne de flottaison et la courbe du demi-cercle peut s'étendre au-dessus de cette ligne de flottaison jusqu'à atteindre lè pont. Cette caractéristique assure que la surface immergée de 5 la coque reste sensiblement constante avec une variation d'inclinaison. Les patins ou ailes de portance ont une forme telle que le bord d'attaque est parallèle à la ligne d'avant en arrière du bateau tandis que le bord de fuite est tourné vers l'extérieur d'un 10 angle de 5° à 2 1/2° par rapport à la ligne d'avant en arrière. Cette caractéristique favorise la stabilité lors de la gouverne. Les balanciers ou bras peuvent être montés de manière coulissante dans la coque du bateau de sorte que, lorsque le bateau est amarré ou transporté, la largeur ou bau hors tout est réduite. 15 La surface des patins ou ailes de portance peut être si tuée entre 4 1/2 % et 10 % de la surface des voiles. . La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : 20 La figure 1 est une vue en élévation prise depuis le cô té de bâbord du bateau conformément à la présente invention, La figure 2 est une vue en coupe transversale prise à travers le bateau de la figure 1, et La figure 3 est une vue en plan du bateau représenté dans 25 la figure 2. Pour la mise en oeuvre de la présente invention, conformément à un mode convenable, les dessins représentent à titre d'exemple tin bateau à voile du type hydrofoil ayant une coque 1 d'une longueur de 15,9 mètres (52 pieds) et un bau de 2,7 mètres (8 pieds, 30 9 pouces) qui est une version augmentée à l'échelle du prototype 6,2 m x 0,9 m (20 pieds, 5 pouces x 2 pieds, 11 pouces). Sur chaque côté de la coque 1 sont montés des patins ou ailes 2 de Sortance hydrodynamique sur des balanciers ou bras 3. La surface des ailes O est d'environ 3*25 m (35 pieds carrés). Le bateau comporte une voi-35 le bermudienne et'une voile avant unique 3 et un mât classique 6. Sur l'extrémité extérieure des balanciers 3* les ailes de portance hydrodynamique 2 sont montées en faisant un angle dièdre de 45° à 55° et maintenues à cet angle par des jambes de force 7 et 7a. Les Jambes de force 7 agissent à partir d'un point proche des centres 40 des surfaces des ailes vers une barre transversale ou traverse 7b 72 17700 4- 2138062 entre les balanciers 3. Comme on peut le voir dans la figure 1, la forme des ailes est triangulaire, le sommet A étant dirigé vers le bas et le côté opposé au sommet, qui est le côté supérieur, est monté de fa-5 çon à être sensiblement parallèle à la ligne de flottaison indiquée par WfWa. La forme triangulaire de l'aile est telle qu'elle est constituée par un bord d'attaque 10 et un bord de fuite 11 ayant une longueur approximativement égale et l'angle au sommet est de préférence égal à environ 100° mais situe éventûellemertentre 90 et 10 110°. La forme de l'aile peut être modifiée depuis une forme triangulaire qui, d'après l'expérience semblerait être nécessairement isocèle, jusqu'à une forme droite incurvée telle qu'un demi-cercle . 15 Comme on peut le voir dans la figure 3, les ailes sont légèrement en forme de cuvette de sorte que le bord d'attaque 10 coupe l'eau suivant un certain angle, parallèlement à la ligne d'avant en arrière FA, tandis que le bord de fuite 11 traîne suivant un angle égal à approximativement 2 1/2° au-delà de la ligne d'avant 20 en arrière FA, le prototype étant conçu avec un angle d'environ 5°. On verra d'après la figure 1 que le centre des efforts C de la voile 5 est dans le même plan sensiblement vertical que le centre de pression C^ de l'aile à bâbord ou sous le vent. Dans la figure 2 on peut voir que l'aile à tribord ou au vent est hors 25 de l'eau de sorte qu'elle ne présente aucun effet en dehors de son poids sur la stabilité transversale du bateau. Un angle d'inclinaison de 12 1/2° est obtenu avant que l'aile au vent entre dans la ligne de flottaison. On verra également d'après la figure 2 que la stabilité transversale est principalement due à un équilibre de la 30 composante horizontale Ph de la force de redressement de l'aile agissant en opposition par rapport à la composante transversale horizontale Ftt de la pression agissant sur la voile par 1'intermédiai-re du centre d'effet C&, les composantes P^ et Fw agissant aux environs de l'axe de rotation X. La forme triangulaire des ailes as-35 sure que, avec une valeur F plus grande, on obtient une surface d'immersion de l'aile plus grande qui augmente proportionnellement à la valeur de P^ jusqu'à ce qu'un équilibre soit à nouveau obtenu. L'effet des ailes est tel que l'angle de gîte 0 est petit et que le mât du bateau est maintenu dans une condition pratiquement 40 verticale assurant ainsi une bonne performance pour la voilure. 72 17700 5- 2138062 En augmentant la performance des voiles, le poids et la force de traînée du bateau peuvent être réduits et aidés par la force de traînée faible des ailes avant et arrière minces et légères 15 et 16, et une vitesse très élevée du bateau peut être obtenue. 5 Dans des essais, un tel bateau a atteint des vitesses de l'ordre d'environ deux fois la vitesse du vent. Il est clair d'après la description précédente des forces impliquées qu'en augmentant la distance transversale depuis l'aile jusqu'à la ligne centrale du bateau, une plus grande surface de voi-10 le peut être portée. Dans la figure 1 on peut voir que l'aile avant 15 est agencée de façon à pouvoir être rétractée depuis l'arrimage et être utilisée en eau peu profonde. Le gouvernail 17 et l'aile 16 arrière sont montés sur un pivot horizontal 18 afin d'assurer qu'ils puis-15 sent toujours être reculés, ou plutôt soulevés au-dessus de la surface de l'eau. Une broche déclenchable 19 est prévue de façon que, si un obs'tacle est heurté, le gouvernail 17 et l'aile 16 puissent être soulevés et non endommagés. Le gouvernail 17 est manoeuvrable autour d'un pivot vertical 20 de manière classique au moyen d'une 20 barre 21 et de câbles 22 reliés à une roue de gouvernail 23 dans la cabine 24. Un poste de pilotage avant 25 est prévu. Dans la figure 2, on peut voir l'agencement pour monter de manière coulissante les balanciers 3 dans la coque. La coque comporte des tubes 30 en matière plastique renforcée de verre dis-25 posés en elle et une cloison de façon que les balanciers 3 puissent coulisser de 3 m (10 pieds) vers la droite à travers la coque afin de s'avancer sur 1,75 m (5 pieds, 9 pouces) sur le côté opposé réduisant ainsi le bau hors tout de 12,20 m (40 pieds) à approximativement 6,10 m (20 pieds). Un câbïe de consolidation 31 et une bande 30 d'acier inoxydable 32 sont prévus pour renforcer les balanciers. On prévoit que les voiles pour le bateau de 15*9 m (52 O pieds), ont approximativement une surface de 35*3 m (380 pieds car- O , rés) pour la voile principale, 10,2 m (110 pieds carrés) pour la 2 voile avant avec en plus une autre voile avant de 8,4 m (90 pieds 35 carrés), si nécessaire. La coque est fabriquée à partir de fibre de verre renforcée de matière plastique avec des cloisons rigides de mousse de chlorure de polyvinyle. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indi-40 quées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de 72 17700 S' 2138062 la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits,, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à 5 l'homme de l'art. 72 17700 7. 2138062 REVENDICATIONS 1 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil caractérisé en ce que la monocoque comprend, en plus des dispositifs nécessaires au barreur, des balanciers ou bras s'étendant dans une di- 5 rection en travers du bateau sur chaque côté de la monocoque, au moins un patin ou aile de portance hydrodynamique à bâbord ou à tribord, montés rigidement sur l'extrémité extérieure des balanciers et en ce que les patins ou ailes de portance hydrodynamique sont montés de façon que leur pointe inférieure soit située au-des- 10 sous de la ligne de flottaison indiquée, l'autre patin ou aile étant situé au-dessus de cette ligne de flottaison. 2 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les patins ou ailes de portance hydrodynamique ont un centre de pression sensiblement dans le 15 même plan que le centre des efforts de la voile ou des voiles. 3 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les patins ou ailes de portance hydrodynamique ont une forme sensiblement triangulaire, ceux-ci étant montés de façon que le sommet du trian- 20 gle soit dirigé vers le bas, le côté du triangle opposé au sommet étant sensiblement parallèle à la ligne de flottaison d'avant en arrière. 4 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3* caractérisé en ce que la 25 coque a une section transversale semi-circulaire située au-dessous de la ligne de flottaison et en ce que la courbe du demi-cercle s'étend de préférence au-dessus de la ligne de flottaison pour atteindre le pont. 5 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les patins ou ailes de portance hydrodynamique ont une forme telle que leur bord d'attaque est parallèle à la ligne d'avant en arrière tandis que leur bord de fuite est tourné vers l'extérieur suivant un angle de 5 à 2 1/2° par rapport à la ligne d'avant en arrière 35 du bateau. 6 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les balanciers sont montés de manière coulissante dans des logements prévus dans ou sur la coque de façon que le bau hors tout du bateau 40 puisse être réduit lorsque ce bateau ne navigue pas. 72 17700 8. 2138062 7 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface des patins ou ailes de pox*tance hydrodynamique est Située entre 4 1/2 % et 10 % de la surface des voiles. 5 8 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des patins ou ailes de portance hydrodynamique situés sur l'axe d'avant en arrière du bateau qui sont de préférence rétractables. 10 9 - Bateau à voile monocoque du type hydrofoil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le patin ou aile de portanee hydrodynamique arrière fait partie d'un organe rétractable pouvant être soulevé et sur lequel un gouvernail est monté de manière pivotante .