Brevet FR2230540A1 — publié le 19741220

La présente invention a poser objet un procédé et un dispositif er- mettant de réaliser une diminution de la résistance à l'avancement d'un navire, Ce résultat est obtenu par interposition d'une nappe d'air entre la partie inférieure de la coque Gu navire et l'eau environnante. La nappe d'air ainsi formée, de faible épaisseur, reste pratiquement immooile par rapport à l'eau, du moins dans le sens de déplacement du navire. Elle est constamment renouvelée au moyen de soufflantes. Dans ces conditions, le navire se déplace en glissant sur un matelas d'air, à la façon d'un char de combat qui roule sur ses chenilles, elles-memes immobiles par rapport au sol.Les forces ae frottement, dues normalement au contact du fond de la coque et de l'eau, sont alors remplacées par des forces de frottement coque-air, très inférieures aux premières. Les dispositions exposées ci-après, se rapportent à un type de navire existant, de fort tonnage. Cet exemple, choisi, nta d'autre but que de mieux faire comprendre le principe de l'invention, sans pour autant en limiter l'application à ce type de navire, ni aux techniques matérielles exposées. fi est d'ailleurs bien évident que l'application du procédé à un navire en construction, tout en restant conforme au dispositif présenté, serait différente dans sa réalisation technique. Le but de l'invention est d'augmenter la vitesse du navire sans mo difier l'appareil propulsif. Il est important de noter que l'application du procédé à un navire, ne modifie aucunement ses caractéristiques hydrodynamiques, ni ses qualités évolutives. En effet, la faible épaisseur de la nappe d'air, pratiquement constante et adhérente à la coque même, ne modifie pas la valeur des tirants d'eau, ni les positions des centres de gravité et de poussée, ni la stabilité transversale du navire. De plus, si pour une raison quelconque, par très mauvais temps par exemple, le dispositif ne peut ètre mis en fonction, le navire conserve intégralement ses qualités d'oribine, et cela, sans aucun risque, ni précautions particulières. Les réalisations récentes de navires utilisant un procédé d'inter- position d'une nappe d'air entre la partie inférieure de la coque et l'eau environnante, modifient,en général, la valeur de l'immersion des oeuvres vives du navire, ou ne sont applicables que pour des etats de chargement et des valeurs des tirants d'eau nettement précisées. Dans certaines applications connues, le maintien de la nappe d'air par navigation avec roulis reste aléatoire et, très souvent, d'une réalisation compliquée. Le procédé et le dispositif, objets de l'invention, consistent essentiellement à n maintenir la nappe d'air à une épaisseur constante, régulière, quels que soient les conditions de navigation, les états de chargement du navire, et la valeur relative ces tirants d'eau avant et arrière. La réalisation et le maintien de cette nappe d'air sont maintenus de la façon suivante L'air est insufflé sous la coque au moyen de soufflantes de deux types différents. Les premières, que nous désignerons par les lettres majuscules S 11, S 12 ... S ln (Fig. 6 PL. 6-7), aspirent l'air directement à l'atmosphère, et le refoulent sous la coque, par l'intermédiaire de conduites dont les unes sont situées dans l'axe du navire, de part et d'autre de cet axe, et les autres à l'avant, symétriques par rapport à l'axe (traits pointillés forts Fig. 1 PL. 1-7, et traits forts, Fig. 4 PL. 4-7, et Fig. 5 PL. 5-7, et Fig. 6 PL. 6-7). Les deuxièmes, que nous désignerons par les lettres majuscules S 21, S 22 ... S 2n (Fig. 5 PL. 5-7) aspirent l'air dans la nappe même, donc déjà comprimé par l'immersion, par l'intermédiaire de conduites situées en abord, et de chaque bord, ainsi qu'à l'arrière de la coque du navire, syme triques par rapport à l'axe (traits doubles pointillés Fig. 1 PL. 1-7 , traits doubles fins Fig. 4 PL. 4-7, Fig. 5 PL. 5-7, Fig. 6 PL. 6-7). Cet air est également refoulé sous la coque, par l'intermédiaire de conduites jouxtant les premières. (Repères 12 et 13 Fig. 3 PL. 3-7). Ces conduites d'aspiration et d'arrivée sont entièrement extérieures à la coque. Leur installation ne modifie pas la forme de la carène. Les soufflantes du deuxième type, S 21, S 22 ... S 2n, clest-à-dire celles qui aspirent l'air dans la nappe située sous la coque, provoquent une succion, tout autour de celle-ci, et créent, Qe ce fait, un déplacement de la masse d'air, partant de l'axe du navire, vers l'extérieur et llarrière, symé- triquement par rapport à cet axe. Les sept planches jointes représentent schématiquement, une réalisation, dans l'exemple choisi, d'un navire existant. La planche PL. 1-7, représente le navire en plan, vu d'en haut. Les traits pointillés forts, symétriques par rapport à llaxe du navire, dans la partie centrale et à l'avant du navire, représentent les conduites dlarrivée d'air dans lesquelles refoulent les soufflantes. (Repères 9 et 10, Fig. 3 PL. 3-7). Ces conduites sont sensiblement situées dans le plan de la partie inférieure de la coque. Celles de la partie centrale font partie de la quille centrale, rajoutée si nécessaire, les navires actuels du type choisi n'en possédant normalement pas. Celles, situées à l'avant du navire sont au meme niveau, elles s'adaptent à la forme du navire, sans toutefois créer de parties saillantes. Les traits fins doubles, en pointillés, symétriques par rapport à l'axe du navire en abord et à l'arrière (Fig. i PL. 1-7), représentent les conduites d'aspiration d'air, à l'intérieur desquelles viennent puiser les soufflantes du type S 21, S 22 ... S 2n. (Repère 4 de la Fig. 2 PL. 2-7). Ces conduites sont situées dans un même plan horizontal, légèrement surélevé par rapport à celui des conduites d'arrivée d'air. Elles sont incluses dans des réserves d'air, créées pour assurer une permanence dans la continuité de l'épaisseur de la nappe. (Repère 3, Fig. 2 PL. 2-7). La figure 3 de la PL. 3-7 représente une partie de la coupe transversale du navire. Les repères 9 et 10 de la PL. 3-7 représentent, en coupe, les conduites d'arrivée d'air, de babord et de tribord, de la partie centrale. Ces conduites forment, dans cet exemple, la quille centrale réajoutée au navire. Le repère 11, de la Fig. 3 de la PL. 3-7 représente la cloison centrale, séparant les deux ensembles de conduites babord et tribord. Les repères 12 et 13 de la Fig. 3 de la PL. 3-7 représentent les conduites recevant l'air des soufflantes du type S 21 ... S 2n. Les repères 14 et 15 de la Fig. 3 de la planche PL. 3-7 représentent les orifices de sorties d'air ayant la forme de fentes rectangulaires. La Fig. 2 de la PL.2-7 représente, en coupe, une réserve d'air (babord) et la conduite d'aspiration située à l'inté- rieur de cette réserve d'air. (Repère 4 Fig. 2 PL. 2-7). Une chicane, située à l'intérieur de cette conduite, provoque une certaine turbulence de l'air, qui libère les particules d'eau qui peuvent être entrainées.Celles-ci se déposent à la partie basse de cette conduite (Repère 8, Fig. 2 PL. 2-7). L'évacuation de cette eau est obtenue, soit en permanence, par des tuyaux de petites sections, en nombre suffisant, qui plongent dans la partie basse des conduites d'aspiration d'air et communiquent directement avec l'extérieur. (Ils ne sont pas représentés sur les schémas), soit par des purgeurs automatiques, agissant lorsque l'eau accumulée, atteint un certain niveau. (Ils ne sont pas représentés sur les schémas). Ces conduites, d'arrivée et de sortie d'air, situées sous la coque, communiquent avec l'aspiration-ou le refoulement des soufflantes par des tuyauteries aboutissant à leurs extrémités, et en un certain nombre de points, suffisants,sur toute leur longueur, pour assurer une bonne répartition des pressions. (Elles sont représentées par le repère 6 de la Fig. 2 PL. 2-7, par les repères 16, 17, 18 et 19 sur la Fig. 3 de la planche PL. 3-7, par les repères t et T des Fig. 5 et Fig. 6 des Planches PL. 5-7 et PL. 6-7). Les Fig. 2, PL. 2-7, Fig. 3, PL. 3-7, Fig. 4, PL. 4-7, Fig. 5 PL. 5-7 et Fig. 6 PL. 6-7, indiquent par les flèches, le sens du déplacement des filets d'air dans la nappe par rapport à la coque du navire, celui-ci faisant route. Par rapport à lteau, l'air de la nappe se déplace transversalement, de l'axe du navire vers les bords, symétriquement ae part et d'autre de l'axe, comme llindiquent les grandes flèches horizontales de la Fig. 6 de la PL. 6-7 entre les conduites d'arrivée d'air (traits forts) et les conduites d'aspiration d'air (traits fins doubles). Les figures 5 et 6 des PL. 5-7 et PL. 6-7, représentent schématiquement l'ensemble d'une installation correspondant à l'exemple choisi. La figure 5 de la PL. 5-7 représente l'installation correspondant aux soufflantes du type S 21 à S 2n, c'est-à-dire celles qui, normalement puisent l'air dans les tuyauteries d'aspiration situées sous la coque (traits doubles fins) et provoquent la succion au sein même de la nappe. Elles refoulent dans les tuyauteries d'arrivée d'air sous la coque (traits forts pleins) par l'intermédiaire de tout un ensemble de tuyauteries, réservoirs et vannes divers. Des réservoirs d'air sont prévus pour régulariser les débits. Le réservoir R1 de la Fig. 5 PL. 5-7 et les tuyauteries des soufflantes sont munis de vannes mentionnées par les lettres v, dont le but est de pouvoir, à l'appareillage du navire, permettre, par leur disposition spéciale, l'aspiration des soufflantes du type S 21 à S 2n, à l'extérieur et le refoulement dans les tuyauteries d'aspiration (traits fins doubles) pour expulser l'eau qui pourrait y séjourner. La Fig. 6 de la PL. 6-7 représente les circuits de refoulement d'air dans les conduites d'arrivée d'air sous la coque (traits forts) par les soufflantes du type S 11 à S ln, Des réservoirs sont également prévus pour régulariser les pressions d'air. En régime stable, le navire ayant atteint sa vitesse de régime, par temps calme, l'épaisseur de la nappe d'air s'établit en fonction du régime permanent crdé. Dans chacun des éléments des circuits d'air, allant des soufflantes aux réservoirs, tuyauteries, vannes diverses, étranglements, tuyauteries d'arrivée, nappe d'air proprement dite, tuyauteries d'aspiration, réservoirs, pour revenir aux soufflantes, les vitesses, constantes en chacun de ces éléments, sont fonction des sections correspondantes, C'est ainsi quela vitesse de l'air, au sein meme de la nappe, est faible, étant donné la grande section de celle-ci, malgré sa faible épaisseur. Si le navire s'incline transversalement, sur babord par exemple, par suite de roulis, l'air de la nappe, sollicité par les différences de pression d'immersion, aura tendance à se déplacer des points les plus immergés, aux points les moins immergés. C'est ainsi que pour le bord le plus immergé, babord dans l'exemple choisi, l'air aura tendance à se déplacer du bord extérieur (babord) vers l'axe du navire, malgré la succion exercée en abord, et bien que celle-ci soit devenue plus forte, du fait de l'immersion plus grande.Pour le bord le moins immergé, tribord dans l'exemple choisi, la tendance au déplacement de l'air est, au contraire, dirigée de l'axe vers le bord extérieur, tribord dans l'exemple choisi, c'est-à-dire dans le même sens que celui du déplacement iniftal de l'air sollicite par la succion.Dans le cas du bord le plus immergé, il y a freinage du déplacement ce l'air et mime possibilité de destruction de la nappe d'air. Dans le cas du bord le moins immergé, il i,-- a. au contraire augmentation de la vitesse de déplacement ae l'air, mais sans risque toutefois de rupture de la nappe. Pour éviter cette possibilité de rupture, on provoque une chute de pression dans les conduits d'aspiration du bord le plus immergé, en mettant partiellement, ces conduits en communication directe avec l'air libre, au moyen d'une vanne (repères pbd et ptd Fig. 5 PL. 5-7). Cette vanne (celle de babord dans l'exemple choisi) est commandée par un système pendulaire, qui agit sur son ouverture, proportionnellement à l'inclinaison transversale du navire. La figure 8 de la planche PL. 7-7 donne le principe du fonctionne- ment de cette vanne. Le pendule, sous l'action de la pesanteur actionne le boisseau intérieur de la vanne mettant en communication le circuit considéré avec l'extérieur. Cette succion, accrue, compense la sollicitation de l'air à s'échapper vers les points les plus hauts et contribue ainsi au maintien de l'épaisseur de la nappe d'air. La perte d'air, due à cette purge provoquée, crée une diminution du débit d'air du bord considéré. Il est donc nécessaire de compenser cette diminution. Pour ce faire, dès que le navire est susceptible de prendre de la gfte, une ou plusieurs soufflantes supplémentaires du type S 11 à S ln sont mises en service, donnant un surcroit de débit ci'air. Ensuite, cette diminution de débit, due à la succion provoquée est compensée par une répartition différente de l'air insufflé, par les soufflantes du type S 21 à S 2n, au moyen d'une autre vanne mentionnée par Vr Fig. 5 PL. 5-7. La Fig. 7delaPL.7-7 donne le principe du fonctionnement de cette vanne.Le pendule, sous l'action de la pesanteur actionne le boisseau intérieur de la vanne, changeant les degrés d'ouverture des conduites d'air d1un bord par rapport à l'autre, proportionnellement à l'angle d'inclinaison transversale du navire. Ainsi, ces dispositions originales assurent la continuité de l'épais- seur de la nappe drair lorsque le navire subit des mouvements de roulis. D'autres dispositifs sont également prévus pour palier aux inconvé- nients que provoqueraient les entrainements d'eau, notamment par mer agitée, par les conduites d'aspiration d'air. Ce sont les purges d'eau dans les conduites d'aspiration qui ont été exposées plus haut, et des séparateurs d'eau par centrifugation mentionnés par P1 et P2 sur la fig. 5 de la PL. 5-7. Ces s eparateurs scrt placés à l'aspiration des soufflantes S 21 et S 2n. Le principe an. est le suivant T 'air en circulation a une grande vitesse en cet endroit, Il actionne un rotor mobile, genre ventilateur, Pc-t S librement sur le circuit. Les filets d'air sont alors déviés perpendiculairement à leur trajet initiai et, frappant les parois latérales du séparateur, déposent l'eau entrainée. Un purgeur automatique évacue cette eau à l'extérieur. A l'appareillage du navire, la mise en service de l'installation est faite de la façon suivante Le navire étant stoppé, en eau calme, les soufflantes du type S 11 à S în c'est-à-dire celles aspirant normalement à l'atmosphère, sont mises en fonction et refoulent directement sous la coque. Par un jeu de vannes à manoeuvre rapide (mentionnées) par les lettres v sur la Fig. 5 de la PL. 5-7), on dispose les circuits d'air des soufflantes du type S 21 à S 2n, c'est-à-dire celles qui normalement aspirent directement dans la nappe d'air, de façon qu'elles aspirent à l'extérieur et refoulent dans les conduites d'aspiration. Celles-ci sont ainsi vidées de l'eau qui pourrait y séjourner. Lorsque la partie inférieure de la coque est entièrement recouverte d'air, ce dont on s'aperçoit par son évacuation par tous les bords, les circuits sont alors disposés de façon normale. Cette manoeuvre doit ètre rapide d'où la nécessité de disposer de valmes à commande rapide à distance, d'un poste de manoeuvre. Pendant un certain temps, il sera nécessaire, après cette manoeuvre, de purger intensément les circuits jusqu'à ce que le régime permanent soit établi. Enfin, on peut se poser la question suivante. Qu'elle est l'influence de l'effet de vagues du tangage, ou d'une différence de tirants d'eau sur le maintien de la nappe d'air. Considérons un petit élément de volume d'air de la nappe située sous la coque, ayant l'-épaisseur de celle-ci pour l'une de ses dimensions. Cet élément est à la pression de son immersion. Si l'immersion varie, au passage d'une vague par exemple ou d'un creux de vague, la pression du petit élément variera d'autant. Il en sera de meme de son volume, donc de son épaisseur. L'amplitude des variations de cette épaisseur, qui est inversement proportionnelle à celle de la pression, donc de son immersion, dépend de sa propre valeur. Autrement dit, les variations d'immersion (dues aux vagues) influenceront l'épaisseur de la nappe d'air dans une très faible proportion. D'ailleurs l'excès voulu du débit des soufflantes rendra insignifiante cette influence. Il en sera de même lors d'une navigation avec une différence de tirants d'eau (cas de navigation à lège). Dans ce cas, la pression de l'air maintenue dans les circuits d'arrivée d'air sous la coque sera nettement plus grande que celle correspondant au plus grand des tirants d'eau d'où il en résultera une meilleure circulation d'air sous toute la longueur du navire. En résumé, la présente invention a pour but de réduire la résistance à l'avancement d'un navire en maintenant sous sa coque, une nappe d'air, de faible épaisseur, quels que soient les mouvements de celui-ci, sans grande modification des oeuvres vives, ni installation importante intérieure. La puissance dépensée par les soufflantes est inférieure à celle qui serait nécessaire à une augmentation de la puissance de propulsion pour obtenir le même gain de vitesse. D'ailleurs, les soufflantes du type S 21 à S 2n ont un taux de compression très faible et, de ce fait, une puissance réduite. I1 sera également possible de faire aspirer les soufflantes du type S 11 à S In, c'est-à-dire celles aspirant à l'extérieur, dans une enceinte légèrement surpressée par l'air provenant de manches à air, convenablement orientées. L'application de l'invention à un bâtiment en construction permet un gain de vitesse d'une façon plus économique que par l'augmentation de la puissance de l'appareil propulsif. Cette augmentation de puissance est d'ailleurs impossible à réaliser au-delà d'une certaine limite dans le cas notamment de moteurs diesels. REVENDICATIONS 1) Dispositif permettant de réaliser une diminution de la résistance à l'avancement d'un navire, caractérisé par le fait qu'il comporte un ensemble de moyens destinés à maintenir sous la partie inférieure de la coque une nappe d'air, d'épaisseur réduite, régulière, quels que soient les mouvements de roulis et de tangage du navire. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que son application est efficace pour des états de chargements variables, navigation à pleine charge, à lège, et pour des valeurs de tirants d'eau, avant et arrière, pouvant être très différentes. 3) Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le maintien de la nappe d'air sous la coque est obtenu par insufflation de l'air sous la coque au moyen de soufflantes, d'une façon symétrique par rapport à l'axe du navire, dans des conduites extérieures à la coque, dans l'axe même de celle-ci et à l'avant, et par une succion de cet air insufflé, en abord et de chaque bord de la partie inférieure de la coque, et à l'arrière de celle-ci, d'une façon symétrique par rapport à l'axe du navire, dans des conduites extérieures à la coque et situées à un niveau légèrement supérieur à celui des conduites d'insufflation. Cette succion est provoquée par une diminution de pression obtenue par l'aspiration dans les conduites de soufflantes refoulant elles-mêmes sous la coque. 4) Dispositif suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que l'insufflation de l'air est obtenue au moyen de deux types de soufflantes, les unes aspirant directement l'air-à l'extérieur et les autres puisant l'air sous la coque à la pression d'immersion. 5) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le maintien d'une nappe d'air sous la coque, par suite d'une inclinaison transversale du navire est obtenu en provoquant une succion d'air accrue dans la masse située sous la coque, du côté le plus immergé, par une expulsion d'air, obtenue par communication directe à l'atmosphère, d'une partie de l'air contenu dans les circuits d'aspiration (dont la pression est supérieure à ceUe atmosphérique). Cette purge d'air automatique, proportionnelle à l'angle d'inclinaison du navire, est commandée par un système pendulaire. 6) Dispositif suivant les revendications 1 et 5, caractérisé par le fait que la diminution du débit d'air dans le circuit le plus immergé, par suite de roulis, dans lequel est provoqué la purge d'air, est compensée par un surcroit d'insufflation, dans ce circuit, obtenu par une nouvelle répartition de l'air insufflé. Cette répartition est provoquée par une vanne automatique commandée par un système pendulaire. 7) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que linsufflation et la succion de lair se fal+ au moyen de tuyauteries extérieures à la coque du navire et pouvant être facilement adaptées à un navire existant, 8) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'eau qui pourrait être entrain par 1 aspiration des soufflantes est élimlnée des circuits soit d'une façon permanente, par des purges obtenues nar e petites tuyauteries plongeant dans les tuyaux d'aspiration, soit par des pur geurs automatiques, agissant lorsque le niveau d'eau atteint une certaine valeur dans ces circuits, et enfin, par des séparateurs d'eau centrifuges, situés à l'aspiration des soufflantes.