Brevet FR2275360A1 — publié le 19760116

La présente invention a trait a des dispositifs pour navires a voile. La navigation à voile est bien entendu connue depuis la plus haute antiquité et les principes de fonctionnement sont tous très largement dans le domaine public. Toutefois, plus le navire est gros, plus il nécessite de surface de voile, plus la disposition est complexe et plus il faut d'équipage pour modifier l'orientation et la surface de la voilure qui sont les deux principaux paramètres sur lesquels on peut agir pour profiter au maximum de l'énergie éolienne. La présente invention a pour objet des dispositifs permettant de profiter avec un rendement accru de l'énergie éolienne pour assurer la propulsion des navires et ceci avec des moyens relativement simples a mettre en oeuvre pouvant faire appel à un équipage réduit. Toute question de direction de la pesanteur mise a part, il apparat que la marine traditionnelle a voile et l'aéronautique utilisent l'énergie éolienne de façon très différentes et dans des buts apparemment différents. Dans le cas de la marine à voile, on utilise un principe d'écoulement analogue a celui que l'on retrouve dans nombre d'autres techniques et en particulier dans les moulins a vent ou dans les turbines a gaz ou a vapeur. C'est la vitesse du vent qui envoie un flux sur une surface et tend à déplacer cette surface par simple transformation d'énergie cinétique et de quantité de mouvement. Au contraire, en aviation, l'utilisation de la vitesse du vent n'est qu'accessoire pour entre transformé en énergie, mais on utilise l'écoulement du vent autour des ailes pour assurer la portance.On reviendra ci-apres sur le problème capital de la trainée. La présente invention combine les deux techniques a l'aide de dispositifs constitués essentiellement par une mature constituée par un ou plusieurs groupes de mats sensiblement orthogonaux au pont du navire et sur lesquels peuvent etre placés des éléments de voilure a surface variable, ces groupes de matis étant susceptibles d'être orientés angulairement par rapport a la direction du vent notamment a l'aide de supports ou plateaux tournants dans un plan sensiblement parallèle a celui du pont. De plus, on donne aux éléments de voilure une forme qui leur permet d'offrir au vent des profils que nous appellerons dans ce qui suit aérodynamiques et qui correspondent sensiblement a ceux connus dans le domaine de l'aviation et plus spécialement des planeurs.Ces profils sont bien connus en eux-mêmes et ont donné lieu a d'innombrables études théoriques et expérimentales. Ces profils répondent plus généralement, à quelques détails près, aux définitions données par Joukovsky. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention, on va en décrire quelques exemples de réalisation, étant bien entendu que ceux-ci ne sont pas limitatifs quant à leur mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. La figure 1 représente la disposition générale d'un navire muni d'un groupe de mâts conforme a la présente invention. Les différentes figures 2 représentent schématiquement en plan des navires et différentes sections de voilure. La figure 3 représente une première variante de réalisation d'un plateau tournant muni de sa mâture et de sa voilure. La figure 4 représente une autre variante du dispositif de la figure 3. La figure 5 représente schématiquement en coupe un plateau tournant support de mature. Dans ce qui suit, on se refèrera un groupe de mats portés par une plateforme tournante, mais il est bien évident que l'on peut concevoir des navires utilisant la présente invention et comportant plusieurs groupes de mats disposés chacun sur un plateau tournant ou par groupe ou en totalité sur un ou plusieurs plateaux communs. On donne également ci-dessous un exemple de construction de plateaux tournants, mais de dispositifs permettant d'entrainer en rotation un ou plusieurs groupes de mats peuvent être pris dans les techniques antérieures connues dans de nombreux domaines, mais jusqu'ici peu employées dans la marine a voile. Dans tous les exemples ci-dessous, on se réfère donc au cas général suivant (fig. 1 ) . Le navire schématiquement représenté en 1 présente en une partie sensiblement centrale du pont supérieur 2 un évidement circulaire 3 dans lequel peut se déplacer en rotation un plateau 4 entrainé soit manuellement, soit mécaniquement, pneumatiquement, électriquement etc ..., comme il sera dit ci-dessous. Sur ce plateau sont implantés un certain nombre de mâts 5 réunis entre eux par une ou plusieurs nervures telles que 6 entre la nervure supérieure et le plateau, et éventuellement fixé aux nervures intermédiaires sont disposés des éléments 7 as surant le guidage d'un ou plusieurs éléments de voilure 8 a surface variable et susceptible de s'étendre sur tout ou partie de la hauteur de l'ensemble décrit ci-dessus (5,6,7).On conçoit donc qu'en choisisant le profil des nervures 6 qui peuvent être semblables ou différentes d'une nervure a l'autre; on peut obtenir une voilure ayant un excellent rendement aérodynamique et en particulier une trainée aussi faible que possible. I1 s'agit donc essentiellement d'une démarche analogue pour passer de la voile a la présente invention que celle qui a permis de passer du moulin à vent a la turbine à gaz. L'homme de l'art aérodynamicien sait parfaitement définir des formes de section permettant d'obtenir un rendement maximal. Les figures 2 représentent schématiquement de telles sections. A la figure 2a est représentée une voilure symétrique, mais plus convexe sur une face que sur l'autre ce qui,-si le vent suit la direction de la flèche V, entrainera le navire vers l'avant. Une rotation de 1800 du plateau 4 entraine pour une meme direction V du vent une marche en sens inverse (2b) le profil est donc le même en a et en b et est sensiblement symétrique. On peut concevoir d'autres formes symétriques ou non, plus ou moins convexes ou concaves sur les deux faces de l'aile. L'énergie éolienne agit donc essentiellement dans un écoulement fluide aussi peu turbulent que possible autour des profils et surtout à l'arrière; alors que dans la marine à voile la turbulence est considérable, l'écoulement fluide venant frapper les surfaces de voilure sous un angle d'attaque souvent très élevé, ce qui entraine des turbulences notamment a l'arrière représentant des pertes d'énergie considérables. Comme on y a fait allusion plus haut, le gain en rendement est sensiblement le même que celui existant lorsqu'on passe du moulin à vent à la turbine. On conçoit donc que l'équipage en agissant sur l'angle d'orientation du plateau 4 permet de choisir l'orientation optimale des profils 6. Pour revenir a la figure 1, on mentionnera que les mSts 5 ont été dessinés parallèles et orthogonaux au pont 2, on peut concevoir des dispositifs avec des mâts pouvant ne pas être stricte ment ' ; et pouvant être inclinés par rapport au pont 2 et ceci sans sortir du cadre de l'invention. A la figure 1 on a représenté en 8 une surface de voilure s'étendant sur un peu plus de la moitié de la hauteur des mats. Dans les exemples qui vont suivre on indiquera les moyens permettant d'étendre cette voilure sur tout ou partie de la hau-teur, mais ceci peut se faire soit pour l'ensemble du mât à l'aide d'une voilure unique, soit encore pour l'ensemble du mât à l'aide de deux voilures partant l'une d'en haut, l'autre d'en bas et se rejoignant soit encore en divisant la hauteur totale en section par exae entre nervures 6 consécutives à l'aide d'une ou deux voilures par section. A la figure 3 le plateau 14 porte sensiblement en son centre un mât 15 sensiblement orthogonal réalisé en tout matériau adéquat. Ces nervures peuvent être pleines ou ajourées selon le matériau employé et les résistances désirées,-problème résolu de façon classique par l'homme de l'art.Un certain nombre de cables 17 sont tendus entre les diverses nervures 16 et le plateau 14 et constituent des guides permettant à la voilure 18 à la fois de se mouvoir sur tout ou partie de la hauteur de la mâture et de garder sensiblement un profil correspondant à celui des différentes nervures 16. La voilure 18 peut se développer soit en recouvrant les câbles 17 il s'agit alors d'une gaine tubulaire munie d'un certain nombre d'anneaux coulissant le bang des câbles, les anneaux se trouvant sur la face interne de la. gaine tubulaire ou au contraire la voilure peut se trouver à l'intérieur de la cage formée par l'ensemble des câbles comme représenté à la figure 3. Dans ce cas, la voilure est constituée par un ou plusieurs sacs gonflables ce qui constitue un autre mode de réalisation non limitatif de l'invention.La partie supérieure de la voilure peut être fixée à une plaque 19 coulissant le long du mat 15 qui passe dans un trou 20 pratiqué dans la plaque 19 des anneaux tels que 21 fixés sur la gaine tubulaire ou sur le bord du plateau 19, guide plateau 19 et voilure 18 le long des câbles 17 en donnant à la voilure une forme générale sensiblement cylindrique ou prismatique dont la section correspond sensiblement à celle des nervures 16. La voilure 18 peut donc selon la position du plateau 19 être soit repliée totalement à la base quand le plateau 19 se trouve en 19a, soit totalement développée jusqu'à la nervure 16 lorsque le plateau 19 est en 19b sous cette nervure. Une telle disposition permet notamment de développer entre les nervures 16 consécutives des éléments de voilure tels que 18 à l'aide d'un certain nombre de plaques 19 coulissant le long du mât 15.Lorsque la voilure est totalement développée, elle se trouve de préférence tendue lorsqu'elle n'est pas développée ou seulement partiellement. On peut concevoir un système de pliage en accor déon ou d'enroulement pour éviter le flottement et maintenir une certaine tension d'ensemble de la surface de façon à permettre à la voilure de travailler dans des conditions aérodynamiques déf i- nies ci-dessus. Le mouvement des diverses plaques 19 peut se faire soit par tout moyen mécanique classique dans la marine, soit en constitutant l'ensemble plaque 19/gaine voilure 18 par une chambre hermétique pouvant être totalement ou partiellement gonflée pneumatiquement. Un rappel par ressort, par dépression ou par simple pesanteur ou par combinaison de ces divers moyens ou par tout autre moyen adéquat peut permettre le retour a la position pliée. A la figure 4, on retrouve un plateau 14 sur lequel sont montés sensiblement orthogonalement 2 mats 15 ayant des positions approximativement diamétralement opposées sur ce plateau circulaire. Ces deux mats sont réunis par une ou plusieurs nervures 16 Une gaine tubulaire 18 entoure l'ensemble des deux mâts 15 et des 17 sur lesquelles sont tendus des câbles ou glissières 17/ét forme voilure. Elle est fixée à sa partie supérieure à un élément annulaire 22 susceptible de coulisser autour de l'ensemble mât 15 nervure 16 et câble 17 par tout moyen adéquat en utilisant éventuellement des glissières 23 disposées le long des mâts 15, des dispositifs 24 portés par ces éléments annulaires coopérant avec ces glissières 23. la gaine 18 est munie à l'intérieur d'anneaux 21 ou de tout autre dispositif permettant de glisser le long des câbles ou glissières 17.Si la gaine 18 doit former voilure sur toute la hauteur des mâts ou tout au moins sur plus de l'espace loris entre deux nervures, il faut donc soit que les câbles 17 ne soient pas fixés sur les nervures intermédiaires pour permettre aux anneaux 21 de passer, soit que 17 soient constitués par des glissières fixées à toutes les nervures des éléments 21, cette fois non annulaires coopérant avec les glissières risquent de se heurter avec les nervures 16 intermédiaires.Comme il a été dit plus haut, on conçoit que sur l'ensemble de la hauteur du mat on peut utiliser ainsi soit une seule gaine ou sac gonflable formant voilure susceptible de se développer sur tout ou partie de la hauteur des mâts soit deux gaAnesou sacs gonflables se dévelop dans le sens ns ou pant n vers l'autre pour se rejoindre à un niveau intermédiaire, soit une ou deux gaines ou sacs gonflables par section ou groupe de sections comprises entre les différentes nervures.Le develop- pement et le pliage des gaines peuvent s'effectuer comme il a été mentionné ci-dessus par tout moyen adéquat de développement et de rappel, De la sorte , on peut superposer un certain nombre de sections formant cages dans lesquelles peuvent se développer une ou deux gaines (ou sacs gonflables) formant voilure. La figure 5 représente schématiquement en coupe un plateau pour le support d'un mât. Cette coupe est verticale et perpendiculaire à la longueur du navire. Elle est donnée à titre d'exemple et s'adaptera bien entendu aux dimensions et à la structure même du b tisewt. Le plateau comprend essentiellement le plateau proprement dit 14 et un fut vertical 30 dans lequel est fixé le mat 31. Le plateau 14 repose par un chemin de roulement plan et circulaire 32 sur des galets 33 et vient s'appuyer par un chemin de roulement 34 cylindrique contre des galets 35. Une denture périphérique formant crémaillère 36 engrène avec une ou plusieurs roues dentées 37 entrainées elles-mêmes par tous moyens adéquats manuel, mécanique, électrique, hydraulique ou autre.L'ensemble du plateau 14 et du mécanisme peut être recouvert et protégé soit comme représenté sur la figure par un plancher fixe 38 prolongeant le pont, des systèmes adéquats d'étanchéité étant prévus à la base du mât 31, soit par un plancher circulaire tournant avec le plateau et laissant un jeu circulaire entre lui et le pont. Le fût 30 et le plateau 14 peuvent constituer un ensemble monobloc ou être assemblés, mais ils doivent présenter une grande rigidité puisqu'ils supportent le gréement avec toutes les contraintes que cela comporte. Pour soulager les roulements 33 et 35, on peut prévoir à la base du fut 30 un chemin de roulement cylindrique 40 pour des rouleaux 41. Les roulements 33, 35 et 41 viennent s'appuyer sur des chemins de roulement fixes 42, 43 et 44 solidaires de la coque, elle-même schématiquement représentée. La figure 5 correspond à l'implantation d'un mat sur un plateau, mais comme il a été dit plus haut, d'autres formes de gréement conviennent et en particulier on peut concevoir le plateau avec un pivot central pouvant éventuellement servir de fut pour un mât et un ou plusieurs fûts supplémentaires décentrés pour les différents mâts implantés dans ce cas, le plateau nécessairement couvert, au moins en partie, par un plancher tournant avec le plateau. Par ailleurs, on pourra prévoir des trappes de visite si le mécanisme n'est pas accessible par l'intérieur notamment sur les petits bateaux. Les moyens d'entrainement des roues dentées 37 peuvent être placés soit à l'intérieur, soit à l'extérieur, comme schématiquement représenté en 43. REVENDICATIONS I.- Dispositif de propulsion pour navire caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un système comprenant au moins un mat sensiblement orthogonal au pont supérieur portant au moins une nervure et des moyens de guidage sensiblement parallèles au mât, délimitant un espace cylindrique ou prismatique et au moins une gaine étant susceptible de se déployer le long de ces guides pour former une surface à longueur variable dont la section correspond sensiblement à celles des nervures dont les guides constituent sensiblement les génératrices. 2.- Dispositif selon la revendication I caractérisé par le fait que nervures et gaines ont un profil aérodynamique. 3.- Dispositif selon l'une des revendications I et 2 caractérisé par le fait qu'au moins un plateau tournant dans un plan sensiblement parallèle au pont porte au moins l'un des dits sys tèmes. 4.- Dispositif selon l'une des revendications caractérisé par le fait que les gaines sont constituées par des sacs gonflables. 5.- Dispositif selon l'une des revendications caractérisé par le fait que les gaines se déploient à l'intérieur de l'ensemble des guides. 6.- Dispositif selon l'une des revendications caractérisé par le fait que les gaines se déploient à l'extérieur des guides. 7.- Dispositif selon l'une des revendications caractérisé par le fait que les gaines sont munies d'un dispositif de rappel leur permettant de se replier ou de s'enrouler.