Brevet FR2416454A1 — publié le 19790831

La présente invention se réfère aux engins à voile en général et plus particulièrement à ceux destinés à se déplacer sur l'eau et qu'on désigne en général sous le nom de voiliers. On a imaginé de nombreux perfectionnements au voilier classique en vue de tirer un meilleur parti de l'action du vent sur la ou les voiles (effet vélique). Toutefois pour pouvoir bénéficier au mieux de cette action, il est essentiel de connaître à chaque instant, notamment avant et après toute manoeuvre, les paramètres d'intensité et d'orientation de cette action. Cette connaissance doit être réalisée de façon précise et non pas seulement à l'estime, comme on l'a pratiquement fait jusqu'ici. Conformément à l'invention l'on mesure en permanence la pous sée exercée par le vent sur l'engin suivant l'axe de celui-ci. On complète avantageusement cette mesure essentielle en déterminant la force et la direction du vent relatif par l'intermédiaire des points d'amure et des espars, ainsi que l'angle d'incidence de ce vent sur la ou les voiles. I1 est en outre intéressant de mesurer également la pression de l'air sur l'une et l'autre face de l'une au moins des voiles de l'engin, dans la zone où celle-ci présente le maximum d'efficacité. Un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention peut consister en un système de montage du mat de chaque voile permettant a celui-ci de se déplacer d'une certaine quantité dans le sens longitudinal par rapport au voilier ou autre engin et en un ou plusieurs appareils dynamométriques s'opposant à son déplacement. Pour déterminer la direction et la force du vent relatif on utilise préférablement une série de tubes de Pitot, ou de tubes biconiques du genre Venturi, régulièrement disposés angulairement autour d'un axe vertical en un point suffisamment éloigné des voiles pour qu'ils ne soient pas affectés par les tourbillons créés par celles-ci, par exemple au sommet du mat principal, et on les relie à un appareil comparateur permettant de déterminer l'orientation du maximum d'action du vent en même temps que la valeur de ce maximum. Les pressions d'air sur les points choisis des voiles peuvent avantageusement ètre mesurées par le moyen de disques de Ser. Les indications correspondant aux valeurs mesurées sont de préférence transmises à un poste central de manière à permettre l'information permanente et instantanée nécessaire à la conduite de l'engin. On peut également utiliser ces indications, éventuellement à travers des transducteurs appropriés, pour les enregistrer et/ou pour assurer cette conduite au moins en partie de façon automatique. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue en élévation schématisée montrant un dispositif de mat avec jauge de mesure de la poussée que ce mat transmet au voilier suivant l'axe longitudinal de ce dernier. Fig. 2 est la vue en plan correspondante. Fig. 3 est un schéma correspondant a une variante dans laquelle on utilise deux jauges disposées à des niveaux différents sur la hauteur du mat. Fig. 4 est une coupe verticale schématisée indiquant un dispositif à tubes de Pitot pour déterminer la direction et 1' in- tensité du vent relatif ainsi que l'angle d'incidence de ce vent sur la ou les voiles. Fig. 5 est la vue en plan correspondante. Fig. 6 indique en élévation et également sous forme schématique une variante utilisant des Venturis dans le même but. Fig. 7 est la vue en plan correspondant à fig. 6. Fig. 8 est une coupe horizontale schématisée d'un dispositif de mesure des pressions d'air sur l'intrados et l'extrados d'une voile. En fig. 1 et 2 le mat 1 d'un voilier est fixé par son extrémité inférieure à un chariot 2 monté à coulissement sur des tiges 3 orientées parallèlement à l'axe du bateau et elles-mêmes fixées au pont 4 par des supports 5. Pour éviter les erreurs dues aux frottements on interpose préférablement des organes roulants appropriés entre les tiges 3 et les parois des alésages du chariot 2 dans lesquels elles coulissent ; on peut notamment réaliser le montage par l'intermédiaire de rangées de billes. Au chariot 2 est attelée une jauge dynamométrique 6,du type électrique, pneumatique, hydraulique ou analogue, fixée d'autre part à un support 7 lui-meme fixé au pont 4.Cette jauge émet par exemple une réponse électrique qu'un câble 8 amène à un appareil d'affichage 9 (voltmètre, milliam pèremètre, etc...) porté par un tableau 10 prévu au poste de commande du voilier. La jauge 6 peut fonctionner à la compression ou à la tension et on la dispose en conséquence par rapport au sens d'avancement du bateau. Dans le cas représenté où ce sens est indiqué par la flèche 11, il s'agit d'une jauge à compression (jauge dite : "de contrainte"). On comprend qu'avec une telle disposition il est possible de connaître immédiatement à chaque instant la valeur de la composante de poussée du vent suivant l'axe du voilier, au lieu d'avoir à estimer plus ou moins grossièrement son importance moyenne en se basant sur le comportement général de celui-ci, par exemple sur sa vitesse. On conçoit qu'on pourrait imaginer bien des variantes de mat retenu par au moins une jauge de contrainte. A titre d'indication on a très schématiquement représenté en fig. 3 un montage dans lequel le mât 1 convenablement maintenu dans le sens vertical et dans le sens transversal par des guides appropriés, mais libre de basculer autour d'un axe transversal, est retenu dans le sens longitudinal par deux jauges de contrainte 6a et 6b disposées à deux niveaux différents et orientées en sens inverse. La valeur de la poussée correspond alors à la différence entre les réponses des deux jauges. Bien entendu pour avoir l'indication de la valeur absolue de la composante longitudinale de l'action vélique, il faudrait disposer des jauges longitudinales à tous les points d'amure de la voile indépendants du mat lorsque de tels points existent. I1 convient toutefois de noter que ce qui importe le plus souvent, ce n'est pas cette valeur absolue elle-meme, mais bien son évolution (augmentation ou diminution). Fig. 4 et 5 représentent un dispositif propre à indiquer la direction et la force du vent relatif. I1 est constitué par des tubes de Pitot 12 disposés en étoile à des écartements angulaires réguliers en étant supportés par une plaque ou disque 13. L'ensemble est placé suivant un axe vertical en un point éloigné de tout tourbillon, par exemple en avant des voiles ou au sommet du mat. Les pressions relevées par les divers tubes sont transmises par des canalisations appropriées 14 au poste de commande où l'on déduit de leur comparaison la direction de ce vent (celle du tube où la pression est la plus élevée) et sa force (correspondant à cette pression maximale). On peut ainsi étudier le vent relatif par rapport au bateau ou par rapport à chaque voile suivant l'emplacement de montage du dispositif. En multipliant les tubes (par exemple en en prévoyant 18 au lieu des 6 représentés) on peut parvenir à toute précision désirée. Mais il est également possible de se contenter d'un nombre de tubes réduit en prévoyant leur ensemble mobile d'un angle égal a leur intervalle angulaire et en le déplaçant (flèche A en fig. 5) pour rechercher le maximum sur un tube avec réponses égales l'une à l'autre des deux tubes voisins. On pourrait également envoyer les signaux des tubes 12 à un dispositif 15 a micro-ordinateur propre à commander des appareils 16, 17 d'affichage de la direction et de la force du vent relatif. Au lieu de tubes de Pitot on peut également prévoir des dispositifs du genre Venturi, réalisés sous faibles dimensions et qu'on peut donc qualifier de micro-Venturis. On a représenté une telle solution en fig. 6 et 7 . Chaque micro-Venturi 18 comprend comme à l'ordinaire une partie convergente 19 qu'un col 20 à courbure de paroi arrondie relie à une partie divergente 21 à faible angle de cone dont le débouché est de diamètre substantiellement égal à celui de l'entrée de la partie 19. Du col 20 part une canalisation 22 qui aboutit au poste de commande. Là encore on peut prévoir soit un grand nombre de ces micro-Venturis pour obtenir une précision suffisante, soit un nombre limité avec possibilité de déplacement angulaire de l'ensemble.Comme ces micro-Venturis sont relativement encombrants et ne peuvent être disposés tous dans le même plan, on les répartit sur plusieurs niveaux de façon aussi régulière que possible de manière qu'ils ne se gênent pas les uns les autres. Dans l'exemple représenté l'on a prévu un support tubulaire central 23 autour duquel les éléments 18 sont disposés suivant une hélice à un écartement suffisant pour que les remous apparaissant autour de l'un n'influen Bien entendu l'on prévoit des moyens pour éliminer les réponses parasites des éléments traversés à l'envers par le vent relatif. On peut encore utiliser des dispositifs à tubes de Pitot ou à micro-Venturi pour mesurer la dérive, c'est-à-dire l'obliquité du trajet réel du bateau par rapport à son axe longitudinal. Si en effet l'on immerge un tel dispositif en dehors de la zone des remous provoqués par le bateau, l'on peut déterminer la direction et la vitesse absolue de celui-ci, d'où l'on déduit cette dérive et son importance. En pareil cas tous les éléments utilisés doivent évidemment entre à la même profondeur pour ne pas faire intervenir les différences de pression hydrostatique, ou bien en variante il faut prévoir des prises de pression permettant de corriger celles-ci. On peut encore noter qu'en raison de la valeur limitée de l'angle de dérive possible il suffit que le dispositif utilisé couvre une zone totale d'environ 900 ce qui, avec un dispositif orientable, peut n'exiger que trois éléments seulement. Un autre genre de paramètre intéressant réside dans la pression de l'air sur l'une et l'autre face des voiles, ou du moins de la voile principale. Dans le cas d'une voile a double épaisseur on peut, comme indiqué en fig. 8, monter sur l'une et l'autre des épaisseurs élémentaires 24, 25, un disque de Ser 26, respectivement 27, les deux canalisations correspondantes 28, 29 aboutissant au tableau central du poste de commande où l'on peut ainsi afficher sur un appareil indicateur pneumatique ou électrique 30, éventuellement à l'aide de transducteurs mano-électriques ou autres, la différence de pression de l'air sur l'intrados et sur l'extrados de la voile considérée, ainsi d'ailleurs que la surpression et la dépression absolues par rapport à la pression atmosphérique, si on le désire. On conçoit que grâce aux mesures sus-exposées, celui qui dirige le voilier peut à tout instant déterminer les manoeuvres ou réglages nécessaires, et cela sans avoir à quitter le poste de commande où tous les appareils d'affichage sont centralisés préférablement sur un tableau unique. Mais en outre on peut concevoir d'utiliser les grandeurs ainsi mesurées, par exemple par l'intermédiaire de transducteurs appropriés, pour réaliser leur enregistrement et/ou assurer au moins en partie la conduite automatique du voilier, par exemple le réglage du gouvernail, l'orientation et la tension de la ou des voiles, etc..., et cela en fonction de tout programme préétabli, en utilisant au besoin un ordinateur dans lequel ce programme aura été enregistré. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. Bien que cette invention concerne avant tout les voiliers, elle peut s'appliquer à tout genre d'engin à voile, terrestre ou maritime, notamment aux navires de transport comportant ou pouvant comporter une ou plusieurs voiles auxiliaires en vue de profiter de l'énergie du vent. Elle concerne également tous les appareils susceptibles de poser des problèmes du même genre, tels que les ventilateurs géants, les éoliennes, etc... R E V E N fl r c A T I O N S 1,'Procédé pour la conduite d'un engin à voile, caractérisé en ce qu'on mesure à chaque instant la composante de poussée propulsive exercée par l'action vélique suivant l'axe de l'engin. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la composante que le ou les mâts portant la ou les voiles transmettent à l'engin suivant l'axe de celui-ci. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine en outre à chaque instant la direction et la force du vent relatif qui agit sur l'engin, ainsi que l'angle d'incidence de ce vent sur la ou les voiles. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure en outre à chaque instant la pression de l'air sur l'intra- dos et l'extrados d'au moins l'une des voiles de l'engin. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine à chaque instant l'angle de dérive de l'engin par rapport à son axe et la pression dynamique d'avancement dans l'eau. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'on centralise toutes les mesures au poste de commande de l'engin. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'on utilise le résultat de l'une au moins des mesures pour assurer au moins en partie la conduite automatique de l'engin. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le mat est monté sur l'engin de manière à pouvoir se déplacer quelque peu par rapport à celui-ci dans le sens longitudinal et lui est relié par une jauge de contrainte pneumatique, hydraulique, électrique ou autre. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le mât est monté sur un chariot guidé de façon rigide de manière à se déplacer longitudinalement sur l'engin, la jauge étant disposée entre celui-ci et le chariot. 10. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le mat est monté de façon à pouvoir basculer dans le plan axial de l'engin et est retenu par rapport à celui-ci par deux jauges opposées, des moyens étant prévus pour déterminer la différence entre les réponses des deux jauges. 11. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé en ce qu'il com prend une série de tubes de Pitot régulièrement décalés les uns par rapport aux autres sur l'arc de cercle correspondant à l'angle à mesurer, l'ensemble étant placé dans l'air pour le vent et dans l'eau pour la dérive. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend une série de tubes à Venturi régulièrement décalés les uns par rapport aux autres, sur l'arc de cercle correspondant à l'angle à mesurer, l'ensemble étant placé dans l'air pour le vent et dans l'eau pour la dérive. 13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les tubes à Venturi sont disposés suivant plusieurs niveauX par exemple en hélice, de manière à ne pas avoir d'influence les uns sur les autres. 14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 11 a 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement de réponse des tubes individuels permettant d'en déduire la direction et la force du vent relatif, ou l'angle de dérive, même si le nombre desdits tubes est relativement faible par rapport à la précision recherchée. 15. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des disques de Ser disposés sur la voile intéressée.