Brevet FR2407508A1 — publié le 19790525

La présente invention concerne un gouvernail automatique pour voilier. On sait que l'on peut utiliser sur un navire essentillement deux types de gouvernails automatiques. Le premier type, principalement utilisé sur les navires à moteurs, est le conservateur de cap qui a pour but de faire suivre au navire une route à cap constant. Le second type, intéressant uniquement les voiliers, est le conservateur d'allure qui permet de maintenir un angle constant entre l'axe du navire et Ja direction du vent apparent. Un voilier équipé d'un régulateur d'allure ne suit donc pas une route à cap constant1 puisque son cap varie comme la direction du vent apparent, mais ces dispositifs présentent l'avantage primordial pour un voilier de lui faire suivre une route le long de laquelle aucun réglage des voiles n'est nécessaire. De plus, ces régulateurs d'allure sont utilisés généralement en haute mer où le vent varie relativement peu avec pour conséquence le fait que le cap du navire est lui-même sensiblement constant sur des périodes de temps assez longues. Il existe plusieurs types de régulateurs d'allure comprenant une girouette et une pale profilée immergée dans lesquels l'orientation de la girouette commande l'incidence de la pale et les forces hydrodynamiques s'exerçant sur la pale sont utilisées pour commniider la rotation soit du gouvernail principal, soit d'un plan de gouverne auxiliaire prévu spécialement à cet effet. On connait de tels régulateurs d'allure dans lesquels une girouette est agencée pour entraîner un premier arbre en rotation et dans lequel un deuxième arbre entraîne en rotation une pale profilée, ledit deuxième arbre étant monté pendulairement sur un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du voilier. Lorsque la rotation de la girouette modifie l'incidence de la pale immergée, les forces hydrodynamiques qui s'exercent sur elle lui donnent un mouvement pendulaire autour de cet axe et ce mouvement est transmis par un moyen convenable â la barre du voilier pour entraîner le gouvernail et rétablir le voilier dans son allure initiale. Une des principales difficultés rencontrées dans la conception de tels dispositifs consiste à obtenir pour le voilier qui en est équipé un comportement stable. En effet tant qu'il n'est pas revenu à l'orientation convenable par rapport au vent apparent, la commande continue à s' exercer si bien qu'il dépasse cette orientation, et que l'on observe trop souvent des oscillations en lacet. La présente invention vise à pallier cet inconvénient en proposant un régulateur d'allure dans lequel une contre-réaction est assurée par des moyens simples, excluant notamment des organes de liaison complexes par câble ou par biellettes. A cet effet elle prévoit un gouvernail automatique du type ci-dessus, dans lequel un premier et un deuxième engrenage coniques sont montés respectivement sur le premier et le deuxième arbre et dans lequel ces engrenages coniques coopèrent tous deux avec un troisième engrenage conique monté fou sur ledit axe parallèle à liKe longitudinal du voilier. Ainsi dans un premier temps lorsque la girouette fait pivoter le premier arbre,celui-ci,par l'intermédiaire des trois engrenages coniques1 donne une certaine incidence à la pale immergée. Les forces hydrodynamiques qui s'exercent sur cette dernière provoquent alors un basculement autour de l'axe, ce basculement étant utilisé pour orienter convenablement le gouvernail du voilier. Mais la girouette conservant initialement la même orientation par rapport au voilier1 le premier engrenage conique est bloqué en rotation de même, par conséquent,que le second. Il en résulte que pendant le mouvement pendulaire exécuté par la pale immergée, celle-ci revient progressivement dans l'axe du voilier ce qui a pour effet d'annuler la commande. Par conséquent on évite ainsi l'instabilité en lacet du voilier. Dans une première forme de réalisation ladite girouette est montée en rotation sur un axe sensiblement horizontal, un quatrième engrenage conique étant monté sur cet axe et coopérant avec un cinquième engrenage conique monté sur ledit premier axe. De préférence cependant ladite girouette est montée directement en rotation sur ledit premier axe. Ce dernier agencement, bien que nécessitant généralement une girouette de plus grande dimension que le précédent, possède cependant l'avantage d'une plus grande simplicité de réalisation. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, des moyens sont prévus pour débrayer ladite girouette dudit premier axe. Ces moyens peuvent comprendre un embrayage à friction dont un des éléments est solidaire dudit premier axe et dont l'autre élément est solidaire de ladite girouette et est agencé pour coulisser sur ledit premier axe. Ce dispositif permet d'orienter convenablement la girouette par rapport à la pale immergée notamment à la suite d'un virement de bord. Le mouvement pendulaire du deuxième arbre peut être transmis de façon connue en soi par l'intermédiaire de drosses à la barre du voilier. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif. Aux dessins schématiques annexés la figure 1 est un schéma de principe illustrant le fonctionnement du gouvernail automatique selon l'invention, la figure 2 est une représentation simplifiée de ce gouvernail automatique, la figure 3 est une vue à plus grande échelle,partiellement en coupe, d'une partie du dispositif, la figure 4 est une vue, également partiellement en coupe, de ltembrayage selon l'invention, la figure 4a montre une variante de la figure 4, la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4, et la figure 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention. Comme montré à la figure 2, le gouvernail automatique 1 selon l'invention est agencé pour être monté à l'aide d'une structure 2 sur le tableau arrière 3 d'un voilier 4. Le gouvernail automatique 1 comprend essentiellement une girouette 5 et une pale profilée immergée 6 reliées par l'intermédiaire d'un système de transmission 7. La girouette 5 est agencée pour entraîner par l'intermédiaire d'un embrayage 8 un premier arbre 9 monté dans un tube 10 solidaire de la structure 2. La pale profilée 6 est montée sur un arbre Il disposé à l'intérieur d'un tube 12 qui est lui-même agencé pour pouvoir basculer autour d'un axe longitudinal sensiblement horizontal 13. La figure 3 montre plus en détail le système de transmission 7. L'arbre 13 est monté fixe par rapport à la structure 2 à l'aide de deux bagues 14 prévis sur cette structure et sur lesquels il est fixé à l'aide de goupilles 15. Le tube 10 dans lequel est disposé l'arbre 9 est également monté fixe par rapport à la structure 2 à l'aide des goussets 16. Le tube 12 de son cote est monté pour pivoter autour de l'axe 13. A cet effet, il est solidaire d'une fourchette 17 aux deux extrémités de laquelle sont soudés des paliers 18 pivotant sur des bagues 19, montées sur l'arbre 13 et bloquées en translation à l'aide d'autres bagues 20 fixées par des goupilles 21 a l'axe 13. Le tube 12 peut donc pivoter dans le plan vertical perpendiculaire au plan de la figure 3. Il est également prévu sur l'arbre 13 un engrenage conique 22 monté fou en rotation et bloqué longitudinalement par des bagues 23 fixées à l'arbre 13 par des goupilles 24. L'engrenage conique 22 coopère d'une part avec un premier engrenage conique 25 monté à l'extrémité inférieure de l'arbre 9 avec unegoupille 26, et d'autre part avec un deuxième engrenage conique 27 monté à la partie supérieure de l'arbre 11 à l'aide d'une goupille 28. L'arbre 9 est maintenu en rotation dans le tube 10 sur un palier lisse 29 et l'arbre Il et maintenu en rotation dans le tube 12 sur un autre palier lisse 30. Comme montré à la figure 4 la girouette 5 et un contre-poids 32 31 sont fixés à l'aide de goussets/sur un manchon 33 solidaire d'un des plateaux 34 de l'embrayage à friction 8. L'autre plateau 35 de l'embrayage est fixé à la partie supérieure de l'arbre 9 par unegoupille 36. Les deux plateaux de ltembrayage sont maintenus en contact à l'aide d'un ressort spiral 37 dont une extrémité est en appui sur une bague 38 fixée à ltarbre 9 par une goupille 39, et l'autre extrémité est en appui sur la partie inférieure évasée d'un manchon 40 engagé sur l'arbre 9. Un épaulement prévu sur le manchon 40 transmet la poussée du ressort au manchon 33 par l'intermédiaire de la piste intérieure d'un roulement à billes 41. Un deuxième roulement à billes .42 est maintenu par sa piste intérieure par un épaulement prévu sur la bague 38 et par une bague 43 fixée à l'arbre 9 par une goupille 44. Les deux roulements à billes 41 et 4=+ sont par ailleurs reliés à l'aide de deux câbles 45 et 46 fixés à leurs extrémités à deux bagues 47 et 48 en appui respectivement sur les pistes extérieures des roulements à billes 41 et 42. Il est de plus prévu un étrier 50 auquel est fixé par une vis 51 le câble 46. L'étrier 50 sert d'autre part de butée à la gaIne 52 d'un câble 53 dont une des extrémités est reliée au câble 45 et dont l'autre extrémité peut être manoeuvrée par tout moyen convenable. La figure 4a montre une variante du dispositif dans laquelle les bagues 43 et 48 sont remplacées par une bague 54 unique simplement engagée à l'extrémité du tube 10 et sur laquelle sont fixés les câbles 45 et 46. Lorsqu'une traction est exercée sur le câble 53 les câbles 45 et 46 sont écartés et la bague 47 est déplacée vers le bas. Le ressort 37 est alors comprimé par l'intermédiaire du roulement à billes 41 et du manchon 40. Celui-ci entraîne également vers le bas le plateau 34 de l'embrayage et le manchon 33 de support de la girouette 5 et du contre-poids 31,par l'intermédiaire d'une bague 55 disposée à la partie supérieure du manchon 40. La girouette 5 est alors debrayée de l'arbre 9 qui peut tourner librement sur ces paliers. La figure 6 montre mie variante de réalisation de l'invention dans laquelle la girouette 5, au lieu d'être montée directement sur l'arbre 9, est montée sur un arbre 56 sensiblement horizontal. Sur cet arbre-56 est également monté un engrenage conique 57 agencé pour coopérer avec un autre engrenage conique 58 fixé à la partie supérieure de l'arbre 9. L'arbre 56 est maintenu dans des paliers 59 solidaires du tube 10 et, par conséquent, de la structure fixe 2. Enfin comme montré aux figures 1, 2 et 3, un secteur circulaire 60 est soudé au palier 18 et est par conséquent solidaire du tube 12. Deux drosses 61 et 62 sont fixées à ce secteur et sont renvoyées par des poulies 63 et 64 vers l'intérieur du voilier où leurs extrémités sont fixées à la barre 65. Le gouvernail automatique décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. On se réfèrera de préférence pour la description qui suit à la figure 1. On suppose que le vent réel est représenté en direction en intensité par la flèche 66 et que la vitesse du bateau est représentée par la flèche 67. Le vent apparent est alors ieprésenté par la flèche 68 dans la direction de laquelle est orientée la girouette 5. La pale profilée 6 est alors dans sa position neutre, c'est-à-dire que son incidence est nulle, et le tube 12 est sensiblement vertical. La barre 65 est également dans sa position neutre. Si maintenant le vent réel refuse, c'est-à-dire prend la direction indiquée par la flèche 66t, le vent apparent prend la direction 68' et la girouette s'oriente pour venir en 5'. Dans cette rotation, la girouette fait pivoter l'arbre 9 et le pignon conique 25. Ce dernier entraîne le pignon conique 22 qui à son tour entraîne le pignon conique 27 et l'arbre 11, de même que la pale profilée. Il en résulte alors que celle-ci prend une certaine incidence comme représenté en 6w. Comme la pale est montée pendulairement, les forces hydrodynamiques qui stexercent alors sur elle provoquent son basculement1 de sorte qu'elle vient dans la position représentée en 6". Mais la girouette 5 et par conséquent les pignons 25 et 22 restent fixes par conséquent, dans son mouvement de basculement autour de l'axe 13, le pignon 27 tourne en meme temps autour de son axe en entraînant l'arbre 11. Il en résulte que l'incidence de la pale profilée tend à diminuer et que son basculement s'arrête lorsque cette incidence devient nulle. En basculant, la pale profilée a entraîné en rotation la secteur circulaire 60 qui, par l'intermédiaire des drosses 61 et 62, a entraîné la barre dans la position 65'. Ceci a pour effet de faire abattre le voilier, la girouette revenant progressivement dans sa position 5. L'incidence de la pale profilée étant nulle, celle-ci revient également dans sa position 6 en entraînant de nouveau le secteur 60 et par son intermédiaire la barre 65 qui revient également dans sa position neutre. Le fonctionnement du dispositif représenté à la figure 6 est identique à ceci près que l'arbre 9 est entraîné en rotation par l'intermédiaire des engrenages coniques 57 et 58, la rotation de l'engrenage 57 étant provoquée par la basculement de la girouette 5 qui a tendance à s'incliner lorsque son incidence par rapport au bord apparent est non nulle. Pour régler le dispositif, il suffit de maintenir le voilier à l'allure voulue avec la barre 65 dans sa position neutre, puis de débrayer la girouette 5 du reste du gouvernail automatique. Le tube 12 se met alors en position verticale du fait de la pesanteur et la pale profilée 6 prend une incidence nulle du fait de forces hydrodynamiques. De son côté la girouette 5 se place dans le lit du vent. En embwyant à nouveau la girouette 5, le dispositif est alors prêt à fonctionner. On remarquera que lorsque le vent est faible, la barre 65 peut être bloquée dans sa position neutre, les drosses 61 et 62 étant alors supprimées. Dans ce mode de fonctionnement le tube 12 est également bloqué afin d'empêcher son mouvement pendulaire. Dans ces conditions, lorsque 3e vent change, la girouette prend la position 5' et la pale profilée prend la position 6l et a pour effet dans cette position de faire abattre le voilier du fait des seules forces hydrodynamiques qui s'exercent sur elle. Le voilier abattant, la girouette revient progressivement dans sa position 5 et la pale profilée dans sa position 6. De préférence la pale profilée est montée pivotante dans son plan comme cela est représenté à la figure 2. Ceci lui permet, d'une parti de se relever lorsqu'elle rencontre un obstacle et, d'autre partod'assurer lors du réglage dudit dispositif que son incidence est bien nulle. En effet lorsqu'elle est dans sa position verticale, le moment des forces hydrodynamiques qui s'exercent sur la pale par rapport à l'axe de l'arbre 11 pourrait être trop faible pour assurer son positionnement. En la faisant légèrement basculer, on recule son centre de poussée et on augmente par conséquent le mouvement des forces hydrodynamiques par rapport à l'axe de l'arbre 11. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus, mais en embrasse au contraire toutes les variantes d'exécution. REVENDICATIONS 1.- Gouvernail automatique pour voilier du type dans lequel une girouette est agencée pour entraîner un premier arbre en rotation, et dans lequel un deuxième arbre entraîne en rotation une pale profilée, ledit deuxième arbre étant monté pendulairement sur un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du voilier, caractérisé en ce qu'un premier et un deuxième engrenages coniques sont montés respectivement sur le premier et le deuxième arbres, et en ce que ces engrenages coniques coopèrent tous deux avec un troisième engrenage conique monté fou sur ledit axe parallèle à l'axe longitudinal du voilier. 2.- Gouvernail automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite girouette est montée à rotation sur un axe sensiblement horizontal, un quatrième engrenage conique étant monté sur cet axe et coopérant avec un cinquième engrenage conique monté sur ledit premier axe. 3.- Gouvernail automatique selon la revendication 1,caractérisé en ce que ladite girouette est montée à rotation sur ledit premier axe. 4.- Gouvernail automatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour débrayer ladite girouette dudit premier axe. 5.- Gouvernail automatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un embrayage à friction dont un des éléments est solidaire dudit premier axe et dont l'autre élément est solidaire de ladite girouette et est agencé pour coulr sur ledit premier axe. 6.- Gouvernail automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mouvement pendulaire du deuxième arbre est transmis1 par l'intermédiaire de drosses, à la barre du voilier. 7.- Gouvernail automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite pale profilée est agencée pour pouvoir pivoter dans son propre plan.