Brevet FR2497764A1 — publié le 19820716

L'invention est relative à un dispositif régulateur d'allure à commande éolienne pour un yacht à voiles. Dans une installation de ce type, le moteur constitué par la "girouette", c'est-à-dire le panneau soumis à l'ac- tion du vent apparent, ne sert qu'à la commande du servo- gouvernail, de telle sorte qu'il suffit de forces réduites exercées par le vent pour actionner la barre principale ou auxiliaire. Ces dispositifs régulateurs d'allure présen- tent entre autres l'avantage de pouvoir déterminer par construction leur vitesse de réaction et leur démultipli- cation. On connait des dispositifs régulateurs d'allure de ce type dont le.servo-gouvernail présente la forme d'une dé- rive ou d'une barre oscillante. On connait notamment un dispositif dont la dérive agit, par l'intermédiaire d'une transmission, sur un bras oscillant qui tourne autour d'un axe vertical, ledit bras provoquant la rotation de pales flottantes (demande de brevet allemand 23 62 836). L'in- convénient de ces dispositifs est que l'énergie cinétique de l'écoulement d'eau ne peut pas être utilisée au-delà d'une courte distance de marche du voilier (par exemple 20 à 30 m). Lorsque, par exemple, l'angle d'attaque de la dé- rive est de 10 , la composante transversale de la vitesse n'est que de 17% de la vitesse de marche. Lorsque, dans une unité de temps, le voilier parcourt une distance de 10 m, le bras oscillant devrait s'écarter de 1,7 m. Or, ceci n'est pas possible, compte tenu de la faible largeur d'un yacht à voiles; pratiquement, on peut arriver jusqu'à environ 0,6 m. Dans ces conditions, surtout lorsqu'il s'agit de grands yachts, les mouvements de correction de la barre sont inutilement rapides. Pour pallier cet inconvénient, on connait un disposi- tif hydraulique de régulation d'allure commandé par le vent (demande de brevet allemand 26 51 914). Dans ce système, la pompe hydraulique du dispositif est entraînée par un rotor traîné dans l'eau. Les inconvénients résultent d'une part de la réalisation hydraulique. Cette dernière, outre qu'elle augmente considérablement le prix de revient de l'instal- 2. lation, présente des problèmes ardus concernant la difficul- té de la purge. Il suffit de petits défauts d'étanchéité pour compromettre sensiblement la sécurité de fonctionnement et causer même, le cas échéant, la défaillance totale de l'installation. D'autre part, un inconvénient résulte de la présence d'un rotor relativement important qui doit tourner en permanence, même lorsqu'aucune régulation d'allure n'est à effectuer. En effet, par suite de la résistance relative- ment élevée qui en découle, la vitesse du bâtiment est con- sidérablement réduite. De même, les pertes internes impor- tantes causées par le frottement ne permettent le fonction- nement de ces dispositifs de pilotage automatique à vent que pour des vitesses de marche élevées. L'invention part de l'état de la technique, évoqué ci-dessus, de dispositifs de pilotage automatique actionnés par le vent, supposés connus. Elle a pour but d'améliorer l'efficacité de ces dispositifs pour la manoeuvre de la barre, tout en conservant vis-à-vis des dispositifs hydrau- liques l'avantage d'une moindre traînée. Les aubes flottantes à inclinaison variable, disposées autour du moyeu d'une roue, sont neutres par rapport à l'écoulement de l'eau pendant la marche normale, tant qu'aucune régulation d'allure n'est nécessaire, ne provo- quant de ce fait pratiquement aucune traînée pouvant se traduire d'une manière significative par une réduction de la vitesse du voilier. Mais, en sus de cet avantage vis-à- vis du dispositif moteur à rotor traîné, la roue à aubes flottantes selon l'invention présente l'avantage de mieux utiliser la force hydraulique lorsque les aubes sont mises en action, ce qui permet entre autres de la choisir net- tement plus petite que ledit rotor correspondant. Les ré- sistances dues à la traînée en sont réduites d'autant. Dans le dispositif régulateur d'allure proposé dans l'invention, tout déplacement de la girouette par rapport au-bateau, provoqué par une modification du vent apparent, entraîne un changement de position des aubes flottantes qui, quittant leur position neutre, provoquent la mise en rotation de la roue qui les porte, cette dernière entraînant 3. à son tour un déplacement correspondant de la barre prin- cipale ou auxiliaire. Mais, comme ladite rotation se fait par l'action d'une transmission entraînée par la roue à aubes sur la timonerie du panneau de la girouette, les aubes reviennent dans la position neutre, qui est approxi- mativement celle de l'angle d'attaque, et la distance sur laquelle les aubes restent actives dépend de l'angle de déviation de la girouette par rapport au bateau, ainsi que du rapport de transmission entre ledit angle et la trans- mission de retour des aubes. A mesure que l'erreur d'allure diminue, la girouette se redresse progressivement et reprend la position neutre par rapport au vent apparent, correspondant à l'absence d'erreur d'allure. Le redressement de la girouette provo- que, par l'intermédiaire de la transmission, le retour des aubes flottantes vers leur position neutre et ces dernières ramènent à leur tour, par l'intermédiaire des transmis- sions, la barre vers leur position médiane ou neutre. L'invention offre la possibilité de choisir des dis- tances d'excursion de la longueur souhaitée, augmentant par là considérablement les angles de déviation de la barre proprement dite. On peut avantageusement faire que la partie de l'ins- tallation normalement traînée dans l'eau puisse être rele- vée à la hauteur du tableau arrière grâce à une articula- tion cylindrique. Ceci permet d'exécuter avec une facilité relative les travaux de révision sur les parties immergées. Les détails d'exécution, d'autres caractéristiques et d'autres avantages résultant de l'invention ressortent de la description suivante de modes d'exécutions sans carac- tère limitatif, illustrés aux dessins qui font partie de la description et dans lesquels: Fig. 1 à 4 représentent schématiquement le régulateur d'allure à girouette selon l'invention, au cours des dif- férentes phases d'une correction; Fig. 5 est une vue arrière d'un régulateur d'allure selon l'invention, permettant d'illustrer la faculté de relevage des parties immergées aux fins de révision; et 4. Fig. 6 est une vue en perspective cavalière d'une va- riante du régulateur d'allure selon l'invention. Les modes d'exécution du régulateur d'allure à com- mande éolienne pour yachts à voiles, tels qu'ils sont il- lustrés aux figures, fonctionnent à l'aide d'une "girouette orientable", ou aérien, c'est-à-dire un panneau aérien pouvant basculer autour d'un axe horizontal ou légèrement incliné sur la verticale. Lorsque, par suite d'un écart de direction du "vent apparent", l'allure est incorrecte, la girouette 1 reçoit une poussée latérale qui la fait bascu- ler, ce qui entraîne automatiquement le déroulement des événements suivants (fig. 1): La girouette bascule, passant de sa position neutre 3 à sa position active 4 entraînant en rotation son axe 2. Dès lors, la manivelle 5, solidaire dudit axe 2, est amenée de la position 6, indiquée en traits discontinus, à sa po- sition 7, tracée en traits pleins. La tige 9, reliée à la manivelle par l'articulation cylindrique 8, établit, par l'articulation cylindrique 12, une liaison mécanique avec le levier 13 monté en 15. Le mouvement de la manivelle 5 repousse la tige 9 de haut en bas, faisant passer le levier 13 de la position 10 à la position 11. Dès lors, le bras résistant du levier 13 passe de la position 16 à la position 17. La tige 18, reliée audit le- vier par l'articulation cylindrique 14, est tirée de ce fait vers le haut. Un levier coudé 19, monté au point de rotation fixe 23 et relié à la tige 18 par l'articulation 20, bascule donc, son bras de puissance passant de la position 21 à la position 22, tandis que son bras de résistance passe de la position 25 à la position 26. Ce levier coudé 19 est arti- culé au point de rotation 24 sur une extrémité d'un bras 27. Par son autre extrémité, le bras 27 est articulé en un point de rotation 28 sur un disque 29 qu'il déplace axia- lement de la position 30 à la position 31. Le disque 29 comporte un élément intérieur recevant les articulations 28, un roulement et une bague extérieure. Sur cette bague sont articulées un certain nombre de 5. bielles 32 correspondant au nombre d'aubes inclinables 35. Chaque bielle 32 est reliée par une articulation cy- lindrique 34 à un bras 33 rigidement solidaire de l'aube qu'il fait pivoter autour de son axe radial 36, la fai- sant quitter sa position neutre. Dès lors, l'aube passe de sa position neutre 37 à la position active 38 o elle subit la poussée de l'écoulement d'eau dû à l'avancement du ba- teau. Les aubes sont réparties et portées autour d'un moyeu, formant ainsi une roue à aubes. Ce positionnement des aubes 35 à l'état incliné sur la direction d'avance ter- mine la mise en route de la régulation d'allure. La fig. 1 représente cette opération dans sa phase finale. Après ce déclenchement de l'opération de régulation d'allure, la girouette ou aérien 1 se trouve encore dans la position active 4 par rapport au bateau, les aubes 35 sont dans la position 38, inclinées sur la direction d'écou- lement de l'eau,tandis que la barre 47 se trouve encore dans sa position neutre par rapport à l'eau, c'est-à-dire parallèle à la direction d'écoulement de celle-ci. Ainsi qu'on peut le voir sur la fig. 2, la mise en rotation de la roue à aubes par l'écoulement de l'eau le long des aubes 35 fait tourner l'arbre 40, sur lequel sont calés la roue à aubes et un pignon conique 41, suivant la direction de la flèche 39. Cette rotation est transmise par un pignon conique 42, qui forme avec le pignon 41 une transmission angulaire rigide, jusqu'à un arbre fileté 43 vertical, solidaire du pignon 42. L'arbre 43 est fixe axia- lement et porte fixement un tambour de c&ble 44; il coopère avec un écrou borgne 45 solidaire du support de l'articula- tion. Ce support est monté coulissant axialement et il est bloqué en rotation. Le câble 46 qui entoure le tambour 44 déplace la barre 47 qu'il fait passer de la position neutre 48 à la position active 49, inclinée sur la direction de l'écoulement de l'eau. En même temps, la rotation de la vis sans fin de l'ar- bre 43 fait descendre l'écrou conjugué 45 de la position illustrée à la fig. 2 en entrainant le levier 13 qu'il porte par l'articulation 15. Pendant ce processus, le bras menant 6. du levier 13 reste dans la position basse 11. Le bras mené du levier 13 accompagne le mouvement de l'écrou borgne 45, revenant de ce fait de la position 17 à sa position 16. Ce déplacement est transmis par la tige 18, le levier coudé 19, le bras 27, le disque 29, les bielles 32 et les bras 33, jusqu'aux aubes 35 montées sur leur roue. Cette dernière continue à tourner, mais l'angle d'attaque des aubes 35 par rapport à l'écoulement d'eau diminue progressivement, jusqu'à ce qu'il atteigne à nouveau zéro. Après ce proces- sus représenté à la fig. 2, la girouette se trouve toujours dans sa position inclinée, les aubes 35 se trouvent dans leur position neutre extérieure, l'angle d'attaque étant nul, et la barre 47 reste dans sa position active 49 pour laquelle le gouvernail est incliné sur l'axe longitudinal du bateau, ce qui a pour effet de commencer la correction d'allure. Lorsque la correction d'allure a été effectuée, la barre 49 doit &tre ramenée à sa position neutre. La fig. 3 montre comment cette opération est mise en route. Le gouvernail étant incliné sur l'axe du bateau, celui- ci commence à redresser son erreur d'allure. La pression du vent sur la girouette 1 devient alors de plus en plus fai- ble et celle-ci revient donc sans discontinuité, progres- sivement, de la position 4 à la position 3. Dès le début de ce redressement de la girouette 1, le mouvement de cette dernière est transmis, par l'intermé- diaire de la manivelle 5, de la tige 9, du levier 13, de la tige 18, du levier coudé 19, du bras 27, du disque 29 et des bielles 32, jusqu'aux aubes 35 de la roue. Ces aubes prennent la position 50 et la roue entame alors un mouvement de rotation suivant la direction de la flèche 51. Le retour de la barre 47 à sa position neutre est il- lustré à la fig. 4. L'écoulement de l'eau fait tourner la roue à aubes qui entraîne l'arbre 40 et son pignon conique 41 suivant la di- rection de la flèche 51. Cette rotation se transmet au pi- gnon 42, donc à l'arbre fileté 43 qui porte le tambour de câble 44 et l'écrou borgne 45, lesquels entrent également 7. en rotation. Dès lors, le câble 46 qui entoure le tambour 44 ramène la barre 47 de sa position 49 à la position 48 qui est la position neutre par rapport à l'écoulement d'eau et à l'axe du bateau. En même temps, l'écrou borgne 45 subit une translation de bas en haut sous l'action de l'arbre fileté 43, entraî- nant l'articulation 15 du levier 13 dont il est solidaire. Le bras menant dudit levier 13 reste alors dans la position 10. Le bras mené du levier accompagne le mouvement de l'é- crou 45 et revient de la position 52 à la position 16. Ce changement de position est transmis par la tige 18, le levier coudé 19, le bras 27, le disque 29, les bielles 32 et les bras 33, jusqu'aux aubes 35. La roue à aubes continuant à tourner, l'angle d'at- taque des aubes 35 par rapport à l'écoulement de l'eau re- vient progressivement vers zéro, à la position neutre 37. Dans cette position, les aubes ne fournissent plus aucun couple et de ce fait, la roue s'arrête. Cette position neu- tre 37 est atteinte au moment o la barre 47 arrive à la position 48. Dès lors, le yacht suit, par rapport au vent apparent, la même allure qu'avant la survenance de l'erreur. La gi- rouette 1 se trouve dans sa position de réglage 3, les aubes flottantes 35 sont dans leur position neutre 37 et la barre 47 est dans sa position neutre 48. La position des éléments principaux est reproduite à la fig. 4 après la fin de la correction d'allure. A la fig. 5, on aperçoit le tableau arrière 60 d'un yacht 61, avec sa superstructure arrière en surplomb 63. La roue à aubes orientables, représentée en 64, se compose, selon l'exemple d'exécution, de quatre aubes à inclinaison variable 65 à 68 montées sur un moyeu commun 69. Ce moyeu est calé, avec un tambour de câble, sur un arbre commun relié à la barre 47, non représenté, par l'intermédiaire d'une transmission funiculaire 70. La variation de l'inclinaison des aubes s'effectue par l'intermédiaire de la transmission précédemment décrite, logée dans le levier 72. Ce dernier peut être rabattu de 8. la position indiquée en traits pleins à la fig. 5, o le correcteur d'allure est en service, jusqu'à la position indiquée en traits discontinus, o les parties normalement immergées du dispositif se trouvent à la hauteur de la charpente du tableau arrière. Dans la variante selon les fig. 5 et 6, la roue à aubes 64 avec son moyeu, le tambour de câble 44 et la tige file- tée 74 portant son écrou 45 sont calés sur un arbre commun 75. Le levier 13 est coudé et articulé sur un support 76 qui est articulé à son tour sur l'écrou 45 de la vis sans fin. Ce support est un étrier relié par une tige 77 à un point fixe 78 du levier 72, l'articulation en 78 se faisant avec possibilité de coulissement axial du levier 72. 9. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif régulateur d'allure commandé par le vent pour un yacht à voiles, comportant un panneau éolien (gi- rouette, aérien) relié par une transmission mécanique à un servogouvernail, orientable par rapport à l'écoulement de l'eau et relié à son tour, par une transmission mécanique, à une barre auxiliaire ou principale du yacht, caractérisé en ce que le servo-gouvernail est constitué par plusieurs aubes flottantes (35; 65-68) à angle d'inclinaison varia- ble, formant une roue (64) dont le moyeu (69) constitue le moteur actionnant une transmission mécanique (40-43) abou- tissant à la barre (47), l'arbre de sortie (43) de la transmission étant incorporé dans la transmission mécanique (5, 9, 13, 18, 19, 27, 29, 32) entre la girouette et le servo-gouvernail pour faire varier l'inclinaison des aubes (35; 65-68). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (43) comporte une vis sans fin constituée par une tige filetée et un écrou (45), servant à provoquer la translation du point d'appui d'un levier (13) à deux bras, dont le bras menant est accouplé par un embiel- lage (5, 9) à la girouette (1), tandis que le bras mené est relié à l'entrée de la transmission (18, 19, 21, 29, 32) qui provoque la variation de pas des aubes flottantes. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tige filetée est verticale et coopère avec l'arbre moteur (40) de la roue à aubes par l'intermédiaire d'un engrenage perpendiculaire (41, 42). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyeu (69) de la roue à aubes flot- tantes est solidarisé avec l'arbre moteur (40). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyeu (69) de la roue à aubes flot- tantes (64), monté sur un levier (72), est relié par une transmission funiculaire (70) à la barre (47). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la roue à aubles flottantes (64) est montée sur le même arbre (75) que la vis sans fin (74) et la transmission aboutissant à la barre (47).