Brevet FR2515125A1 — publié le 19830429

La présente invention a pour objet un véhicule pouvant se déplacer soit sur un support solide, soit sur un support fluide, soit indifféremment sur l'un de ces supports. Par support solide, il convient d'entendre la terre ou la glace, et par support fluide, l'eau, c'est-àdire la mer, les lacs et les rivières, le véhicule visé par l'invention étant également prévu pour pouvoir se déplacer, dans l'une de ces formes de réalisation, indifféremment sur l'eau et sur le sol, c'est-à-dire constituant un véhicule amphibie Suivant l'invention, c! véhicule comporte au moins une chambre divergente-convergente aménagée dans la partie inférieure dudit véhicule de façon que l'entrée du divergent soit orientée à l'avant du véhicule et que la sortie du convergent soit dirigée vers l'arrière, et que l'air qui parcourt cette chambre pendant la progression crée, entre l'entrée et la sortie de la chambre, une surpression génératrice d'une portance qui allège le véhicule et réduit sa résistance à l'avancement. Comme cela peut etre démontré et vérifié expérimentalement, l'air entrant dans un système divergent-convergent subit une élévation de pression corrélative à une diminution de sa vitesse jusqu'à l'extremité du divergent, puis la pression diminue tandis que la vitesse augmente jusqu'à la sortie du convergent, à laquelle la pression et la vitesse retrouvent leurs valeurs respectives d'entrée dans le divergent, aux pertes de charges et aux fuites éventuelles près. On enregistre donc dans la zone centrale du divergent-convergent une surpression engendrant une portance qui varie avec le carré de la vitesse d'entrée de l'air. L'invention a pour but de réaliser des véhicules du genre précité, munis d'au moins un tel système divergentconvergent qui réduit la résistance à l'avancement du véhicule, ce qui assure à celui-ci une vitesse plus élevée ou, à vitesse égale, rend possibles d'importantes économies de carburant. L'entrée et la sortie d'air sont agencées à l'interface, entre le véhicule et son support , sol ou glace ou eau,onàdes emplacements appropriés au-dessus de cet interface. Suivant un mode de réalisation de l'invention, appliqué à un véhicule destiné à se déplacer sur 11 eau, ce véhicule comprend une carène présentant un pont, et la chambre divergente-convergente comporte une manche à air agencée au-dessus du pont, et cette manche à air communique avec deux tuyères divergent es-convergentes encadrant une partie planante centrale et formées dans la face inférieure de la carène entre celle-ci et l'eau. L'accroissement de vitesse susceptible autre obtenu pour un bateau à voiles dont la face inférieure est réalisée en système divergent-convergent suivant l'invention, est naturellement d'autant plus important que le vent apparent (ou vent relatif) souffle dans une direction qui se rapproche de l'axe de la chambre divergente-convergente. Ainsi pour les voilier, l'aménagement du système divergent-convergent est inopérant si le voilier navigue au grand largue car, en raison de la composition des vitesses, le vent apparent est pratiquement de travers. l'invention est susceptible d'etre appliquée à d'autres types de véhicules que les navires ou hydroglisseurs, en particulier des véhicules terrestres tels que des véhicules de transport rapide sur coussin d'air et guidés, ou des aéroglisseurs amphibies. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels on a re- présenté plusieurs formes de réalisations non limitatives du véhicule selon l'invention. La figure 1-A est un schéma montrant un système divergent convergent pouvant équiper un véhicule selon l'invention. La figure 1-B est un schéma analogue à celui de la figure 1-A, montrant un système divergent-convergent de géométrie différente. la figure 1-C est une vue en coupe transversale médiane du système divergent-convergent de la figure 1-A ou de la figure 1-B, indiquant les surpressions et la portance développée par celles-ci dans le système. La figure 2 est une vue de dessous en plan d'une première forme de réalisation de l'invention, consti tuée par une carène de navire. Les figures 3A-3B, 4A-4B, 5A-5B-5C sont des vues en coupe ranaversale de la carène de la figure 2, respectivement suivant IIIA-IIIA, IIIB-IIIB, IVA-IVA, IVB-IVB, VA-VA, VB-VB et VC-VC. La figure 6 est une vue mi-coupe, mi-élévation axiale de la carène de la figure 2. La figure 7 est une demi-vue de dessus en pl2n de la carène des figures 2 et 6. La figure 8 est une vue mi-coupe, mi-élévation d'une se conde forme de réalisation de l'invention, dans laquelle l'entrée d'air dans la chambre divergente, convergente est constituée par une manche à air pivotante. La figure 9 est une demi-vue en élévation frontale de la manche à air de la figure 8. La figure 10 est une vue de aessus de la manche à air des figures 8 et 9. La figure 11 est une vue de dessous e plan d'une troi- sième forme de réalisation de l'invention, appliquée à un bateau multicoque. La figure 12 est une vue de dessous en plan d'une qua trième forme d'exécution de l'invention dans laquelle le véhicule est une embarcation éga lement multicoque, mais d'une structure dif férente de cel du bateau de a a figure 1 1 la figure 13 est une vue coupe axiale, mi-élévat Ion longitudinale de l'embarcation de la fig. 12. La figure 14 est une vue de dessus en plan schématique d'un véhicule terrestre de transport rapide sur coussin d'air guidé conforme à l'inven- tion. Les figures 15, 16 et 17 sont des vues en élévat @@ tale de trois variantes de réalisation du véhicule de la figure 14. La figure 18 est une vue de dessous en plar d'un véhicule amphibie selon l'invention. La figure 19 est une vue en coupe transversale suivant XIX-XIX de la figure 18. la figure 20 est une vue en élévation frontale du véhicule amphibie de la figure 18. On a représenté schématiquement aux fig. 1A, 1B et 1C le principe d'une chambre divergente-convergente 1,dans laquelle la circulation du gaz, par exemple de l'air, se fait dans le sens indiqué par les flèches (fig. lA). En supposant que le gaz entre par l'ouverture du divergent 3 et sorte par l'ouverture 4 du convergent 5, la vitesse V du gaz diminue jusqu'à la valeur v à la jonction du divergent 3 et du convergent 5, puis augmente à nouveau jusqu'à la valeur V à la sortie 4. Corrélativement, la pression p à l'entrée dans le divergent 3,monte jusqu a une valeur maximum P à la jonction entre le divergent 3 et le convergent 5, puis diminue pour revenir à la valeur p dans la sortie 4. I1 se produit donc une surpression P-p dans la zone centrale du divergent-convergent, qui engendre une force appelée portance F (fig. 1C), résultante verticale des surpressions, qui tend par conséquent à soulever le système divergent-convergent 1. Cette portance F monte avec le carré de la vitesse d'entrée du gaz dans le dispositif. La forme du divergent-convergent peut varier ainsi la fig. lB montre une partie centrale cylindrique 20 disposée entre deux parties tronconiques 30 dont l'une constitue le divergent d'entrée et l'autre le convergent de sortie. les figures 2 à 7 illustrent un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel la chambre divergente-convergente 1 est réalisée dans une carène 6 sus ce tible de constituer une embarcation à voile ou à moteur. A la partie avant de la carène 6 et au-dessus du pont de celle-ci, est aménagée une manche à air 7 qui communique avec deux tuyères 8 divergent es-convergentes encadrant une partie planante centrale 9, et formée dans la face inférieure de la carène 6, entre celle-ci et l'eau, la ligne de flottaison de cette carène étant référencée 11. Ainsi, le système divergent-convergent, constitué par la manche à air 7 et les tuyères 8, est réalisé à l'interface entre la carène 6 et liteau. La section de l'entrée d'air augmente de la bouche 12 de la manche 7, progressivement vers le bas et dans chaque tuyère 8 pour former le divergent, qui atteint sa section totale maximale à la zone de la ligne de coupe médiane entre IZA st IVE. A partir de cette zone, la section de chaque tuyère 8 diminue progressivement de part et d'autre de la coque centrale 9, jusqu'aux ouvertures de sortie 13. On voit sur les figures 3A à 5C, la variation des sections des tuyères 8 de l'arrière vers l'avant de la carène 6, ainsi que la variation de la section de la manche à air 7. De ltouverture d'entre 1 2 aux ouvertures de sortie 1 3, il s ' exerce une pression supérieure à la pression extérieure appliquée sur le dessus de la carène 6, lorsque celle-ci se déplace sur l'eau. I1 en résulte une portance qui augmente avec le carré de la vitesse de l'engin, ce qui réduit sa résistance à l'avancement et, de ce fait, permet d'accroitre sa vitesse. I1 existe certes d'inévitables pertes de charge par décollement et frottement, mais on constate que l'ordre de grandeur de la portance résultant des surpressions permet un gain de vitesse appréciable dès les faibles vitesses.En jouant sur les divers paramètres géométriques des tuyères 8 (angle au sommet, forme et rapport des sections), on peut optimiser la force de sustentation développée. Cette portance a un caractère autostable, indispensable d'ailleurs pour un fonctionnement correcte et qui vient du fait que toute variation d'assiette de la carène 6 entraine un déplacement du point d'application de la résultante dans le sens qui rééquilibre la carène. On sait que les planches à voile peuvent atteindre actuellement des vitesses maximales de 25 noeuds environ. D'autre part, le poids total d'une planche à voile et de son pilote étant d'environ 100 kg, on constate qu'il est possible d'atteindre avec une planche à voile constituée conformément à l'invention, une portance de l'ordre de 30 kg, correspondant à 1 m2 de surface portantesur l'eau. Dans ces codifions, l'accroissement de la vitesse de la planche peut être de l'ordre de 10 à 15 %. Dans la forme d'exécution illustrée aux figures 8 à 10, le véhicule (qui peut être une planche à voile ou un voilier de compétition, par exemple) est pourvu d'une manche 14 d'entrée d'air dans le divergent 15. La manche 14 est montée rotativement autour d'un axe vertical sur l'élément annulaire d'appui 16, fixé à la surface supérieure de l'engin, par exemple par une série de vis 17. L'élément annulaire 16 est encastré partiellement dans une gorge correspondante 18 ménagée à la base de la manche 14. Cette dernière s'évase progressivement de son ouverture d'entrée 19 jusqu'à sa base, et est équipée d'un empennage 21 lui permettant de s'orienteur automatiquement dans le vent apparent V (fig. 10) par pivotement autour de son axe. Cet agencement accroît le champ d'efficacité de la chambre divergente-convergente sur les engins à voile. Le figure Il montre une troisième forme de réali- sation possible de 11 invention, appliquée à un bateau multicoque.Dans celui-ci, la chambre divergente-convergente est délimitée azure deux flotteurs latéraux 22 et une coque arrière centrale 23 destinée à recevoir la cabine de l'équipage. L'entrée 24 de la chambre est délimitée par l'avant des flotteurs 22, et la section de cette entrée d'air augmente vers l'arrière sensiblement jusqu'à la proue de la coque 23 pour former le divergent. Puis cette section diminue en se subdivisant en deux tuyères 25 convergentes, de part et d'autre de la coque 23. Un pont 10 relie cette dernière aux flotteurs 22. Le gréement logique d'un tel "trimaran" comporte deux mâts parallèles reposant chacun sur un flotteur 22. les figures 12 et 13 Illustrent l'application de l'invention à la coque 26 d'une embarcation destinée plutôt à la propulsion mécanique par hélice aérienne ou marine. La coque 26 présente une double entrée d'air constituée par deux sections 27 agencées de part et d'autre d'un flotteur central 28, et qui augmentent vers l'arrière en se rejoignant au-delà du flotteur 28 pour former le divergent entre deux flotteurs latéraux 31 réunis par un pont 32. P Puis la section entre les flotteurs 31 se rétrécit jusqu'à ~a or- tle, en constituant le convergent 29. Les entrées divergentes 27 présentent des arêtes 33 qui se rejoignent au-delà du flotteur central 28 pour former une arête commune 34 dans le convergent 29. Le profil des arêtes 33,34 est comparable à celui d'une aile d'avion, ce qui fournit à l'embarcation une portance supplémentaire augmentant la force de sustentation au-dessus de la ligne de flottaison 35. Suivant une autre particularité de cette réalisation, la hauteur de la section du convergent 29 au-dessus de la ligne de flottaison 35 diminue vers l'arrière (fig.13) afin de présenter à l'air une surface de contact maximale, la portance étant proportion- elle à cet te surface. Pour un bateau multicoque tel que le "trimaran" de 12 figure 11, ayant une surface de contact à l'air (offerte par le pont 10) de 150 m2 environ et un poids de 5 tonnes, le rapport de la surface Se contact au poids est de 30 m2/ t., c'est-à-dire trois fois plus favorable que le rapport correspondant d'une planche à voile qui est de 1 - 2 pour 100 kg, donc 10 m2/t. L'accroissement de vitesse susceptible d'etre atteint avec un trimaran agencé conformément à l'invention est donc plus important que pour une planche à voile, et surtout l'effet est déjà sensible pour des vents très inférieurs. les exemples ci-dessus de réalisations de l'inven- tion appliqués à des véhicules maritimes ou fluviaux (embarcations à voile ou à moteur, hydroglisseurs, etc.) ne sont pas limitatifs. En effet, l'invention peut également être appliquée à des véhicules terrestres, tels que des engins guidés sur coussin d'air, des aéroglisseurs (amphibies ou non), etc. Dans les formes d'exécution illustrées aux figures 14 à 17, l'invention est appliquée à un véhicule terrestre de transport rapide guidé sur coussin d'air. le véhicule 36 comporte une cellule 37 pour les voyageurs, qui prend appui par un châssis approprié 38 sur un rail 39 de support en T renversé. Sous la cellule 37, le eh ssis 38 est subdivisé en deux chambres divergentes-convergentes 41 s'étendant de chaque côté du rail de guidage 39. Dans la première variante de la figure 15, les chambres divergentes-convergentes 41 sont délimitées latéralement par des jupes rigides suspendues 43, protégées par un revetement ne craignant pas l'usure par frottement tel que celui connu sous la marque "Teflon". Un système de rappel plaque ces jupes 43 sur le support comme le montre la figure 15. le véhicule peut être pourvu de jupes déformables et élastiques 44 (fig. 16) afin de minimiser le débit de fuite comme dans le cas précédent. La surpression plaque les jupes 44 orientées vers l'intérieur. Dans la variante de la figure 17, le coussin dtair est formé dans une enveloppe souple 45. La hauteur de vol dans cette forme d'exécution doit rester limitée pour que la perte de rendement due aux fuites ne soit pas prohibitive. l'air de la chambre étant à une pression supérieure à la pression extérieure, a tendance à s'échapper sur tout le pourtour des jupes. le débit étant constant et la vitesse de sortie devant être égale à la vitesse de l'engin pour ne pas créer de turbulences, la section de sortie doit être inférieure à la section d'entrée (la différence étant constituée par la section globale des fuites). Il est possible de réaliser également des aéroglisseurs amphibies ou des hydroglisseurs conformément à l'invention. Pour un véhicule sustenté sur coussin d'air guidé par rails, tel que le véhicule 36, qui peut atteindre des vitesses très élevées, la sustentation représente 15 à 20 ffi de la consommation énergétique globale. Pour un engin de 30m x 3m et de 25 t. en charge, les pressions de sustentation nécessaires sont de l'ordre de 400 kg par m2, et le poids du mécanisme de sustentation (ventilateurs, moteur, etc.) est de 2,5 t. environ, soit 10 % du poids total. l'application de l'invention à un tel engin de transport permet l'obtention d'une importante économie d'énergie, les systèmes divergents-convergents permettent en outre de supprimer complètement le mécanisme de sustentation. En effet, l'invention rend inutiles de tels dispositifs qui peuvent alors & re remplacés par des trains de roues type avion ou autres systèmes (réservesde gaz comprimé), utilisés pour les plages d'accélération (et décélération) avant que la vitesse de croisière soit atteinte. A partir de celle-ci, l'engin est sustenté sur coussin d'air uniquement sous l'effet des portances obtenues par le ou les systèmes divergentsconvergents. les figures 18 à 20 montrent schématiquement un véhicule amphibie particulièrement simple et économique, équipé d'une chambre divergente-convergente 46. les entrées d'air 46a et les sorties d'air 46b divergent l'ure vers autre. le véhicule est équipé de boudIns d'air comprimé 47 qui assurent la flottabilité à l'arre du moteur, et la sécurité en cas de panne de ce dernier. Le groupe moteur assure la propulsion d'une façon continue et la sustentation de manière progressive des vitesses inférieures à la vitesse nominale jusqu'à l'arret complet et inversement. Le groupe moteur actionne une hélice aérienne carénée (non représentée) dont le flux peut être réparti entre la sustentaaion et la propulsion par des volets asservis aux commandes du pilote. Dans l'exemple illustré au dessin, le véhicule comporte trois sièges 48 pour le pilote et des passagers. Le groupe moteur et les accessoires peuvent etre transportés dans le coffre d'une voiture de tourisme, et l'ensemble du reste de l'engin replié, peut etre dérogé sur une galerie du toit de la voiture. L'invention est susceptible de recevoir de très nombreuses applIcations en raison de la variété des véhicules qui peuvent la mettre en oeuvre. Dans le domaine des véhicules maritimes, elle peut etre également appliquée aux navires hydroglisseurs, et les moyens de transport sur la banquise peuvent aussi etre équipés de dispositifs selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Véhlicule pouvant se déplacer soit sur un support solide, soit sur un support fluide, soit indifféremaent sur l'un ou sur l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une chambre divergente-convergente (8,24,25; 27,29; 41,46) aménagée dans le a partie inférieure dud-t véhicule de façon que l'entrée (24,12,46a) du divergent soit oriente à l'avant du véhicule et que la sortie du convergent (25, 29,46b) soit dirigée vers l'arrière et que l'air qui par court cette chambre pendant la progression du véhicule crée, entre la sortie de la chambre, une surpression gé nératrice d'une portance oui allège le véhicule et réduit sa résistance à l'avancement. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée (12,24,46a) et la sortie d'air (13,46b) sont agences à l'interface entre le véhicule et son support, sol ou eau, ou à des emplacements appropries au-dessus de cet interface. 3. Véhicule selon l'une des revendications 1 et 2, caracté risé en ce que les sections longitudinales d pont cou vrant la (ou les) chambre(s) divergente(s)-convergente(s) sont réalisées en profil d'aile extrados-intrados engendrant une portance supplémentaire. 4. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, destiné à se déplacer sur l'eau, comprenant une carène (6)présen- it un pont, caractérisé en ce que le chambre divergente- convergente comprend une manche à air (7) agencée au- dessus du pont, qui communique avec deux tuyères diver- gentes-convergentes (8) encadrant une partie planante centrale (9), et formées dars la face inférieure de le carène (6) entre celle-ci et l'eau. 5. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, constitué par un bateau multicoque, caractérisé en ce que la chambre divergente-convergente est délimitée entre deux flotteurs latéraux (22) et une coque arrière centrale (23) destinée à recevoir la cabine de l'équipage, l'entrée (24) de la chambre étant délimitée par l'avant des flotteurs (22) et la section de cette entrée d'air augmentant vers l'arrière pour former le divergent puis diminuant pour constituer le convergent (25) de part et d'autre de la coque arrière centrale (23). 6. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, constitué par une embarcation propulsée de préférence par des moyens mécaniques, caractérisé en ce que l'entrée de la chambre divergente-convergente est subdivisée en deux sections (27) agencées de part et d'autre d'un flotteur central (28) et qui augmentent vers l'arrière en se re joignant pour former le divergent, entre deux flotteurs latéraux (31), puis se rétrécissent afin de constituer le convergent (29). 7. Véhicule selon la revendication 6,caractérisé en ce que la hauteur de la section du convergent (29) au-dessus de la ligne de flottaison (35) diminue vers l'arrière afin de présenter une surface de portance maximale. 8. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 4, caracté risé en ce qu'il est pourvu d'une manche d'entrée d'air (14) dans le divergent (vis), montée rotativement autour d'un axe vertical et équipée d'un empennage (21) afin de pouvoir s'orienter automatiquement dans le vent appare pendant la course du véhicule. 9. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, constitué par un engin de transport terrestre (36), caractérisé en ce que les chambres divergentes-convergentes (41) sont délimitées latéralement par des jupes (43,44,45) fixées au châssis. 10. Véhicule selon l'une des revendications 1, 2 et 9, cons titué par un engin amphibie, caractérisé en ce qu'il est pourvu de chambres divergentes-convergentes (46) et d'organes assurant sa flottabilité à l'arrêt, tels que des boudins (47) d'air comprimé.