Brevet FR2519933A1 — publié le 19830722

La présente invention concerne un système de propulsion pour engins et navires à voile. Le système de propulsion selon l'invention est essentiellement carac- térisé en ce qu'il se compose d'une voile rigide, munie d'un ou de plusieurs plans hydroporteurs ou "foils", pouvant être éventuellement articulés par rap- port à la voile, de manière que le couple voilure-plan anti-dérive ainsi réalisé constitue un bloc unique permettant d'annuler le moment de chavirage, l'en- semble voile et plans hydroporteurs étant monté sur le flotteur de l'engin ou sur la coque de navire par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs mats ou de bielles, pouvant être articulés par rapport à la coque ou flotteur, et/ou par rapport à la voile. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble voilure- plans hydroporteurs est rigidement solidaire de la coque ou du flotteur, et la coque bascule avec ledit ensemble lors des changements de bord. Selon un second mode de réalisation de l'invention, l'ensemble voilureplans hydroporteurs est articulé par rapport à la coque ou au flotteur, qui, lors des changements de bord, reste horizontal, l'ensemble voilure- plans hydroporteurs basculant seul par rapport à la coque ou au flotteur. Selon une caractéristique de cette invention, l'ensemble voile- plans hydroporteurs est maintenu par un mat unique qui transmet le mouve- ment, et dans lequel sont situées les commandes assurant le basculement du- dit ensemble. Selon une autre caractéristique de cette invention, on prévoit des volets sur chaque bord de fuite de ladite voile, afin d'utiliser la force aéro- dynamique pour provoquer son basculement On peut également prévoir un ou plusieurs gouvernails aérodynamiques pour commander et contrôler l'inci- dence de la voilure. Selon une application particulière de l'invention, l'ensemble voile- plans hydroporteurs peut être utilisé comme propulseur auxiliaire d'un navire à voile ou à moteur en le montant à l'arrière dudit navire à la manière d'un moteur hors-bord, à l'aide d'un matéreau articulé sur la poupe du navire. Selon une autre application destinée à la propulsion des navires de charge, on groupe -plusieurs ensembles voilure-plans hydroporteurs les uns derrière les autres, des moyens étant alors prévus pour les rabattre sur 2 2519933 le pont du navire. Selon l'invention, on prévoit des moyens de commande manuels, pou- vant être remplacés ou complétés par des systèmes de commande électriques, hydrauliques ou pneumatiques, éventuellement assistés par des processeurs. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en il- lustrent divers exemples de réalisation et d'application, dépourvus de tout caractère limitatif Sur les dessins la Figure 1 est une vue schématique en bout d'un engin flottant pourvu d'un système de propulsion selon l'invention la Figure 2 est une vue en perspective d'un engin flottant selon la Figure 1 la Figure 3 est une vue en élévation latérale de l'engin flottant selon les Figures 1 et 2, représenté tribord amures(voile basculée à gauche) les Figures 4 à 6 sont des schémas destinés à faire comprendre le fonctionnement du système de propulsion selon l'invention les Figures 7 et 8 sont des schémas représentant 1 ' engin flottant selon les Figures 1 à 3, vu en bout, respectivement babord amureiet tribord amures; la Figure 9 est une vue de l'engin flottant selon la Figure 1, en coupe par un plan perpendiculaire à la voilure la Figure 10 représente l'engin vu de dessus, tri- bord amure la Figure 11 est une vue de dessus, de l'engin se- Ion l'invention, avec la voile orientée avec une flèche basse en avant; la Figure 12 est une vue de dessus d'une variante selon l'invention comportant des voiles supplémentaires; la Figure 13 est une vue similaire à la Figure 1, représentant la variante avec coque fixe et ensemble voileplans hydroporteurs articulé par rapport à la coque la Figure 14 illustre, en perspective, une autre variante de l'inven- tion dans laquelle la voilure est tenue en un point unique rassemblant toutes les commandes mécaniques; la Figure 15 représente, en perspective, une autre variante de 3 2519933 l'invention dans laquelle le basculement de l'ensemble voile-plans hydroporteurs est obtenu par des volets la Figure 16 illustre, en perspective, la variante dans laquelle l'in- cidence de la voile est sous l'action d'un plan aérodynamique; la Figure 17 illustre, en perspective, une variante comportant plusieurs flotteurs les Figures 18 et 19 sont, respectivement, des vues schématiques en perspective et en bout montrant l'application de l'invention à un système de propulsion auxiliaire la Figure 20 est une vue en bout représentant la position du système de propulsion par petit temps les Figures 21 à 23 représentent respectivement, en bout, en pers- pective et en vue de dessus, la position de la voilure par vent très fort; et, la Figure 24 représente, en élévation latérale, l'application du système de propulsion selon l'invention à un navire de charge. Comme on l'a précisé ci-dessus, le système de propulsion selon l'invention est essentiellement constitué d'une voile rigide munie d'un ou de plusieurs plans hydroporteurs, généralement appelés "foils", la conception de ce système original étant telle qu'elle permet d'annuler le couple de chavi- rage d'un bateau, qui limite toujours l'aptitude du bateau à porter une surface de voilure déterminée Grâce à l'invention, on crée une force de sustentation et de propulsion appliquée à un point de fixation virtuel ou réel sur le navire, dont la limite est déterminée uniquement par le poids de l'engin flottant ou du navire ainsi équipé. On se réfère en premier lieu aux Figures 1 à 6, qui se rapportent à un engin flottant muni d'un système de propulsion selon l'invention Il s'agit là d'un exemple d'application relatif à un engin de vitesse pure. Le système de propulsion comprend une voilure rigide 12, aux extré- mités de laquelle sont fixés des plans hydroporteurs ou "foils", articulés ou non, 14, 14 ', avec éventuellement des flotteurs auxiliaires 16-16 ' Dans cet exemple de réalisation, le système de propulsion est monté sur le flotteur 10 par l'intermédiaire d'un ensemble de bielles 22- 22 ', 24-24 ' qui sont couplées deux par deux à l'avant et l'arrière du flotteur (Figures 2 et 3), sur la voilure 12, sensiblement au centre de poussée. 4 2519933 Le flotteur 10 comprend une ou plusieurs dérives, telle que 18, et un gouvernail 20. La voilure 12 est inclinée transversalement par rapport à la verticale, selon un angle o ne s'exerce aucun couple de chavirage sur le flotteur 10. La conjonction des forces F, AD, P et leur équilibre dynamique obtenu par la situation et l'orientation respectives du flotteur 10, de la voilure 12 et des plans hydroporteurs 14, 14 ', constituent la base même du système de propulsion selon l'invention Ce système de propulsion permet donc d'obtenir, sur un point de fixation réel ou virtuel, une résultante verticale dans le plan transversal (indépendamment, évidemment, de sa composante propulsive en avant) Lorsque la force F, s'exerçant sur la voilure 12, et celle AD qui s'exerce sur le plan hydroporteur en action 14 ' sont insuffisantes pour com- penser l'ensemble du poids P, les forces F et AD (Figure 6) compensent une partie Pa du poids P le reste, Pr, étant compensé par la flottabilité du flot- teur 10. Dans l'exemple de réalisation et d'application décrit ici en référence aux Figures 1 à 6, l'engin flottant est dissymétrique et ne peut marcher que sur un seul bord, c'est-à-dire qu'il ne peut recevoir le vent que sur un seul côté Pour recevoir le vent de l'autre côté (Figures 7 et 8), l'ensemble de propulsion bascule, et l'engin peut marcher sur l'autre bord, la voilure 12 et les plans hydroporteurs 14-14 ' étant symétriques par rapport à l'axe 0-0 '. Comme décrit ci-dessus, dans l'exemple de réalisation représenté sur les Figures 1 à 11, le système de propulsion selon l'invention est tenu par les quatre bielles 22-22 ', 24-24 ' Le barreur agit sur la verticalité (P/) et l'incidence (d) des plans hydroporteurs 14-14 ', et il agit sur l'inclinaison ( o 25 19933 d'allure, il agit sur les positions longitudinale (X) et verticale (Z) de la voi- lure, ainsi que sa flèche (f), c'est-à-dire sur l'angle de la voilure par rap- port à la ligne de foi du flotteur Ces derniers réglages sont obtenus ici par le choix des longueurs relatives des bielles 22-22 ', 24-24 ', ou par l'intermé- diaire d'une ou de deux bielles et de haubans Dans la variante représentée sur la Figure 14, on obtient le même résultat avec un mât unique 26, ceci en fonction des dimensions du système propulsif et des efforts auxquels il est soumis L'examen de la Figure 14 montre que la voilure est tenue en un point unique 28 du mât, rassemblant toutes les commandes mécaniques. Au départ, la voilure est rigide pour obtenir le meilleur rendement et le meilleur contrôle, et, selon l'invention, on prévoit d'ajouter (Figure 12) , au moins par petit temps, une voile supplémentaire 30-30 ', pouvant être dé- pliée soit dans un sens b perpendiculaire à la voilure 12, soit dans un sens a transversal à cette voilure. Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, la voilure est soli- daire de la coque du navire ou du flotteur de l'engin flottant, et cette coque ou flotteur bascule avec le système de propulsion On peut prévoir un autre mode de réalisation, dans lequel la coque demeure fixe et horizontale, l'ensemble propulsif (voilure 12 + plans hydroporteurs 14;-14 ') basculant lors des change- ments de bord ou suivant les réglages Cette variante a été représentée sur les Figures 13 et 20 On voit que les bielles 22-22 ', 24-24 ' sont articulées autour des pivots tels que 34; un moyen, schématisé en 36, contrôle les positionnements de la voilure 12 et du flotteur 10. Dans le cas d'un engin lourd, tel que représenté sur la Figure 14, l'ensemble des commandes et de la tenue de la voilure, et en particulier le basculement du système de propulsion, peut être purement mécanique On a vu que, dans cet exemple de réalisation, le système de bielles est remplacé par un mât unique 26, tenant la voilure 12 par un point d'articulation unique 28, les commandes étant rassemblées dans ce mât. Dans le cas d'un engin plus léger, il est nécessaire d'utiliser la force aérodynamique pour provoquer le basculement de la voilure On prévoit dans ce sens des volets 32-32 ' (Fig 2, 10, 11, 15, 16) On peut également commander l'incidence I de la voilure 12 en utilisant un gouvernail aérodyna- mique 38 (Fig 16) On peut prévoir une disposition similaire pour les plans hydroporteurs 14, 14 '. On notera que les axes de rotation des déplacements de la voilure et des plans hydroporteurs ou "foils" sont parallèles aux axes principaux (longi- tudinal, horizontal, transversal) On peut cependan Simplifier la manoeuvre, en prévoyant des axes non horizontaux et non parallèles à l'axe de l'engin flot- tant. Les Figures suivantes montrent diverses allures de l'engin flottant équipé du système de propulsion décrit ci- dessus: Tribord amure;: Figures 3, 8, 10, 11 (dans cette Figure, la voilure est orientée avec une flèche f basse en avant), et 12, Babord amure;: Figures 2, 7, 14 à 16. Dans la variante représentée sur la Figure 17, la flottabilité est assurée par plusieurs flotteurs 40, 40 ', munis de dérives et de gouvernails, et éventuellement de plans porteurs (foils), la voilure étant supportée par des mâts tels que 42, 42 ' Le poste de commande 44 est transféré dans la voilure 12, et les flotteurs peuvent être rétractés au niveau du poste de commande pour assurer la propulsion par très fort vent, comme on le décrira ci-après en référence aux Figures 21 à 23. L'engin décrit ci-dessus correspond à une utilisation par vent moyen ou fort, conditions de temps pour lesquelles la stabilité-pose un problème, mais pour lesquelles le poids est supérieur à la poussée de la voilure. Par petit temps (Figure 20), pour obtenir le meilleur rendement, la voilure doit être positionnée verticalement, étant donné que le problème posé par le couple de chavirage n'existe plus On voit que c'est particulière- ment dans ces conditions que les flotteurs auxiliaires, tels que 16 ', jouent leur rôle. Dans le cas d'un vent très fort (Figures 21 à 23), la force de susten- tation s'exerçant sur la voilure devient plus importante que le poids, et il est nécessaire de basculer de plus en plus l'engin, jusqu'à ce que l'un des plans hydroporteurs 14, 14 ' touche l'eau A ce moment, l'engin rétracte ses flot- teurs 40, 40 ', de manière à "flotter" sur l'air, la surface anti-dérive étant à ce moment assurée par les plans hydroporteurs 14, 14 ' et les gouvernails des flotteurs L'attitude du bateau est assurée soit par les mouvements des 7 2519933 plans hydroporteurs et du gouvernail, soit par ceux des volets 32-32 ' et du gouvernail de profondeur 38. Le syst Ime de propulsion décrit ci-dessus peut également être appli- qué comme propulseur auxiliaire d'un bateau à voile ou à moteur, à la ma- nière d'un moteur hors-bord Cette variante est représentée sur les Figures 18 et 19 La voilure 12, avec ses plans hydroporteurs 14, 14 ', est montée sur un arbre 48 articulé en 50, à l'arrière de la coque 46 du bateau. Le même système de propulsion peut être utilisé comme moyen de propulsion pour navires de charge, en en groupant plusieurs les uns derrière les autres Cette variante a été représentée sur la Figure 24 Les différentes voiles sont montées sur des supports pouvant se rabattre, afin de mettre le système à plat sur le pont du navire. Le système de propulsion selon l'invention peut comprendre des com- mandes manuelles, éventuellement complétées par des systèmes électriques, hydrauliques ou pneumatiques, pouvant être assistés par des processeurs. On notera que, bien que l' Engin décrit ici se rapproche, par certains aspects, de l'aéronautique, le système de propulsion selon l'invention reste essentiellement nautique, car il tire son énergie de la différence de vitesse, de viscosité et de densité entre l'air et l'eau. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation et d'applications décrits ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 8 2519933 REVENDICATIONS 1 Système de propulsion pour engins et navires, notamment à voile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une voile rigide ( 12) munie d'un ou de plusieurs plans hydroporteurs ( 14-14 '), pourvus éventuellement de petits flotteurs ( 16, 16 '), ces plans hydroporteurs pouvant être éventuellement arti- culés par rapport à la voile, de manière que le couple voilure ( 12) plans hydroporteurs ( 14-14 ') constitue un bloc unique permettant d'annuler le mo- ment de chavirage. 2 Système de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue un ensemble symétrique basculant tribord-babord, par rap- port au flotteur ( 10) de l'engin ou à la coque du navire sur lequel il est monté, afin de pouvoir marcher d'un bord sur l'autre. 3 Système de propulsion selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'il est monté sur le flotteur ( 10) d'un engin ou sur la coque d'un navire par l'intermédiaire d'un moyen de support, de manière que tout l'en- semble bascule lors des virements de bord. 4 Système de propulsion selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'il est articulé sur le flotteur ( 10) d'un engin ou sur la coque d'un navire de manière à constituer un système isolé qui, lors des virements de bords, bascule sur ce flotteur ou sur la coque, celle-ci demurant fine. Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble voile ( 12)-plans hydroporteurs ( 14-14 ') est monté sur le flotteur ( 10) ou une coque de navire par l'intermé- diaire de moyens tels qu'un système de bielles ( 22-22 ', 24-24 ') ou de mât ( 26), pouvant être articulé par rapport à la coque ou au flotteur et/ou par rapport à la voile ( 12). 6 Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la voilure ( 12) comporte une voile supplé- mentaire ( 30-30 ') pouvant être dépliée soit dans un sens perpendiculaire à la voilure ( 12), soit dans un sens transversal à cette voilure. 7 Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit des volets ( 32-32 ') sur les-bords de fuite de ladite voilure ( 12), afin d'utiliser la force aérodynamique pour provoquer le basculemrnent de l'ensemble voile ( 12)-plans hydroporteurs ( 14-14 '). 19933 8 Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit un ou plusieurs gouvernailsaexoo hydodynamiques ( 38) pour commander et contrôler l'incidence de la voilure et/ ou des plans hydrcporteurs 9 Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, par vent très fort, la voilure ( 1 Z) est placée de façon sensiblement horizontale, les plans hydroporteurs ( 14-14 ') et le gouvernail constituant des surfaces anti-dérive, de manière que l'engin puisse voler au-dessus de l'eau,suivant un effet de sol, en utilisant la force du vent, l'engin flottant sur lequel est monté ledit système de propulsion pou- vant comporter des flotteurs rétractables ( 40-40 '). Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble voilure ( 12)-plans hydroporteu ( 14-14 ') est utilisé comme propulseur auxiliaire d'un navire à voile ou à mo- teur en le montant à l'arrière de la coque ( 46) dudit navire, par l'intermé- diaire d'un matereau ( 48) articulé sur la poupe du navire. 11 Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, destiné à la propulsion des navires de charge, caractérisé en ce qu'or groupe plusieurs ensembles voilure-plans hydroporteurs les uns derrière les autres, les moyens de support des ensembles de propulsion étant conçus de façon à les rabattre et à les mettre à plat sur le pont du navire. 12 Système de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande ma- nuels pouvant être remplacés ou complétés par des systèmes de commande électriques, hydrauliques ou pneumatiques, éventuellement assistés par des processeurs.