Brevet FR2520698A1 — publié le 19830805

PLAN PORTEUR A PROFIL VARIABLE 1 ) DEFINITIONS Un plan porteur est un plan destiné à être orienté selon un certain angle dans un fluide par rapport auquel il se trouve en déplacement, de telle sorte que cette orientation entraine une portance, c'est-adire une force différente en direction de celle du déplacement relatif entre le fluide et le plan (Fig. 1). La face du plan exposes au fluide est l'lntrado, l'autre est l'extra@ La distance qu'ont à parcourir les molécules de fluide sur l'extrado étant supérieure a celle des molécules Se déplaçant sur l'intrado, dans le mEme temps, leur pression est inférieure, e-t il en résulte une force, perpendiculaire au plan, et allant de l'intrado à l'extra@ C'est la portance. 2 ) PRINCIPES Pour une vitesse donnée, la Portance est proportionnelle à l'angle d'incidence du plan, et augmente régulièrement jusqu'à un certain degré (environ 230). Au-delà, les molécules de fluide décollent de l'extrado. Le vide ainsi crée est comblé par du fluide tourbillonnan augmentant la pression sur l'extrado, et faisant chuter brusquement la portance (c'est le "décrochage" en aviation) Fig. 2. Un plan incurvé permet, grtce à la viscosité du fluide, de retarder le décrochage, et donc d 'augmenter l'angle d'incidence, et par là même la portance (Fig. 3). lais aux angles d'incidence faible, la différence de chemin à parcourir par les molécules de fluide entre l'extrado et l'intrado sont moine importants, et la portance est donc diminuée par rapport a une surface plane. Un plan épais ayant une face dtintrado plate et une face d'extrado arrondie concilie les avantages des surfaces planes aux faibles angle d'incidence, et des surfaces courbes aux angles importants, augmentant ainsi de façon très importante le rendement da plan porteur. De plus, un tel profil possède une portance vers la face arrondie mSme avec une incidence nulle, du fait des différences de distance à parcourir sur l'intrado et l'extrado, Un tel profil est réalisé dans l'aile d'avion ou la pale d'hélice (Fig. 4). Mais il est des plans porteurs dont tantôt une face, et tantôt l'autre joue le rôle d'intrade, et inversement (voile de bateau, gouvernail, dérive, etc...), ce qui motive l'intérêt de profils variables de façon que la face jouant le rôle d'intrado s'applatisse antomatiquerent sous la pression du fluide dans lequel elle se déplace, alors que l'antre face s'arrondit. C'est l'objet du présent brevet. 30) DESCRIPTIO@ Le profil peut être plus ou moins mince, en fonction de la vitesse à laquelle il peut être appelé a travailler, ou de la densité du fluide (en général, eau ou air). Au repos, il est symétrique et comprend : - un bord antérieur arrondi, - un bord postérieur aigu, - et deux faces arrondies de telle sorte que l'épaisseur maxima soit au 1/3 avant (Fig. 5) du profil. Ces faces sont souples de telle façon que, sous 1 effet de la pression agissant sur l'une d'elle, celle-ci s'applatisse. Elles sont reliées entre elles par une entretoise qui maintient l'épaisseur du profil. L'applatissement d'une face entraîne donc une augmentation de l'arrondi de l'autre face, améliorant ainsi la portance (Fig. 6). 4 ) EXEMPLES DE REALISATION PRATIQUE À * Plans en dur, métal ou plastique, ou bois, ou combinaisons de l'un et l'autre matériaux - une gme rigide A constituée d'une partie antérieure arron die (tube par exemple) et de deux faces planes réunies a' l'arrière selon un angle aigü - deux faces souples, articulées a llarrière entre elles, et à l'avant avec une partie en segment de circonférences - l'écartement de ces faces est maintenu constant par des entretoises régulièrement espacées traversant la partie fixe (Pig. 7 et 8). B - Plans souples : voiles de bateau : me rigide est consti tuée par la mat. La voile est constituée par deux peaux, entourant le mat, maintenues au profil voulu par des lattes souples reliées entre elles par une entretoise maintenant l'épaisseur voulue. REVENDICATIONS 10) Plans porteurs à profil variable caractérisés par - un bord antérieur arrondi - un bord postérieur aigu - deux faces arrondies de telle sorte que l'épaisseur maxima soit au 1/3 avant du profil. Ces faces sont souples de telle façon que, sous l'effet de la pression agissant sur l'une d'elles, celle-ci s'aplatisse. Elles sont reliées entre elles par une entretoise qui maintient l'épaisseur du profil. L'aplatissement d'une face entraine donc une augmentation de l'arrondi de l'autre face, améliorant ainsi la portance du plan porteur. 20) Plans porteurs selon la revendication 1 caractérisés par a) Dérives ou gouvernails d'avion, corrigeant automatiquement les embardées b) Dérives ou gouvernails de bateaux, Le gouvernail soumis à une embardée voit sa face exposée à la pression s'aplatir, ce qui entraîne une portance en sens opposé tendant à rétablir la route initiale. Une dérive s'aplatit du côté où elle est soumise à la pression de l'eau, ce qui entraf- ne une portance en sens opposé permettant un meilleur cap. Deux dérives inclinées à 450 vers l'intérieur s'aplatissent dans le sens opposé à la pression, cela entraîne - pour la dérive sous le vent une portance avec une composante antidérive horizontale améliorant le cap et une composante anti-gite orientée vers le haut tendant à s'eppo ser à l'enfoncement du bourd sous le vent. - pour l@ @erive au vent, la composante nor@zontale de la portance est @e meme sens que celle de l'autre deriv@ et la r@n- force, alors que la composante verticale, dirigee v@rs le Das, tend a s'opposer a l'emergence du bord au vent, completant l'@c- tiou anti-gite de la derive opposee, conférant au @ateau une raideur a la toile accrue (fig. 9).Pour tous les bateaux, aussi bien les monocoques que les catamarans et autres multicoques, il s'agit d'un important facteur de performance au pres et de sécurit c) Stabilisateurs anti-roulis Ces stabilisateurs auto-stabilisants peuvent éviter la nécessité de moteurs et ae systémes compensateurs sopnistiqués et extrêmement onéreux et permettent un gain de poils, donc une économie de cartu- rant. d) @oile rigide de bateau une armature fine e matériau rigide et lever selon le profil rigide peut entre entourée de plastique souple, comme pour les plans d'avia- tion. ais une telle Poile ne peut être reduite en surface pour s'adapter a la face du vent. e) @lan en tissu souple @oile de bateau ; - l'ame rigide est constituée par le mat qui sert de bord d'atta- que. - les deux faces sont constit@ées par le tissu. Ceiui-ci entoure l'avant du mat et les deux faces se rejoignent a l'arriere. Le profil est donne par des lattes forcées dans les gaines régulierement espacées, en regard sur cnaque face, et mainte nues a l'écartement voulu par une entretoise par paire de lattes (Fig. 10). Ces lattes plus épaisses a l'arriere qu'a l'avant de façon a donner le profil recherché, sont munies sur ieur face externe de cales, s'écartant l'une de ltautre en cas de flex@o@ sers i'extérieur, mais jointives lorasue la flexion est nulle, de faon a ce que la @@gne droite ne puisse être depassée. flaque entretoise est munie dedeux poulies, de façon a admettre le passage d'un câble souple (Fig.10) Pour réduire la toile, il suifit de relicher la drisse, enrouler le cabale de façou a amener a ia nauteur de la uome le nomure de lattes nécessaire pour la réduction voulue, puis de retendre la arisse.