Brevet FR2524569A1 — publié le 19831007

La présente invention concerne les bateaux propulsés par le vent, par l'intermédiaire d'une hélice aérienne. L'hélice aérienne autogire, d'abord proposée pour les aeronefs dits "autogires", a été appliquée dès 1933 aux bateaux, sous la forme d'un rotor à axe horizontal orientable au sommet d'un mât. Des systèmes à éolienne ont également été proposés, comportant une hélice aérienne à axe horizontal entrainant une hélice marine, et plus récemment comportant une éolienne moulinet à axe vertical. I1 a également été proposé d'utiliser la même hélice à axe horizontal, en éolienne pour la marche directe contre le vent et pour la marche vent arrière plus vite que le vent ( la puissance étant prélevee sur l'hélice marine et renvoyée à a l'hélice aérienne ), mais en autogire pour la marche en vent travers, avec une meilleure vitesse. On note que l'installation d'une hélice à axe horizontal au dessus du bateau entraine l'inconvénient d'un grand couple de gite pour la marche en vent travers, donc d'une difficulté à maintenir le bateau en position lorsqu'on désire obtenir une grande puissance relative et une grande vitesse. I1 apparait cependant très important d'éviter tout chavirement en raison du danger présenté par la rotation de l'hé-- lice. On connait d'autre part des propositions de voiles sustentatrices inclinées et déportées sous le vent, dont la résultante passe près du centre du bateau, ce qui permet de s'affranchir du problème de stabilité, tout en créant un effet porteur favorable à la vitesse. On rappelle encore ci-dessous quelques caractéristiques de l'hélice autogire. Le flux d'air, traversant de bas en haut le disque engendre par le rotor, assure l'autorotation de celui-ci. Un rotor à pas nul ( pales à incidence nulle) une fois démarré dans un sens ou dans l'autre, s'accélère jusqu'd une vitesse qui dépend du flux traversant. En effet, la résultante des effets aérodynamiques sur un profil de pale est sensiblement perpendiculaire au vent relatif et procure une composante motrice. L'autorotation peut même se manifester avec un rotor comportant un faible pas inverse de celui correspondant à la libre traversée du disque par le flux d'air. Pour les aéronefs dits "autogires1,, le pas est nul ou légèrement inverse comme ci-dessus.Le moyeu, ou tête, du rotor porte des pales articulées selon des axes de direction tangentielle, ce qui permet d'orienter le plan moyen du rotor avec un faible effort d'orientation sur l'axe du rotor. La force centrifuge assure le maintien des pales au voisinage de ce plan. Le disque parcouru par le rotor joue pour l'aéronef le rôle d'une aile circulaire. Les coefficients aérodynamiques rapportés à la surface du disque sont par exemple Cz= 0.5 et Cx= 0.125, correspondant à une finesse maximale de 4. Cette finesse est très inférieure à celle d'une aile fixe mais on peut disposer d'une grande surface portante pour un faible encombrement au sol et un faible poids, et atteindre une très basse vitesse minimale de vol. On sait que dans un bateau à voile, la voile agit à la manière d'une aile; en raison des sujétions de réglage de la surface de voilure et de la nécessité de pouvoir fonctionner sur deux bords, on ne peut obtenir une excellente finesse. I1 apparait donc que le rotor autogire peut être équivalent à une voile de caractéristiques moyennes et de grande surface, présentant l'avantage d'une grande légèreté et d'une grande facilité d'orientation. Par la présente invention, on cherche donc à exploiter les avantages de l'hélice aérienne, notamment autogire, avec des dispositions permettant une grande vitesse. Selon la présente invention, un bateau propulsé par le vent comporte un mât articulé sur le pont et orientable à la demande, supportant sensiblement dans son prolongement l'axe d'une hélice aérienne. Pour la marche en travers du vent, celle qui permet la plus grande vitesse, le mât est penché légèrement en avant et largement vers le côté sous le vent, de telle manière que compte tenu d'une certaine gite du bateau qui peut être optimisée, notamment dans le cas d'un catamaran pour soulever une des coques, la pente du plan du rotor s'établisse à 450 environ, valeur reconnue la plus favorable pour les "voiles sustentatrices. Pour le pilotage, le pilote doit orienter le plan du rotor de manière plus fine. Ceci est obtenu par un contrôle cyclique du pas, qui pour les rotors d'autogires proprement dits est obtenu comme on l'a vu par l'articulation des pales en battement et l'orientation de l'axe.0n peut aussi utiliser des rotors de type hélicoptère à réglage global et cyclique de pas, avec l'avantage de pouvoir contrôler plus facilement la vitesse de rotation, emmagasiner l'énergie des rafales pour la restituer ensuite,redémarrer le rotor dans le vent s'il s'est arrété, et enfin transmettre le cas échéant de l'énergie à une hélice marine. Une réalisation particulière de bateau à rotor de type autogire sera décrite ci-dessous, en s'aidant de la Figure 1 (vue générale) et de la Figure 2 ( tête de rotor).On a pris l'exemple d'un catamaran. Le catamaran porte sur sa traverse centrale une articulation à cardan 1 portant un mât 2 retenu par trois haubans, un hauban 3 en avant et deux haubans 4 et 5 latéraux en arrière de l'articulation 1. Les haubans 4 et 5 forment une boucle passant sur deux poulies latérales 6 et 7 attachées au pont du bateau, des manchons 9 et 10 étant fixés à cette boucle et limitant son débattement par butée sur l'une ou l'autre poulie, de manière à obtenir l'inclinaison du mât vers babord ou tribord. Un organe de blocage de la boucle permet de fixer le mât en position intermédiaire. Les trois haubans portent en outre des organes d'ajustement de longueur de type connu, non figurés, pour assurer la' meilleure position du sommet du mât.Ce sommet porte une articulation à cardan 11 portant l'axe d'un rotor de type autogire, solidaire d'un manche d'orientation 12 dirigé vers le bas et l'arrière, son extrémité inférieure portant une barre transversale 13 accessible au pilote qui contrôle ainsi l'orientation de l'axe et donc la prise au vent du rotor et la gite du bateau. Le pilote actionne également les gouvernails de direction qui sont classiques . On n'a pas représenté d'éventuels plans porteurs marins propres à permettre un accroissement de la vitesse. La tête de rotor est complétée par un dispositif de lancement , composé d'une poulie 14 solidaire du moyeu, portant une boucle flexible 15 passant surdeux poulies de rappel telles que 16 et aboutissant à la portée du pilote. Saisissant les deux brins, celui-ci peut, dans un mouvement de va-et-vient, lancer le rotor dans le sens voulu; il peut aussi freiner le rotor. Le rotor autogire est par exemple bipale, les deux pales telles que 17 étant fixées à une lame centrale 18 articulée autour d'un axe 19 perpendiculaire à l'axe du rotor. Cette disposition pour un rotor bipale est équivalente à un montage en battement des pales et elle est couramment utilisée pour de petits autogires. On rappelle que le rotor peut être de type hélicoptère. En ce cas, on conserve avantageusement la transmission de mouvement existant sur les têtes d'hélicoptères, pour attaquer une hélice marine, le rotor jouant le rôle d'éolienne. La disposition inclinée du rotor presente pour les bateaux à éolienne les mêmes avantages que précédemment pour supprimer l'instabilité de gite et permettre l'utilisation de grandes surfaces de rotor. On obtient ainsi un bateau mixte de grand intérêt, fonctionnant en autogire par vent travers en en éolienne par vent debout ou arrière, tout en utilisant des éléments technologiques développés pour les hélicoptères. De tels rotors à axe incliné peuvent également être utilisés à terre comme éoliennes productrices d'énergie, avec les avantages suivants sur l'éolienne à axe horizontal: -transmission directe à terre du mouvement de rotation, sans renvoi d'angle. -suppression du couple de renversement du support. Ces avantages pourraient contrebalancer l'inconvénient d'une moindre efficacité aérodynamique pour un diamètre donné. REVENDICATIONS 1. Hélice aérienne de type rotor sustentateur d'aéronef, notamment de type autogire à pas global fixe et pales articulées en battement avec axe orientable, ou de type hélicoptère à variation de pas globale et cyclique, caractérisée en ce qu'elle est supportée au dessus d'une plateforme par l'intermédiaire d'un mât orientable à l'intérieur d'un cône à axe vertical, et en ce que son axe se trouve sensiblement dans le prolongement de l'axe de ce mât. 2. Hélice aérienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite plate forme est une coque de bateau et en ce que le pilote dispose des commandes d'orientation du mât et de réglage de l'hélice. 3. Hélice aérienne selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle est de type rotor d'hélicoptère et en ce que l'on conserve le dispositif de transmission de la puissance en rotation pour l'appliquer le cas échéant à une hélice propulsive marine. 4. Hélice aérienne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de lancement en rotation. 5. Hélice aérienne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de freinage. 6. Hélice aérienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite plate forme est solidaire du sol et en ce qu'une puissance mécanique est prélevée sur l'axe.