Brevet FR2547268A1 — publié le 19841214

La presente invention concerne un disposio tif perfectionné de commande d'orientation d'un volet de courbure de gouvernail pour navires à faible tirant d'eau et plus particulièrement pour les voiliers munis d'au moins une derive amovible. Il est connu, que le braquage d'un volet de bord de fuite provoque une courbure du profil qui augmen- ee la force de déflexion d'un plan porteur. Cet effet de courbure, assoeié à l'inci- dence du profil modifie par ailleurs, la finesse hydrodyna- mique du plan porteur mesurée par le quotient de sa portance par sa trainée. Ainsi, aux faibles angles d'incidence, l'effet de courbure améliore la finesse du profil, c'est à dire diminue sa trainée relative à portance égale. Inversement, aux grands angles d'incidence, notamment aux angles critiques de décrochage du safran, une forte courbure provo que corrélativement à une augmentation de portance, une aug- mentation supérieure de la trainée relative qui en diminue la finesse globale. On connait déjà différents dispositifs de commande d'orientation d'un aileron de bord de fuite de gouvernail, comprenant au moins une tringle oblique articulée à chacune de ses extrémités, l'une sur un point fixe de la coque, l'autre sur une biellette assujettie à l'axe de l'ai- leron. Ainsi, à chaque angle de barre, ces dispositifs met- tent l'aileron solidairement en rotation avec la pale prinm cipale du safran, provoquant une augmentatIon de la puissance du gouvernail. De tels gouvernails qui équipent principa- lement les navires marchands,de fort tonnage et de faible vitesse relative, ont pour principal objet, d'en diminuer le cercle de giration. La puissance de ces gouvernails, provient essentiellement de la déflection du flux d'eau partiel provenant de la propulsion des hélices. La tringle, la biellette et les deux axes de ce dispositif sont généralement situés dans un meme plan horizontal différent du sens d'écoulement naturel du flux d'eau autour ce la carène, dont un exemple caractéristique est donné figure 3, planche 4, du brevet internationnal n 1,563.767 B 63 h. délivré le 10 mars 1969. Dans une telle configuration, ces disposi- tifs mécaniques induisent une forte traînée hydrodynamique qui s'ajoute à la traînée propre du safran, elle ment aug- mentée du fait de son décollement de la voute arriere de ces navires. Négligeables par rapport à l'ensemble des forces de résistance à l'avancement, ces deux trainées cumu- lées donnent à ce type de gouvernail une finesse hydrodyna- mique très médiocre, rendant son utilisation impropre sur un voilier. En effet, contrairement aux navires précé dents, un voilier de course ou de croisière, est caractérisé par un très faible déplacement relatif ainsi qu'une vitesse relative élevée susceptible de dépasser la vitesse critique de la carène. Dans ce cas-ci, le gouvernail défléchit la totalité du flux d'eau qui se referme naturellement sous la voL . La puissance du safran est principalement recherchée aux allures du vent de travers pour contrer l'effet de giration des départs au Q et plus particulièrement lorsque 7e voilier dépasse sa vitesse critique. On connait les gouvernails de voiliers à quille fixe,de type suspendus sous la voute arrière du navi re, dont la finesse hydrodynamique est obtenue grâce à un fort allongement du safran nécessitant un tirant d'eau important. Par ailleurs, l'extrémité supérieure de ce type de safran est étroitement ajustée à la pente de la voute arrière pour en diminuer la trainée d'interaction et pour bénéficier d'un effet de plaque qui en augmente fictivement l'allongement. Les inconvénients de tels gouvernails sont de plusieurs sortes: - La recherche d'un fort allongement du safran s'accompagne d'une diminution corrélative de l'angle d'incidence critique de décrochage du gouvernail. - Un fort allongement a pour effet daug- menter l'effort de flexion et de cisaillement exercé sur la mèche de gouvernail au droit de la voute tout en diminuant corrélativement le diamètre de la moche dans le cas d'une variation de profil à épaisseur relative constan.te. - Par ailleurs, la faible stabilité de route des bateaux à quille fixe impose, à ce type de gouver nails un travail de fatigue intense quilles rend particulie- rement vulnérables aux risques de torsion ou de cassure de - la mèche. Dans le cas de voiliers à dérive amovible, comportant un embryon de quille fixe, le tirant d'eau néces saire pour permettre l'échouage du navire impose la plupart du temps un raccourcissement de la profondeur du safran. Ce raccourcissement diminue l'effort de cisaillement sur la mèche mais provoque en contre partie, une perte de puissance du gouvernail qui rend ces voiliers plus difficilement contrôlabies notamment lors des départs au lof au vent de travers. 6n connait les voiliers à dérives de très faible tirant d'eau équipés d'un safran à profondeur varia ble. Pour ce faire, le safran est rendu amovible par divers dispositifs mécaniques de relevage assurant soit 9 le pivo4,e- ment, soit le coulissement de sa pale afin d'en faire varier la tirant d t eau. Ces dispositifs présentent de nombreux inconvénients: - ils nécessitent une manoeuvre complémen taire de la part de l'équipage; - les différents mécanismes de relevage induisent dans la pale du safran un jeu désagréable. - ces divers mécanismes nécessitent la plupart du temps de rejeter le safran au tableau arrière du voilier d'où il s'avère à la fois moins efficace et moins protégé. On a déjà proposé récemment, d'équiper des voiliers à faible tirant d'eau d'un gouvernail articulé en trois éléments. La pale du safran fixée et articulée en ses deux extrémités sur un aileron de bord d'attaque fixe solidaire de la coque, comporte un bord de fuite articulé dont l'orientation est assurée par un dispositif composé d'une tringle articulée en chacune de ses extrémités, l'une sur un' point fixe de la coque, l'autre sur une biellette as -sujettie à l'axe de l'aileron. La partie supérieure de la pale principale du safran est volontairement décollée de la voute du navire, afin de ménager un espace suffisant permettant le libre débattement latéral et vertical de la tringle de commande qui la traverse obliquement à cet endroit. Les principaux inconvénients de ce type de gouvernail proviennent à la fois de la présence d'un bord d'attaque fixe qui diminue l'incidence relative du safran, et accentue l'effet de courbure en dehors des ratios d'obtention de finesse optimale. Par ailleurs,le non parallelisme de l'axe de la mèche principale du safran et de l'axe de l'aileron arrière nécessite l'usage de rotules mécaniques rendant fragiles les deux artieulations de la tringle. L'espace vertical nécessaire au passage de la tringle, en partie supérieure de la pale principale est générateur de turbulences qui augmentent la traînée du gouvernail et en détruisent la finesse hydrodynamique. La présente invention vise les navires de plaisance et plus particulièrement les voiliers à faible tirant d'eau pour les doter d'un gouvernail fixe robuste et efficace quelqu'en soit le tirant d'eau et ce, à l'aide d'un dispositif économique, pratique et fiable. Un'dispositif selon l'inventlon, est caractérisé par une tringle de commande d'orientation articulée à chaque 'extrémité sur un axe parallèle à la mèche du safran, dont l'un est situé sur un bossage profilé fixé sous la voûte, et l'autre sur une biellette profilée fixée au volet de bord de fuite. Cette tringle de commande se déplace sur une surface conique, tangente à la voute arrière du navire, située dans la couche limite turbulente de l'écoulement le long de la voûte. Elle est encastrée dans une feuillure oblique réservée dans la partie supérieure de la pale du safran qui peut ainsi, être ajusté étroitement à la voûte arrière du na- vire. Pour diminuer les dimensions de cette feuillure le débattement latéral et vertical de la tringle, en cet endroit est facilement réduit en optimisant la combi- naison de deux paramètres principaux constitués par l'écarte- ment entre l'axe de la biellette et l'axe de rotation de l'ai- leron d'une part, d'autre part la valeur de l'angle dièdre(a) défini par le plan contenant les deux-axes de la biellette et le plan médian de l'aileron. Ces deux paramètres s'avèrent complète- ment indépendants de l'assujettissement des valeurs d'angle de brayage aux valeurs d'angles d'incidence, qui relève exclusivement de la longueur de la tringle et de la position de on point d'articulation sous la voûte. D'autres caractéristiques selon l'inven- tion ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure I représente schématiquement trois configurations caractéristiques- S o;s I,S 2, d'un gouvernail équipé d'un dispositif selon l'invention. - la figure 2 est une élévation longitudinale, à plus grande échelle, d'un gouvernail avec arrache- ment partiel montrant les constituants mécaniques du disposi- tif selon l'invention. - la figure 3 est une section vue de des- sus de la partie supérieure du gouvernail montrant à la meme échelle que la figure 2, les constituants mécaniques.d'un dispositif selon l'invention. la figure 4 est une élévation à plus petite échelle d'un gouvernail à aileron de bord de fuites d'allongement moyen, et contour trapèzoldal équipé d'un dispositif selon l'invention. - la figure 5 est une élévation à la même échelle que la figure 4, d'un gouvernail à volet de courbure, de faible allongement, et de contour elliptique équipe d'un dispositif selon l'invention. -dans la figure I, la position(SO,FO) représente un gouvernail à incidence, et à braquage nuls La configuration (SI,FI) représente un gouvernail, barre à tribord, dontl'angle d'incidence (i I) est d'une dizaine de degrés et dont, le braquage relatif du volet (j I) est d'une dizaine de degrés: illustrant les con- ditions dans lesquelles l'effet de courbure obtenu par le braquage du volet améliore la finesse du safran Dans la configuration représentée en (S2, F2), le gouvernail, barre à babord, à un angle d'incidence (i2 ) maximum d@environ 30 à 35 ; l'angle de braquage relatif du volet (j 2) d'environ 30 , constitue la valeur maximum de braquage admissible sans augmentation exagèrée de la tralnee. Cette dernière configuration illustre, la portance maximale compatible avec une utilisation correc- te pour un voilier Ces diverses configurations, aInsi que les positions intermédiaires, sont aisément obtenues grace au dispositif représenté figures 2 et 3, et dans lesquels: - la tringle de commande (I) d'orienta- ion du volet de courbure est articulée en (2) sur un axe parallèle à la mèche du safran (8) et à l'axe du volet de courbure (9). - cet axe (2) est monté sur un bossage (3) fixé sous la voûte (V) du navire, La tringle de commande (I) comprend à son autre extrémité un axe (4) parallèle à l'axe (2) monté à l'extrémité de la-biellette profilée (5); laquelle comprend une fixation en (6) sur le bord de fuite(F) - la tringle de commande (I) se déplace sur une surface conique, d'axe (2) et de sommet (3), paral- lèle à la voûte (V) du navire - cette tringle (I), traverse obliquement l'extrémité supérieure de la pale du safran principal (S). ajustée sous la voûte (V) du navire, dans une feuillure (7) engravée dans l'extrémité supérieure de cette pale - la forme et les dimentions de cette feuillure (7) permettent à la tringle (I) d'effectuer libre- ment tous ses mouvements relatifs en cet endroit tant, dans un plan vertical, que transversal. - pour diminuer efficacement,les sections de cette feuillure et ainsi, diminuer l'amplitude des mouvements relatifs de la tringle, on optimisera la longueur de la biellette (5), ainsi, que l'angle (a) fixant la position de l'axe de la biellette par rapport au plan vertical médian du bord de fuite. - la longueur de la tringle de commande (l) ainsi, que la position de son axe d'articulation(2), fixés sur la coque en (3) déterminent exactement, quant à elle, la valeur de braquage maximum de l'aileron associé à 1angle d'incidence maximum de la pale principale du gouvernail, et tel que décrit dans la figure (I). Dans ce cas, dans toutes les configurations intermédiaires, le Fraquage de volet de courbure est augmenté à partir de la-position neutre ( SO, ro), proportionellement à l'accroissement de l'angle de barre et ce, sur chaque bord. Dans le cas des voiliers à quille fixe, à embryon de quille fixe et dérive amovible, de tirant d'eau modéré, un dispositif selon l'invention sera avantageusement installé sur un gouvernail tel que représenté en figure 4 et dans lequel: le tirant d'eau du gouvernail (T I) implique un allongement de la pale du safran supérieur à I,8. Dans un tel cas de figure, la forme du contour du gouvernail et de son aileron sera avantageusement inscrite dans un trapèze: la surface de la pale de gouvernai' réalisée dans ce cas de figure, à l'aide de surfaces dévelop parles le talon d'extrémité étant avantageusement profilé. Dans le cas de voilier à dérive amovible, nécessitant un faible tirant d'eau, la figure (5) montre un gouvernai7 dont le tirant d'eau (T 2) autorise une saleur d'allongement de la pale comprise entre I,8 et 0,8. Dans ce cas de figure, la forme du contour du gouvernail sera avantageusement inscrite dans un contour elliptique . En effet, si 5 pour les valeurs d'al- longuement précitées, un contour elliptique rend la réalisa- tion du gouvernail plus complexe: il offre l'avantage cumulé d'un gain de finesse hydrodynamique important ainsi, qu'un recul très net de la valeur limite de l'angle de décrochage du safran. La tringle de commande (I) sera avantageusement réalisée à l'aide d'un fer rond ou d'un tube métallique écrasé en ses deux extrémités réalisé soit, en acier inoxy- dable, soit en alliage d'aluminium: cette tringle peut être également a-antaeusement réalisée pour des voiliers de taille importante à l'aide de profils du commerce en alliage @@@ @ni utilisé pour réaliser les barres de flèches, soit en tube profilé en résine armée. Les deux axes d'articulation (2) et (4), de cette tringle seront aisément réalisés à l'aide de boulons à tete ronde du commerce, assortis de rondelles et écrous de serrage. Le bossage fixe sur la coque en (3) peut être réalisé soit, par une excroissance de la coque venue directement au moulage, soit par une cale rapportée, façonnée ou moulée réalisée en bois duro en résine, ou en alliage métallique. La biellette (5),- assujettie au bord de fuite (F) peut être aisément réalisée soit par une excroissance profilée venue directement au moulage, soit à l'aide d'une équerre en tôle métallique pliée d'acier inoxydab'e ou d'alliage d'aluminium. La patte de fixation (6), de cette biellette peut être soit, scellée lors du moulage à l'intérieur de fjord de fuite dans le cas d'une fabrication en polyester,ou rapportée sur la surface latérale, ou supérieure, de l'aile- ron et fixée à l'aide de boulons ou tiges filetées, tirefonnées. Cette biellette peut également être avantageusement réalisée à l'aide d'éléments profilés du commerce, utilisés pour la réalisation de barres de flèche. La feuillure (7) aménagée en partie haute de la pale principale du safran, peut être réalisée aisément par un bossage réservé dans le moule de fabrication: dans le cas d'un safran en polyester, soit façonnée au rabot dans le cas d'une réalisation en bois, soit constituée i-e parois tubulaires ou paralèllipipèdiques dans le cas d'un safran réalisé en tôle métallique. Pour réduire la traînée résiduelle due aux ouvertures d'extrémités de la feuillure (7) ce'les-ci peuvent être garnies de lèvres souples d'obturation fendues au droit, du passage de la tringle de commande (1) Un dispositif selon l'invention est facilement adaptable à la plupart des modèles de safrans réalisés industriellement, plus particulièrement dans le cas des voiliers réalisés en version dériveur leste. REVENDICATIONS I- Dispositif perfectionné (IO) de commande d'orientation d'un volet de bord de fuite articulé (F) de gouvernail (S) pour équiper les voiliers, associant à tou- te variation d'angle de barre (i) une variation proportionelle et continue de l'angle de braquage (J) du volet (F), caractérisé d'une part par un mécanisme constitué d'une tringle de commande (I) articulée en chacune de ses extrémités sur des axes (2) et (4) parallèles à la mèche du gouvernail (8) et à l'axes de rotation de l'aileron (9) dont l'un (2) est fixé sur un bossage carèné (3) rapporté sous la voûte (V) de 7a coque, et l'autre, (4) est fixé sur une biellette (j) assujettie à l'aileron (F) par une patte de fixation (6)e caractérisé d'autre part par une feuillure (7), réservée dans la partie supérieure de l'aileron principal du gouvernail, ajusté sous la voûte (V) de la coque, permettant le libre débattement vertical et horizontal, de la tringle de commande (I) qui la traverse obliquement en cet endroit, et dont le pivotement s'effectue sur une portion de surface cônique d'axe (2) et de sommet (3) parallèle à la voute (V) de la coque. 2- Dispositif selon revendication I, caractérisé en ce que ia tringle de commande (I) est réalisée à l'aide d'un profil tubulaire 3 Dispositif selon les revendications I et 2 caractérisé en ce que la biellette (5) et la patte de fixation (6) sont constitués d'une pièce rapportée sur l'ai- levron (F) 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la tringle (I),la biellette (5) et sa patte de fixation (ô) et les axes (2) et (4) sont réalisées en acier inoxydable. 5- Dispositif selon les revendications I, 2 et 3 caractérisé en ce que la tringle (I) et la biellette (5) sont réalisées en alliage d'aluminium. 6- Dispositif selon les revendications I, 2 et 3 caractérisé en ce que la tringle (I) et la biellet- te (5) sont réalisées en résine moulée. 7- Dispositif selon les revendications I et 2 caractérisé en ce que la biellette (5) est une excroissance venue au moulage du volet (F). 8- Dispositif selon 1une quelconque des revendications précédentes caractérisé ence que le bossage (3) est une excroissance venue au moulage de la voute de la coque. 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la feuillure (7) est venue au moulage de la pale du safran (S). 10- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la feuillure (7) est équipée de lèves souples d'obturation(?l). II- Gouvernail (G) à volet de bord de fuite articulé (F) caractérisé par l'utilisation d'un dispositif articulé (F) caractérisé par l'utilisation d'un dispositif (10) selon les revendications précédentes. 12- Voilier caractérisé par l'utilisation d'un gouvernail (G) selon la revendication précédente.