Brevet FR2562026A1 — publié le 19851004

Navire comportant trois flotteurs semi-submersibles On connaît déjà quelques réalisations, et de bien plus nombreux projets de navires de surface dont la flottabilité est assurée par plusieurs -deux, trois ou quatre - coques totalement immergées reliées au reste du navire par des jambes partiellement immergéesqui participent à la flottabilité. La partie utile d'un tel navire est disposée au-dessus de la surface de l'eau et on dési- gne habituellement l'ensemble d'une coque proprement cdite etde la partie de la jambe immergée par le vocable de "flotteur semi-submersible". Cette conception des navires est récente, les navires effectivement construits sont peu nombreux et l'expérience acquise est incomplète. Cette nouvelle conception est cependant prometteuse en ce qui concerne la réalisation de navi- res ayant une bonne tenue à la mer et une stabilité sa- tisfaisante. Encore faut il parvenir à définir les dis- positions particulières permettant l'obtention de la ré- sistance à l'avancement minimale et, par conséquent, la réalisation de navires économiques quant à leur exploitation. Le but de la présente invention est, notam- ment, d'optimiser les formes et emplacements relatifs des flotteurs semi-submersibles, en définissant de tel- les nouvelles dispositions particulières. L'invention a donc pour objet un navire comportant trois flotteurs semisubmersibles reliés à un pont par des jambes, un flotteur central étant dis- posé en avant et deux flotteurs latéraux étant dispo- sés symétriquement par rapport au plan longitudinal du flotteur central. Dans ce navire, a) le rapport de l'ordonnée de la courbe des aires du navire au point de croisement des courbes des aires des flotteurs latéraux d'une part, - 2 - et du flotteur central d'autre part, à l'ordonnée maximale de ladite courbe des aires du navire est au moins égal à 0,45; et, b) le rapport de la somme des volumes des flotteurs latéraux pris ensemble d'une part, au volume du flotteur central d'autre part est compris entre 0,3 et 1,7. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: - les deux flotteurs latéraux sont d'une part identiques, d'autre part distincts du flotteur central; - le coefficient de dissymétrie du navire est inférieur à 0,3; - au moin's un aileron sensiblement horizon- tal relie chaque flotteur latéral au flotteur central; - l'allongement de chaque flotteur est compris entre 5 et 10; - pour chaque flotteur, le rapport de la profondeur.immersion du maximum de la courbe des ai- res des sections horizontales (soit TcL), au diamètre équivalent dudit flotteur est compris entre 0,6 et 1,4. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages appa- raitront au cours de la description de réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non li- mitatif. Il sera fait référence aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue, suivant flèche F de la figure 2, d'un navire conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue, suivant flèche G de la figure 1, du même navire; - la figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure 1; - 3 - - les figures 4,5,6,7 et 8 sont les cour- bes des aires de navires conformes à l'invention, se- lon plusieurs variantes de réalisation distinctes. Il est fait référence ci-après à certaines notions, dont le caractère peu usuel de la mention inci- te à définition, ce qui est réalisé dans l'annexe join- te, qui fait partie de la demande de brevet. Le navire représenté est un navire de surface, du type comportant trois flotteurs, dit "tri- maran". Il est constitué par: - un corps entièrement émergé 1, comprenant un pont 2 et abritant le volume utile du navire (cales de transport, cabines, locaux divers) - une coque avant centrale 3, qui est oblongue possède un plan longitudinal vertical de symé- trie S, et est entièrement imoergée en dessous de la surface de l'eau 4; - deux coques latérales 5, qui sont dis- poséessymétriquement par rapport au plan de symétrie S, en arrière de la coque centrale 3 sont identiques et entièrement immergées; - une jambe 6, qui s'étend verticalement,- sensiblement parallèlement au plan de symétrie S et re- lie la coque centrale 3 à la face inférieure 7 du corps émergé 1; - deux jambes 8, qui s'étendent verticale- ment, sensiblement narallèlement au plan de symétrie S et, qui relient, chacune, une coque latérale 5 a la fa- ce inférieure 7 du corps 1 - deux ailerons sensiblement horizontaux 9, qui relient l'un, l'unedes coques latérales 5, l'autre, l'autre coque latérale 5 à la coque centrale 3. Les particularités suivantes sont observées: - l'ensemble d'une coque et de la jambe correspondante (coque centrale 3 et jambe 6, chaque - 4 coque latérale 5 et sa jambe 8) constitue un flotteur semi-submersible; chaque flotteur semi-submersible a une flottabilité positive, l'ensemble des trois flotteurs semi-submersibles procurant au navire sa flottabilité; - les coques 3,5 et leurs jambes 6,8 peu- vent être constituées de réservoirs, de water-ballasts mais peuvent également être constituées de comparti- ments contenant les installations du navire; ainsi, trois moteurs type "Diesel", un principal, deux de plus faible puissance, peuvent être installés dans la coque centrale 3 et dans les coques latérales , et entraîner des hélices propulsives; de même, les ambes creuses 6,8 sont aptes à rendre pos- sible le passage des nombreuses liaisons (câables électriques, tuyauteries, accès) reliant les coques 3,5 au pont 2; - les plans verticaux transversaux qui pas- sent par les extrémités des courbes des aires immer- gées des sections transversales verticales des flot- teurs semi-submersibles 3-6 et 5-8 sont repérés: V 3 R: plan passant par l'extrémité arrière de la courbe des aires du flotteur semi-submersible 36, V 3 AT: plan passant Dar l'extrémité avant de la cour- be des aires du flotteur semi-submersible 3-6, V 5 AR: plan passant par les extrémités arrière de la cour- be des aires des flotteurs-semi-submersibles 5-8, V 5 N: plan passant par les extrémités avant de la courbe des aires des flotteurs semisubmersibles 5-8, et on note qu'est réalisé u.n recouvrement dans le sens longitu- dinal, parallèlement au plan S, des positions relatives du flot- teur semi-subnersible central 3-6 et des flotteurs semi-subwer- sibles latéraux 5-8, le plan V 5AV étant disposé en avant du plan V 3 R. Les figures 4 à 8 représentent les courbes des aires selon plusieurs réalisations distinctes et -5- correspondant, pour chaque réalisation: la courbe A 5 à l'ensemble des deux flotteurs semi-submersibles 5-8, - la courbe A 3 au flotteur semi-submersi- ble 3-6, et, - la courbe A 1 à l'ensemble des trois flotteurs semisubmersibles, c'est-à-dire au navire lui-même. Du fait du recouvrement précité, les cour- bes A 3 et A 5 ont un point d'intersection i contenu dans un plan vertical transversal VI, situé entre les plans V 3 R et V 5 X. Sont encore représentées: - la valeur AI de l'aire de la section transversale du navire (courbe A1) située dans le plan VI, - les valeurs maximales AM3 et AM5 des courbes A3 et A5, - la valeur maximale AM1 de la courbe AI. Dans la réalisation correspondant à la figure 4, AI est sensiblement égal à AM3 et AM45. AM1 est donc égal, sensiblement à l'une quelconque de ces trois valeurs. La courbe A1 est plate entre les plans V3R et V5A. Ceci est très favorable à l'obtention d'une faible résistance de vagues pour les vitesses cor- respondant à un nombre de Froude de 0,4 à 0,6 environ (courbe A1 "équilibrée" entre l'avant et l'arrière du navire et exempte de creux ou de pic accentué, notan ent dans la zone du plan VI) En outre, le volum des deux flotteurs semi-subirersibles laté- raux 5-8 d'une part, et le voltme du flotteur semi-submersible central 36 d'autre part, sont sensiblement égatux (surfaces des courbes des aires A3 et A5 sensiblement égales) ce qui permet, dans la disposition trimaran adoptée, de minimiser encore plus la résistance de vague. Si la solution de la réalisation de la figure 4 peut apparaître de ces points de vue conm une solution idéale, -6- il reste cependant évident aue d'autres solutions, peut être moins bonnes, sont également satisfaisantes. Ainsi dans la réalisation de la figure 5, AM1 = AM5; AM3 est légèrement inférieur à AM5 et AI/AM1 = 0,45. Les volumes des flotteurs semi-submersibles latéraux 5-8 et central 3-6 sont sensiblement égaux. Il s'agit là d'une réalisation limite, adaptée aux grandes vitesses (Fn > 0,6), Ai/AM1 devant être choisi en principe supérieur à 0,45 pour permettre la réduction maximale de la résistance de vagues. La réalisation de la figure 6 est caractérisée par un fort déséquilibre des volumes des flotteurs semi-submersibles latéraux 5-8 d'une part, du flotteur semi-submersible central 3-6 d'au- tre part: le rapport de ces volumes est égal à 0,3. Là aussi, il s'agit d'une limite inférieure en dessous de laquelle il convient de ne pas descendre. Par ail- leurs AI/AMi est sensiblement égal à 1, ce qui est satisfaisant. La figure 7 représente une réalisation dans laquelle le volume des flotteurs semi-submersi- bles latéraux (et arrière)..5-8 est égal à 1,7 fois ce- lui du flotteur semi-submersible.central (et avant) 3-6. Cette réalisation constitue la limite supérieure à ne pas dépasser. Par ailleurs, AI est sensiblement égal à AM1. La courbe Ai est relativemnt plate entre les som- mets des courbDes A3 et A5, d'&oa l'obtention d'une résistance de vagues relativement faible pour les vitesses correspondantes à Fn = 0,4 à 0,6. La figure 8 représente une réalisation dans laquelle la courbe des aires A1 du navire a une forte dissvmétrie. Le coefficient de.dissymetrie DIS du navi- re est é-al à 0,3, ce qui constitue la limite su:érieu- re en dessous de laquelle il est préférable de rester. Les flotteurs semisubmersibles latéraux (et -7 - arrière) 5-8 sont ventrus par rapport au flotteur sub- mersible central, avant 3-6. Pour le navire représenté sur les figures 1 à 3 (flotteurs semisubmersibles 3-6 et 5-8 en traits continus de la figure 1), le coefficient d'allongement desdits flotteurs est environ égal à 7. Pour obtenir un compromis entre la résistance de vague et la résistance de frottement minimisant la résistance à l'avance totale, il con- vient de choisir les formes pour que le coefficient d'allongement soit compris entre 5 et 10. Enfin, pour tirer de cette technique des flotteurs semi-submersibles le maximum d'avantages, il convient, d'une part d'immerger les flotteurs 3-6; -8 à des profondeurs suffisantes pour diminuer les mou- vements du navire et diminuer la résistance de vaque, d'autre part de limiter l'immersion desdits flotteurs à des profondeurs rendant la construction du navire exempte de problèmes importants de structures et conservant la surface mouillée à une valeur raisonnable. C'est la raison pour laquelle le rapport TcL/Deq de la profondeur d'im- mersion du maximum de la courbe des aires des sec- tions horizontales par le diamètre équivalent est com- pris, pour chaque flotteur semi-submersible, entre 0,6 et 1,4 ce qui correspond aux dessins en traits interrompus de la figure 1 le dessin des flotteurs les plus proches de la surface de l'eau correspondent à TcL/Deq = 0,6 et celui le plus éloigné de la surfa- ce de l'eau correspondant à Tcl/Deq = 1,4. La définition du navire qui vient d'être réalisée confère à ce navire des qualités bien enten- du, propres à tous les navires semi-submersibles, mais en outre une optimisation nouvelle de sa résistance à l'avancement. Pour la première fois, un navire semi- submersible possède un rendement sensiblement équiva- lent à celui d'un navire de surface classique de même tonnage, ce qui rend cette technique viable. En comparaison avec des navires semi-sub- mersibles du type catamaran, la résistance de vagues est notablement inférieure car d'une part, l'allon- gement des trois flotteurs semi-submersibles peut être plus favorable que celui des deux flotteurs semi-sub- mersibles d'un catamaran, d'autre part, le choix du recouvrement longitudinal des courbes des aires A3 et A5 permet d'éviter des interférences fâcheuses entre les écoulements le long du flotteur semisubmersible central 3-6 et des flotteurs semi-submersibles la- téraux 5-8, et, là-encore, de réduire la résistance de vagues. Le choix même de la courbe des aires A1, de préférence la plus plate entre les deux sommets des courbes des aires A3 et A5 et, au voisinage du point I est, sur ce point, gage d'une réduction impor- tante de la résistance à l'avancement. Il doit également être-noté que la structu- re préconisée est particulièrement robuste. On sait que les catamarans, par exemple, ont des structures généralement fragiles, eu égard aux contraintes très importantes qui s'y développent. La nouvelle struc- ture type "trimaran", qui est proposée ne présente pas cette fragilité connue antérieurement car d'une part le navire est globalement en appui sur 3 points au lieu de 4 pour les catamarans, d'autre part les ai- lerons 9 ferment la structure formée par les jambes 6 et 8 et les coques 3 et 5. Ainsi, les efforts dans la zone du rattachement des jambes 6 et 8 au corps 1 sont très inférieurs à ceux existant dans les zones équivalentes de raccordement des flotteurs d'un ca- tamaran semi-submersible au point central dudit catamaran. L'invention n'est pas limitée aux réalisa- tions représentées, mais en couvre au contraire tou- tes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre, ni de leur esprit. ANNEXE Cette annexe a principalement pour but de préciser les définitions adoptées de quelques ter- mes utilisés. Courbe des aires d'un navire La partie immergée de la carène d'un navire est usuellement définie par les valeurs de ses sections transversales verticales successives entre les vertica- les passant par les points extrêwes iâmergés de la carène, dites PPAV et PPAR dans la direction de la longueur du navire. Le report, en ordonnée, des aires des sections transver- sales et en abscisse des distances desdites sections transversales à une origine de référence, permet d'établir la courbe des aires. Volume d'un flotteur semi-submersible - Ce volume est égal à la surface délimitée sur le graphique représentant la courbe des aires des sections tran versales verticales, par cette courbe des aires et l'axe des abscisses. Flotteur semi-submersible Un corps immergé peut être défini, au moins partiellement, par des sections horizontales. On désigne par flotteur semi-submersible un tel corps doté d'une flottabilité positive, dont la courbe des aires de ses sections horizontales (ou lignes d'eau) présente un maximum sous la surface de l'eau à une profondeur TCL. Dans un tel flotteur, la valeur de ce maxi- mum est, de préférence, supérieure au double de la va- leur de l'aire de la - section horizontale à la flottaison. Ce maximum peut être réalisé pour diverses profondeurs des lignes d'eau. Dans ce cas, TCL désigne la moyenne arithmétique desdites profondeurs. De manière banale, un flotteur semi-sub- mersible est constitué par l'ensemble d'une coque totalement immergée et d'une jambe la reliant à au moins la surface de l'eau. Diamètre équivalent Il est souvent difficile de distinguer la jambe de la coque totalement immergée à laquelle elle est reliée. Il est alors avantageux de faire ré- férence au diamètre Deq d'un cercle dont la surface est égale à celle de la section transversale maximale du flotteur semi-submersible (ensemble jambe + coque totalement immergé). Allongement dun flotteur semi-submersible L'allongement est le rapport de la longueur de la courbe des aires des sections transversales ver- ticales au diamètre équivalent de ce flotteur semi-sub- mersible. Coefficient de dissymétrie La courbe des aires des sections transversa- les verticales d'un flotteur s'étend le long de la lon- gueur totale de ce flotteur, soit: x, l'abscisse, repérant la position d'une section transversale verticale, mesurée a partir d'une origine O située à l'abs- cisse médiane de la courbe des aires. L'abscisse médiane de la courbe des ai- res est l'abscisse de la section trans- versale verticale qui sépare le navire en deux volumnes égaux. A(x), la valeur de l'aire de la section trans- versale verticale correspondant à l'abs- cisse x; V, le volume total de la partie immergée du flotteur Xav, abscisse de l'extrémité avant de la cour- be des aires. Xar: abscisse de l'extrémité arrière de la courbe des aires Xmax: plus grande des deux valeurs Xav et Xar La dissymétrie longitudinale du flotteur correspond aux différences de valeurs des aires de sec- tions transversales verticales correspondant à des abscisses x et (-x), symétriques par rapport à l'ori- gine des abscisses. La quantité fmo est une représentation de cette dissymétrie. Elle a les dimensions d'un volume et il est possible, et na- turellement préférable, de la transformer pour obtenir un coefficient sans dimension. Il suffit, pour ce fai- re, de la diviser par le volume V du flotteur. Avec j(l) le coefficient de dissymétrie DIS d'un flotteur est défini par l'égalité:I I' - 13 - REVENDICATIONS 1. Navire comportant trois flotteurs semi-submersibles (3-6; 5-8) reliés à un pont (1,2) par des jambes (6;8) un flotteur central (3-6) étant disposé en avant et deux flotteurs latéraux (5-8) étant disposés symétri- quement par rapport au plan longitudinal (S) du flot- teur central, caractérisé en ce que: a) le rapport de l'ordonnée (AI) de la courbe des aires (A1) du navire au point d'intersection (I) des courbes des aires (A3 et A5) des flotteurs la- téraux d'une part, et du flotteur central d'autre part, à l'ordonnée maximale (AM1) de ladite courbe des aires (A1) du navire est au-moins égal à 0,45; b) le rapport de la somme des volumes des flotteurs latéraux pris ensembles d'une part, au volu- me du flotteur central d'autre part est compris entre 0,3 et 1,7. 2. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux flotteurs latéraux (5-8) sont d'une part identiques, d'autre part distincts du flotteur central (3-6). 3. Navire selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que son coefficient de dissymétrie (DIS) est inférieur à 0,3. 4. Navire selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un aile- ron (9) sensiblement horizontal relie chaque flotteur latéral (S) au flotteur central (3). 5. Navire selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que l'allongement de chaque flotteur est compris entre 5 et 10. 6. Navire selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que pour chaque flot- teur, le rapport de la profondeur d'immersion du maxi- - 14 - mum de la courbe des aires des sections horizontales (TcL), au diamètre équivalent (Deq) dudit flotteur est compris entre 0,6 et 1,4.