Brevet FR2579951A1 — publié le 19861010

La présente invention concerne des formes de coque perfectionnées pour des navires à effet de surface comportant une structure centrale munie de deux quilles latérales, et susceptibles de se déplacer soit en mode de sustentation, soit en mode de navigation archimédienne. Dans un tel navire, la sustentation est réalisée par un coussin d'air, ce coussin étant délimité, en dessous de la structure centrale, d'une part par les deux quilles latérales, et, d'autre part, à l'avant et à l'arrière, par deux dispositifs de fermeture. Lorsque le coussin est alimenté en air sous pression, le navire se trouve soulevé dans une position pour laquelle seule la zone inférieure extrême de ces deux quilles reste dans l'eau, l'air ne pouvant échapper du coussin que par dessous les deux dispositifs de fermeture. Dans une telle position sustenté, le navire peut atteindre des vitesses élevées d'un nombre de froude supérieur ou égal à 1 sous l'effet de propulseurs qui peuvent être des hélices ou bien des hydrojets. Lorsque le coussin d'air n'est pas alimenté, les fermetures peuvent être relevées et le navire flotte alors sur ses deux quilles latérales, en navigation archimédienne. Ce type de navire à effet de surface est bien connu ; il est décrit par exemple dans les brevets FR 2.422.535, FR 1 569 807 et US 42721779. De façon générale, les navires à effet de surface du type précité ont été conçus et réalisés pour fonctionner le plus souvent en mode de sustentation sur le coussin d'air, le mode de navigation archimédienne n'étant qu'un mode de déplacement accessoire à faible vitesse. La présente invention vise la conception d'un navire à effet de surface du type précité dont les formes de coque perfectionnées assurent des performances optimales à la fois en mode de sustentation et en mode de navigation archimédienne. On se propose également de propulser par exemple ce navire par des hydrojets en mode de sustentation, par des hélices ou ces hydrojets en mode de navigation archimédienne. I1 est apparu, de par les études et les essais conduits par le Demandeur, que la forme même des deux quilles latérales pouvait être optimisée pour les deux modes de navigation. L'invention a donc pour objet des formes de coque pour navire à effet de surface comportant une structure sustentée du type catamaran munie de deux quilles latérales, réunies par une structure centrale, adapté pour naviguer soit en navigation archimédienne sur coque, soit en sustentation sur coussin d'air, les quilles latérales délimitant avec deux dispositifs de fermeture le coussin d'air central de sustentation (C), caractérisées en ce que chacune des deux quilles comporte un segment de varangue, une paroi latérale interne tournée vers le coussin (C), et une paroi latérale externe, le segment de varangue étant incliné vers l'extérieur par rapport à l'horizontale et se relevant de l'arrière vers l'avant de la quille Jusqu'à un V profond à l'extrême avant, la paroi interne étant sensiblement verticale à l'avant et à l'arrière et présentant dans sa partie centrale supérieure un renflement, la paroi externe évoluant de l'arrière vers l'avant d'une courbe concave à une courbe pleine, de telle sorte que des performances optimales soient atteintes pour les deux-modes de sustentation et de navigation archimédienne. En mode de sustentation, les formes décrites ci-après coopèrent de manière efficace. En effet, selon une caractéristique de l'invention, l'intersection du segment de varangue et de la paroi interne de chaque quille définit une ligne de quille sensiblement rectiligne. De ce fait, la profondeur d'immersion de la paroi interne, au-dessus de cette ligne de quille et en dessous de la ligne de coussin (NC), reste toujours au moins égale à un minimum pour assurer l'étanchéité latérale du coussin d'air. Le navire prend une assiette telle qu' On remarquera en outre que la surface mouillée des quilles en mode de sustentation est limitée. L'immersion, sensiblement constante et au moins égale à a des quilles du côté du coussin C, assure à celui-ci des meilleures conditions d'étanchéité latérale. En d'autres termes, l'air du coussin s'échappe, comme on l'a déjà indiqué, en dessous des parties inférieures des dispositifs de fermeture et non en dessous des lignes de quilles. I1 est important de noter par ailleurs que la forme de la surface définie par le segment de varangue est voisine d'un paraboloïde hyperbolique. De ce fait, l'assiette du navire n'est pas influencée par des variations de la pression dynamique agissant sur cette surface. Il est bien connu en effet que pour une telle surface la résultante des forces induites par un écoulement s'applique sensiblement au même point quelle que soit l'incidence. Autrement dit encore, l'assiette du bâtiment n'est pas influencée par des variations de pression dynamique agissant sur la surface de varangue, prise comme le lieu géographique des segments de varangue. Enfin, la position du point d'application de la résultante des forces latérales (centre de dérive effectif) peut être controlée en ajustant convenablement le relevé du segment de varangue. Selon une autre caractéristique de l'invention, le segment de varangue à l'arrière du navire présente une largeur transversale suffisante au niveau de laquelle est prévue l'implantation des prises d'eau des hydrojets. On remarquera que la profondeur verticale d'immersion de la paroi externe à l'arrière du navire, au-dessus de l'intersection du segment de varangue et de la paroi interne et en-dessous de la ligne de flottaison (Fs), est sensiblement égale à la profondeur d'immersion verticale a de la paroi interne, pour éviter l'ingestion d'air par les prises d'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie avant des quilles est à la fois effilée et relevée pour faciliter leur pénétration dans l'eau. Pour ce qui est du mode de navigation archimédienne, la forme choisie pour les quilles n'est pas moins efficace. En effet, la paroi externe s'évase dans le haut, notamment à l'avant et à l'arrière, pour former des volumes assurant un appel hydrostatique en roulis et en tangage. La paroi interne est sensiblement verticale et plane à l'avant et à l'arrière du navire. Entre ces deux extrémités, la partie supérieure de la pa roi interne va en se renflant vers le centre des quilles, en définissant ainsi un renflement interne de la quille. Ces volumes renflés permettent en outre d'assurer, d'une part sans ballastage un centrage longitudinal du navire, lequel reste par ailleurs sensiblement le même dans les deux modes de navigation, et d'autre part un rappel hydrostatique supplémentaire en roulis et en tangage comme on l'a vu ci-dessus. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la concavité de la paroi externe à la partie arrière du navire permet l'installation d'une hélice pour la propulsion en mode de navigation archimédienne. I1 est par ailleurs essentiel d'observer que les renflements de la quille mentionnée ci-dessus permettent d'assurer la portance du navire en mode de navigation archimédiene sans abaissement trop considérable du navire par rapport à la surface de l'eau. En d'autres termes, ces volumes permettent de diminuer la distance verticale entre la ligne de flottaison archimédienne (FA) et la ligne de flottaison en sustentation (FS). Une telle caractéristique sert à limiter les impacts des vagues sur la structure centrale. Enfin, les volumes renflés permettent évidemment de dégager des espaces utiles à l'aménagement des quilles. L'ensemble des caractéristiques précitées coopère pour donner au navire selon l'invention un comportement optimisé pour les deux modes de navigation, la navigation archimédienne, en particulicr, devenant utilisable en tant que telle pour avoir une grande autonomie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés, qui représentent une forme de réalisation préférentielle de l'invention. Sur ces dessins - la figure 1 représente une vue en perspective de trois quarts arrière d'un navire à effet de surface selon la présente invention; - la figure 2 représente en perspective dans une vue analogue à la précédente les deux quilles latérales de ce navire en vis-à-vis, toutes les autres parties du navire ayant été supprimées; - la figure 3 est une vue de bout de l'extrémité arrière de la quille de droite; - la figure 4 représente une vue de côté schématique du navire selon l'invention; - la figure 4a représente une vue de côté de la quille de droite avec différentes sections transversales echelonnées, pour bien montrer leur évolution de l'arrière vers l'avant du navire; - la figure 4b représente une vue de dessus schématique de la quille de gauche. La figure 1 illustre la constitution générale du navire selon l'invention. I1 comporte essentiellement deux quilles ou coques latérales 100, réunies par une structure centrale 200. La structure centrale 200 a de préférence la forme a un caisson central encastré dans chacune aes aeux quilles latérales 100. Bien qu'une telle structure ne fasse pas partie de la présente invention, on pourra se reporter à la demande de brevet français intitulée "Structure de navire à effet de surface à quilles latérales" déposée ce même jour et qui donne le détail d'une telle structure centrale. D'une manière connue en elle-même, les deux quilles 100 coopèrent avec deux aispositits ae fermeture a lavant et à l'arrière, 310 et 320 (voir figure 4), pour délimiter, entre les quilles 100, et en dessous de la structure 200, un espace central C, formant coussin de sustentation alimenté par un générateur d'air sous pression, l'air pouvant s'échapper sous les dispositifs de fermeture dans les zones 310a, 320a. Les dispositifs de fermeture 310 et 320 sont du type relevable, de telle sorte que le navire selon l'invention peut se déplacer soit en sustentation sur son coussin, soit en navigation archimédienne sur ses deux quilles 100. En ce qui concerne les dispositifs de relevage, on pourra se reporter aux demandes de brevet français citées cidessous, toutes deux au nom du Demandeur - "Navire à quilles latérales à effet de surface mu ni d'une fermeture avant perfectionnée de coussin de sustentation" NO 84-17168, pour la fermeture avant. - "Navire à effet de surface à quilles latérales comportant des moyens de sustentation perfectionnés" NO 84-17169, pour la fermeture arrière. Comme on l'a exposé, le problème de l'invention est d'optimiser la forme des quilles latérales 100 pour l'obtention de performances optimales aussi bien en mode de sustentation qu'en mode de navigation archimédienne. Les deux quilles 100 disposées respectivement à droite et à gauche du navire ont une forme symétrique par rapport au plan central vertical longitudinal du navire. Les différents éléments ainsi symétriques des deux quilles sont désignés par les mêmes références. De façon générale, chaque quille 100 comporte essen tiellement un segment de varangue ou de fond 110, une paroi latérale interne 120, une paroi latérale externe 130, et un segment supérieur horizontal 140. Dans l'exemple représenté, un rebord vertical 150 réunit le segment. 140 à la paroi externe 130. Sont particulièrement caractéristiques le profil évolutif du segment de varangue 110 et la forme évolutive des deux parois interne et externe 120 et 130. Comme on le voit notamment sur les figures 2, 3 et 4a, le segment de varangue 110 est rectiligne et incliné d'un angle 5 variable, d'une valeur initiale d'une vingtaine de degrés à l'arrière du navire et qui crott régulièrement jusqu'à une valeur d'une soixantaine de degrés à la partie avant, là où la quille commence à s'effiler. La figure 4a montre particulièrement bien cette évolution, puisqu'on y voit six sections transversales de la quille référencées S1 à S6, de l'arrière å l'avant, la section S1 se retrouvant d'ailleurs sur la vue arrière de la figure 3. Avec une telle variation, ce segment de varangue 110, définit de l'arrière vers l'avant une surface réglée du type paraboloïde hyperbolique. L'intersection du segment de varangue 110 et de la paroi interne 120 constitue la ligne de quille 160. Cette ligne de quille est sensiblement rectiligne et horizontale en mode de navigation archimédienne, alors qu'elle est légèrement inclinée en mode de sustentation. L'intersection du segment de varangue 110 et de la paroi externe 130 constitue une ligne sensiblement rectiligne 161 qui se relève légèrement de l'arrière vers l'avant par rapport à la ligne de quille 160. Les formes de coques ci-dessus étant bien définies, il faut y ajouter, pour une bonne compréhension de l'invention, les éléments fonctionnels suivants. Comme représenté particulièrement à la figure 3, la ligne de flottaison en mode de navigation archimédienne FA, se situe à peu près à mi-hauteur de la quille 100. En mode de sustentation, le coussin central C souleve le navire et ses quilles, et on atteint ainsi une ligne de flottaison en mode sustenté FS, alors que, du coté du profil interne 120, le coussin C repousse l'eau jusqu'à un niveau NC comme représenté sur les figures 3 et 4. Les formes ainsi adoptées pour les deux quilles 100 sont celles qui, comme on va mieux le comprendre, permettent d'optimiser le comportement du navire dans chacun de ses deux modes de navigation. En mode de sustentation, les coques 100 sont très peu immergées. Comme on le voit sur la figure 3, la hauteur d'immersion à l'arrière des quilles est sensiblement la même, soit a, pour la paroi interne par rapport à la ligne de coussin NC, et pour la paroi externe, par rapport à la ligne de flottaison FS. La largeur horizontale L du segment de varangue 110 est relativement grande, comme représenté, à l'arrière du navire, et diminue de l'arrière vers l'avant. Comme on le voit sur la figure 4, la ligne de coussin NC reste sensiblement parallèle à la ligne de quille 160, ce qui signifie que la hauteur d'immersion de la paroi interne 120 en dessous du coussin C reste sensiblement constante de l'arrière vers l'avant du navire, en n'étant pas de préférence inférieure à a. De telles formes de quille et de telles conditions d'immersion pour le mode de sustentation entraînent des avanta ges certains. Tout d'abord, dans la région la plus immergée, à l'arrière des quilles, en dessous de la ligne de flottaison FS, on peut installer des propulseurs à jets d'eau à circuit court de propulsion, ou hydrojets, simplement référencés 180 sur les figures 2 et 3. Les prises d'eau alimentant ces hydrojets sont situées en dessous de la surface FS. Comme on l'a déjà vu, les fermetures avant et arrière 310 et 320 définissant le coussin de sustentation (C) sont disposées dans des zones où les quilles 100 ont une paroi interne sensiblement verticale. Cet agencement autorise un débattement vertical aisé desdites fermetures et facilite la transition entre le mode sustenté, où les fermetures sont dans une position déployée, et le mode de navigation archimédienne pour lequel elles sont relevées. La paroi externe 130 évolue de l'arrière à l'avant, depuis une courbe concave formant échancrure, comme représenté à la figure 2 jusqu'à une forme pleine, visible sur les sections S4 et S5. Dans la partie arrière du navire, la paroi externe 130 de chaque quille 100 présente une.échancrure 130 dans laquelle vient se loger l'hélice de propulsion 400, en-desous de la ligne de navigation archimédienne (Fa). Bien que cette caractéristique ne concerne pas la présente invention, l'hélice 400 est de préférence relevable. Z cet égard, l'on peut se reporter à la demande de brevet français au nom du Demandeur NO 84-15755 intitulée "Système de relevage d'une hélice de propulsion marine pour navire à effet de surface à quilles latérales". L'évolution des formes de quilles de l'arrière vers l'avant permet d'obtenir le meilleur compromis autorisant à la tois de nautes pertormances en mode ae sustentation et en mode de navigation archimédienne. A titre d'exemple, pour un navire du type précité de 80 mètres de long, on atteint une vitesse di l'ordre de 50 noeuds en mode de sustentation et propulsion par hydrojets, et de 20 noeuds en mode de navigation archimédienne et propulsion par hélices. REVENDICATIONS 1 - Formes de coque pour navire à ertet de surface comportant une structure sustentée du type catamaran munie de deux quilles latérales (100), réunies par une structure centrale (Z00), adapté pour naviguer soit en navigation archimédienne sur coque, soit en sustentation sur coussin drair, les quilles latérales (100) délimitant avec deux dispositifs de fermeture (310, 320) le coussin d'air central de sustentation (C), caractéri sées en ce que chacune des deux quilles (100) comporte un segment de varangue (110), une paroi latérale interne (120), tournée vers le coussin (C), et une paroi latérale externe (130), le segment de varangue étant incliné vers l'extérieur par rapport à l'horizontale et se relevant de l'arrière vers l'avant de la quille jusqu'à un V profond à ltextrême avant la paroi interne (1wu) etant sensiblement verticale à l'avant et à l'arrière et présentant dans sa partie centrale supérieure (170) un renflement, la paroi externe (130) évoluant de l'arrière vers l'avant d'une courbe concave à une courbe pleine, de telle sorte que des performances optimales soient atteintes pour les deux modes de sustentation et de navigation archimédienne. 2 - Navire à effet oe surface selon la revendication 1, carac térisé en ce que l'intersection du segment de varangue (110) et de la paroi interne (120) de chaque quille (100) définit une ligne de quille (160) sensiblement rectiligne, et que, en modes de sustentation, la profondeur d'immersion de la paroi interne (120) au-dessus de cette ligne de quille (160), et en dessous de la ligne de coussin (Nc), reste toujours au moins égale à un minimum pour assurer I'étanchéité laterale du coussin d'air 3 - Navire à effet de surface selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracterisé en ce que le segment de varangue (110) à l'arrière du navire présente une largeur transversale au niveau de laquelle est prévue l'implantation des prises d'eau (181) des hydrojets (180). 4 - Navire à effet de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que le segment de varan gue (1101 et la paroi externe (130) ont une intersection (161) sensiblement rectiligne, et en ce que, à l'arrière du navire l'immersion verticale de la paroi externe (130) est sensiblement rectiligne, et égale à la profondeur d'immersion de la paroi interne pour éviter l'ingestion d'air par les prises d'eau (181). 5 - Navire à effet de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, en navigation archimédienne, au moins une hélice (400) est associée à chaque coque (100) en étant disposée dans l'échancrure arrière défi- nie par la paroi externe (130) en dessous de la ligne de flottaison archimédienne (Fa). 6 - Navire à effet de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le segment de varangue (110) définit de l'arrière vers l'avant une surface réglée du type paraboloide hyperbolique. 7 - Navire à effet de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé- en ce qu'il comporte des fermetures relevables (310, 320) à l'arrière et à l'avant du navire, au droit des zones sensiblement verticales de la paroi interne-de chaque quille (100). 8 - Navire à effet de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracterisé en ce que la partie avant basse (190) de chaque quille (100) est effilée en lame de couteau. 9 - Navire à effet de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le centrage du navire est assuré en navigation archimédienne par la coopération du volume délimité par les renflements (170) des coques engendrant une poussée d'Archimède, du volume arrière réduit des quilles et du volume avant augmenté dans sa partie haute.