Brevet FR2579559A1 — publié le 19861003

L'objet de la présente invention est un dériveur tra-4 associé à un système de guidage simple et précis. Ce dispositif peut avoir des applications diverses. Il peut en particulier constiter un système anti-,gte pour les voiliers. Des dragues dites "paravanes" pour le déminage en mer créées par le Commandant Burney en 1917, ont été mises au point avec plusieurs variantes dont l'appareil Otter qui fut utilisé. Le principe de ces dragues est une disposition de surfaces qui, du fait de leur incidence dans l'eau, tendent à s'éloigner du bord du navire tracteur. Selon ce principe, de nombreuses études ont montré l'intérêt de ces surfaces situées "au vent" d'un voilier, et reliées par des cables ou des bras à la voilure de celui-ci. Cette disposition permet de contrer efficace- ment le couple de gîte du bateau. Cependant, l'utilisation de ces déri- ves tractées n'a pu être réalisée par manque d'un système de guidage digne de ce nom. L'invention, du fait de sa conception et de son mode d'orien- tation permet l'utilisation de ces surfaces tractées. Le dériveur selon l'invention est constitué d'un flotteur et d'une quille de dérive, tracté et dirigé deouis une unité de traction qui peut être un bateau, par le moyen d'un filin ou cable souple. Sa conception répond aux critères de stabilité statique d'un mobile autour de son centre de gravité. Ainsi il retrouve sa position d'équilibre lorsqu'il en a été écarté. Le filin, partant du bateau trac- teur, s'insère dans la gorge d'une roue, circulaire ou non, solidaire du dériveur et retourne vers le bateau tracteur. Lorsque l'on tracte le dériveur, on oriente celui-ci à volonté par le moyen d'une action longitudinale différentielle sur les deux extrémités du filin. - Selon une première variante, la roue 8 libre autour de son axe selon un débattement limité actionne une gouverne par le moyen d'une timonerie et oriente le dériveur dans le même sens que celui de la roue. - Selon une deuxième variante, la rotation de la roue 8 est liée à l'orientation du dériveur 1 soit directement soit par le moyen d'une transmission mécanique lorsque le dériveur 1 ne possède pas de gouverne 4. L'action longitudinale différentielle du filin sur la roue peut être manuelle ou liée à langle de gâte du bateau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion qui suit, de divers modes d'exécution de celle-ci, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés dans lesquels: - Figure 1, est un dessin schématique montrant un dériveur associé à un gouvernail, tracté par un voilier. Les proportions ne sont pas toujours exactement respectées pour plus de clarté. - Figure 2 A, est une vue du dessus qui montre le disposi- tif d'orientation du gouvernail. - Figure 2 B, est un diagramme des forces en présence. - Figure 2 C, est un diagramme de variation de la résul- tante hydrodynamique R en fonction de l'angle d'incidence i. - Figure 3, est une coupe perpendiculaire à l'axe de roulis qui met en évidence la stabilisation latérale du dériveur, et la dispo- sition des poulies de guidage du filin. - Figure 4, est un diagramme de variation du coefficient de moment Cm en fonction de l'angle d'incidence i. - Figure 5, est une vue de la partie haute du mât du bateau tracteur qui montre un dispositif de variation de hauteur des supports du filin. - Figures 6A et 6B, sont une vue de profil et du dessus montrant la disposition et le secteur des routes possibles pour un aéros- tat de type ballon libre associé à un dériveur. - Sur la figure 1, on voit le dériveur tracté 1, constitué d'un flotteur 2, d'une quille de dérive 3, convenablement profilée, et d'une gouverne 4, qui dans cet exemple est un gouvernail. La liaison avec l'unité de traction qui est ici le voilier 5, est assurée au moyen du filin 6. Ce filin 6 dévié par les poulies 7a et 7b s'insère dans la gorge de la roue 8, et est fixé dans celle-ci sur sa partie postérieure en un point 9, neutre par rapport au débattement possible de cette roue. Cette roue 8 a son axe de rotation 11 confondu avec l'axe de lacet 14 (figure 3), et a un débattement limité de part et d'autre de l'axe lon- gitudinal 13 du dériveur 1 par des butées mécaniques situées par exemple en 10a et 0lob. Cette roue actionne une timonerie 10 qui agit sur le gouvernail 4, dans un sens tel que le dériveur suive la rotation de la roue 8. Cette timonerie peut être réalisée par le moyen de deux brins croisés 10, qui actionnent un palonnier solidaire du gouvernail 4. Elle peut aussi être constituée de biellettes etc... Pour vérifier les critères de stabilité statique du disposi- tif on peut associer trois axes perpendiculaires entre eux, et liés au dériveur 1 autour desquels: - la stabilité longitudinale autour de l'axe de tangage 12 figure 2A est réalisée par le moyen du flotteur 2. la stabilité latérale autour de l'axe de roulis 13, fig. 3 est assurée lorsque le vecteur traction T du filin 6 s'oppose à la résul- tante hydrodynamique R. On réalise cette condition par le moyen d'un bras 15, libre autour de l'axe 11, associé aux poulies 7a et 7b, qui reprend en son extrémité l'action du brin immergé 16. Cependant, il est possible de renforcer la structure du bras 15 et de l'axe 11 de telle sorte que l'on puisse supprimer le brin immergé 16. La disposition du bras 15 Permet aussi un passage aisé du filin 6 d'un bord à l'autre du flotteur 2. - la stabilité autour de l'axe de lacet 14, figure 2B, est réalisée par une disposition telle que le vecteur traction T s'applique sur la corde du profil de dérive 3 à l'avant d'un point F défini comme étant le foyer du profil de la dérive 3. Sur la figure 2B, on voit que l'ensemble des moments quand il y a équilibre est: MtR + MtT = O La valeur de R résultante pour la vitesse Vo est: R = X 9 SVo2Cr et MtR = v y SVo2Crd avec f = masse volumique du fluide, S = surface de référence du plan de dérive 1, Cr = Coefficient dépendant de la forme du profil, d = Distance du pied de R au bord d'attaque 17 sur la corde du profil de dérive 3. Si nous posons Cr x d = Cm x l, avec 1 = longueur arbitraire de la corde du profil de dérive 3, on a M R = p SVo Cml. Des essais ont notamment permis de tracer le diagram- me de la figure 4: Cm = f(i) qui représente la variation de coefficient de moment Cm en fonction de l'angle d'incidence i du profil de dérive 3. Par convention, les coefficients Cm négatifs tendent à diminuer i et inversement. Ainsi la stabilité de route du dériveur 1 est liée à la valeur du rapport dC qui existe pour chaque valeur de l'incidence i. On démonte en i quidCm On démontre en aérodynamique, que pour qu'il y ait stabilité ( di négatif) le point d'équilibre des forces 14 doit se trouver sur la corde du profil de dérive 3, à l'avant d'un point F que l'on nomme foyer. Des essais ont montré que généralement F e 0,3 x 1 à compter du bord d'attaque 17. On réalise cette condition en positionnant l'axe de la roue 8 et éven- tuellement le brin immergé 16 en un lieu de la corde du profil de déri- ve 3 tel que le point d'application des forces de tension T soit situé à l'avant du foyer F. On note que la disposition d'un gouvernail 4 sur la partie arrière.du dériveur 1 fait reculer la position du foyer F et augmente la stabilité statique. Le gouvernail 4 agit pour orienter le dériveur t conformément au sens donné par la foue 8. Lorsque le dériveur 1 est en mouvement dans l'eau à la vi- tesse Vo, on voit sur le diagramme 2B que la tension du filin 6,vecteur T se trouve opposée à la résultante des forces hydrodynamiques vecteur R. Lorsqu'il y a équilibre, la composante Tp de T sur l'axe de roulis 13, s'oppose exactement à la composante Rx de R sur ce même axe. Lorsque T ne s'oppose plus exactement à R, l'équilibre est rompu: Tp n'est plus exactement égal à RX, et la vitesse du dériveur augmente ou diminue Jusqu'à trouver un nouvel équilibre suivant un nouvel angle A (Fig.2C) ou une nouvelle vitesse Vo. Le vecteur T faisant l'angle A avec l'axe de roulis 13 s'oppose à la résultante R qui décrit la courbe polaire 18, suivant les différentes valeurs de l'incidence i du profil de dérive 3. On retrouve une courbe polaire symétrique lorsque T est sur le bord op- posé. Il n'est pas souhaitable de dépasser l'incidence im correspondant à la valeur maximum de la projection R sur l'axe de tangage 12. On réa- lise cette condition en limitant le débattement du filin 6 de part et d'autre du neutre par des butées mécaniques situées par exemple en 6a et 6b. Ainsi en régime stabilisé, l'angle A ne pourra dépasser la valeur Am qui correspond sensiblement à l'incidence im. Lorsque la roue 8 agit sur le dériveur 1 par l'intermédiaire du gouvernail 4, l'action de ce gouvernail fait pivoter le dériveur 1 autour de l'axe de lacet 14. Ainsi toute rotation dans un sens de la roue 8 selon un angle A quelconque fait braquer le gouvernail 4, et le déri- veur 1 s'oriente vers la valeur de l'angle A sélecté depuis le position- nement longitudinal des extrémités du filin 6. La roue 8 étant solidaire du seul mouvement du filin 6, tout écart de route du dériveur 1 dans un sens détermine une rotation relative de la roue 8 qui braque le gouver- nail 4, et fait revenir le dériveur 1 vers l'angle A initial. Ceci engendre une grande stabilité dynamique. 257 9559 Selon la deuxième variante lorsque le dériveur 1 ne possède pas de gouvernail, la roue 8 est disposée de la même façon que précedem- ment mais sa rotation est liée au dériveur 1 soit directement soit par le moyen d'une transmission mécanique. La dite roue 8 oriente le déri- veur 1 selon la direction sélectée par le filin 6. L'action est moins souple et limitée aux petits modèles de dériveur 1. Le dériveur 1, suivant l'invention, peut contrer efficace- ment le couple de gîte du voilier 5, quand on positionne le filin 6 sur le mât 19 selon des hauteurs différentes (fig. 1). Lorsque le voilier 5 gîte sous l'effet du vent 20, la partie du filin 6 la plus haute sur le mât 19 fait tourner la roue 8 dans un sens qui augmente l'incidence i, et la résultante R suit la courbe 18 (figure 2C). La tension T qui s'op- pose à R augmente de même, et contre le couple de gite du voilier 5. Pour naviguer sur les deux bords, le voilier 5 peut disposer de deux dériveurs similaires, un pour chaque bord. Cependant il est possible d'utiliser un seul dériveur 1 qui passe d'un bord à l'autre sur l'arrière du bateau tracteur 5. Pour les voiliers il faut prévoir d'inverser le positionne- ment du filin 6 sur le mât 19 pour avoir un sens de réaction correcte à la gite. Ainsi (figure 5) on dispose les supports 21 et 22 des deux par- ties du filin 6 dans des glissières verticales 23 et 24, fixées de part et d'autre du mât 19. Ces supports coulissent librement dans leurs glis- sières respectives. Ils sont reliés entre eux par un brin 25, de longueur déterminée-, qui contourne le haut du mât 19 sur la poulie de renvoi 26. Chaque support 21 et 22 peut ainsi occuper alternativement une position haute ou basse lorsque l'on actionne la manoeuvre 27 ou 28 correspondante. Pour que le dispositif fonctionne dans le bon sens, le support haut cor- respond à la partie du filin 6 qui se place sur la partie postérieure de la roue 8, et l'inversion de la hauteur relative des supports 21 et 22 se fait lorsque le dériveur 1 se trouve sur l'arrière du bateau 5. Le dériveur 1 selon l'invention, peut être le support privi- légié d'expériences ou de recherches en mer. En géophysique maritime par exemple, on peut équiper le flotteur 2 d'un ou plusieurs dériveurs tractés 1, avec des appareils d'émission et de détection divers. Sa faible dimension, l'absence d'hélice de propulsion, sa maniabilité, et son éloi- gnement du bord du navire tracteur, font que le dériveur 1 peut évoluer dans les zones de faibles perturbations accoustiques induites par le navire.On se trouve ainsi dans les meilleurs conditions de propagation. Il est possible d'utiliser le dériveur 1 suivant l'inven- tion, associé à un aérostat de type ballon libre (Fig. 6A, 6B). Lorsque le ballon libre 29 se trouve à faible hauteur au dessus des flots, on peut orienter sa route à l'intérieur d'un secteur vent arrière 30 au moyen d'un dériveur 1. Cette facilité lui permet de se diriger par exem- ple vers des zones de vent plus favorable. REVENDICATIONS I Dériveur 1 tracté par un filin 6 constitué essentiel- lement d'un flotteur et d'une quille de dérive 3, caractérisé par le fait que le filin 6 oriente une roue 8, circulaire ou non, dont l'axe 11 correspond à l'axe de lacet 14, et que ce dériveur 1 est conçu pour répondre aux critères de stabilité statique d'un mobile autour de son centre de gravité. II - Dériveur 1 selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la roue 8, libre autour de son axe 11, selon un débat- tement limité par les butées mécaniques 10a et 10b, actionne une gou- verne 4 par le moyen d'une timonerie 10, telle que le dériveur 1 s'oriente suivant le sens donné par la dite roue 8. III - Dériveur 1 selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la rotation de la roue 8 est liée à l'orientation du dériveur 1, soit directement, soit par le moyen d'une transmission méca- nique lorsque le dériveur 1 ne possède pas de gouverne 4. IV - Dériveur 1 selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le filin 6 s'insère autour de la roue 8, et se fixe sur sa partie postérieure en un point 9 qui correspond à l'axe longitudinal 13 du dériveur 1 lorsque la roue 8 est au neutre. V - Dériveur 1 selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fixe l'axe 11 de la roue 8 et éventuellement le brin immergé 16 sur le plan de dérive 3, selon des points tels que l'axe de traction T du filin 6 s'exerce à l'avant d'un point T défini comme étant le foyer du profil de dérive 3. VI - Dériveur 1 selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la stabilité latérale autour de l'axe de roulis 13 est réalisée par le moyen d'un bras 15, libre autour de l'axe 11 associé aux poulies de guidage 7a et 7b qui reprend en son extrémité l'action du brin immergé 16 de telle sorte que l'axe de traction T soit opposé à la résultante hydrodynamique R, le brin 16 pouvant être supprimé lors- que l'on renforce la structure du bras 15 et de l'axe 11. VII - Dériveur 1 selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on obtient une rotation de la roue 8 en fonction de la gite d'un bateau 5, lorsque l'on positionne les deux parties du filin 257 9559 6 sur la superstructure 19 du bateau 5 selon des hauteurs différentes VIII - Dériveur 1 selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'en régime stabilisé,l'angle qui existe entre l'axe longi- tudinal du dériveur 1 et l'axe de traction T des deux parties du filin 6 ne peut dépasser une valeur maximum Am par le moyen des butées mécani- ques 6a et 6b qui limitent le débattement du filin 6. IX - Dériveur 1 selon la revendication 1 caractérisé par le fait que son flotteur 2 est le support d'appareils d'émission et de détection divers qu'on peut faire évoluer et fonctionner dans les zones de faibles perturbations accoustiques induites par le navire tracteur. X - Dériveur 1 selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on associe ce dériveur 1 à un aérostat de type ballon libre 29, Pour orienter sa route à l'intérieur d'un secteur vent arrière 30. XI - Dériveur 1 selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le positionnement du filin 6 sur la superstructure 19 peut varier en hauteur par le moyen de deux supports 21 et 22, libres dans des glissières verticales 23 et 24; supports 21 et 22 reliés entre eux par un brin 25 qui contourne le sommet du mât 19 sur la poulie de renvoi 26, et actionnés depuis le bateau 5 par les manoeuvres 27 et 28.