Brevet FR2581961A1 — publié le 19861121

ta présente invention concerne une structure de voilure à pro- i l d'aile évoquant un fuseau sphérique, destinée à tracter ou à sou- lever des charges diverses et tirant son énergie du vent. Il existe actuellement trois familles de voilures ayant dépas- sé le stade expérimental. La plus ancienne est la voilure des bateaux et chars à voile qui est composée d'un mtt vertical et de voiles fixées sur lui. Ce système pose de nombreux problèmes comme la ten- dance du voilier à pencher (composante de gtte) compensée par du lest sur les monocoques et une grande largeur sur les multicoques, comme encore la médiocrité du rendement du pla de voilure qui provient, d'une part de sa réversibilité obligatoire quand le voilier change de bord par rapport au vent, d'autre part des perturbations produites par les mouvements du bateau dans la mer, comme enfin le poids, la complexité et donc le prix élevé que représente un mgt très élancé maintenu par un système complexe de cebles supportant les efforts démultipliés des voiles. La seconde famille de voilures est celle des planches à voile et dérivés qui diffère de la première par son pied de mât articulé et son wishbone permettant à une personne d'incliner la voilure au vent en se penchant en arrière et ainsi de réduire considérablement la tendance de gtte. Lais ce système présente, entre autres incon- vénients, la particularité de ne s'appliquer qu'à de petits engins difficiles à mattriser. En ce qui concerne la dernière famille, on peut dire que les deltaplanes et autres paraplanes dont la voilure agit dans le plan horizontal sont en général pourvus de superstructures rigides, encombrantes et relativement lourdes dont dépendent un prix élevé, des performances et des possibilités d'utilisation restreintes. Il existe cependant une nouvelle génération de voilures encore O au stade expérimental, utilisées sous forme de cerf-volants, c'est- à-dire reliées à la charge uniquement par des filins généralement en nombre limité. Ces voilures ont théoriquement de nombreux avan- tages: elles soulagent le voilier au lieu d'enfoncer son côté sous le vent (effet de sustentation), elles ont un rendement excel- lent du fait qu'elles ne sont pas sujettent aux mouvements pertur- bateurs du voilier, qu'elles bénéficient du vent plus fort et régulier en altitude et surtout qu'elles ont un profil irréversible du fait qu'elles pivotent pour se présenter toujours sur la même face. Pourtant, dans la pratique, on se rend compte que ces voilures sont confrontÂes à de nouveau- problmcs qui en réduisent l'intért: les systèmes de cerf-volants superposeo, on chatne, posent de grandes difficultés de déploiement lors du lancement qui s'effectue forcément à terre: ceux, maintenus déployés par une armature rigide, sont relativement lourds et encombrants ceux, gonflables ou non, dont la forme ne tient que par un réseau complexc de fils sont d'une utilisa- tion délicate et contraignante. Par ailleurs, ces voilures ont pour la plupart un profil aérodynamique médiscrc car soumis à des impéra- tifs d'ordre secondaire souvent très complc:exes. L'aile propulsive selon l'invention, de par sa forme épurde, remédie à ces inconvénients. En effet, cette aile qui 6voque un fuseau sphérique, permet grIce auZ efforts minimes qu'elle impose à la structure l'utilisa4tion d'une armature gonflable. Cette armature contenant de l'air souc pression est conçue et calculée pour s'in- tégrer parfaitement à la forme de l'aile sans gêner l'écoulement dc l'air. Elle comporte une latte d'attaque de forme sensiblement demi-circulaire et plusieurs lattes transversales à la première, toutes étant de section ronde. E'le est enveloppée dans un tissu léger et résistant agencé de façon à lui donner un profil d'aile d'avion à rendement maximum. Cetto aile est donc d'une grande légè- reté et d'un encombrement très réduit, une fois dégonflée et pliée. Chaque pointe de l'aile reçoit un long filin fizé à la charge à tracter, permettant ainsi de diriger l'aile. Afin de l'adapter à différentes forces de vent, il est possible de réduire la surface de la voile en enlevant la partie arrière du tissu par un moyen approprié comme par exemple une fermeture à glissière. Enfin, de par la flottabilité importante apportée par l'armza- ture et la simplicité du système de commande, l'envol étant extrê- mement simple à réaliser même sur l'eau, cette aile pourra être contrôlée par un utilisateur monté sur un ou deux patinsdisposant d'une poulie attachée à son harnais et dans laquelle passe un seul filin relié aux deux pointes du fuseau. L'aile propulsive sera détaillée en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples et sur lesquels: la figure 1 représente, en perspective, l'aile selon l'invention. la figure 2 représente, en coupe, le profil de l'aile. la figure 3 représente, de face, l'aile selon l'invention. la figure 4 représente, en perspective, l'armature gonflable. La figure 5 représente, en coupe, une variante de profil avec système de réduction de voilure. La figure 6 représente, de profil, l'aile selon l'invention. Les figures 7, 8 et 9 représentent les trois étapes de la méthode graphique de tracé des laizes. La figure 10 représente l'utilisation la plus sportive en milieu nautique. L'aile est toujours représentée gonflée par le vent. Sa taille peut varier énormément selon l'utilisation, de moins d'un demi-mhtre carré comme Jouet d'enfant à plusieurs dizaines voire centaines de mètres carrés pour les charges lourdes. La forme du profil peut varier également. La figure 1 donne une vue globale de l'aile. Celle-ci, en forme de fuseau sphérique comportant un bord d'attaque (1) et un bord de fuite (2),est matérialisée par une armature gonflable (3 et 4) recou- verte d'une enveloppe souple (5) en extrades (S) comme en intrados (I). Chacune de ses pointes (6) reçoit par l'intermédiaire d'une plaquette (7) un filin de commande (8) relié à la charge. Cette aile fonctionne aérodynamiquement parlant comme une aile d'avion ainsi que le montre la figure 2, c'est-à-dire qu'elle négocie le vent avec un faible angle d'incidence (i), créant une pression sur le c8té intrados (I) et une dépression sur le côté extrados (S), le vent se déplaçant de l'attaque (1) vers la fuite (2). La différence essentielle avec une aile d'avion est que celle-ci est plane vue de face et l'aile selon l'invention sensiblement demi-circulaire, ce qu'illustre la figure 3. L'intérêt principal de cette forme provient du fait qu'elle impose un minimum d'efforts à l'armature. De plus, cette forme se suffit à elle- même, elle se passe de tout appendice de structure. En effet sa surface se décompose schématiquement en trois parties. Une partie centrale qui développe la force propulsive (P), l'aile à proprement parler, et deuz parties situées auz extrémités. Ces dernières représentent environ un tiers de la surface totale et ont trois fonctions: Elles servent de gouvernes, c'est-à-dire qu'elles donnent la stabilité longitudinale de l'aile. Elles produisent une force (T) qui écarte les pointes et maintient ainsi la structure déployée. Elles servent de plaques d'extrémité à la partie propulsive (P) de l'aile, c'est-à-dire qu'elles limitent au maximum les pertes de pression en intrados (I), et donc le comblement de la dépression en extrados (S) (problème de l'aile classique). C'est pourquoi on peut les qualifier de gouvernes "dynamiques". Mais aucune voile ne peut se présenter avec un angle d'inci- dence faible par rapport au vent si elle n'est maintenue dans sa forme souhaitée par une armature appropriée. L'armature de l'aile propulsive représentée à la figure 4 est gonflable à l'aide d'un gonfleur de canot pneumatique par exemple, par un ou plusieurs orifices (9) munis de bouchons et accessoirement de valves anti- retour. La pression nécessaire est relativement faible. On peut remplacer l'air par 1'n gaz plus légerpour faciliter l'envol de l'aile dans des vents faibles par exemple. Les lattes sont de section ronde. Leur forme est calculée pour s'intégrer au profil. Elles peuvent 8tre fabriquées selon deux optiques: soit une gaine plus une chambre à air, soit une chambre à air seule, inextensible. Le matériau doit être souple et résister de façon satisfaisante à la tension et aux pliages répétés. Enfin, les lattes peuvent être toutes reliées entre elles, ne nécessitant qu'un orifice de gonflage, ou séparées et en disposant chacune d'un. La latte d'attaque ( a) a une longueur égale à celle du bord d'attaque. Son diamètre (d) (fig. 2) est proportionnel à la longueur du profil (1) et ceci en tous points de l'aile. Cette latte s'ame- nuise dont vers les extrémités pour finir en -ointe, ce qui lui donne, vue de face, une forme de croissant (fig. 35). Son r8le est d'empêcher le bord d'attaque (A) de se dérober et ' toute l'aile de se déformer, ce qui perturberait fortement le contrôle de vol. Les lattes transversales (4), ot une longueur égale à la longueur du profil à l'endroit o elles sont placées moins l'épais- seur de la latte d'attaque sur laquelle elles viennent buter. Leur nombre varie suivant la taille de l'aile, l'épaisseur et la souplesse du tissu. Dans un cas de réalisation o la surface était de 4 M et le tissu de 100 gr/m2 ces lattes étaient au nombre de trois espacées régulièrement. Leur r8le est d'empocher le tissu de plisser. Elles travaillent donc surtout en compression. Cette armature reçoit, comme représentée sur la figure 2, une enveloppe (5) confectionnée dans un matériau souple et léger, tissu synthétique ou feuille plastique, peu déformable, peu Imprégnable i'eaux convenablemct résistant à la déchirure et à l'usure. Cette enveloppe entoure totalement l'armature, faisant disparaître celle- "i. Ces deux dernières sont fixées ensemble par tous leurs points de contact. Une couche de tissu recouvre le dessus de l'armature et forme l'extrados (S), une autre recouvre le dessous et forme l'in- trados (I) qui peut être droit ou concave. Elles se rejoignent à l'arrière et sont fixées ensemble. Dans une version différente illustrée aux figures 5 et 6, on peut disposer avec une même aile de deux surfaces de voilure suivant la force du vent. Pour cela, il faut fixer une fermeture à glissière (10) dans le sens de la longueur de l'aile, généralement au tiers arrière, afin d'obtenir au besoin une aile plus étroite. A titre d'exemple une aile de 6 m2 peut être ramenée à 4. Cette solution s'avère très pratique à condition de fixer l'enveloppe intrados au niveau de la fermeture à glissière, ou de la supprimer, ce qui réduit légèrement les performances de l'aile. En outre il faut prévoir dès l'ébauche du profil que cette réduction de voilure ne change pas l'équilibre de l'aile. Enfin, pour obtenir de bonnes performances en vol, l'aile a un rapport longueur de l'aile/longueur maximale du 2C profil supérieur à 2, la longuer de l'aile étant la longueur de l'enveloppe (5) entre les deux pointes (6). L'aile, accrochée par deux points, est en situation d'équili- bre stable en vol lorsque son angle d'incidence par rapport au vent nommé (i) rend laminaire l'écoulement de l'air autour du profil. L'angle (i) doit être très faible pour permettre un bon cap ou angle de remontée par rapport au vent. Pour parvenir à ce résultat, il faut que les pointes (0)(fig. 7) soient dans le prolongement de la force (R), résultante des forces de poussée et de tratnée, (R) étant située à 42 % de la longueur du profil. Ce pourcentage peut varier suivant la forme du profil dans de faibles proportions. La surface de l'aile étant courbe dans les deux sens, donc non développable, et le pourcentage devant être respecté impérativement, il devenait impossible de fabriquer de manière archalque une aile de forme par- faite. C'est pourquoi a été mise au point une méthode par projection graphique représentée aux figures 7, 8 et 9, permettant de connaltre la forme exacte des laizes ou pièces de tissu qui, assemblées sui- vant une disposition radiale, forment l'enveloppe. Par cette méthode la forme du profil est respectée en tous points de l'aile. Sur la figure 7, les traits pleins représentent l'aile vue de c8té. Le nombre de laizes et la forme du profil sont choisis de fa- gon arbitraire. Soient (0) une des pointes de l'aile, (AA') l'axe délimitant l'avant du profil et parallèle à (00'), (AE) la longueur du profil. La surface (OAB) représente la latte d'attaque; (OBC), (OCD) et (ODE) étant les laizes. Le point (O'), projection orthogo- nale de (0) sur la droite (AE) est tel que A0'= 42 % de (AS). La projection se fait à partir d'un point (X) fictif situé dans l'ali- gnement de la droite (0'0) tel que O'X = B0. La figure 8, calquée sur la figure 7, est une coupe du profil choisi ( uniquement l'extrados pour la démonstration actuelle). On trace trois droites (BC), (CD) et (DE) qui représentent le profil obtenu après assemblage des laizes ( plus les laizes sont nombreu- ses, plus le profil obtenu se rapproche du profil souhaité). On projette du point (X) une perpendiculaire sur chacune de ces droi- tes. On obtient les points d'intersection (xi), (x2) et (x3). La figure 9, issue de la figure c, représentée ici à l'échel- le 1/2, donne la forme exacte des laizes. On reproduit les trois droites (BC), (CD) et (DE) horizontalement avec les points (xl), (x2) et (x3). On trace des verticales à ces trois points qui s'ar- rêtent aux extrémités (O) de l'aile. Pour chaque laize, on trace deux arcs de cercle partant des extrémités (0) et passant par les points (B), (C), (D) et (3). Dans cet exemple, (C) étant confondu avec (xi), on obtient une droite à l'arrière de la première laize. Les laizes sont assemblées suivant les flèches, bord contre bord, de telle façon que les extrémités (0) se rejoignent en un mgne point, par collage, couture, ou autre moyen approprié.Elles sont ensuite fixées à l'armature. Cette méthode de fabrication par lai- zes assemblées exige peu dé moyens matériels pour une réalisation artisanale. Cependant d'autres techniques de fabrication sont en- visageables industriellement, comme par exemple le thermoformage de feuilles souples en matéraux divers sur un moule ayant la forme de l'aile. D'autre part, afin de permettre un réglage très précis de l'angle d'incidence (i),chaque pointe peut-être munie d'une plaquet- te (7) percée de plusieurs trous, sur laquelle vient se fixer le fi- lin (8). Si celui-ci est attaché vers l'arrière de la plaquette, l'angle (i) devient fort, et s'il est attaché vers l'avant, (i) derient fin. L'angle (i) ne varie quasiment pas suivant la force du vent, *--ept-_ par vent faible, lorsque le poids de l'aile influe sur son colortement. Le filin (8) doit être léger, résistant et s'allonger le moins possible. Sa longueur ne répond pas à des impératifs particuliers. Toutefois, il1 faut savoir que le vent est plus stable et fort en al- titude mais que le poids du filin et sa prise au vent peuvent inter- férer sur le contrôle de l'aile. C'est pourquoi une longueur de quel- ques dizaines de mètres pour des ailes de moins de 10 à 20 m2 parait convenable pour l'utilisation sous forme de cerf-volant. Lorsque la charge -à tracter est un engin, l'aile est reliée à celui-ci par un seul filin passant dans une ou plusieurs poulies. Lorsque la charge à tracter est l'utilisateur monté sur un encn. de faibles dimensions, le filin (3) est utilisé comme on peut le voir à la figure 10 pour régler l'aile dans la direction souhaitée. Chacun de ses bouts rejoint une des pointes (6) de l'aile. Il passe dans une poulie à émérillon (11) qui tourne sur elle-même librement, fixée au harnais (12) que porte l'utilisateur. La force propulsive fournie par l'aile se répercute par le filin (3) sur la poulie (11) 2C puis l'utilisateur, mais celui-ci n'exerce que très peu d'efforts pour diriger l'aile car les tensions sur le filin sont toujours éga- les de chaque c8té de la poulic. L'émérillon permet à la poulie (!1) de tourner sur elle-m9me afin d'éliminer les tours dans le filin provoqués par l'aile lors des manoeuvres d'envol notamment. 2c; Avec cette aile insubmersible et son système de commande, l'en- vol sur l'eau ou à terre est extrêmement aisé et ne demande aucune air. extérieure. Dans son utilisation la plus sportive en milieu nau- tique, l'utilisateur est équipé d'un ou deux patins spéciaux (13) dc surface réduite ( moins de 0,3 au total). Ceci est possible gr- 3C ce 3 la voilure puissante et sustentatrice, totalement indépendante des patins. Ceux-ci sont de flottabilité minimum, l'utilisateur de- vant avoir les pieds sous la surface de l'eau lors des manoeuvres de démarrage; ils sont dépourvus d'appendice de direction comme par exemple un aileron fixe, car la navigation cse fait sur la carre (sur la tranche du patin). Enfin ils sont munis de cale-pieds inté- graux, permettant à l'utilisateur d'agir sur eux en toutes circons- tances. Ainsi, alors qu'il est presque complètement immergé, l'uti- lisateur oriente ses patins vers l'aile, fait décoller celle-ci. La 258196-1 e force développée, en grande partie ascencionnelle, fait sortir l'uti- lisateur qui incline son patin sur la carre pour se diriger. Dans une utilisation en vol, une personne suspendue à l'aile par l'intermédiaire ad'un harnais approprié, utilise le mime systè- me de commande décrit précédemment (fig. 10). Cette aile peut servir à la traction ou à la sustentation d'une personne, d'une charge, d'un engin sur l'eau, sur le sol ( neige, glace, herbe, sable, etc...) ou en l'air. Parmi ses nombreuses ap- plications possibles, les plus évidentes concernent les sports de 1C glisse, le yachting, 1 vol à vcile. REVENDITCLTIONS 1) Aile propulsive caractérisée en ce que sa forme évoque un fu- zcau sphérique dont l'un des bords représente le bord d'attaque (1) et l'autre le bord de fuite (2), matérialisée par une armature gon- flable composée d'une latte d'attaque (3) et de lattes transversa- les (4), enveloppée dans un tissu léser et réristant (5) agencé de façon à obtenir le même profil aérodynami;ue d'une pointe à l'autre de l'aile, celles-ci recevant un filin de commande (à) relié à la charge à tracter ou à sustenter. 2) Aile propulsive selon la revendication 1 caractérisée en ce que C les lattes, de section ronde et gonflées de gaz sous pression s'in- t2grent parfaitement au profil, la latte d'attaque (3) ayant la for- me d'un croissant et les lattes transversales (4) la courbure de l'extrados (S) de l'aile. 3) Aile propulsive selon la revendication 1 ca.actriz.e cn ce que =5 l'enveloppe souple (5) entoure totalement l'armature cour former un profil Apais. %) lile propulsive selon la revendication 1 caractérisée en ce qtc chaque pointe (6) de l'aile est équirée d'une plaquette de réglage (7) percée de plusieurs trous. 2C 5) ile propulsive selon les revendications 1 ou 4 caractérisée en ce qu'un filin (a) passant dans une noulie à émérillon (11) fixée sur la charge, est attaché par ses extrémités à chaque pointe (6). g) Aile propulsive selon la revendication 3 caractérisée en ce que la partie arrière de l'unvelopre (5) esz+ amovible par fermeture à Zl1ssire (10). 7) Aile propulsive sel!n la recendicatio3n 3 caractéricée en ce qu'une méthode graphique de projection or:h- onale à partir d'un point C terminé vers les segents du profil recherche permet de con- nattre la forme exacte dez laiscs qui: assemblies suivant une dispo- 3C sition radiale, forment l'enveloppe. C) Aile propulsive selon les revendications 1 ou 5 caractérisée en ce que la poulie à émérillor. (11) est fixée sur l'utilisateur par l'intermédiaire d'un harnais (12). 9) Aile propulsive selon la revendication S caractérisée en ce que l'utilisateur est monté sur un ou deux patins (13) munis de cale- pieds intégraux. ) Aile propulsive selon la revendication 9 caractérisée en ce que les patins nautiques ont une surface totale inférieure à 0,3 m2 et une flottabilité minimum.