Brevet FR2589424A1 — publié le 19870507

DISPOSITIF DE PROPULSION EOLIENNE, NOTAMMENT POUR EMBARCA TIONS OU NAVIRES, CE DISPOSITIF COMPORTANT AU MOINS UN ELEMENT DE VOILURE COULISSANT LE LONG D'EEEMENTS DE GUIDAGE HORIZONTAUX. La présente invention concerne un dispositif de propulsion éolienne notamment, mais non exclusivement, pour embarcations ou navires. D'une manière générale, on sait qu'il existe déjà de nombreux types de gréements destinés à assurer la propulsion de bateaux, ces gréements faisant intervenir une ou plusieurs voiles tendues par des espars dont les principaux sont les mâts soutenus longitudinalement par les étais et latéralement par les haubans, et des éléments tels que des bômes et/ou des vergues. Par ailleurs, on sait que la force aérodynamique exercée sur une voile dépend notamment de la pression dynamique du vent apparent de la surface de la voile, de l'angle d'incidence a du vent sur la voile, de la forme et de la courbure de la voile et de l'état de surface de cette voile. Cette force aérodynamique se décompose en une portance et une traînée Fx' qui a pour double effet de réduire la composante axiale de la force aérodynamique, tandis qu'elle en accroit la force transversale. C'est la raison pour laquelle on s'est toujours efforcé de réduire la traînée en utilisant des voiles présentant des cambrures les mieux adaptées que possible. Or, il s'avère que la forme optimale de cette cambrure varie en fonction de la force du vent et n'est pas symétrique. En outre, les éléments du gréement utilisés tels que les vergues ou même la bôme ne permettent pas d'obtenir cette forme optimale, dans toutes les configurations. C'est la raison pour laquelle les cambrures utilisées sont en général le résultat d'un compromis, de sorte que l'on n'obtient pas toujours la meilleure efficacité de la voile. L'invention a donc tout d'abord pour but de supprimer cet inconvénient. Elle propose un dispositif de propulsion comprenant au moins un élément de voilure à cambrure variable, cet élément de voilure étant en outre agencé de manière à ce que l'on puisse régler son incidence par rapport au vent et rendre optimale sa cambrure en fonction de la force du vent. Selon l'invention, ce dispositif se compose d'au moins deux éléments de support horizontaux tels que des vergues et d'au moins un élément de voilure rigide, semi-rigide ou même souple qui s'étend entre les éléments de support et est monté coulissant sur ceux-ci, le long de deux chemins de coulissement respectifs parallèles l'un à l'autre et présentant chacun un profil déterminé. La largeur de cet élément de voilure est prévue inférieure à la longueur des chemins de coulissement, de manière à ce que cet élément de voilure puisse être déplacé et prendre une multiplicité de positions pour chacune desquelles il présentera un profil de cambrure différent. Par ailleurs, l'expérience montre que la cambrure la plus appropriée d'une voile est celle dite "en aile d'avion", à section mince ou épaisse dont le profil d'extrados présente un rayon de courbure tres faible au niveau du bord d'attaque, puis staccroît- rapidement pour devenir pratiquement infini au niveau du bord de fuite. L'invention a donc egalement pour but un dispositif de propulsion dans lequel l'élément de voilure présente un profil de cambrure en aile d'avion approprié à la force du vent et à son orientation. Ainsi, selon un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, les chemins de coulissement présentent chacun un profil symétrique par rapport à un plan médian transversal, qui résulte de la superposition de deux profilsparfaits en aile d'avion, inversés et décalés axialement l'un par rapport à l'autre. Bien entendu, le dispositif selon l'invention peut comprendre plusieurs éléments de voilure associés à un ou plusieurs couples respectifs d'éléments de support horizontaux. Ainsi, par exemple, ces éléments de support peuvent être montés sur un même mât. Dans ce cas, les éléments de support intermédiaires comprennent avantageusement deux chemins de coulissement, à savoir : un chemin de coulissement supérieur qui coopère avec un chemin de coulissement de l'élément de support situé juste au-dessus et un chemin de coulissement inférieur qui coopère avec un chemin de coulissement de l'élément de support situé juste au-dessous. Ces éléments de support peuvent être rigidement fixés sur le mât ou être articulés sur celui-ci. De même, le mât peut être de type tournant ou fixe en rotation. Selon un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, le mât présente une structure tubulaire et comprend au moins un orifice obturable par des panneaux ouvrants, situe au niveau d'un couple d'éléments de support portant un élément de voilure. Dans ce cas, des moyens sont en outre prévus pour replier et serrer l'élément de voilure au droit des susdits orifices, pour transférer l'élément de voilure ainsi serré, à l'intérieur du mât par ledit orifice puis pour le transporter ensuite à l'intérieur du mât. Bien entendu, ces différents moyens sont agencés de manière à ce que, par un processus inverse, un nouvel élément de voilure soit amené puis engagé dans les chemins de coulissement du couple d'éléments de support. Selon un autre mode d'exécution de l'invention, le mât consiste en un portique comprenant au moins deux montants latéraux verticaux reliés l'un à l'autre par des éléments transversaux horizontaux. Ce portique porte alors une pluralité d'éléments de voilure pouvant coulisser sur un couple d'éléments de support du type susdit, monté pivotant autour d'un axe central vertical solidaire de deux éléments transversaux consécutifs. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique simpli fiée, en perspective, permettant d'illustrer le principe d'un dispositif de propulsion éolienne selon l'invention ;; Les figures 2, 3 et 4 sont des vues schématiques illustrant un mode de tracé des chemins de coulisse ment utilisés dans le dispositif selon l'invention, à l'aide de deux profils en aile d'avion La figure 5 représente un ensemble de dispositifs selon l'invention, monté sur un mât tournant La figure 6 est une vue en perspective d'un portique tournant, supportant une pluralité de dispositifs de propulsion conformes à l'invention Les figures 7, 8, 9 et 10 sont des vues schématiques permettant d'illustrer le principe d'un dispositif de propulsion selon l'invention équipé de moyens facili tant la mise en place ou l'enlèvement d'un élément de voile. Tel que représenté sur la figure 1, le dispositif de propulsion se compose de deux vergues horizontales parallèles 1, 2 montées sur un mât vertical 3, la liaison entre ces vergues 1, 2 et le mât 3 pouvant être une liaison rigide ou même une liaison rotative, par exemple autour d'un axe parallèle au mât 3 et/ou perpendiculaire à celui-ci. De même, le mât 3 peut être fixe ou être monté pivotant autour de son axe longitudinal. Les deux faces 4, 5 en vis-å-vis des vergues 1 et 2 sont équipées de deux chemins de coulissement respectifs 6, 7 parallèles l'un à l'autre et présentant un profil symétrique sensiblement en forme de C qui possède, à ses extrémités 8, 8'-9, 9', un rayon de courbure relativement faible qui décroît vers le centre pour atteindre une valeur pratiquement infinie. Ces chemins de coulissement 6, 7 servent à tenir et à guider les deux bordures horizontales 10, 11 d'un élément de voilure 12 de forme rectangulaire. Ils peuvent consister en des rails sur lesquels peuvent coulisser des galets solidaires de l'élément de voilure 12 ou même en des gorges dans lesquelles viennent s'engager et peuvent coulisser des ralingues prévues sur les deux bordures 10, 11 de l'élément de voilure 12. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à ces deux types de montages coulissants, ces montages pouvant faire intervenir de nombreuses autres dispositions classiques. Par ailleurs, l'élément de voilure 12 présente une largeur inférieure à la longueur des chemins de coulissement 6, 7, de manière à pouvoir être déplacée en bloc d'une extrémité à l'autre des chemins de coulissement 6, 7. Dans cet exemple, l'élément de voilure 12 s'étend entre l'extrémité gauche 8, 8' des chemins de coulissement et un point 13, 13' de ceux-ci situé au-delà de leur région médiane. Dans ce cas, la zone adjacente à la bordure verticale 14 de cet élément de voilure qui est fortement incurvée constitue le bord d'attaque (pour un vent venant de la gauche de la figure), tandis que la zone sensiblement rectiligne adjacente à la bordure verticale 15 constitue le bord de fuite. I1 est clair qu'en déplaçant l'élément de voilure 12 légèrement vers la droite de la figure, la courbure du bord d'attaque va progressivement s'atténuer, tandis que la partie rectiligne adjacente au bord de fuite va s'accroître. I1 devient donc possible d'adapter le profil de cambrure de l'élément de voilure 12 à la force du vent. Si l'on déplace l'élément de voilure 12 vers la droite, jusqu'à ce que la bordure verticale 15 soit disposée à l'extrémité droite des chemins de coulissement, on obtient une disposition inverse de l'élément de voilure 12, la bordure verticale 15 devenant le bord d'attaque (pour un vent venant de la droite), tandis que la bordure verticale 14 joue alors le rôle de bord de fuite. A partir de cette position extrême, il est également possible de modifier le profil de cambrure de l'élément de voilure en le déplaçant légèrement à gauche. Pour une navigation vent arrière, l'élément de voilure 12 pourra être amené en position centrale. Comme précédemment mentionné, le profil le plus approprié des chemins de coulissement résulte de la superposition de deux profils parfaits, en aile d'avion, inversés et décalés axialement l'un par rapport à l'autre. Les figures 2, 3 et 4 illustrent un mode de détermination d'un tel profil. Selon ce mode de détermination, on part de deux profils en aile d'avion identiques 18, 19, disposés à plat sur la face d'intrados 20, 21, les bords de fuite 22, 23 étant jointifs (figure 1). Par un déclalage de ces deux profils 18, 19 l'un vers l'autre, on réalise une superposition partielle, telle que celle représentée sur la figure 3, dans laquelle les deux profils d'extrados 24, 25 se recoupent au point I. On procède ensuite à une rotation des deux profils en aile d'avion 18, 19 autour du point I jusqu'à obtenir une superposition des zones des profils d'extrados adjacentes aux bords de fuite 23, 22 (figure 4). La forme du chemin de coulissement de l'élément de voilure sera alors celle des deux profils d'extrados 24, 25 conjugués. De même, la conjugaison des deux profils d'intrados 20, 21 permet d'obtenir la forme du profil intérieur que devra présenter l'élément de voilure dans le cas où celui-ci est épais. La figure 5 montre un exemple d'exécution du dispositif de propulsion selon l'invention comprenant un mât 30 rotatif autour de son axe longitudinal et portant quatre vergues horizontales, à savoir : une vergue inférieure 31 une vergue supérieure 32 et deux vergues intermédiaires 33, 34. Dans cet exemple, la face inférieure de la vergue supérieure 32 et la face supérieure de la vergue inférieure 31 portent chacune un chemin de coulissement du type de ceux précédemment 2rits. Par contre, les vergues intermédiaires 33, 34 comprennent chacune deux chemins de coulissement respectivement situés sur leur face supérieure et leur face inférieure. Ce dispositif fait intervenir trois éléments de voilure respectivement disposés entre les vergues 32 et 33, les vergues 33 et 34 et les vergues 34 et 31. Les éléments de voilure 36 et 37 occupent ici une position similaire à celle de l'élément de voilure 12 représenté sur la figure 1, tandis que l'élément de voilure 38 a été représenté replié et serré verticalement contre le mât 30, grâce à un déplacement en sens inverse des deux bordures verticales de l'élément de voilure 38. Avantageusement, le mât 30 peut présenter une structure tubulaire et comprendre des ouvertures 40 qui s'détendent axialement entre deux vergues consécutives 41, 42 et peuvent être refermées par des panneaux 43, 44. Dans ce cas, le dispositif pourra en outre comprendre des moyens de transfert permettant de translater l'élément de voilure 45 une fois serré, à l'intérieur du mât puis de le descendre ensuite au bas du mât. Bien entendu, ces moyens de transfert doivent également permettre de monter à l'intérieur du mât un élément de voilure serré, jusqu'au niveau d'une ouverture, puis de le translater et de l'engager sur les chemins de coulissement des vergues correspondantes. Les figures 7 à 10 illustrent le mode opératoire de ces moyens de transfert. Sur la figure 8, l'élément de voilure 45 qui était représenté à l'état déployé sur la figure 7 a été replié et serré au droit d'une ouverture 40 du mât 30 refermée par des panneaux ouvrants 43, 44. Après l'ouverture des panneaux 43, 44 (figure 9) l'élément de voilure serré 45 est translaté (flèches 46) au centre du mât 30 qui a été représenté sur la figure 10, vu de côté, puis vers le bas du mât 30 (flèches 47). La figure 6 représente un autre mode d'exécution du dispositif selon l'invention faisant intervenir un portique 50 monté sur une embase 51 rotative autour d'un axe vertical. D'une façon plus précise, ce portique 50 comprend deux montants latéraux verticaux 52, 53 fixés par leurs extrémités inférieures à l'embase 51, et reliés l'un à l'autre par quatre traverses horizontales 54 à 57. Sur ces quatre traverses 54 à 57 sont montés rotatifs trois axes verticaux 58, 59, 60 portant chacun trois couples de vergues associées à trois éléments de voilure correspondants 1 2 V2, V3-V' , V'2, V 3-V1 V 2 V"3 qui s'étendent respectivement dans les trois espaces libres délimités par les montants 52, 53 et les traverses 54 à 57. I1 est clair que les multiples possibilités de réglage que présente ce dispositif de propulsion (orientation du portique 50 par rapport au navire, orientation des éléments de voilure V1, V2, V3-V11, V'2, V'3-V"1, V"2, V"3 par rapport au portique 50, variation du profil de cambrure des éléments de voilure grâce aux chemins de coulissement des vergues) permettent de faciliter les manoeuvres et d'obtenir de très hauts rendements quelle que soit l'orientation du vent. Une telle solution convient donc particulièrement bien aux grands navires à voile. Toutefois, il convient de noter que l'invention ne se limite pas à ce type d'application. Elle pourrait tout aussi bien s'appliquer à la propulsion éolienne d'engins terrestres ou même à la propulsion et/ou à la sustentation d'engins volants. Revendications 1. Dispositif de propulsion éolienne notamment pour embarcations ou navires, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux éléments de support horizontaux (1, 2) tels que des vergues et au moins un élément de voilure (12) rigide, semi-rigide ou même souple qui s'étend entre les éléments de support (1, 2) et est monté coulissant le long de deux chemins de coulissement parallèles (6, 7) respectivement prévus sur les deux éléments de support (1, 2), et qui présentent chacun un profil prédéterminé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les susdits chemins de coulissement présentent chacun un profil symétrique par rapport à un plan médian transversal, qui résulte de la superposition de deux profils parfaits (18, 19) en aile d'avion, inversés et décalés l'un par rapport à l'autre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la forme des susdits chemins de coulissement est obtenue - en disposant à plat sur la face d'intrados deux profils en aile d'avion identiques (18, 19), les bords de fuite (22, 23) étant jointifs - en réalisant par un décalage de ces deux profils (18, 19), l'un vers l'autre, une superposition partielle dans laquelle les deux profils d'extrados (24, 25) se recoupent en un point (I) ; - en procédant ensuite à une rotation des deux profils (18, 19) autour dudit point (I) jusqu'à obtenir une superposi tion des zones des profils d'extrados (24, 25) adjacentes aux bords de fuite (23, 22), la forme du chemin de coulis sement étant alors celle des deux profils d'extrados (24, 25) conjugués. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un mât vertical (30) fixe ou rotatif, sur lequel sont montés fixement ou sont articulés selon un axe parallèle et/ou perpendiculaire au mât, une pluralité d'éléments de support (31 à 34), à savoir : un élément de support supérieur (32), un élément de support inférieur (31) et au moins un élément de support intermé- diaire (33, 34), et en ce que l'élément de support intermédiaire (33, 34) comprend deux chemins de coulissement, à savoir : un chemin de coulissement supérieur qui coopère avec un chemin de coulissement correspondant de l'élément de support situé juste au-dessus, et un chemin de coulissement inférieur qui coopère avec un chemin de coulissement de l'élément de support situé juste au-dessous. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un mât (30) de forme tubulaire muni d'au moins une ouverture (40) située au niveau d'un couple d'éléments de support (41, 42) du type susdit, ainsi que des moyens pour replier et serrer l'élément de voilure (45) au droit de la susdite ouverture (40) pour transférer l'élément de voilure (45) ainsi serré à lgin.é- rieur du mât par ladite ouverture (40) puis pour le transporter ensuite à l'intérieur du mât (30), ces moyens étant en outre conçus de manière à ce que, par un processus inverse, un nouvel 51 émet de voilure soit amené puis engagé dans les chemins de coulissement des éléments de support. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un portique (50) comportant au moins deux montants latéraux verticaux (52, 53) reliés l'un r S'aulne par des éléments transversaux horizontaux (54 à 57), et en ce que ce portique (50) porte une pluralité d'éléments de voilure (V1 V2, V3,-V'2, V'3-V"1, V"2, V"3) pouvant chacun coulisser sur un couple d'éléments de support respectif du type susdit, monté pivotant autour d'un axe central vertical (58, 59, 60) solidaire de deux éléments transversaux consécutifs. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le susdit portique (50) est monté rotatif autour d'un axe vertical.