Brevet FR2587967A1 — publié le 19870403

"Aile portante à immersion contrôlée L'invention concerne une aile portante à immersion contrôlée pour bateaux et plus particulièrement pour voilier hydrofoil. Pour qu'un bateau ou engin à hydrofoil sorte de l'eau il faut que les forces de sustentation développées par les ailes portantes équilibrent le poids du bateau. D'une manière générale, le comportement d'une aile portante dans l'eau est identique à celui d'une aile d'avion dans l'air à condition que l'aile portante soit suffisamment immergée pour ne pas avoir tendance à aspirer l'air ce qui provoque des perturbations dans le comportement de l'aile portante connues sous le nom de ventilation. La présente invention a pour but de créer une aile portante à immersion contrôlée, permettant de maintenir l'aile portante à une profondeur sous l'eau idéale pour éviter les problèmes dus à la ventilation, provoquant une chute brutale des forces de sustentation et une augmentation sensible de la trainée. A cet effet, l'invention concerne une aile portante à immersion contrôlée pour bateaux et plus particulièrement pour voilier hydrofoil, caractérisée en ce qu'elle est solidaire d'un bras articulé relié à un dispositif de réglage automatique de la profondeur d'immersion de l'aile portante par réglage de l'angle d'incidence de l'aile portante immergée entre une position angulaire minimum et une position angulaire maximum en fonction de la quantité d'eau sous pression admise dans le vérin de réglage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le bras articulé est logé dans un mât-support solidaire de la coque du bateau, l'extrémité libre du mât portant le bras articulé. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le bras articulé est monté directement dans la coque du bateau. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de réglage automatique de la profondeur d'immersion de l'aile portante est constitué d'un circuit utilisant la pression hydrodynamique de l'eau, ce circuit comportant essentiellement au moins une prise d'eau coopérant avec le vérin dont le piston est raccordé au bras articulé pour faire pivoter celui-ci et modifier l'angle d'incidence de l'aile portante par ce mouvement de pivotement du bras articulé. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le circuit comporte un clapet de surpression pour limiter la pression utile dans le vérin. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le clapet comporte un orifice d'évacuation des bulles d'air comprises dans l'eau admise par la prise d'eau. Suivant une autre caractéristique de ltin- vention, un clapet de pression minimum est disposé dans le circuit pour que l'angle d'incidence de l'aile portante ne commence à augmenter qu'à partir d'une vitesse légèrement inférieure à la vitesse prévue pour le décollage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le diamètre du piston est calculé en fonction de la pression dynamique correspondant à la vitesse de décollage du bateau et du couple de rappel du bras articulé. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le piston est pourvu d'une fuite calibrée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la prise d'eau est disposée au-dessus de l'aile portante. La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un mode de réalisation de l'aile portante à immersion contrôlée, conforme à l'invention, représenté schématiquement, à titre d'exemple non limitatif sur l'unique figure Jointe qui est - une vue de côté de l'aile portante à immersion contrôlée pourvue du dispositif de réglage de la hauteur d'immersion de l'aile portante. Selon la figure, l'aile portante 1 est à immersion contrôlée. Cela signifie que par un dispositif de réglage 2 de la profondeur d'immersion, il est possible de faire varier l'angle d'incidence i de l'aile portante 1. D'une façon générale, dans les bateaux hydrofoils ou engins équipés d'aile portante, le but est d'arriver à créer des forces de sustentation qui équilibrent le poids totale de l'engin. La force de sustentation d'une aile portante est égale à l'équation suivante Fz = 1/2.P.S.V.V.Cz Dans cette équation Fz = force en Newton P = masse spécifique de l'eau (1025 pour l'eau de mer) S = Surface de l'aile portante en m2 V = Vitesse en miseconde Cz = Coefficient de portance Lorsque l'engin est arrivé à la vitesse de décollage, le poids total de engin est équilibré par la force de sustentation des ailes portantes 1, la force d'Archimède n'intervient plus dans l'équilibre. A cette vitesse, la coque est sortie de l'eau. Si la vitesse croit légèrement, la force de sustentation des ailes portantes est supérieure au poids de l'engin.Cet engin ou ce bateau va, en conséquence, se déplacer vers le haut. Si l'on n'intervient pas sur l'un des éléments de l'équation de sustentation rappelée ci-dessus, les ailes portantes qui se trouvaient au départ sous l'eau vont se retrouver à la surface. Les problèmes dus à la ventilation vont apparai4tre, provoquant une chute brutale de la force de sustentation et une trainée supplémentaire importante. De ce fait l'engin replonge dans l'eau et perd de sa vitesse, ce qui va à l'encontre de l'effet recherché. Pour éviter les problèmes dus à la ventilation, il est nécessaire de maintenir l'aile portante à une certaine profondeur sous l'eau. Cette profondeur peut être égale à 20 centimètres par exemple, c'est la distance entre l'aile portante 1 et la prise dynamique 7. Pour maintenir cette profondeur sous l'eau, on ne peut jouer que sur la valeur du coefficient de portance de telle sorte que si la profondeur de l'aile portante 1 diminue en dessous de 20 centimètres, le coefficient de portance devienne inférieur à la valeur nécessaire pour assurer ltéquilibre. De ce fait, l'engin va redescendre. Pour pouvoir faire varier le coefficient de portance, il faut pouvoir jouer sur l'angle d'attaque i de l'aile portante 1. Pour les angles d'attaque compris entre -11 et +11 degrés, la valeur du coefficient de portance est de la forme : Cz = K. (I-Io) Dans cette équation Io, est égal à l'incidence de portance nulle. Conformément à l'invention, et selon cette figure, l'aile portante 1 est solidaire d'un bras articulé 3. Le point d'articulation se trouve au niveau de l'extrémité inférieure du mât-support 5 solidaire de la partie inférieure de la coque 6 du bateau ou de l'engin. L'articulation en 4 du bras 3 permet de faire varier l'angle d'incidence i de l'aile portante 1 par pivotement. Ce pivotement est obtenu à l'aide du dispositif de réglage 2 de la hauteur d'immersion de l'aile portante 1. Ce dispositif de réglage 2 automatique est constitué d'un circuit utilisant la pression hydrodynamique. Le circuit comporte essentiellement une prise d'eau 7 coopérant avec le vérin 8 dont le piston 9 est relié par l'articulation 10 au bras articulé 3. Le mouvement alternatif du piston 9, en fonction de la quantité d'eau sous pression contenue dans le vérin 8 permet d'agir sur le bras articulé 3 et par la même d'obtenir le réglage de l'angle d'incidence i de l'aile portante 1. Le circuit faisant partie du dispositif de réglage 2 comporte en outre une canalisation ll débouchant dans un clapet de surpression 12. Ce clapet de surpression 12 permet de limiter la pression dans le vérin 8. Ainsi à partir d'une certaine vitesse de l'engin à ailes portantes ou du bateau à ailes portantes, l'angle d'incidence i de l'aile portante 1 atteint une valeur maximum. L'engin s'il atteint sa vitesse de décollage sort de l'eau. Lorsque la prise d'eau 7 sort de l'eau, il n'y a-plus d'arrivée d'eau dans le vérin 8 pour compenser la fuite par l'orifice calibré 15, le piston recule et l'angle d'incidence i de l'aile portante 1 diminue, l'engin redescend Jusqu'à ce que la prise d'eau 7 se retrouve immergée. Suivant un mode de réalisation différent, il est possible de prévoir plusieurs prises d'eau 7 tout au long de la canalisation 11, toutes disposées au-dessus de l'aile portante 1. Ceci permet une meilleure régulation de la pression arrivant au vérin 8 et au piston 9. A titre d'exemple si l'on prévoit dix prises d'eau sur une hauteur de 10 cm, et que seulement 5 prises d'eau sont immergées, les 5 autres vont fuire et la pression arrivant au piston 9 sera sensiblement égale à la moitié de la pression dynamique. Si une seule prise d'eau 7 est immergée la pression arrivant au piston 9 sera à peu près égale à l/lOème de la pression hydrodynamique. Le couple de rappel de l'aile portante 1 est à peu près constant alors que la pression dynamique croit en fonction du carré de la vitesse, ce qui peut rendre utile le clapet de surpression 12. Le clapet de surpression 12 comporte, en outre, un orifice d'évacuation 13 permettant de rejeter les bulles d'air comprises dans l'eau admise par la prise 7. L'évacuation des bulles d'air permet d'obtenir un déplacement plus progressif du piston 8. Un clapet de pression minimum 14 est disposé dans le circuit, il permet de ne faire varier l'incidence i de l'aile portante 1 qu'à partir d'une valeur seuil de la pression dynamique, clest-à-dire à partir d'une vitesse seuil de l'engin. A partir de cette valeur seuil le clapet 14 permet le passage de l'eau vers le vérin 8 et par là même permet de faire varier l'incidence i de l'aile portante 1. En effet, il n'est pas obligatoirement souhaitable que l'angle d'attaque i de l'aile portante 1 vienne à son maximum avant que l'engin n'ait atteint la vitesse de décollage. Le clapet de pression minimum 14 permet de maintenir l'angle d'attaque au minimum jusqu'à ce que l'engin ait atteint sa vitesse de décollage. Le piston 9 du dispositif de réglage présente un diamètre calculé en fonction de la pression dynamique à la vitesse de décollage choisie et du couple de rappel de l'aile portante 1. Le piston 9 est pourvu d'une fuite calibrée 15. Enfin, la prise d'eau 7 est disposée au-dessus de l'aile portante 1, à une hauteur correspondant à la profondeur d'immersion choisie de l'aile portante 1. REVENDICATIONS 10) Aile portante à immersion contrôlée pour bateaux et plus particulièrement pour voilier hydrofoil, caractérisée en ce qu'elle est solidaire d'un bras articulé (3) relié à un dispositif de réglage automatique (2) de la hauteur d'immersion de l'aile portante (1) par réglage de l'angle d'incidence (i) de l'aile portante immergée entre une position angulaire minimum et une position angulaire maximum en fonction de la quantité d'eau sous pression admise dans le dispositif de réglage. 20) Aile portante à immersion contrôlée, caractérisée en ce que le bras articulé (3) est logé dans un mât-support (5) solidaire de la coque (6) du bateau, l'extrémité libre du mât (5) portant le bras articulé (3). 30) Aile portante à immersion contrôlée conforme aux revendications 1 et 2 précédentes, caractérisée en ce que le bras articulé (3) est monté directement dans la coque du bateau. 40) Aile portante à immersion contrôlée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3 précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de réglage automatique (2) de la hauteur d'immersion de l'aile portante (1) est constitué d'un circuit utilisant la pression hydrodynamique, ce circuit comportant essentiellement au moins une prise d'eau (7) coopérant avec un vérin (8) dont le piston (9) est raccordé au bras articulé (3) pour faire pivoter celui-ci et modifier l'angle d'incidence (i) de l'aile portante (1) par ce mouvement de pivotement du bras articulé (3). 50) Aile portante à immersion contrôlée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4 précédentes, caractérisée en ce que le circuit comporte un clapet de surpression (12) pour limiter la pression dans le circuit. 60) Aile portante à immersion contrôlée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes, caractérisée en ce que le clapet de surpression comporte un orifice d'évacuation (13) des bulles d'air comprises dans l'eau admise par la ou les prises d'eau (7). 7 ) Aile portante à immersion contrôlée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes, caractérisée en ce qu'un clapet de pression minimum est disposé dans le circuit pour permettre de ne pas envoyer d'eau dans le dispositif de contrôle de l'incidence, aussi longtemps que la pression hydrodynamique n'a pas atteint une valeur correspondant à la vitesse de décollage du bateau. 80) Aile portante à immersion contrôlée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7 précédentes, caractérisée en ce que le diamètre du piston (9 > est calculé en fonction de la pression dynamique correspondant à la vitesse de décollage du bateau et du couple de rappel du bras articulé (3). 90) Aile portante à immersion contrôlée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8 précédentes, caractérisée en ce que le piston (9) comporte une fuite calibrée (15). 100) Aile portante a immersion contrôlée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9 précédentes, caractérisée en ce que la ou les prises d'eau (7) sont disposées au-dessus de l'aile portante (1).