Brevet FR2621551A1 — publié le 19890414

CATAMARAN A GRANDE VITESSE L'invention est relative à un catamaran à grande vitesse ayant deux coques espacées, reliées par une paroi ou un caisson ayant une paroi inférieure, qui confine avec la surface de l'eau un tunnel de compression de l'air s-'engouffrant, à grande vitesse, dans le tunnel délimité latéralement par les deux coques. La trainée d'un bateau, notamment d'un catamaran, augmente rapidement avec la vitesse, et pour atteindre de grandes vitesses, par exemple supérieures à 100 km/h, il est indispensable de soulever les coques quasiment hors de l'eau. Le tunnel de compression d'un catamaran, généralement constitué par une surface inclinée vers l'carrière reliant les deux coques, participe à ce soulèvement, mais peut constituer un facteur d'insécurité lors d'un soulèvement excessif et d'un cabrage de la partie avant du catamaran. Lors du cabrage, la surface exposée au courant d'air augmente et elle peut être suffisante pour retourner le catamaran. Cette surface inclinée freine à grande vitesse l'avancement du catamaran et limite ainsi la vitesse maximale tout en augmentant la consommation de carburant. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un catamaran performant à grande vitesse, sans mettre en cause la sécurité. Le catamaran selon l'invention est caractérisé en ce que ladite paroi présente un profil en tuyère à trois sections successives; une première section convergente d'entrée, formant un collecteur de l'air, une deuxième section centrale dans laquelle ladite paroi et la surface de l'eau sont sensiblement parallèles, l'air comprimé dans le tunnel exerçant une force de sustentation sur ladite paroi, et une troisième section arrière, inclinée vers le bas pour dévier l'écoulement d'air vers la surface de l'eau et engendrer une portance dans la zone arrière du catamaran. Le profil en tuyère de la paroi du tunnel assure une meilleure répartition des forces exercées par l'air comprimé dans le tunnel sur la paroi, d'une part en réduisant les forces dans la partie d'entrée d'air, située du côté avant du catamaran, tout en conservant une force importante de sustentation, et d'autre part en augmentant la portance à la partie arrière. La résistance à l'avancement du catamaran est ainsi réduite à grande vitesse et les risques d'un soulèvement de l'avant et d'un cabrage sont notablement diminués. A l'arrêt et à faible vitesse le tunnel est quasi fermé à l'arrière par le bord arrière de la paroi qui est au niveau de l'eau et par les deux coques immergées, qui délimitent latéralement ce tunnel.Selon un développement de l'invention, les coques présentent des orifices latéraux, susceptibles de faire communiquer le tunnel avec le milieu ambiant, lors d'un soulèvement excessif, en créant une décompression dans le tunnel. Deux orifices, disposés face à face, dans la partie centrale des deux coques du catamaran, évitent tout soulèvement excessif, la décompression pouvant être modulée en échelonnant plusieurs orifices le long des parties arrières des coques. Les orifices d'échappement latéral sont avantageusement des saignées ou encoches ménagées transversalement dans le fond de la coque, dont la profondeur est adaptée à l'effet de décompression recherché. Ces saignées à profil en redan provoquent un décollement des filets fluides et une couche turbulente d'air qui réduit la résistance à l'avancement du catamaran. Le profil selon l'invention de la paroi du tunnel n'affecte pas la fonction mécanique de la paroi, de liaison entre les deux coques. Cette paroi en un matériau quelconque peut bien entendu appartenir à une structure en caisson à profil aérodynamique. Selon un développement de l'invention, la paroi forme un dièdre dont l'arête est orientée vers la surface de l'eau et est située dans l'axe du catamaran, pour accroRtre l'équilibre transversal du catamaran. A faible vitesse, la partie arrière de l'arrête est immergée tandis que les bords relevés émergent en confinant des passages de sortie de l'air circulant dans le tunnel. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue longitudinale d'un catamaran selon l'invention, à l'arrêt ou à déplacement à faible vitesse; - l & igure 2 est une vue de l'avant du catamaran selon la fig. 1; - la figure 3 est une vue de l'arrière du catamaran selon la fig. 1; - la figure 4 est une vue en coupe , à échelle agrandie, de la fig. 1, montrant le fond de la partie arrière des coques, le catamaran étant en début de cabrage; - la figure 5 est une vue de l'avant du catamaran selon la fig. 4. Sur les figures, un catamaran comporte deux coques 10, 12, reliées-par un caisson intermédiaire 14, qui s'étend de la partie avant, éventuellement en faible retrait, jusqu'à la partie arrière du catamaran. Seules les coques 10, 12 flottent dans l'eau, le caisson 14 étant au-dessus de la surface de l'eau 16, par exemple à quelques dizaines de centimètres, lorsque le catamaran est à l'arrêt ou avance à faible vitesse. Le catamaran, équipé d'un ou de plusieurs moteurs hors bord ou intégrés, est conçu pour de grandes vitesses, par exemple supérieures à 100 km/h, et la forme des coques et la répartition des charges assurent à grande vitesse un soulèvement des coques, notamment de la partie avant, qui sort de l'eau de façon à réduire la résistance à l'avancement.Les deux coques 10, 12, le caisson 14 et la surface de l'eau 16 confinent un tunnel 18, dans lequel s'engouffre l'air lorsque le catamaran avance. Un tel catamaran est bien connu et il est inutile de le décrire plus en détail. Selon la présente invention, la paroi inférieure 20 du caisson 14, en regard de la surface de l'eau 16, est profilée pour conférer au tunnel 18 une forme de tuyère, ayant trois sections successives : une section 22 arrondie, convergente d'entrée de l'air à l'avant du tunnel 18, une section centrale 24, où la paroi 20 est sensiblement parallèle à la surface de l'eau 16, et une section arrière 26 inclinée vers le bas et dont le bord 28 plonge ou vient au ras de l'eau. La section d'entrée 22 constitue un collecteur, dont la forme arrondie guide les filets d'air sans décollement et sans engendrer une force résultante notable de soulèvement de l'avant du catamaran.L'air collecté et comprimé dans la section centrale 24 exerce une force de sustentation sur la paroi 20, tendant à soulever le catamaran et la résultante F de cette force est appliquée à proximité du centre de gravité du catamaran. La paroi 20 dans la section arrière 26 dévie vers le bas l'écoulement d'air et la portance P qui en résulte tend à soulever l'arrière du catamaran. Ces forces F et P sont négligeables à faible vitesse, mais augmentent rapidement avec la vitesse et contribuent alors à la stabilité du catamaran en contrant l'effet de cabrage, tout en participant au soulèvement hors de l'eau du catamaran pour réduire la traînée. La compression de l'air dans le tunnel 18 peut être modulée par un choix approprié des sections d'entrée et de sortie, par exemple du niveau du bord arrière 28 au-dessus ou en-dessous de l'eau 16. En se référant à la figure 2, on voit que la trace de la paroi 20 en coupe transversale est un angle obtus voisin de 1800, orienté vers le haut, la paroi 20 formant un dièdre à arête 30, s'étendant dans le plan longitudinal médian du catamaran et à bords 32 relevés. Cette forme en dièdre, qui s'étend sur toute la longueur du caisson 14, assure une stabilisation en roulis du catamaran, par augmentation de la surface du dièdre du côté vers lequel le catamaran se penche et inversement réduction de la surface opposée, d'une manière bien connue des spécialistes. Le bord .arrière 18 forme également un angle obtus et selon l'invention le sommet 34 de cet angle est immergé, tandis que les extrémités 36 sont émergées pour créer deux échappements de l'air comprimé dans le tunnel 18, en bordure des deux coques 10, 12. Une caractéristique importante de l'invention, plus particulièrement illustrée par la figure 4, permet d'accroître la sécurité, en limitant les risques d'un cabrage. Les fonds 38 des coques 10, 12, qui sont avantageusement inclinés vers l'extérieur, présentent des orifices 40 transversaux d'échappement de l'air comprimé dans le tunnel 18, de la manière représentée par des flèches sur la figure 4. Dans l'exemple illustré par les figures, un premier orifice 40 en forme de saignée transversale en redan est disposé au voisinage du centre des coques 10, 12, de préférence du côté arrière et un deuxième 42 vers l'arrière du catamaran. Ces orifices 40, 42 sont normalement immergés et l'air comprimé dans le tunnel 18 ne peut s'échapper latéralement. Les figures 1 - 3 représentent cette position normale.Lors d'un soulèvement accidentel de l'avant du catamaran les orifices 40 sont dégagés de l'eau en créant des passages d'échappement de l'air comprimé du tunnel 18. La baisse de pression résultante, essentiellement vers l'avant du catamaran, rétablit automatiquement l'équilibre. Si l'effet de décompression est insuffisant et que le cabrage se poursuit les orifices 42 sqrtent également de l'eau en augmentant la section d'échappement de l'air et la décompression du tunnel 18. Il est facile de comprendre qu'un nombre quelconque d'orifices 40, 42 peuvent être échelonnés le long des coques 10, 12 pour obtenir une décompression progressive et que la position optimale de ces orifices 40, 42 dépend des caractéristiques du catamaran. La section des orifices 40, 42, ouverte ou fermée, peut être quelconque, la forme en redan favorisant la formation d'une couche turbulente d'air 44 qui limite la résistance à l'avancement de la coque. Les saignées ou orifices 40, 42 peuvent être orientés vers 1 'arrière pour favoriser la sortie de l'air et la formation d'un coussin d'air sous les coques 10, 12. L'invention est bien entendu nullement limitée à une forme particulière du catamaran ou du caisson 1 4 et elle est applicable à toute embarcation présentant un tunnel de compression d'air et susceptible de se déplacer à grande vitesse. REVENDICATIONS 1. Catamaran à grande vitesse ayant deux coques (10, 12) espacées, reliées par une paroi ou un caisson ayant une paroi inférieure (20), qui confine avec la surface de l'eau (16) un tunnel (18) de compression de l'air s'engouffrant, à grande vitesse, dans le tunnel délimité latéralement par les deux coques, caractérisé en ce que ladite paroi (20) présente un profil en tuyère à trois sections successives; une première section (22) convergente d'entrée, formant un collecteur d'air, une deuxième section (24) centrale dans laquelle ladite paroi (20) et la surface de l'eau (16) sont sensiblement parallèles, l'air comprimé dans le tunnel (18) exerçant une force (F) de sustentation sur ladite paroi, et une troisième section (26) arrière, inclinée vers le bas pour dévier l'écoulement d'air vers la surface de l'eau et engendrer une portance (P) dans la zone arrière du catamaran. 2. Catamaran selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil de la première section (22) d'entrée est arrondi pour guider l'air vers l'intérieur du tunnel (18) sans engendrer une force notable de soulèvement de l'avant du catamaran et/ou de résistance à l'avancement. 3. Catamaran selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite deuxième section (24) s'étend sur une grande partie de la longueur du catamaran de façon que le point d'application de ladite force (F) de sustentation soit au voisinage du centre de gravité du catamaran. 4. Catamaran selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit tunnel (18) est quasi obturé à l'arrière par le bord arrière (28) de la paroi (20) venant au niveau de la surface de l'eau (16). 5. Catamaran selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite paroi (20), vue en coupe transversale, est en forme de dièdre aplati d'arête (30) confondue avec l'axe longitudinal du catamaran et à bords (32) relevés pour contribuer à la stabilité du catamaran. 6. Catamaran selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'à vitesse lente du catamaran l'arête (34) dudit dièdre est immergée au niveau du bord arrière (28) de la paroi (20) tandis que lesdits bords (36) relevés émergent de l'eau. 7. Catamaran selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune desdites coques (10, 12) présentent dans la partie normalement immergée au moins un orifice (40, 42) latéral d'échappement de l'air comprimé du tunnel (18) pour réduire ladite force (F) de sustentation lors d'un soulèvement excessif du catamaran faisant émerger de l'eau lesdits orifices. 8. Catamaran selon la revendication 7, caractérisé en ce que plusieurs orifices (40, 42) d'échappement sont échelonnés entre la partie centrale et l'arrière du catamaran. 9. Catamaran selon la revendication 8 ou 7, caractérisé en ce que lesdits orifices (40, 42) sont constitués par des saignées transversales en forme de redan engendrant une couche turbulente d'air réduisant la trainée du catamaran.