Brevet FR2613685A1 — publié le 19881014

DESCRIPTION La présente invention concerne un système de contrôle et de commande des éléments sustentateurs d'un hydroptère. Quelques types d'embarcations présentent quelquefois des éléments sustentateurs réglables : ailes immergées, voiles, bien sûr, inclinaison variable du mât, déplacement des charges sur le bateau. Cependant, ces réglages se font souvent a quai, car ils sont laborieux et dangereux en navigation. Le bateau conserve donc, en mer, l'essentiel de ses caractéristiques, quels que soient : le temps et l'allure, attendant toujours les conditions optimales pour "décoller" enfin. Le système, selon l'invention 10 CONTROLE et COMMANDE trois ailes immergées qui, travaillant indépendamment l'une de l'autre, a une profondeur constante, sustentent le bateau 20 ANALYSE le comportement des trois ailes immergées, qui témoigne de la qualité du réglage des forces extérieures appliquées au bateau ; - 30 CORRIGE le réglage de ces forces extérieures appliquées au bateau, en commandant a) à une meilleure répartition des charges sur le bateau, b) a une correction de l'assiette du bateau, si sa super structure présente une forme d'aile horizontale, c) à l'inclinaison du mât, s'il s'agit d'un bateau a voile. Le contrôle est permanent, et en marche automatique, la correction aussi ; elle se fait jusqu'a l'obtention du réglage optisisal, sur l'élément choisi. Eviter l'enfournement ou le décollage d'une coque, ou le chavirage, retarder et atténuer les conditions de navigation dures et heurtées, rechercher la vitesse, le confort et la sécurité, par la recherche du meilleur équilibre, du moindre poids sur l'eau : le bateau stable porté et poussé par le vent... Harmonie entre les réactions intelligentes d'un bateau "vivant" et les éléments, sont les objectifs du système automatisé proposé. Selon une forme de réalisation préférentielle visant ici a l'asservissement des éléments sustentateurs d'un petit bateau (destiné peut-être à la promenade familiale côtière ),une version est présentée avec voile, l'autre à moteur, et ne sont données qu'à titre d'exemples non limitatifs, en tant que supports du sys tême d'asservissement), les choix technologiques sont essentiellement hydrauliques. Mais ce choix n'est pas limitatif. FIGURES ET PLANCHES ILLUSTRANT L'INVENTION fig. 1. Principe de fonctionnement de l'aile immergée. fig. 2. Asservissement hydraulique de l'aile immergée. fig. 3. Principe du système analysant l'équilibre du bateau sur ses trois ailes. fig. 4. Utilisation pour la commande des actionneurs du système analysant l'équilibre du bateau sur ses trois ailes immergées. pl. 5. schéma hydraulique d'asservissement des ailes immergées et du mât. pl. 6. schéma de principe du haubannage compensé. Epures. pl. 7. L lre application possible - hydroptère à ailes immergées asservies pl. 8. aapplication possible - hydroptère à ailes immergées et à mât asservis. La figure 1 donne le principe de fonctionnement de l'aile immergée. Devant l'aile, fixé à la coque, un capteur repère le niveau de la surface de l'eau, sous lui, à une distance "1" devant l'aile immergée. L'aile s'oriente vers un point A, situé à une distance prédéterminée sous le point de surface, ou l'élément de surface repéré par le capteur sous lui. La figure 2 donne une forme de réalisation possible. Le palpeur est un genre de baguette dont l'axe d'articulation, A la partie supérieure, est fixé A une longueur "1" devant l'aile, au-dessus de l'eau. La partie inférieure du palpeur est en contact avec la surface. Son inclinaison varie avec la variation du niveau de l'eau. Le mouvement oscillatoire du palpeur vient piloter un distributeur hydraulique. 4 orifices, 3 positions, centre fermé, cylindre fermé, alimenté conformément au schéma hydraulique pl. 5. On notera que - l'anticipation de l'aile immergée sur le mouvement de la surface de l'eau est réglée par l'intervention sur la cote "1". - la vigueur de la réaction de l'aile immergée est réglée par mo vl dification du rapport des cotes V2 - la profondeur choisie pour l'aile immergée peut être réglée par intervention sur la cote "p" et par conséquent, - augmenter "p" & l'avant et le réduire a l'arrière, revient & cabrer le bateau et inversement. - chaque aile a un mouvement indépendant de celui des deux autres ailes et choisi l'incidence qui convient A chaque instant, pour maintenir constante la cote "C ". La figure 3 donne le principe de construction du système analysant la qualité de l'équilibre du bateau sur ses trois ailes immergées. A l'avant du bateau un palpeur hydraulique "mesure" l'incidence de chaque aile. Ces deux "mesures" (amplifiées ou non, mais traitées de façon homogene) attaquent les deux extrémités d'un palonnier, en 30 et 32. Le palonnier, témoin par construction de l'équilibre latéral, est articulé en son centre 31 sur un --arbre lisse guidé en translation par deux paliers G1 et G2, de manière & pouvoir couvrir le segment Al C1 et les angles i, & la demande des deux ailes immergées avant.La position du palonnier dans le rectangle AO,CO,C2,A2, indiquera - l'incidence de chaque aile avant (cabré dans la moitié arrière du rectangle ; piqué dans la moitié avant), - la comparaison entre les deux incidences par l'angle d. A l'arrière du bateau, un palpeur hydraulique "mesure" l'incidence de l'aile arrière. Cette mesure (amplifiée ou non mais traitée en rapport avec le traitement effectué aux mesures faites sur les ailes avant) attaque l'extrémité d'un deuxième palonnier en D2. L'autre extrémité de ce deuxième palonnier traverse le premier palonnier en B1, en glissant au travers d'une liaison rotule. Lorsque l'incidence des trois ailes immergées est nulle, les deux palonniers sont perpendiculaires. Le deuxième palonnier, témoin par construction de l'équilibre longitudinalest articulé en son centre D2 sur un arbre lisse guidé en translation par deux paliers G2 et G3 de manière A pouvoir couvrir le segment D1 D3, et les angles ss, à la demande de l'aile immergée arrière et de celle des deux ailes immergées avant.La position du deuxième palonnier dans le rectangle A4C4E3,Elyindiquera : - l'incidence de l'aile arrière et l'incidence moyenne des deux ailes avant : cabré dans A1,B1,D2,E1, piqué daniBi, Cl, E3,E2, - la comparaison entre ces deux incidences par langle ss. NOTA : les paliers G1,G21G3tG4sont parallèles. REMARQUES Par un réglage fait sur une incidence nulle des trois ailes immergées on placera les palonniers dans la position qu'ils occupent sur le schéma. Par la suite, en navigation, toute modification d'icidence des ailes se traduira par les déplacements linéaires ou angulaires, dans le système d'analyse, dans des secteurs ou on lira - la nature du déséquilibre, - la (ou les) cause. (s) de laquelle on déduira - les remèdes à apporter. La figure 4 donne la mise en oeuvre du principe énoncé par la figure 3. Les angles a et # sont "lus" par des distributeurs : 4 orifices 3 positions, centre fermé, cylindre fermé, dont les corps matérialisent les palonniers, et les manettes les arbres lisses guidés par les paliers Gl,G2,G3,et G4. - Le premier distributeur cité, témoin du déséquilibre latéral par l'anglei commandera - soit le déplacement des charges sur le bateau (latéralement), - soit l'inclinaison voulue du mât, latéralement (voir pl. 5.). Par essais et expériences on pourra noter le déséquilibre maxi acceptable avant chavirage du bateau, et repérer l'anglei maxi acceptable, sur lequel on placera des capteurs de sécurité qui, actionnés, provoqueront la libération des écoutes des voiles concernées. - Le deuxième distributeur cité, témoin du déséquilibre longitudinal par l'anglet commandera - soit le déplacement des charges sur le bateau ( - soit l'inclinaison voulue du mât, longitudinalement (voir pl. 5.). REMARQUES Le système d'analyse fonctionne en permanence , mais ne commande aux actionneurs (vérins et moteurs) qu'à l'appel de l'opérateur. La figure 5 donne le schéma hydraulique de la partie commande du système automatisé. DIAGRAMME FONCTIONNEL système au repos, navigation sous voiles établies, cap choisi. un réglage du mât et des voiles s'avérant nécessaire, les écoutes sont ôtées de leurs taquets. actionner les poulies enrouleuses d'écoutes F 1 libérer les blocages sur étai et haubans. les voiles sont bordées par tension manuelle des écou tes sur leurs poulies enrouleuses, Iordre de réglage du mât est donné : en saauel ou en automatique' rl L le mât slest stabilisé, ltopérateur ayant trouvé la tension correcte des écoutes de voiles, les taquets coinceurs sont placés. 5 n arrêter la rotation des poulies d'écoutes, couper l'alimentation de moteurs de mât. La planche VI présente les inclinaisons extrêmes du mât, le tableau de transformations de l'étai et des haubans ainsi que le calcul du compensateur flottant. L'épure montre, a l'échelle choisie, lorsque le mât passe de la position O à la position 2 10 un raccourcissement global des haubans de 53,5 (&alpha;10) (53.5) 6 32 20 un allongement de l'étai de 32. Si le raccourcissement des haubans est absorbé par l'allongement des 10 brins tendus par le compensateur, le déplacement du com pensateur sera : 5305= 5,35. Le mou obtenu l'étai est alors 10 5,35 x 6 =31,90. Or, selon l'épure, l'allongement théorique demandé à l'étai est de 32. Le complément sera obtenu par l'allongement du ressort "r". Il sera ici de 0,1. Si le bateau représenté ici est large de 3 m, ech. 40/1000 l'allongement du ressort sera dans ce cas 1000 x 0,1 = 2,5 mm. REMARQUES : 40 - la deuxième fonction du ressort consiste & maintenir le haubannage tendu, en toutes circonstances - si l'on négligle le poids du gréement et des voiles, et la variation de tension du ressort "r" et l'effet du vent, on peut affirmer que le déplacement du mât dans la zone utile 2. 3.4.5. se fait sans modification sensible des tensions dans les haubans et dans l'étai - si'l'oscillation du compensateur absorbe le + 3 sur les haubans, elle peut aussi autoriser une oscillation latérale plus ample du mât. Ce phénomène indésirable sera éliminé par un amortisseur sur l'oscillation du compensateur soit par blocage de poulies en bl et b2,par exemple.. La planche VII représente une application possible de la première partie du système d'asservissement, selon l'invention. L'hydroptère est propulsé par un moteur. Le contrôle qu'il a de ses ailes immergée6 lui permet de trouver le meilleur équilibre sur l'eau, par une bonne répartition des charges, puis, par une modification des cotes p (voir fig. 2), de rechercher, en fonction de sa vitesse, la meilleure incidence de sa coque en forme d'aile qui lui permettra d'utiliser au mieux l'effet de sol. Un coussin d'air se trouve latéralement enfermé sous sa coque, entre deux formes de lames parallèles qui prolongent ses flotteurs. SON BUT : utiliser au mieux la sustentation aérodynamique par le contrôle de la sustentation hydrodynamique qui doit tendre vers zéro mais rester positive. SES AVANTAGES : confort rapidité, sécurité, polyvalence. SES APPLICATIONS : pêche, promenade, surveillance côtière, interventions rapides, surveillance sous-marine, recherche d'objets, de fonds sous-marins, pour plongée, de noyés, transport rapide, transport de blessés, transport militaire ; difficilement repérable, peut assez facilement être rendu submersible. Le même principe d'analyse peut être appliqué pour les efforts latéraux exercés sur les dérives et les safrans. REVENDICATIONS I - Système de contrôle et de commande des éléments sus tentateurs d'un hydroptère, caractérisé en ce qu'il gère, d'une part l'incidence et donc la portance de trois ailes immergées, indépendantes, 2 à l'avant, largement espacées, l'autre à l'arrière, de telle manière qu'en anticipant aux mouvements de la surface observée devant elles, elles se maintiennent toujours à la profondeur voulue, quels que soient - la forme de la surface, - l'intensité et le sens des charges appliquées à chaque moment sur chaque aile (voir fig. 1 et 2). II - Système selon la revendication I, caractérisé en ce que, après avoir observé et analysé le comportement des ailes immergées, et déduit de ces observations les corrections à apporter concernant les forces extérieures appliquées au bateau, il gère, d'autre part a) la commande (éventuellement) d'une meilleure-répartitiandes charges sur le pont (Avant-Arrière, ou babord-tribord), b) la commande de l'inclinaison optimale du mât et des voiles, (fig. III et IV). III - Système selon la revendication I, caractérisé en ce que l'anticipation de l'aile immergée peut être réglée par intervention sur la longueur "1" du bras porte capteur (fig. I) : la vigueur de la réaction de l'aile immergée, par intervention sur les cotes Vl et V2 (fig. 2) ; et enfin, la profondeur choisie pour l'aile peut être réglée par intervention sur la cote "p" (fig. 2). IV - Système selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le comportement des ailes immergées, lorsque celles-ci auront reçu les réglages appropriés, témoignera de la qualité du réglage des forces extérieures appliquées au bateau. V - Système selon la revendication II caractérisé en ce que la mesure du mouvement observé de l'aile immergée peut, au besoin, être amplifiée ou réduite, par un système classique de copiage par exemple, selon (par exemple), la taille choisie par le système d'analyse (pl. 4). VI - Système selon la revendication II caractérisé en ce que le système d'analyse 1 rend compte à l'opérateur à chaque instant (pl. 3) a) de l'incidence de chaque aile immergée, b) du déséquilibre entre les deux ailes avant, c) du déséquilibre entre les deux ailes avant, et l'aile arrière, d) du caractère équitable de la répartition des charges sur les trois ailes, e) de la situation idéale pour laquelle la charge sur chaque aile est nulle. 20 Peut, "en mode automatique" commander (pl. 4 et 5) a) éventuellement, à une meilleure répartition des charges sur le bateau, b) aux moteurs inclinant le mât d'AV en AR et inversementoet latéralement. 30 Peut, en "mode manuel" laisser à l'opérateur le soin de com- mander lui-même : a) à une meilleure répartion des charges sur le bateau, b) aux moteurs inclinant le mât. VII - Système selon les revendications II b) et VI (voir pl. 3 et 4) caractérisé en ce que les deux témoins d'équilibre peuvent être. les corps de distributeurs qui, inclinés sur leur "manette" par le déséquilibre des charges sur les ailes, actionnent directement (voir pl. 5) les vérins et les moteurs qui corrigeront le déséquili bre des charges sur les ailes du immergées, soit a) en déplaçant les charges du bateau, soit b) en inclinant le mât, ou les deux. VIII - Système selon les revendications Il et III caractérisé en ce que le haubannage compensé autorise l'inclinaison commandée du mat, autour de son pied, dans la plage utile à la navigation (voir pl. 6 et 7), (sans qu'une modification manuelle visant à régler la longueur des haubans ou de l'étai soit nécessaire), séparément ou simultanément dans le sens longitudinal et latéral. IX - Système selon la revendication VIII (voir pl. 5) caractérisé en ce que les haubans constituent une boucle fermée, fixée au mât l'endroit où sont habituellement fixés les haubans ; ladite boucle de haubans circule entre deux familles de poulies (l'une motrice, les autres folles). La première famille de poulies est fixée sur le bateau. La deuxième famille de poulies est fixée sur le corps du compensateur proprement dit. Entre les deux familles de poulies, un nombre déterminé de brins. X - Dispositif selon la revendication VIII (voir pl. 6) caractérisé en ce que l'étai, fixé au mât, à l'endroit habituel où se trouvent fixés les étais, est repris comme les haubans, et circule entre deux familles de poulies (l'une motrice, les autres folles). La première famille de poulies est fixée sur le bateau, la deuxième famille de poulies est fixée sur le corps du compensateur. XI - Dispositif selon la revendication VIII (voir pl. 6) caractérisé en ce que le bateau étant vu de côté, la boucle formée par : la boucle des haubans, l'étai,et le corps du compensateur, est fermée et tendue par un ressort "r". XII - Dispositif selon la revendication VIII (voir pl. 6) caractérisé en ce que lors du basculement du mât en arrière par exemple, le déplacement induit du compensateur flottant, tendu entre la boucle des haubans et l'étai, "reprend" à la boucle des haubans et rend & à l'étai des longueurs respectivement égales à la longueur du déplacement induit du compensateur multiplié par le nombre de brins, sur l'étai ou sur les haubans. Le rapport du nombre de brins se calcule aisément (voir épure pl. 6). La différence entre le rapport théorique et le rapport du nombre des brins est absorbée par le ressort "r" dont la 2e fonction consiste à tenir le haubannage tendu, en toute circonstance. XIII - Dispositif selon la revendication VIII caractérisé en ce que par construction, la plage utilisée par le ressort "r", (pl. 6) étant faible, l'équilibre du compensateur entre les brins (que le ressort "r" sollicite de manière sensiblement constante) est très sensiblement le même, quelle que soit sa position. Le déplacement libre du compensateur autorisant donc l'inclinaison du mât, sans modificaiton sensible des tensions dans l'étai et les haubans. (On a fait abstraction ici du poids du gréement). XIV - Dispositif selon l'une quelconque des revendications VIII, IX, X, XI, XII, XIII, caractérisé en ce que la possible oscillation du compensateur flottant qui permet un réglage latéral du mât dont l'étai est bloqué, implique un blocage sur les poulies B1 et B2 (par exemple) pour éviter l'oscillation latérale du mât après réglage. XV-Dispositif selon la revendication VIII caractérisé en ce que les différentes familles de poulies représentées ici à plat pour une meilleure compréhension (voir pl. 6) peuvent se présenter différemment pour des raisons d'encombrement, de fabrication ou d'équilibre. A titre d'exemple des deux familles de poulies sur l'étai seront avantageusement matérialisées par deux mouffles. XVI - Système selon les revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être appliqué en partie ou en totalité sur des embarcations de types différents, (Les deux exemples présentés ici ne sont pas donnés à titre limitatif), a des fins différentes. La planche 7 est le schéma d'un trimaran, ou catamaran selon l'allure. Le système asservi les ailes immergées et le mât; une hélice portée par l'aile arrière actionne une pompe hautepression (voir schéma hydraulique pl. 5). XVII-Systeme selon l'une quelconque des revendications I, III, IV VI, XVI, caractérisé en ce que, placé sur l'hydroptère motorisé, représenté pl. 8 à titre de schéma d'exemple, non limitatif (et dont la forme de coque à aile, se terminant sous les flotteurs par une sorte de lame, est destinée a utiliser au maximum l'effet de sol) il gère non seulement la portance des ailes immergées, mais aussi par contrôle et modification de la cote "p" (fig. 2) l'incidence et donc la portance aérodynamique de la coque sur son coussin d'air. (Si "p" augmente a l'avant, l'engin se cabre, donc en navigation rapide quand l'incidence des patins avant tend vers zéro, réduire "p" a l'avant (ou l'augmenter l'arrière) progressivement,permet de garder une sustentation hydrodynamique très faible, mais) O. XVIII - Système selon l'ensemble des revendications caractérisé en ce que les différentes fonctions décrites du système automatisé peuvent relever de technologies différentes. Par exemple, le capteur, placé devant l'aile immergée peut être un genre de petit radar capable de déterminer le niveau moyen d'une ligne de longueur définie, à la surface de l'eau ; ou bien, les informations circulant à l'intérieur du système automatisé peuvent être véhiculées de différentes manières, etc., sans que le principe ne puisse être remis en cause. Système selon la revendication II, caractérisé en ce qu'il peut également analyser le travail latéral des dérives et des safrans, et commander par exemple à un meilleur centrage des efforts du vent sur la voile.