Brevet FR2629420A1 — publié le 19891006

La présente invention concerne une aile à pans multiples notamment pour une voilure fixe, comprenant plu- sieurs éléments sensiblement rigides, possédant un bord avant et un bord arrière. L'invention concerne la construction des bateaux et plus particulièrement leur voilure. Dans la technique antérieure, on connaissait plu- sieurs types différents de voilures, associés étroitement à la technologie de l'invention. Ainsi on connaît par exemple l'aile Korbelin (Aerohydrodynamics of sailing, C.A. Mar- chai), la voile fixe (brevet US 4610213) et un système de voiles (brevet français N 2559449). Tous les types mentionnés de voilures présentent des inconvénients de construction et se caractérisent en outre part une commande et une fabrication complexes ainsi que par une faible efficacité. On connaît également une réalisation d'ailes à pans multiples, utilisées en aviation (Vasin J.S., Aerodyna- mics of the JL-76 T aircraft, M., Transport, 1983). Cette structure comporte quelques éléments d'aile dissymétriques possédant des profils différents et montés de manière à pouvoir pivoter autour de l'axe longitudinal de l'aile, en étant raccordés à un dispositif d'actionnement et à un sys- tème de commande. Cet agencement fournit un rendement élevé (Cy max = 2... 3), tout en présentant cependant des caractéristiques complexes de commande et une fabrication compliquée. En outre, un inconvénient de l'aile à pans multiples mentionnée précédemment est la gamme utilisable étroite d'angles d'attaque, qui permettent d'obtenir la portance maximale de l'aile. En outre, dans l'application d'une aile à une voile, on est en présence d'une fiabilité moins grande et d'une perte résultante de sécuúité, en cas de grosse mer. Le but de la présente invention est déliminer les inconvénients liés à la technologie de l'art antérieur, décrite précédemment, et de réaliser un type entièrement nouveau d'aile à pans multiples. Ces objectifs incluent l'amélioration du rendement aérodynamique, la réduction des complications de fabrication et la simplification de la construction de l'aile à pans multiples. L'invention est basée sur l'utilisation d'éléments d'aile possédant des profils identiques ou presque identi- ques dans une aile à pans multiples, utilisée dans la voi- lure d'un navire, grâce à un montage rigide des éléments se- lon une disposition en courbe de manière que le rapport de la ligne moyenne de courbure de l'extrados de l'aile à la corde soit égal à 10...45 %. En outre, le rayon de courbure de l'extrados augmente depuis le bord avant en direction du bord arrière. Chaque élément comporte un bord avant arrondi et un bord arrière effilé de sorte que l'extrados du bord avant de l'élément de l'aile forme, en association avec la surface de poussée du bord arrière de l'élément de l'aile, un canal, par exemple un canal, qui se rétrécit avec une forme linéai- re et dont la largeur minimale est égale à 0,5...5 % de la longueur de la corde. La distance des bords avant d'éléments voisins de l'aile est inférieure à la longueur de leur corde. Les éléments de l'aile sont fixés entre des plaques d'extrémité, dont la largeur, à partir de la ligne de courbure maximale de la section d'extrémité de l'aile est constante ou augmente en direction du bord avant. De façon plus spécifique, l'aile à pans multiples conforme à l'invention est caractérisée en ce que les éléments de l'aile sont adaptés, selon un ordre séquentiel, de manière que les axes longitudinaux de leurs profils forment, dans leur position normale de fonctionnement, au moins approximativement un secteur d'arc, tel que le rapport de la'ligne de courbure moyenne de l'extrados de l'aile à la corde est égal à environ 10. 45 %, et que les différents éléments de l'aile possèdent un bord avant arrondi et un bord arrière de forme effilée de sorte que l'extrados du bord avant des éléments forme, conjointement avec la surface de poussée du bord arrière des éléments, un canal, par exem- ple un canal, qui s'amincit linéairement et dont la largeur..DTD: minimale est égale à 0,5...5 % de la longueur de la corde. L'invention fournit des avantages remarquables. La fabrication d'une aile à pans multiples à partir d'éléments possédant un profil identique est plus facile que la réalisation d'une aile comparable à partir d'éléments différents, entraînés par un système de commande. La géométrie de l'aile, la disposition des élé- ments de l'aile, le choix de leurs profils avec des surfaces, adaptées l'une à l'autre, des bords avant et arrière d'éléments de l'aile voisins, de manière à former un canal se rétrécissant de façon uniforme avec une largeur minimale égale à 0,5...5 % de la longueur de la corde, comme cela a été décrit précédemment, sont des facteurs facilitant un écoulement non perturbé au niveau des fentes de l'aile à pans multiples. Une fois réalisé le montage rigide réci- proque des éléments de l'aile, le dispositif n'a pas besoin d'un système complexe de commande entraînant chaque élément individuellement. Lorsque le bateau change de cap ou que la direction du vent varie, il suffit d'aligner l'ensemble de l'aile sur un angle optimum, ce qui simplifie grandement la commande des voiles. Ici, il faut mentionner que la structure et le profil proposés de l'aile facilitent l'obtention d'un coefficient de portance constant sur une plage suffisamment étendue de variations de l'angle d'atta- que (35 tive de l'aile à pans multiples en tant que voile (en raison de son insensibilité à des variations aléatoires de la direction du vent conduisant à une forte réduction du coefficient de portance. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe trans- versale d'une aile à pans multiples conforme à la présente invention; - la figure 2 représente une vue en élévation la- térale de l'aile représentée sur la figure 1; - la figure 3 représente une vue en élévation la- térale en coupe transversale d'une autre aile à pans multi- ples conforme à l'invention et fonctionnant selon le mode de "battement"; - la figure 4 représente, sous forme graphique, la variation du coefficient de frottement Cy en fonction du profil de l'aile et de la direction du vent; et - la figure 5 représente, sous forme graphique, la variation du coefficient de portance Cy en fonction de la géométrie de la plaque d'extrémité. Sur les figures 1 et 2, on a représenté une aile à pans multiples comportant des éléments 1, des plaques d'extrémité 2, des éléments formant volets 3 et un système de sécurité 4 pour les volets. Les différents éléments 1 de l'aile comportent un bord avant arrondi 9 et un bord arrière effilé 10 de sorte que l'extrados 11 du bord avant 9 des éléments 1 forme, avec la surface de poussée 12 du bord arrière 10 de l'élément 1 voisin, un canal 13, par exemple un canal qui s'amincit linéairement et dont la largeur mini- male est égale à 0,05...5 % de la longueur g de la corde. Les éléments 1 de l'aile possèdent avantageusement un pro- fil identique, et les différents éléments sont montés rigidement selon une disposition donnant sa forme courbe à l'aile. Les éléments 1 de l'aile sont adaptés selon un ordre séquentiel de manière que les axes longitudinaux des profils forment, dans la position normale de fonctionnement, au moins approximativement un secteur d'arc. La distance des bords avant 9 des éléments voisins 1 est inférieure à la longueur de leur corde. En outre conformément à la figure 2, les éléments 1 de l'aile sont montés entre des plaques de base 2. Les plaques de base 2 servent à empêcher un écoulement d'air à partir de la surface de poussée en direction de l'extrados et simultanément augmentent le coefficient de portance. Grâce à l'utilisation de ce type d'élément d'aile, on obtient une construction suffisamment rigide et spacieuse, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un système particulier de rigidification ou d'arrimage. Sur la figure 1, on a représenté une structure d'aile orientée à gauche et sur la figure 3, une structure d'aile orientée à droite. Les éléments de l'aile, orientés à gauche et à droite peuvent être combinés dans un élément d'aile intégré grâce à la superposition des éléments tournés en des sens opposés, ce qui permet le montage de plans intermédiaires entre des éléments tournés dans des directions opposées. L'utilisation d'une aile à pans multiples dans une voilure rend nécessaire de prévoir un système permettant de réduire instantanément le coefficient de portance de l'aile. Un système utilisable à cet effet pour la structure proposée est formé par un système de volets, représenté sur la figure 3 et appliqué à au moins un élément 5 ou à une partie de cet élément. Ce système raccorde l'élément 5 au composant voisin et/ou aux plaques d'extrémités 2. L'aile représentée sur la figure fonctionne selon le mode de "battement" et les éléments formant volets 5 s'ouvrent en pivotant autour des arbres de support 6, tout en étant supportés par des accou- plements de sécurité 4. Au moins l'un des éléments 5 est monté pivotant par ses arbres de support 6 sur les plaques d'extrémité 2, les arbres de support étant disposés aux extrémités de cet élément, au voisinage du bord avant 9 de ce dernier, ce qui a pour effet que le centre de pression de cet élément reste à l'intérieur de la section de l'élément situé entre l'arbre de support 6 et le bord arrière 10. De façon correspondante, l'arbre de support 6 est également disposé à l'autre extrémité de l'élément 5 de manière à permettre à ce dernier de tourner autour de ses arbres de support 6 dans la direction de son axe longitudinal. Lors d'un fonctionnement normal, l'accouplement de sécurité 4 maintient l'élément fixe et libère l'élément formant volet si la vitesse (force) du vent dépasse une valeur réglée (par exemple 15 m/s), ce qui crée une situation manifestement dangereuse pour la stabilité du bateau, en permettant le désenclenchement de l'accouplement de sécurité 4 et une rotation de l'élément 5 ou d'une partie de cet élément pour venir dans la position de battement. L'accouplement de sécurité 4 peut être agencé sous la forme d'un vérin comportant une soupape de sécurité. Le vérin de l'accouplement de sécurité 4, par exemple un vérin pneuma- tique ou hydraulique, peut être réglable, ce qui facilite un réglage continu du coefficient de portance de l'aile. Dans le cas d'une aile à 5 éléments, il est judicieux de prévoir le système de sécurité pour quatre des éléments. Cet agencement permet d'obtenir une rigidité structurelle suffisamment élevée et, simultanément -comme des résultats expérimentaux l'indiquent- une réduction de la charge du vent dans des cas d'urgence, à une valeur égale à 1/2.. 1/3,5 de la charge normale. Sur la représentation graphique de la figure 4, le profil de l'aile est défini comme étant un rapport f, qui est calculé en tant que rapport de la ligne de courbure mo- yenne c à la corde g de l'aile. Sur l'axe vertical on a por- té le coefficient de portance Cy et sur l'axe horizontal la direction a du vent. Conformément à ce diagramme, le rayon de courbure de l'aile peut augmenter depuis le bord avant 8 en direction du bord arrière 14. Le rapport de la ligne de courbure moyenne c de l'extrados à la corde g de l'aile est égal de préférence à 10...45 %. Dans le cas de la figure 5, de façon correspon- dante on a porté sur l'axe vertical le coefficient de portance Cy et sur l'axe horizontal le rapport de la surface S de la plaque d'extrémité à la surface de base Sb. Comme cela ressort à l'évidence sur le diagramme, la largeur de la plaque d'extrémité 2, à partir du point de la ligne de courbure maximale de la section d'extrémité, est constante ou augmente en direction du bord avant. Lorsque l'écoulement d'air attaque l'aile à pans multiples, une force de portance perpendiculaire à l'écoule- ment est crée par le vent. Sur la figure 3 on a représenté de quelle manière la modification des paramètres de l'aile (largeur minimale du canal 13 et ligne de courbure moyenne g) dans les gammes de fonctionnement mentionnées dans ce qui précède entraîne un arrêt de l'écoulement non perturbé avec une réduction simultanée du coefficient de portance. Conformément à la figure 4, la forme et la surface de la plaque d'extrémité 2 sont également des facteurs qui influencent fortement le rendement de l'aile. La forme optimale de la plaque est rectangulaire ou proche de cette forme. Dans cet agencement, il est important de noter que la plaque d'extrémité est "épaisse" au-dessus de la surface de l'extrados du bord avant 8 de l'aile. Lors d'essais expérimentaux on a vérifié le ren- dement élevé de l'aile à pans multiples, avec les paramètres suivants: Cy max = 2,85, Ct max = 3,4, 350 S a ' 55'. La simplicité de fabrication (due à l'utilisation d'éléments identiques) et l'utilisation (due à la suppres- sion d'une commande individuelle des éléments) permettent des applications étendues de la voilure décrite. REVENDICATIONS 1. Aile à pans multiples, notamment pour une voilure fixe, comprenant plusieurs éléments sensiblement rigides (1) possédant un bord avant (8) et un bord arrière (14), caractérisée en ce que les éléments (1) de l'aile sont adaptés, selon un ordre séquentiel, de manière que les axes longitudinaux de leurs profils forment, dans leur position normale de fonctionnement, au moins approximativement un secteur d'arc, tel que le rapport de la ligne de courbure moyenne (c) de l'extrados de l'aile à la corde (g) est égal à environ 10...45 %, et que les différents éléments (1) de l'aile possèdent un bord avant arrondi (9) et un bord arrière de forme effilée (10) de sorte que l'extrados (11) du bord avant (9) des éléments (1) forme, conjointement avec la surface de poussée (12) du bord arrière (10) des éléments (1), un canal (13), par exemple un canal, qui s'amincit linéairement et dont la largeur minimale est égale à 0,5...5 % de la longueur de la corde (g). 2. Aile à pans multiples selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des plaques d'extrémité (2) réunissant les deux extrémités des éléments (1). 3. Aile à pans multiples selon la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur des plaques d'extrémité (2), à partir de la ligne de courbure maximale (c) des sections d'extrémité de l'aile, est constante ou augmente en direction du bord avant (8). 4. Aile à pans multiples selon l'une des revendi- cations 2 ou 3, caractérisée en ce qu'au moins un élément (3) de l'aile ou une partie de cet élément comporte un système de sécurité (4) pour volet, qui raccorde un élément formant volet (5) à l'élément voisin et/ou aux plaques d'extrémité (2) grâce au fait que ce système de sécurité comporte par exemple des arbres de support (6), qui sont fixés aux deux extrémités de l'élément et à l'aide desquels l'élément formant volet est monté pivotant sur les plaques d'extrémité (2), et que les arbres de support (6) sont décalés par rapport au centre de pression en direction du bord avant (9) de l'élément (1) de l'aile, ce qui permet une rotation de cet élément autour de ces arbres (6) lors de la libération d'un accouplement de sécurité (4). 5. Aile à pans multiples selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'accouplement de sécurité (4) est équipé d'un élément réglable, c'est-àdire d'un vérin hydraulique d'actionnement facilitant le réglage du coeffi- cient de portance de l'aile. 6. Aile à pans multiples selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les éléments (1) de l'aile ont des profils identiques. 7. Aile à pans multiples selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le rayon de courbure des éléments de l'aile augmente depuis le bord avant (8) en direction du bord arrière (14). 8. Aile à pans multiples selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le canal (13) subsistant entre les éléments (1) de l'aile possède une forme amincie uniforme. 9. Aile à pans multiples selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des plans intermédiaires qui la subdivisent en des sections verticales tournées en des sens opposés.