Brevet FR2645108A1 — publié le 19901005

La présente invention concerne les améliorations de fonctionnement d'une coque d'engin nautique à propulsion à voile tel qutn voilier à coque planante, doté d'une ou plusieurs parties infèrieures souples. Une nouvelle définition nous permet de bien comprendre les améliorations qui suivent Cette invention concerne une forme de carène porteuse qui permet & une coque de réguler les forces de portance qui varient en fonction de sa vitesse et de la forme du plan d'eau.Cette régulation a pour but d'augmenter les performances et donc d'aller plus vite qu'une coque d'engin nautique normale.Il s'agit d'un profil porteur intrados à fond presque plat dont l'épaisseur relative a la possibilité de varier et de s'adapter aux sollicitationsdes variations des forces de portance en réaction à la force d'inertie emmagasinée par l'engin nautique On utilise une ouplusieurs surfaces portantes dont la forme longitudinale est un profil intrados à épaisseur relative variable qui rencontre l'eau en mouvement sous un faible angle d'incidence qui repousse l'eau vers le bas de façon à produire la réaction égale et opposée qui sert à soutenir le poids de cet engin nautique de manière à le faire déjauger afin qu'il évolue au planning ou à la surface de l'eau.La surface mouillée de la carène à fond plat diminue avec 1' augmentation de la vitesse et se concentre sur l'arriére.On utilise la déformation contralée de la partie arrière de ce profil porteur dont la raideur. la nervosité et la forme sont prévues en fonction de la charge complète de l'engin considéré, afin d'adapter suivant les sollicic tations la forme la plus appropriée à la portance considérée. Ce profil à épaisseur relative variable, pour un rendement optimum de sa déformation ne devra subir aucune autre contrainte que celles engendrées par les variations de portance perpendiculaires à la carène.Une première approche de ce système a déja été envisagée et étudiée. Le plan antiaérive étant solidaire de ce plan porteur déformable Z les efforts latéraux orientés sur la droite ou sur la gauche de ce plan antidérive crèent en réaction à l'encrage de celui ci, un moment de torsion proportionnel à la poussée vélique qui tend à vriller le plan porteur sur toute sa longueur, ce qui occasionne de grosses pertes de portance sur l'arrière, donc perte de vitesse. Pour remèdier à ce problème, on a surdimensionné l'importance de la section des deux tiers arrières de ce plan porteur souple afin de concentrer les déformations en torsion et en flexion sur une portion très courte de celui ci. On arrive donc pratiquement à un effet de charnière ou d'articulation.En effet la courbe générale lors de la déformation comporte une portion nettement plus arrondie et assez courte située au niveau de la liaison avec la coque principale, ce qui crée une résistance à 1' écoulement du fluide outrainée considérable, d'ou encore perte de vitesse. Cette courbe ne correspond pas au profil porteur idéal, fonction des sollicitations de la portance. Le dessin annexé donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractèristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: FIG.1 est une vue de coté d'une coque de voilier dotée de cette invention. FIG.2corrèspond aux trois tendances de profil utilisé lors de 1 évolution d'une coque d'engin nautique ainsi équipée. FIG.3 correspond aux détails des différents éléments constituant une telle coque en vue de dessous partielle et en vue de côté. FIG.4 correspond à deux coupes due coques ainsi équipées réalisées de manière différente. FIG.Scorrespond & une glissière, aménagée dans le profil souple (2) dotée d'un guidage interne du plan antidérive. FIG.6 correspond à une vue partielle et en coupe d'un système de cage anticavitation. FIG.7 correspond à une coque en vue partielle équipée de deux profils porteurs souplesen tandem. FIG.8 correspond à une coque en vue partielle équipée dune gouverne de direction traversant le profil souple. FIG.9 correspond à une gouverne de direction articulée ne traver sant pas le profil porteur souple(2). Fiv.10 correspond au mode de guidage de l'axe du safran coulis sant à l'intèrieur de la coque et de l'équipement amortis. seur. FIG.ll correspond à une coque 3 pointsde voilier équipée de profil porteur souple. FIG.12 correspond à une coque trimaran équipée de profil porteur souple. FIG.13 correspond à un mode d'articulation d'une coque ainsi équipée sur un plan antidérive. Selon la FIG.l, l'épaisseur relative du profil porteur souple est égale au rapport de l'épaisseur (e) maximum du profil porteur considéré divisée par la longueur de celle ci. Cette déformation contrôlée nous oriente vers trois tendances ou trois profils aux caractèristiques différentes selon la FIG.2 FIGURE 2(1) : Profil intrados concave sur l'arrière, le plus porteur , son épaisseur relative (el) est la plus faible FIGURE 2(2) : Profil intrados plat sur l'arrière, moins porteur, d'épaisseur relative (e2) intermédiaire. FIGURE 2(3) : Profil intrados convexe, le moins porteur,dèpais- seur relative (e3) la plus importante. Le dimensionnement,les caractèristiques de ces profils porteurs sont évioemmentdéfinis fonction du cahier des charges de la coque considérée. Chacun de ces trois profils est doté d' un angle d' incidence différentfoc) et croissant dans l'ordre précité.Cet angle d'incidence ou angle d'attaque correspond à l'angle qu'il y a entre la corde du profil considéré(c) et la tangente (T) de la surface du fluide rencontré. Les différentes formes rencontrées, mcntée sommet, descente de vague, virage à droite ou à gauche occasionnent des accélérations ou décélérations verticales ou variations dynamiques des forces de portance (fp) perpendiculaires à la coque en contact avec le fluide. La raideur de l'arrière de ce profil souple (2) est déterminée de façon à ce qu' en tragectoire rectiligne, la forme de-la carène soit telle du profil plat ou légèrement convexe sur l'arrière aux pulsations près, forme intermédiaire moyennement porteuse. Le choc occasionné par la rencontre d'une vague à grande vitesse se tranforme en un surcroit de portance (fp3) qui va être absorbé par la déformation controlée du profil porteur souple vers la tendance profil convexe FIG.2(3) moins porteur et ainsi absorber le choc. L'allègement de la coque suite au passage de la vague se traduit par une décroissance de la portance du proril souple (Fpl) qui tend & la rattraper en se déformant vers le profil concave le plus bas,2(l? d'épaisseur relative minimum, plus porteur. Le fonctionnement de ce système est comparable à celui d' une soupape réglante dont le tarage est équivalent au poids de la coque d' engin nautique (Fg) et & sa charge pour la position intermédiaire du profil porteur . Le centre de poussée idéale de chacun de ces trois profils porteurs précités recule sur l'arrière de la coque quand 1' épaisseur relative du profil augmente.Pour choisir la meilleure forme adaptée au programme de navigationàvoile, on déplace longitudinalement le centre de poussée vélique (CV) par rapport au centre de poussée de la coque de façon à faire plus ou moins les forces de portance sur l'arrière.On déplace aussi , dans le même but le poids du ou des navigateurs (Fn) afin de régler 1' assiette de la coque, ou l'angle (oc) d'incidence du profil choisi, ce qui nous permet d'obtenir la meilleur glisse. L'amortisseur (3) de type généralement hydraulique à double effet (du commerce) est situé dans un puits (16) aménagé dans la coque(l) dont il est solidaire à une de ses extrémités, l'autre étant solidaire du profil déformable (2). Le ressort de tarage au besoin se positionne sur l'amortisseur lui même et profite ainsi de son encrage, prévu à cet effet pour transmettre les forces de contre réaction additionnelles au profil porteur (2). Le taux d'amortissement est déterminé par rapport au programme plus spécifique de la dite coque, il est très dur pour la vitesse pure et moins freiné pour l'évolution. On notera que la longueur totale de la déformation varie suivant les caractèristiques des profils utilisés. La paroi (la) consti -tue un gabarit contre lequel la partie (2) peut venir s'appuyer, s'enrouler lorsqu'elle est déformée vers le haut de manière à garantir le respect de la forme du profil le plus épais. Il existe donc une déformation contrôlée de la partie (2) par rapport à la surface (la), donc du profil porteur de la coque. Les perfectionnements qui font l'objet de la présente invention visent a remédier à ces inconvénients et à réaliser un engin du genre précisé plus haut qui réponde mieux que jusqu'à présent aux désidérata de la technique considérée. Vu la nécessité de l'implantation d'au moins une partie du plan antidérive au niveau de ce profil déformable, il est absolu -ment nécessaire que l'effort antidérive soit contenu par la coque proprement dite (1) afin d'éviter le vrillage du profil porteur (2). L'application de ce principe sur un voilier, nécessite donc selon la figure (1) que le plan antidérive soit solidaire du pont ou de la coque proprement dite) traversant ainsi le profil porteur (2) en lui laissant tous ses degrés de liberté.Le gréement ou plan de voilure (6) est fixé de façon usuelle sur la coque(l), .Ce voilier peut être équipé d'une dérive (5) escamotable. Dans le cas d'un profil porteur plus long Fis.3 > on répartit 1' amortissement sur deux paires d'amortisseurs(3',3") munis de leur ressort (17). Le débattement maximum est contenu par les butées internes des amortisseurs profil(el).Le plan antidérive (4) est fixé dans le pont surface (la), dans un boitier de forme classique (8) renforcé.Ce plan antidérive est réalisé en matèriaux composites les plus raides, par exemple (fibre de carbone, verre) ou en alliage (dural anodisé afin de limiter son flambage néfaste au fonctionnement du système. Une glissière (9) est réalisée en plastique dur,ajustée au profil de (4) en prévoyant les tolérances de flambage. L'épaisseur relative du plan antidérive (4) est plus importante sur la partie basse hachurée de façon à canaliser le décrochement dynamique au ras du profil porteur. Des bandes de mousse dure (9,9') nous permettent de sauvegarder l'état des parois (la et 2a),fixées sur (la). Le déplacement de la bande (9) permet de règler la longueur efficace du profil souple ,en nous déterminant ainsi le point de départ de sa déformation. La lèvre (12) est légèrement prépondérante, au niveau de la jonction du profil souple(2) avec la coque (1), par rapport à la continuité de la surface du profil souple (2) de façon à créer une zône d'accélération du fluide à cet endroit ainsi qu' une succion qui tend à vider la fente de son eau, entre(la) et (2a). Cette coque se dirige normalement, tout en ayant une vitesse accrue. Ce principe de fonctionnement s'appliqueplus particulièrement à celui d'un multicoque "catamaran ou trimaran", voilier doté de deux coques ou trois, reliées entre-elies par une stucture dimensionnée à cet effet de façon à assurer l'homogènéité de l'ensem- ble.Le safran (4) ou gouverne de direction traverse le profil porteur souple (2).La partie hachurée de (4) dégagée de la coque est articulée comme une gouverne compensée de façon à diriger le voilier, de façon usuelle. La FIG.4 nous illustre deux cas de construction en stratifié du profil souple (2). Le premier(A) permet grace à des flancs (lb) de limiter le passage de l'eau entre (la) et le profil souple (2).Le deuxième cas (B) de construction en stratifié creux,permet l'étanchéité avec le profil souple(2). Des jupes d'étanchéité (23) sont disposées entre le profil souple (2) et la coque (1) . Cette construction nécessite une armature(lc) interieureau chassisqui permet d'assurer la tenue mécanique de (2) lors de sa déformation. La FIG.5 correspond au guidage précis du plan antidérive (4) dans le profil porteur souple, le boitier ou glissière(9) comporte deux rouleaux(50) en plastique dur,chacun fixé dans le boitier au moyen d' un axe en inox (51) dimensionné à cet effet,ces axes sont maintenus parallèles sur le boitier à une distance suffisante nécessaire à l'ajustement du passage du plan antidérive (4). Deux plaques (52) en plastique dur sont ajustées symètriquement au profil par rapport à son axe,vissées sur le boitier (9) côté fluide. Deux lèvres en caoutchouc(53)ajustées au profil assurent l'étanchéité superieureclu Doitier .Cet ensemble se comporte comme un presse étoupe à cage qui limite le passage d'air afin de diminuer les problèmes de décrochement du plan antidérive(4) .Le fonctionnement de ces plans antidérivesl4) traversant un profil souple (2) n'est possible que grace à l'utilisation d'un système anticavitation situé à l'emplanture des profils antidérive, chassant les problèmes de cavitation engendrés par les problèmes d'étanchéité de (4) passant dans(2) Le principe le plus simple selon la FIG.6 consiste à pressuriser la cage située entre les lèvres8529 et(53) ajustée au profil (4) du plan antidérive. Une prise de pression 165) située devant et dans l'axe de (4) hors de la carène permet de maintenir une pression (P) suffisante à la demande de la dépressurisation (66) sur l'extrados de (4) .Tous autres modes de traitement des problèmes de cavitation peuvent tre utilisés La FIG.7 nous illustre le montage en tandem de deux profils souples (2) sur une coque en vue partielle(l). La FIG.8 correspond au montage d'un safran (4) articulé sur une portion (4") fixe et solidaire de la coque (1) traversant(2) dans une glissière à la forme de son profil. Un axe(61) commandé par un bras de levier(66) contient les efforts dûs à la fonction directrice de(4) ,son emplanture situé à ras la carène, le profil (2) étant au repos. La FIG.9 correspond au montage d'une gouverne de direction en deux parties articulées, l'une(4") qui reste dans l'axe de (-2) coulissant dans une glissière (9), l'autre directrice (4)solidaire de la coque par un axe (61) dimensionné àcet effet et commandé en direction par le levier (66). La FIG.10 correspond au montage d'une gouverne de direction (4') solidaire en mouvement au profil souple(2) et à son guidage interne à la coque qui supporte les efforts latéraux antidérives. Un safran(4') est solidaire en rotation selon son axe de centre de poussée d'un axe ( 61) dimensionné à cet effet.Cet axe(61)est guidé et maintenu en rotation sur le profil souple (2) par un tube guidé ou gaine (62) autour duquel un rouleau (63) permet de faire coulisser l'ensemble dans le puits (16) suivant les variations de position de (2). Les parois internes verticales du puits(16) en regard et dans l'axe de la coque sont espacées parallèlement de façon à réduire le jeu entre le rouleau(63) et les guides en plastique dur (64) solidaires du puits (16). L'amortisseur à double effet réglable (3) profite de ce puits (16) interne à la coque vu ses dimensions sensiblement égales au guidage de l'axe du safran. Cet amortisseur(3) est fixé d'une part au profil souple(2)Jd'autre part au sommet du puits. Le puits guidage (16) est réalisé de façon à contenir les efforts latéraux du plan antidérive(4') afin d'éviter le vrillage du profil souple (2), il doit aussi contenir les efforts verticaux engendrés par l'amortisseur (3). Un souflet(l7J pneumatique, situé entre la coque rigide (1) et le profil(2) souple permet de règler la raideur de(2). Tous les cas de construction de ce profil souple (2) à épaisseur relative variable, étudiés par rapport à l'implantation de leur plan antidérive, nous permettent de composer: Selon laFIG.l1 un voilier doté de trois points d'appui, ou trois coques planantes dotées de profil souple. 5a coque principale (la) est dotée sur son avant d'une carène planante prolongée d'un profil souple(2) et d un plan antidérive de direction(4), les cas étudiés FIG.8,FIG.9 et FIG.lOconviennent à cette implantation. Les flotteurs latéraux (lb) et (lc) solidaires du bras de liaison(7) correspondent au cas décrit FIG.(3), le plan antidérive étant devant et hors du profil souple. Selon la FIG.12 un voilier trimaran a trois coques ou deux points d'appui. La coque principale(la) est dotée d'une carène évolutive perforante sur l'avant, planante sur l'arrière, équipée d'un profilsouple(2), traversée par une gouverne de direction (-4). Les cas étudiés FIG.8,FIG.9, FlG.lO, conviennent a cette réalisation. Les flotteurs latéraux (lob) et(lc) sont dépourvus de plan antidérive, équipés seulement chacun d'un profil souple(2). La FIG. 13 correspond au cas de montage d'une coque telle que(lb) ou(Tc)FIG.lletl2 articulée sur son plan antidérive(4) solidaire du bras de jonction des coques(7). Les variations d'incidenceK) commandant la déformation du profil souple (2) ne sont pas les mêmes à 1' instant(T) d'une coque à l'autre,ce degré de liberté du flotteur permet ce fonctionnement autonome de chacunes des coques (la),llb),(lc). Un plan antidérive(4) tel qu'une dérive est monté vissé à l'extrèmité du bras de jonction, (7) fixation prévue à cette épreuve.Ce plan antidérive traverse le flotteur (lb) ou(lc) dans un puits vertical(69) ajusté et avec un angle de dépouille (g) dans l'axe et de part et d'autre de (4). Le guidage du flotteur(lb)ou(lc) dans l'axe et dans le plan de (4) autour de l'axe (70) traversant la coque et le plan (4), permet l'oscillation de la coque selon les variations(C REVENDICATION: l.Profil porteur en partie souple adapté à une coque d'engin nautique,à propulsion vélique, caractèrisé en ce que la carène de la coque(l) est rigide sur l'avant, et souple sur l'arrière, et constitue ainsi un profil intrados à fond plat ou presque ,à épaisseur relative variable(e) et en ce que la partie(2) souple de la carène est traversée par un plan antidérivef4) au moyen d'une glissière(9) sans gaine pour la déformation du profil souple qui est contrôlé en forme et en débattement par un amortis seur(3) à double effet, permettant à ce profil d' adapter ces caractèristiques porteuses aux sollicitations des forces de portance(Fp) du plan d'eau en réaction à celles d'inertie(Fg,Fn, Fcv) emmagasinées par l'engin nautique évoluant à grande vitesse, ceci fonction de l'angle d'attaque ou d' incidence( > ) du profil porteur de la coque par rapport à la surface du plan d'eau. 2. Profil porteur en partie souple suivant la revendication(l) caractèrisé en ce que la glissière(9) comporte un guidage intè rieur limitant les frottements par des rouleaux(50) solidaires de (9) situés de part et d'autre du plan antidérive (4). 3. Profil porteur en partie souple suivant la revendication(l) caractèrisé en ce que la glissière (9) constitue une cage située entre les lèvres d'étanchéité (52) et(53) de part et d'autre du profil porteur (2) autour du plan antidérive(4). 4. Profil porteur en partie souple suivant la revendication(l) caractèrisé en ce que la glissière (9) est équipée d'une prise de pression(65) devant et dans l'axe de(4) qui permet le maintien d' une pression(P) suffisante à la demande de dépressurisation (66) sur l'extrados de(4) afin de lutter contre les problèmes de cavitation de(4). 5. Profil porteur en partie souple suivant la revendicationfl) caractèrisé en ce que le plan antidérive tel qu'un safran(4) est articulé,suffisamment dégagé de (2) selon un axe (66) traversant dans (9) au moyen d'une partie (4"),solidaire mécaniquement de la coque (1) commandée par un levier(66) actionné de manière usuelle. 6. Profil porteur en partie souple suivant la revendication(1) caractérisé en ce que le plan antidérive ou gouverne de direction (4') est solidaire du mouvement du profil souple (2) et en ce que les efforts antidérives sont contenus par un mécanisme interne à la coque(l) tel qu' un puits (16) équipé de glissières internes (64) contre lesquelles appuie un rouleau (63) dans lequel l'axe de commande de direction (61) dans sa gaine (62) permet d'orienter(4') par un levier (66) actionné de manière usuelle,suivant le mouvement de l'ensemble. 7. Profil porteur en partie souple suivant la revendication(1) caractèrisé en ce que le plan antidérive ou gouverne de direction (4') est solidaire en mouvement du profil souple(2) et en ce que les efforts antidérives sont contenus par un mécanisme interne à la coque(l) tel qu'un puits (16) équipé de glissières internes (64) contre lesquelles appuie un rouleau (63) dans lequel l'axe de commande de direction (61) et sa gaine (62)permettent d'orienter(4') par un levier (60) actionné de manière usuelle, suivant le mouvement de l'ensemble. 8. Profil porteur en partie souple suivant la revendication (1) caractèrisé en ce que le flotteur (1) latéral d'un voilier multicoque équipé d'un profil souple(2) est orientable par rapport au plan antidérive (4) qui le traverse dans un puits (69) dimensionné à cet effet, un axe (70) traversant la coque (1) et le-plan antidérive (4)1et en ce que le plan antidérive (4) est solidaire du bras de jonction (7) des coques.