Brevet FR2652558A1 — publié le 19910405

La présente invention est relative à un système d'asservissement en profondeur d'une aile portante sous-marine destinée à équiper un bateau rapide tracté par une voilure ou propulsé de façon mécanique par voie hydraulique ou aérienne. Nous rappelons les trois types de contrôle de profondeur généralement employés sur ces ailes sous-marines: 1- Les ailes liées de façon entièrement rigides par rapport au bateau, installées dans une position inclinée par rapport à l'horizon, et dont l'asservissement en hauteur est assuré par la diminution de la partie mouillée, et donc de la portance lors de élévation de l'aile. 2- Les ailes placées de façon horizontale dont la portance d'extrados diminue lorsque l'aile se rapproche de la surface par suite de la modification de ltécoulement sur l'extrados. 3- Les ailes sous-marines dont l'incidence est variable ou dont le bord de fuite est équipé d'un volet permettant la variation de portance, un dispositif de mesure de hauteur du bateau par rapport à la surface agissant sur la portance de façon à maintenir les ailes immergées à une profondeur suffisante. L'invention se propose de décrire un système de grande simplicité permettant de réaliser un asservissement en profondeur d'aile portante de ce troisième type permettant l'amortissement des chocs créés par les vagues à grande vitesse. On connait déjà de nombreux systèmes d'asservissements en profondeur actifs très performants de type hydrauliques, électriques ou combinant ces moyens et ces actions. Les bateaux ainsi équipés ont une traitée très faible et permettentdes allures rapides sans pour autant avoir besoin d'une grande puissance de moteur. Cependant ces systèmes mettent en oeuvre de nombreux mécanismes et deviennent de ce fait onéreux tout en perdant de la fiabilité à cause du nombre de pièces mises en oeuvre. Les systèmes de mesure de différence de hauteur entre le bateau et les vagues du type électronique à réflexion, ont des défauts liés aux risques d'erreur dus aux différences de lumière nocturne, diurne, aux différence de direction d'éclairage et finalement aux perturbations dues aux embruns. Enfin les automatismes mis en ouvre sont d'une complexité telle que l'analyse du fonctionnement est réservée aux spécialistes concepteurs tandis que les défauts de fonctionnement ne sont pas reconnaissables par les pilotes non avertis de ces bateaux. On connait un système de grande simplicité constitué par une structure triangulaire portant une charge, équipée de trois flotteurs placés aux trois extrémités du triangle de la structure, chaque flotteur étant équipé d'une aile sous-marine profonde fixée au flotteur de façon rigide avec une incidence fortement positive, ces flotteurs étant articulés chacun sur un axe permettant leur mouvement libre en roulis, un palpeur étant fixé à la partie avant du flotteur, dans le sens de la direction de navigation, la position dudit palpeur au dessus des flots modifiant l'incidence de l'aile sous-marine par l'intermédiaire de l'inclinaison du flotteur. Le bateau ainsi constitué, a été expérimenté par le déposant, en étant propulsé par un moteur hors-bord, tiré par un bateau, et tiré par une aile volante.Le comportement de ce bateau a été satisfaisant à grande vitesse sur eau plate ou légèrement houleuse, montrant un comportement supérieur en stabilité par rapport à une coque planante de même dimension. Cependant des défauts sont apparus par gros temps et à grande vitesse affectant la solidité de la liaison flotteur-palpeur et affectant le comportement sur des vagues engendrant des oscillations et générant des à-coups projetant le bateau hors de l'eau. Des voiliers multicoques à coques articulées permettant la diminution de rigidité de la structure et donc du poids du bateau ont été réalisés montrant un comportement supérieur aux multicoques rigides lorsque la mer n'est pas formée de façon excessive. Cependant lorsque la mer devient houleuse, deux flotteurs voisins peuvent avoir une position en roulis différente, entraînant des forces de torsion sur la structure . Ces forces deviennent considérables sur les liaisons, lorsque l'on désire amortir ce mouvement. La présente invention se propose de remédier à l'ensemble des défauts cités ci-dessus, concernant un système de sustentation pour bateau rapide à faible traînée évoluant sans àcoup, dans des mers houleuses. Ce système de sustentation est constitué par des flotteurs, chacun étant monté sur un axe permettant un mouvement en roulis et étant équipé d'une surface portante sous-marine et d'un palpeur flottant ou planant, monté sur la partie antérieure de ce flotteur. L'invention vise ainsi, l'obtention des effets suivants: - Une structure légère pouvant porter une charge importante et soumise à de très faibles contraintes structurales à grande vitesse dans une mer formée. - Une réalisation à faible coût, provenant de sa grande simplicité - Une grande fiabilité, provenant du faible nombre de pièces mises en oeuvre, et d'une maintenance facile. - Un comportement stable à grande vitesse, permettant de supprimer les résonances et de limiter le temps d'envol lorsque le bateau se déplace sur une mer formée, entraînant une limitation du choc à la retombée de l'envol balistique. - La modification en cours de navigation du calage de l'incidence des surfaces portantes, de façon à faciliter le passage régulier du mode hydroplannage de la coque, au mode de vol sur l'aile sous-marine lorsque la vitesse devient suffisante. - L'ajustage de la surface anti-dérive, dans le cas d'utilisation du bateau avec une voilure suivant les allures et l'état de la mer. En conséquence la présente invention a pour objet un flotteur équipé d'une aile portante sous-marine, plusieurs flotteurs étant reliés chacun à une structure constituant une charge utile par une poutre munie d'une articulation à rotation permettant au flotteur d'avoir un mouvement de roulis, un palpeur étant fixé à la partie avant du flotteur, dans le sens de la direction de navigation, la position dudit palpeur au dessus des flots modifiant l'incidence de l'aile sous-marine par l'intermédiaire de l'inclinaison du flotteur. L 'invention est caractérisée en ce que l'articulation à rotation entre le flotteur et la poutre comporte un amortisseur et en ce que la fixation du palpeur à l'avant du flotteur comporte un élément flexible, de façon à ce que le palpeur ne s'élève pas trop entre deux sommets de vagues, et de façon à éviter des contraintes excessives lors du choc du palpeur sur les vagues. Selon une autre caractéristique de l'invention la liaison entre le flotteur et l'aile sousmarine comporte une articulation à pivotement permettant de modifier le calage de la corde de la partie profilée de l'aile sous-marine par rapport à la ligne de flottaison au repos du flotteur, et un moyen d'ajustage permet de régler ledit calage en cours de navigation de façon à ajuster le déjaugeage du flotteur à vitesse donnée. On réalise ainsi une boucle d'asservissement en incidence d'une aile sous-marine. Cet asservissement comporte les caractéristiques suivantes: -Une mesure de la hauteur du bateau au-dessus de l'eau. -Un lissage de cette information de hauteur, sur une certaine distance en amont du passage de la dite aile. -Un amortissement des oscillations engendrées par une succession de vagues, risquant d'engendrer une résonance. -Un moyen de réglage du point de consigne en hauteur, permettant d'ajuster la hauteur du bateau au type de mer rencontrée. On peut ainsi réduire considérablement la traînée de l'aile sous marine, lorsque les conditions de navigation ne permettent pas le déj augeage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tous caractères limitatifs. La figure 1 est une vue de profil, représentant suivant l'état connu de la technique, un flotteur équipé d'une aile portante et d'un palpeur; cet ensemble est représenté à une vitesse intermédiaire telle que le flotteur est partiellement déjaugé par hydroplanage. La figure 2 représente ce même flotteur à grande vitesse avec l'aile sous-marine entièrement déjaugée. La figure 3 représente ce même flotteur à grande vitesse, modifié selon l'invention. Les figure 4 représente un mode de réalisation d'une liaison flexible entre palpeur et flotteur. La figure 5 est semblable à la figure 4 avec une contrainte sur le palpeur. La figure 6 représente un autre mode de réalisation de la liaison flexible entre palpeur et flotteur. Sur les dessins, la figure 1 représente un flotteur (1), pouvant avoir un mouvement de roulis grâce à une articulation à rotation (2), d'où part une poutre (3) portant le bateau. Le flotteur (1) est équipé à sa partie avant d'un palpeur (4 ) lié au flotteur par une liaison rigide (5). Une aile sous-marine (6) comporte une partie profilée (7) assurant principalement une portance verticale. Ladite partie profilée (7) est reliée au flotteur (1) par au moins un bras (8). Ce bras (8) assure également une portance anti-dérive. La partie profilée (7) de l'aile sous-marine a une incidence (i) calée d'origine de façon positive lorsque le flotteur est au repos sur la surface des flots (9). Sur cette figure le flotteur est représenté en position d'hydroplanage à une vitesse permettant son déjaugeage, mais ne permettant pas à l'aile sous-marine de supporter le poids total du bateau. Sur la figure 2 ce même flotteur est représenté à grande vitesse, et ne touche plus la surface des flots. Le palpeur hydroplane sur la surface de l'eau (9). La partie profilée (7) de l'aile sousmarine est représentée avec une incidence (i) très faible suffisant à assurer la portance à grande vitesse. Ces figures permettent de réaliser que, suivant l'état actuel de la technique, l'arrivée d'une vague sur le palpeur (4) augmente instentanément l'incidence (i), surtout si le flotteur est déjaugé, ce flotteur ayant une faible inertie et la liaison (5) étant rigide. il en résulte un "overshoot" engendrant des oscilations qui peuvent correspondre à une fréquence de résonance. De plus, le choc des vagues sur le palpeur et la retombée du flotteur sur la surface des flots peuvent entraîner des ruptures des pièces. Sur la figure 3, et suivant l'invention, la fixation du palpeur (4) à l'avant du flotteur (1) comporte un élément flexible (10) de façon à ce que ce palpeur (4) ne s'élève pas trop entre deux sommets de vagues et de façon à éviter des contraintes excessives. Le bras portant le palpeur (4) peut par exemple avoir une articulation flexible (16) à l'avant du flotteur. On voit aussi qu'un amortisseur (11) est placé entre la poutre (3) et le flotteur (1) de façon à limiter la vitesse de rotation du flotteur (1). D'autre part le bras (8), n'est plus fixé rigidement au flotteur (1) comme sur les figures 1 et 2, mais il est relié à ce flotteur par une articulation (12) à pivotement permettant de modifier par un moyen d'ajustage (13) le calage de la corde de la partie profilée (7) par rapport à la ligne de flottaison au repos du flotteur. Plus précisemment, le moyen d'ajustage (13) est constitué par un prolongement (8a) du bras (8) et par un palan (14) reliant l'exrémité du prolongement (8a) au flotteur (1) de façon à ce qu'une action sur ledit palan (14) augmente l'angle d'incidence (i) tandis qu'un ressort de rappel (15) s'oppose à l'effet du palan. On a représenté, en pointillés, une deuxième position du calage. L'amortisseur (11) peut être un amortisseur de type sec, ou de type visqueux à simple ou double effet comme par exemple pour ceux utilisés dans la construction automobile. La figure 4 représente un mode de réalisation de la liaison flexible (10), entre le palpeur (4) et le flotteur (1) au moyen d'une plaque flexible supérieure (21) , et d'une plaque flexible inférieure (22). Ces plaques sont disposées de façon sensiblement horizontales, de façon à permettre un déplacement vertical du palpeur (4) par rapport au flotteur (1). Un tel déplacement est représenté sur la figure 5 sous l'effet du choc d'une vague. Ces plaques ont une déformation en " S " , et assurent à elles seules l'élasticité de la liaison. La figure 6 représente un autre système de réalisation de l'élément flexible (10) où quatre axes (23) ont été installés en bout de plaques rigides (24) (25) disposées de manière analogue aux plaques (21) et (22). Un ressort de traction (26) a été ajouté sur une diagonale du paraléllogramme ainsi constitué, de façon à ramener le palpeur (4) jusqu'à une position basse. Bien entendu on peut prévoir d'autres modes de réalisation de cet élément flexible(l0) tel que par exemple un prolongement flexible du flotteur. Le fonctionnement de l'ensemble du flotteur (1), de l'aile sous-marine (6) et du palpeur (4) lors d'une perturbation provoquée par une vague est le suivant: La rencontre d'une vague par le palpeur(4) commence par soulever le palpeur en déformant la liaison flexible(l0), ce qui permet d'eviter un choc violent et bruyant sur le palpeur et sur l'avant du flotteur. La détente de la liaison flexible (10) juste après le choc engendre une rotation en roulis vers le haut du flotteur (1) autour de l'articulation (2). L'énergie cinétique du flotteur en rotation est absorbée par l'amortisseur (11) évitant ainsi une augmentation excessive de son angle en roulis et de l'angle d'incidence (i) de la partie profilée (7) de l'aile sous manne. Sans cet amortisseur l'augmentation trop importante de l'incidence aurait provoqué un décollement important du palpeur puis de l'aile entrainant des oscillations excessives et brutales sur l'ensemble du bateau. Suivant l'état de la mer une action sur le palan (14) modifie le calage de l'aile sousmarine ce qui modifie la consigne de hauteur du flotteur. Avec seulement quelques éléments mécaniques d'une réalisation très simple et d'un entrtien aisé, on réalise ainsi une boucle d'asservissement de la hauteur du bateau permettant de tirer le meilleur profit de l'état de la mer sans engendrer des contraintes excessives. REVENDICATIONS 1 Flotteur(1) équipé d'une aile portante sous-marine (6), plusieurs flotteurs (1) étant reliés chacun à une structure constituant une charge utile par une poutre (3) munie d'une articulation à rotation (2) permettant au flotteur d'avoir un mouvement de roulis, un palpeur (4) étant fixé à la partie avant du flotteur, dans le sens de la direction de navigation, la position dudit palpeur (4) au dessus des flots (9) modifiant l'incidence (i) de l'aile sous-marine (6) par l'intermédiaire de l'inclinaison du flotteur (1), caractérisé en ce qu'un amortisseur (11) est placé entre la poutre (3) et le flotteur (1) de façon à limiter la vitesse de rotation du flotteur (1) autour de son articulation à rotation (2) et en ce que la fixation du palpeur (4) à l'avant du flotteur (1) comporte un élément flexible (10), de façon à ce que le palpeur (4) ne s'élève pas trop entre deux sommets de vagues, et de façon à éviter des contraintes excessives lors du choc du palpeur (4) sur les vagues. 2 Flotteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre le flotteur (2) et l'aile sous-marine (6) comporte une articulation à pivotement (12) permettant de modifier le calage de la corde d'une partie profilée (7) de l'aile sous-marine (6) par rapport à la ligne de flottaison au repos du flotteur, et en ce que un moyen d'ajustage (13) permet de régler ledit calage en cours de navigation de façon à ajuster le déjaugeage du flotteur à vitesse donnée. 3 Flotteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen d'ajustage (13) est constitué par un prolongement (8a) du bras (8) au delà de l'articulation à pivotement (12), par un palan (14) reliant l'extrémité du prolongement (8a) au flotteur (1) et par un ressort de rappel (15) s'opposant à l'effet du palan. 4 Flotteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément flexible (10) est constitué par des lames flexibles (21,22) sensiblement paralèlles et reliant chacune le palpeur (4) au flotteur (1). 5 Flotteur selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la l'élément flexible (10) est constitué par un prolongement flexible du flotteur.