Brevet FR2677324A1 — publié le 19921211

L'invention porte sur le concept d'un bateau dont la propulsion et le pilotage se font en agissant uniquement sur la variation de poussée exercée par deux groupes propulsifs placés de chaque côté du bateau. Ce bateau ainsi piloté convient bien à la navigation sur des plans d'eau où les manoeuvres sont fréquentes; il se prête par exemple à la location de bateaux de plaisance. Ce concept de pilotage s'adapte particulièrement bien à la propulsion par moteurs électriques. Traditionnellement, la poussée et la direction d'un bateau se font - soit avec un ou plusieurs moteurs à angle de poussée fixe dont la variation de sens et de force sert à choisir la vitesse, et un gouvernail constitué par une surface plane orientable solidaire d'un axe vertical qui sert à diriger. - soit avec un ou plusieurs moteurs dont la variation de l'angle de poussée dirige le bateau, c'est le cas général des moteurs hors bord. Dans ces concepts classiques, les manoeuvres de parcages en particulier sont assez délicates et utilisent plusieurs organes de commande, alors que cette invention facilite grandement le pilotage puisqu'elle permet d'orienter le bateau sur place en n'utilisant qu'une seule manette omnidirectionnelle. Par ailleurs, les dispositifs mécaniques de direction sont inexistants ; ceci présente l'avantage d'un entretien et d'une fragilité inexistante tout en diminuant le coût de fabrication pour certains bateaux. Un bateau construit selon ce principe sera constitué - d'un élément propulsif gauche et d'un élément propulsif droit tous deux à poussée variable. - d'un dispositif de commande de ces propulseurs. - de dispositifs annexes de gestion d'énergie et de sécurité. Les groupes propulsifs El] seront situés et orientés, comme le montre la figure 1, de façon à fournir - une poussée [2] générant une composante parallèle à l'axe [3] de déplacement du bateau (axe horizontal du bateau allant de la proue à la poupe) - et un couple de rotation autour de l'axe vertical du centre de poussée [4] du bateau. D'autres composantes de poussée, verticales par exemple, dues à la fréquente inclinaison vers le bas de l'arbre moteur ne gênent pas ce concept. Une disposition simple consiste à placer de chaque coté du bateau un moteur [1] dont la poussée est parallèle à l'axe [3] du bateau. L'écartement sera suffisant pour créer le couple de rotation nécessaire au besoin. La variation de poussée d'un élément propulsif par rapport à l'autre va engendrer un couple de rotation autour de l'axe vertical du centre de poussée du bateau, d'autant plus élevé que la différence d'écartement augmente. C'est ce couple de rotation additionné à la composante de poussée axiale qui va permettre de propulser et d'orienter le bateau sur le plan de l'eau. Sur la figure 3 sont représentés quelques exemples de la route [5] que va suivre le bateau en fonction des poussées [6] exercées sur lui. A titre d'exemple non limitatif, un bateau d'une longueur de 4 mètres, prévu pour promener 4 passagers, propulsé par 2 moteurs électriques de 400 Watts de puissance à l'arbre d'hélice, dont les hélices sont situées sur le plan arrière du bateau, nécessite que les 2 axes de poussée passent à environ 1 mètre du centre de poussée du bateau pour obtenir un pilotage agréable. Si la largeur ou la forme de la carène ne permettent pas d'écarter suffisamment l'ensemble de propulsion de l'axe du bateau, il suffit de créer un petit (petit, pour ne pas trop affecter le rendement énergétique) angle d'ouverture de l'axe de poussée : Voir la figure 2. En considérant l'exemple du bateau précédent, supposons que les hélices se trouvent à 2 mètres en arrière de l'axe de poussée du bateau et écartées chacune de 0,7 m de cet axe avec un angle nul. En créant une ouverture de 12" pour chaque ensemble de propulsion par rapport à l'axe du bateau, le rendement, pour le déplacement en ligne droite, par rapport au cas précédent, sera de n = cosinus(l2 )/cosinus(0 ) = 0,98 soit une perte de 2 %, alors que l'axe de poussée passera de 0,7 m à 0,7 m + (2 m x sinus(l2 )) = 1,12 m du centre de poussée. Le couple de rotation augmentera donc dans un rapport d'environ 1,12 / 0,7 = 1,6 soit un gain de 60 %.Si l'angle d'ouverture passe à 20 , les mêmes calculs donnent un rendement égal à 94 t et le couple de rotation sera multiplié par 2. I1 est donc aisé de construire divers type de bateau avec ce concept tout en conservant des capacités de pilotage correctes. Le dispositif de commande va transmettre l'ordre du pilote au variateur de poussée de chaque élément propulsif. Les ordres de pilotage peuvent provenir de différentes sources, par exemple - d'un pilote humain qui actionne un ( ou éventuellement plusieurs ) organes de commande transformant la pression ou le déplacement des mains en signaux électriques représentant la vitesse et la direction souhaitées, - des signaux électriques provenant eux-mêmes d'un dispositif de réception de radio commande, - des signaux électriques provenant d'un dispositif de lecture magnétique d'un cap à conserver, couramment appelé pilotage automatique. Après avoir précisé la direction et la vitesse souhaitées, par un dispositif de commande, ces signaux sont décodés et adaptés au variateur, de poussée en avant ou en arrière, de chaque ensemble propulsif. Ce décodage peut être non linéaire de façon à obtenir par exemple une direction plus ou moins sensible ou une marche arrière moins puissante que la marche avant. D'autres dispositifs de régulation de vitesse, de gestion d'énergie, de limitation du couple moteur, de sécurités, etc., peuvent facilement s'insérer à ce niveau pour agir sur le comportement des éléments propulsifs ou du bateau. La figure 4 donne un exemple de réalisation électronique : l'organe de commande est une manette omnidirectionnelle [7] qui fournit un signal électrique analogique de l'image de la position du manche de commande dans les axes X et Y de son plan. Ces signaux seront traduits comme l'image de la vitesse [8] et du couple de rotation [9] que l'on veut donner au bateau pour naviguer à la vitesse et dans la direction choisies. Après le mixage [10] de ces 2 signaux électriques par addition et soustraction, par exemple avec 4 amplificateurs opérationnels électroniques, on peut obtenir une tension électrique [11] image de la poussée à donner de chaque côté du bateau. Dans le cas de moteur électrique [1] accouplé avec une hélice classique comme ensemble de propulsion, il suffit d'amplifier en puissance ce signal pour faire varier la vitesse des moteurs. En pratique, il sera préférable d'utiliser un hacheur de courant pour obtenir un bon rendement du variateur [12]. L'inversion du sens des moteurs est envisageable par de nombreux procédés connus tels des relais électromagnétiques commandés par un comparateur de seuil des signaux [10] de vitesse à donner aux moteurs. Pour compléter la réalisation, il faut une source d'énergie embarquée telle une batterie d'accumulateurs [13], plus une alimentation pour recharger cette batterie qui peut être un chargeur sur secteur 220 V [14] ou un groupe électrogène ou des cellules photovoltaïques. De plus, des dispositifs de gestion d'énergie [15] peuvent par exemple - limiter la décharge de la batterie pour ménager son usure, - limiter la vitesse des moteurs pour choisir une plus grande autonomie de navigation, - limiter le courant, donc le couple de rotation des moteurs, de façon à assurer en cas de blocage d'hélice, leur protection thermique, celle de l'électronique de puissance et celle des personnes au niveau des hélices. REVENDICATIONS 1 / Bateau caractérisé en ce que seules les variations de poussée de deux groupes propulsifs principaux servent à la navigation normale. 2 / Dispositif de propulsion et pilotage selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les 2 systèmes de propulsion [1] sont disposés de façon à ce que leurs poussées t2] se décomposent au moins - en une force parallèle à l'axe [3] du bateau et passant par le centre de poussée [4} du bateau, - et en deux couples ( un par groupe de propulsion ) de rotation autour du centre de poussée [4] du bateau, ces couples s'opposant lorsque les forces (2] parallèles à l'axe du bateau sont de même sens. 3 / Système de propulsion et pilotage selon les revendications 1 et 2, appliqué à un bateau à moteurs électriques caractérisé par le fait de pouvoir directement utiliser un organe de commande unique, proportionnel et omnidirectionnel sur un plan X,Y, pour transmettre l'ordre de vitesse et de direction aux moteurs. 4 / Système de propulsion et pilotage selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que ce sont des signaux électriques qui sont utilisés du début t7] de la chaîne de pilotage à la commande [12] de vitesse des moteurs, ce qui permet d'insérer, très économiquement, de nombreuses fonctions de contrôle, de corrections ou de régulation des moteurs et de l'énergie distribuée.