Brevet FR2675461A1 — publié le 19921023

La présente invention concerne un dispositif aérodynamique à concavité réversible, affalable, à grande portance réglable, pour la propulsion par le vent. Destiné à tout engin mu partiellement ou entièrement par le vent dont les bateaux, chars à voiles, planches à voile, maquettes, engins de plage. Actuellement les dispositifs de propulsion par le vent, affalable, à concavité réversible, tel que les voiles classiques, ne peuvent être creusées : plus cambrées pour engendrer une portance supérieure, donc une force de propulsion de l'engin supérieur, sans provoquer des décollements de la couche limite sur l'extrados des voiles, ce qui entraîne finalement des effets inverses à ceux recherchés. D'autre part, les configurations de voilure d'engins où le bord d'attaque des voiles est situé contre et derrière un mât à profil courant, diminue le rendement de ces voilures car le mât perturbe ltécoulement sur l'extrados de la voile dans la zone où elle devrait engendrer le plus de portance. Aussi les configurations de voilure de bateaux tel que le gréement Marconi, goélette, où les voiles sont l'une derrière l'autre et pivotent pour s'orienter en fonction du vent individuellement par rapport à un axe qui est en général leur bord d'attaque,se gênent dans certaines conditions de navigation tel que les allures de pré : La configuration de l'ensemble entraîne des pertes de rendement de chaque voile prise séparément. Ceci car le plan de voilure est constitué de plusieurs voiles dont leur écoulement respectif interfèrent de plus en plus défavorablement quand on passe des allures de grand largue aux allures de prés : à mesure que les différentes voiles se rapprochent d'un même alignement. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Le dispositif à voiles, objet de l'invention est à concavité réversible, affalable, à surface réductible et à grande portance réglable. n se présente ainsi: Le plan de voilure du dispositif est constitué d'une seule voile en deux parties au minimum, dont la forme et la cambrure de l'ensemble et de chaque partie sont réglables, positionnés indépendamment, d'une manière réglable, les unes à la suite des autres, avec un faible recouvrement réglable de deux parties consécutives. L'espacement des zones de recouvrement de deux parties consécutives forme une fente dont la géométrie est réglable, créant ainsi un dispositif de contrôle de la couche limite de l'extrados par soufflage naturel : l'air venant de l'intrados de la voilure par cette fente ouverte débouche sur l'extrados de la voilure en une zone, parallèlement, et dans le même sens que l'écoulement de l'air sur ltextrados de la voilure en cette zone. L'ensemble du plan de voilure pivote globalement autour d'un axe pour être orienté par rapport au vent. Le plan de voilure passe à côté du mât qui présente ou non un profil aérodynamique et toujours du côté intrados du plan de voilure, ou le mât est intégré dans une des parties du plan de voilure avec ou non un profil aérodynamique, ou le mât occupe la place d'une des parties du plan de voilure (mât aile). Le dispositif se compose: 1 ) D'un mât servant à supporter entre autre, l'extrémité supérieure des différentes parties de la voilure. Le mât est fixe ou pivotant, haubanné ou non, il présente un profil aéro dynamique, ou non, pour engendrer une moindre traînée. I1 est muni ou non d'un caré nage aérodynamique afin de réduire au maximum sa trainée. Ce dispositif de carénage est en une ou plusieurs parties qui entoure le mât sur une fraction de sa hauteur. Cha que partie pivotent librement autour d'un axe qui est en général celui du mât et est maintenue en place sur le mât. La carénage est orienté naturellement face au vent, comme une girouette, par l'effet de celui-ci sur sa forme et/ou par une liaison depuis un élément du dispositif orientable en fonction de la direction du vent comme la struc ture inférieure en aval du mât.Dans le cas d'une orientation uniquement par le vent, le centre de gravité du carénage passe par son axe de rotation afin que la rotation s'effec tue quelque soit l'inclinaison du mât et la force du vent. Le mât est vertical ou incliné. 2") D'une structure inférieure servant à orienter l'ensemble du plan de voilure et chacune de ses parties par rapport à la direction du vent, à modifier et maintenir leur forme et leur cambrure ainsi que la géométrie des fentes. La structure inférieure reçoit et posi tionne tous les ancrages fixes et à position réglable, des manoeuvres courantes fixées à la voilure, autre que les drisses, qui maintiennent et permettent de modifier la forme de la voilure ainsi que la géométrie des fentes crées par le recouvrement partiel des différentes parties de la voilure positionnées les unes à la suite des autres : la forme et la structure, de la structure inférieure, est prévue à cet effet.Toutes les manoeuvres courantes passant par, ou venant de la structure inférieure sont renvoyées au pied du mât ou du support de la structure inférieure, pour faciliter les manoeuvres à l'aide de poulies de renvoi. La réversibilité de la concavité est obtenue en faisant passer la voi lure d'un côté à l'autre de la structure inférieure qui est conçue et équipée à cet effet à l'aide des manoeuvres et/ou en faisant varier sa géométrie, et/ou sa position. L'angle formé par l'axe longitudinal de la structure inférieure et l'axe autour duquel elle pivote n'est pas forcément droit. La structure, la forme et les possibilités de variation de la géométrie de la structure in férieure sont déterminés également en considérant qu'elle doit faire passer le plan de voilure soit par le mât, soit à côté de celui-ci entre le mât et des haubans, soit à l'exté rieur du mât et des haubans, et aussi permettre au plan de voilure une rotation de près de 1800. A cet effet le système de structure inférieure est en une ou plusieurs parties. Dans certains cas une au moins des parties de la structure inférieure est mobile: arti culée et/ou coulissante. Le système de structure inférieure peut avoir l'aspect de bôme wishbone ou d'un balestron. La structure inférieure est ou non reliée directement à l'engin permettant ainsi de reprendre les efforts qu'elle supporte. La structure infé neure est ou non équipée de suspentes reliées au mât pour reprendre des efforts aux quels elle est soumise. Ces suspentes sont reliées à la structure inférieure en des points reprenant au mieux les efforts et gênant le moins possible sa rotation. La sus pente ne servant pas, est relachée si elle gêne la rotation de la structure inférieure. L'orientation de la structure inférieure est assurée par de l'accastillage connu qui relie la structure inférieure à l'engin qu'elle équipe. Plusieurs systèmes sont possibles à base de palan, de palan et rail, ou autre. Ces systèmes sont ou non, associés, ou confondus au système qui reprend les efforts subis par la structure inférieure. La structure infé rieure s'articule autour d'un support spécial qui permet sa rotation ou autour du mât avec liaison type vit de mulet ou autre 3 ) La voilure dont les différentes formes et notamment celles de la cambrure engendrent des forces aérodynamiques différentes dans un courant d'air. Elle se compose d'une ou plusieurs parties indépendantes.Chaque partie de la voilure, par leur position relative, entre elles et à la direction du vent, se comporte comme un bec de bord d'attaque, un corps de profil ou une de ses parties, un volet. Par analogie avec les dispositifs portants aéronautiques, il est possible de réaliser: - un profil seul en une ou plusieurs parties, - un profil avec un ou plusieurs volets de bords de fuite, - un profil avec un bec de bord d'attaque, - un profil avec un bec de bord d'attaque et un ou plusieurs volets de bord de fuite. Les parties de la voilure sont à profil mince, et/ou partiellement épais, et/ou entière ment épais, souple et déformables. La réduction de la voilure s'effectue en affalant une ou plusieurs parties de celle-ci et/ou en équipant l'ensemble d'un dispositif de prise de ris connu. La voilure est équipée de lattes dans les parties où il est utile de mieux mai- triser sa forme et notamment la courbure de son profil. Le bord d'attaque de chaque partie, recouverte part le bord de fuite de la partie en amont, créant ainsi une fente qui est ouverte ou fermée, individuellement, est ou non muni d'un système réglant et maintenant constante l'épaisseur et la géométrie de cette fente à ces différents niveaux. Un des systèmes possibles se compose d'une ou plu sieurs plaques de forme appropriée, fixé perpendiculairement à la voilure de chaque côté de celle-ci, légèrement en retrait du bord d'attaque en partie dans la zone de recou vrement. La forme de ces espaceurs est globalement en forme de coin allant en s'élar gissant vers l'aval. Le côté de la plaque en contact avec la voile sur laquelle elle est fixée présente une concavité pour permettre à la voile d'épouser un profil courbe. La fixation de la plaque sur la voile s'effectue au moyen de deux pattes perpendiculaires à la plaque à chacune de ses extrémités. La liaison patte/voilure est rigide au point amont de la plaque. Un autre point à l'autre extrémité de la plaque sert de guide latéral et as sure aussi le maintient de la plaque perpendiculairement à la voile. Les profils en coin des plaques fixées près d'un même bord d'attaque ne sont pas forcé ment les mêmes ainsi que pour les autres bords d'attaque s'ils existent. La géométrie de la fente participe au réglage du débit et de la vitesse d'injection du fluide sur l'extrados. L'ouverture, le réglage et la fermeture de chaque fente s'effectue en déplaçant les différentes parties de la voilure, les unes par rapport aux autres, dans les deux directions longitudinales et transversales, par l'intermédiaire des manoeuvres concernées, et de l'accastillage en place sur la structure inférieure. L'ensemble de la voilure se hisse par des drisses et est affalable, se démonte et s'isolé du reste du dispositif si nécessaire. Les avantages directs tirés d'une voilure composée d'une suite de voiles qui ne se gênent pas comme dans le cas de gréement Marconi, goélette, aux allures de pré, mais au contraire, permet de créer un système de contrôle de la couche limite, accroissent le coefficient de portance de l'ensemble et permettent soit l'emploi d'une surface de voile inférieure à performance égale aux gréements classiques et dans ce cas descendre le centre de poussée donc diminuer le moment de renversement, soit des performances supérieures à surface de voilure égale, soit une combinaison des deux types de gains. Selon un mode de réalisation, le mât (1) de section circulaire est fixé non tournant verticalement sur le support de la structure inférieure (2) de l'engin, par exemple un bateau type monocoque (3). L'angle formé par l'axe vertical du support de la structure inférieure et le plan de rotation de la structure inférieure est de 90". Le mât est muni d'un système de barre de flèches (4) à un étage et d'un haubannage classique (5). Le mât (1) reçoit en tête l'accastillage connu (6) nécessaire pour les drisses des différentes parties de la voilure (7, 8, 9). Dans ce cas, selon une forme de réalisation le dispositif de carénage(10) du mât (1) est en deux parties et l'orientation dans la direction du vent est guidée depuis la structure inférieure (11) par une liaison rigide matérialisée par une tôle (12) fixée sur la structure inférieure (11). Chaque partie du carénage(10) repose sur une collerette (13) en deux parties réunies par des boulons, en alliage d'aluminium, équipé de 2 butées à bille porteuse escamotable (14), et serrée autour du mât (1). Le carénage (10) est en 2 parties symétriques ex térieurement qui sont reliées par une charnière (15) sur toute sa hauteur sur le bord d'attaque. li est équipé intérieurement en haut et en bas de 3 butées à bille porteuse escamotable (16) qui servent de guide de rotation.La fermeture s'effectue au bord de fuite par des vis (17), et s'est dans la fermeture qu'est insérée la tôle de liaison (12) des carénage (10) jusqu'à la structure inférieure (11). Un fond supérieur (18), fixé à fleur, et inférieure (19) en retrait pour abriter la collerette (13) sont soudés à un côté du carénage (10). L'ensemble est en alliage d'aluminium. Selon une variante de réalisation, des masses (20) sont disposées à l'intérieur du carénage (10) pour équilibrer l'ensemble afin que son centre de gravité soit sur l'axe de rotation du carénage (10). Selon une forme de réalisation particulière la structure inférieure (11) est déterminée pour permettre au plan de voilure de passer à l'extérieur du mât (1) et des haubants (5). Elle est réalisée en tube soudés en alliage d'aluminium, de section rectangulaire. La structure inférieure (11) comporte deux parties réunies par des boulons, de part et d'autre de son support (2) fixé sur l'engin (3). Le support de la structure inférieure (2) en plusieurs parties réunies par des boulons, comporte deux palliers munis de roulements (21) et butées à bille (22) en deux parties pour faciliter le montage et l'entretien.Sur la partie supérieure de la structure inférieure (11) vient se fixer l'accastillage(23): rails avec chariots et poulies nécessaires pour positionner l'ancrage des manoeuvres courantes (24) venant de la voilure (7,8,9) afin de la maintenir dans la forme désirée. Toutes les manoeuvres courantes (24) venant de la voilure et celles de réglage de l'accastillage sont renvoyées par des poulies au pied du support de la structure inférieure (2). Selon une réalisation particulière, la structure inférieure (11) est orientée par l'intermédiaire de palans (25) fixés sur la partie avant de celle-ci et sur l'engin (3). Selon une autre réalisation particulière, la structure inférieure (11) est orientée par l'intermédiaire de 3 palans (26) fixés sur la partie aval et amont de la structure inférieure (11) et reliés à un rail circulaire (27) fixé sur l'engin (3) ce qui permet également de reprendre des efforts imposés par la voilure sur la structure inférieure (11). Selon une réalisation particulière, la voilure est en trois parties (7, 8, 9) qui jouent le rôle d'amont en aval : de bec de bord d'attaque, de corps de profil et de volet de bord de fuite. Ces trois parties (7,8,9) sont de forme générale triangulaire et sont réalisées en tissus enduit. Selon un mode de réalisation, les parties centrale (8) et aval (9) de la voilure sont munies près de leur bord d'attaque d'espaceurs (28), rigides, en matière plastique, distant d'environ un mètre les uns des autres. Ils sont fixés par collage sur la voilure par leur partie amont (29) et sont encastré, dans des logements en tissus enduit cousus à cet effet sur la voilure, par leur partie aval (30). La hauteur et la largeur des espaceurs est suivant un mode de réalisation une fonction linéaire de la corde de la voilure au niveau auquel ils sont fixés. Selon une réalisation particulière, pour les deux voiles d'amont (7 et 8), sur le quart aval de celles-ci, est installé au niveau de chaque espaceur et entre ceux-ci une latte souple (31). Selon une variante de réalisation faisant passer le plan de voilure (7,8,9) par le mât (1), la structure inférieure est en trois parties (11, 11',11") : les parties 11 et 11" sontre- liées au mât (1) par des dispositifs connus type hale bas (32) et vit de mulet; les parties 11 et 1 1' sont mobiles l'une par rapport à l'autre en rotation. Les parties de la structure inférieure 11 et 11" sont reliées entre elles par un dispositif de traction implanté de chaque côté; la manoeuvre courante (33) de chacun de ces dispositifs est renvoyée en pied de mât (1). I1 en est de même pour les parties 11 et 11'. Ces dispositifs de traction ont pour rôle, suivant cette réalisation particulière, de courber la structure inférieure qui dans ce cas est en trois segments (11,11',11") afin de cambrer le plan de voilure (7,8,9). Ces dispositifs de traction font que la structure inférieure (11,11', 1 1") forme un ensemble rigide pivotant globalement autour du mât (1) et est orienté par un système de palan (25) qui sont implantés de chaque côté de la structure inférieure et reliés à l'engin (3). La structure inférieure (11,11',11") reçoit l'accastillage connu nécessaire à l'encrage réglable et fixe des manoeuvres courantes venant de la voilure et renvoyées en pied de mât. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux engins recherchant la vitesse. Chaque figure dont la description suit représente uniquement un des modes de réalisation. La figure 1 est une vue cavalière d'un dispositif adapté pour équiper un bateau monocoque. Le type de structure inférieure du dispositif choisi fait passer le plan de voilure à l'extérieur du mât et des haubans. ll comporte une voilure mince en tissu, formant un bec de bord d'attaque, un corps de profil et un volet de bord de fuite. Le mât est caréné. La figure 2 est une vue cavalière du dispositif adapté pour équiper un bateau de type monocoque. Le dispositif adopté fait passer le plan de voilure par le mât. Il comporte une voilure mince en tissu formant un bec de bord d'attaque, un corps de profil et un volet de bord de fuite. Le volet de bord de fuite est associé au carénage du mât. La figure 3 est une coupe horizontale du carénage du mât. Elle montre le système de guidage en rotation du carénage autour du mât. La figure 4 est une section horizontale du bord de fuite du carénage du mât. Elle montre comment est inséré la liaison entre plusieurs parties de carénage, entre elles et par exemple la structure inférieure. La figure 5 est une section verticale du carénage du mât. Elle montre, entre autre les positions des billes porteuses rétractables assurant le guidage du carénage autour du mât et son supportage. La figure 6 est une demi-vue extérieure et demi-coupe d'un type de support de bôme. I1 s'ouvre en 2 parties. La figure 7 est une vue représentant le montage des espaceurs sur les parties de la voilure. La flèche indique le sens d'écoulement de l'air. La figure 8 est une vue complétant la figure 7. La figure 9 montre les espaceurs en position fente ouverte. La flèche indique le sens d'écoulement de l'air. La figure 10 montre les espaceurs en position fente fermée. La flèche indique le sens d'écoulement de l'air. REVENDICATIONS 1) Dispositif aérodynamique à voile pour la propulsion par le vent, caractérisé en ce qu'il est composé d'une voilure souple (7,8,9) et à forme modifiable, d'un mât (1) qui main tient la partie supérieure de l'ensemble de la voilure,(7,8,9) d'une structure inférieure(M) qui oriente et maintient la forme et la cambrure de l'ensemble de la voilure et de cha cune de ses parties,(7,8,9) ainsi que la géométrie des fentes, en ce que le plan de voi lure (7,8,9) est constitué d'une seule voile en deux parties au minimum, dont la forme et la cambrure de l'ensemble et de chacune de ses parties (7,8,9) sont réglables, posi tionnées indépendamment d'une manière réglable les unes à la suite des autres, avec un recouvrement réglable de deux parties consécutives, en ce que l'espacement des zones de recouvrement de deux parties (7,8) consécutives forme une fente dont sa gé ométrie est réglable, créant ainsi un dispositif de contrôle de la couche limite de l'ex- trados par soufflage naturel : l'air de l'intrados de la partie de la voilure (7) en amont de la fente ouverte considérée, débouche sur l'extrados de la partie de la voilure (8) en aval de cette fente en une zone, parallèlement et dans le même sens que l'écoulement de l'air sur l'extrados de la voilure en cette zone, en ce que l'ensemble du plan de voi lure (7,8,9) pivote globalement autour d'un axe pour être orienté par rapport au vent, en ce que chaque partie de la voilure (7,8,9) est affalable, à surface réductible et à concavité réversible. En ce que la structure inférieure (11) pivote autour d'un axe. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mât (1) présente un profil aérodynamique engendrant une traînée minimum. 3) Dispositif selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le profil aérodynami que du mât (1) engendrant une traînée minimum est obtenu par un carénage (10) en une partie au moins qui entoure le mât (1) sur une fraction de sa hauteur et est mainte nu sur celui-ci, en ce que le carénage pivote autour d'un axe et que le centre de gravité du carénage (10) est sur cet axe. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le carénage (10) est guidé dans sa rotation par une liaison (12) avec un élément (11) du dispositif qui s'oriente en fonction du vent. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 4 caractérisé en ce que le mât (I) occupe la place d'une partie de la voilure (7,8,9). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2 et 4 caractérisé en ce que le mât (1) est intégré dans une partie du plan de voilure (7,8,9). 7) Dispositif selon les revendications 1,2,3 et 4 caractérisé en ce que le mât (1) passe à côté du plan de voilure(7,8,9), côté intrados. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que au moins une des parties de la voilure (7,8,9) présente une fraction respective quel conque de sa corde en profil épais. 9) Dispositif selon l'une quelconque des renvendications précédentes caractérisé en ce que la structure inférieure(1 1) est constituée au minimum d'un élément. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la structure inférieure (11) est à géométrie variable et comporte au moins un élément mobile (11'). 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la forme de la structure inférieure (11) positionne les ancrages, à position réglables et/ou fixe, (23) des manoeuvres courantes (24) reliant la voilure (7,8,9) à la structure inférieure (11) de telle sorte que le plan de voilure (7,8,9) puisse passer par le mât et changer de bord. 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 10 caractérisé en ce que la forme de la structure inférieure (l1)positionne les ancrages, à position réglables et/ou fixe (23, des manoeuvres courantes (24) reliant la voilure (7,8,9) à la structure infé rieure (11) de telle sorte que le plan de voilure (7,8,9) puisse passer à côté du mât et changer de bord. 13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'espacement des zones de recouvrement de deux parties consécutives(7,8) de la voi lure (7,8,9) est maintenue par au moins un espaceur (28) positionné sur la face de la partie aval, (8) en retrait du bord d'attaque côté intrados et en partie dans la zone de recouvrement, perpendiculairement à la voilure (8), en ce que son profil est globalement en forme de coin allant en s'élargissant vers l'aval et le côté de l'espaceur (28) en contact avec la voilure (8) est concave et comporte 2 pattes (29,30) perpendiculaires au profil pour la liaison avec la voilure (8) aux deux extrémités de l'espaceur, en ce que la fixation de l'espaceur (28) s'effectue par liaison fixe à une extrémité et guidé latéralement à l'autre extrémité.