Brevet FR2720368A1 — publié le 19951201

La présente Invention concerne les bateaux et plus particulièrement oeux qui sont mus par la forcie du vent. La propulsion d'un bateau par le vent résulte des actions conjuguées de l'eau sur des éléments antidérives (coque, aileron, safran, etc) et du vent sur une voile, une aile profilée, ou une voilure tournante. Les. ailes profilées ont un bien meilleur rendement que les voiles, et les voilures tournantes présentent elles-memes de nombreux avantages théoriques sur les ailes profilées: surface réduite, donc sécurité accrue, excellent rendement aérodynamique, poussée du suent bien localisée, facilité de pilotable manuei ou automatique, entraînement aisé des auxiliaires, etc. riais la structure des bateaux actuels (voiliers, catamarans, trimarans, etc) se prête très mal, pour des raisons techniques et de sécurité évidentes, à l'installation d'ailes profilées ou de voilures tournantes. Aussi leur utilisation n'a-t-elle jamais dépassé le stade de l'expérimentation et l'on ne trouve sur le marché que des bateaux à voile ou à moteur. Le bateau selon l'invention permet d'utiliser, en toute sécurité, tous les types de propulsion connus . moteur, voile, aile profilée, voilure tournante II comporte selon une première caractéristique: - une plate-forme qui repose sur au moins trois flotteurs identiques, sensiblement paralleles, munis de dérives calées suivant leur direction longitudinale ou suivant une direction réglable différente - un dispositif dit de direction, permettant de faire tourner les directions de tous les flotteurs dans le même sens d'un même angle V - un dispositif dit d'orientation, permettant de créer un défaut de parallélisme entre les directions des dérives de façon à obtenir un couple qui fait pivoter le bateau sur lui-même sous l'actiondesavitesse - un dispositif de propulsion (voilure ou moteur) créant une forcie propulsive dont le support et le sens sont sensiblement fixes par rapport à la plate-forme. L'installation d'une voilure (voile, aile profilée, voilure tournante) d'orientation quasiment fixe sur une plate-forme de dimensions importantes procure de nombreux avantages sur les plans de la sécurité, du pilotage et du confort, mais elle nécessite la présence d'un dispositif de direction qui permet de choisir le cap en modifiant la direction commune des flotteurs, et d'un dispositif d'orientation qui, en faisant pivoter la piate-forme sur elle-même, permet de choisir et de conserver l'angle d' incidence du vent apparent sur la voilure qui correspond à 13 puissance motrice souhaitée. Selon des modes oarticuliers de realisatton - Le dispositif orientation peut agir selon la loi théorique que traduit la formule: es = k.Xj, où k est un paramètre dont la valeur peut être choisie dans un intervalle [-a,+al, O la correction angulaire algébrique appliquée à la direction de la dérive .(ou des dérives) du ie flotteur, et x l'abscisse du centre de poussée sur l'ensemble des dérives de ce je flotteur dans un repère orthogonal Oxyz, dont l'origine 0 est située au centre de la plate-forme et dont l'axe Ox des abscisses a une direction peu différente de celle du déplacement du bateau. La principale difficulté que doit résoudre le dispositif d'orientation provient de ce qu'un même flotteur peut, selon l'angle que fait le vent apparent avec la route suivie par le bateau, occuper chacune des trois positions: avant", "latéral", "arrière", et que de cette position dépend le signe de la correction angulaire Gi à apporter. La loi ai = k.x1 fournit une solution satisfaisante; elle n'est pas la seule possible mais elle permet, avec des dérives parfaitement profilées et travaillant en eau calme sous de petits angles dincidence, d'obtenir un couple de pivotement qui, pour une vitesse donnée, est sensiblement proportionnel au paramètre k et indépendant du paramètre V. - Les corrections Es peuvent être déterminées par proportionnalité avec les élongations de points pouvant se déplacer sur les droites de la plate-forme partant du centre et dirigées vers les flotteurs, ces points étant assujettis à demeurer à distance constante d'un pivot qui peut être déplacé, par le pilote ou par un automate, au voisinage du centre de la plate-forme le long d'une droite parallèle à la direction moyenne des flotteurs. Lorsque les dérives sont calées suivant la direction longitudinale des flotteurs, - chaque flotteur peut être solidaire de la couronne portant les satellites d'un différentiel classique dont l'un des planétaires permet de faire tourner le flotteur de l'angle V et dont l'autre permet d'effectuer la correction 8i - chaque flotteur peut être solidaire d'une poulie reliée, par un lien souple, inextensible, non croisé, à une poulie parallèle de même diamètre montée au centre de la plate-forme et dont la rotation est commandée par le pilote ou par un automate (paramètre V), la correction angulaire Gi étant réalisée par des différentiels à poulies qui créent une différence entre les longueurs (mesurées entre les points de contact) des deux brins du lien qui relie la poulie centrale à la poulie de commande de chaque flotteur. - Lorsque la direction des dérives peut différer de la direction longitudinale des flotteurs, ceux- ci peuvent être maintenus constamment parallèles et des servomécanismes électriques ou hydrauliques peuvent faire pivoter les dérives de facon que leur direction fasse l'angle G avec la direction commune des flotteurs. - En vue d'obtenir un rapport (résistance mécanique)/( poids du bateau) élevé, la piate-forme peut être la base d'une structure pyramideie (triengulaire, quadrangulaire, .) dont les arêtes latérales soutiennent la plate-aJrme et la voilure chacune de ces arêtes latérales prenant appui sur un flotteur par l'intermédiaire d'un support conique, dont la base peut tourner dans le plan de la plate-forme et dont le sommet transmet à l'arête latérale la poussée du flotteur. - La voilure peut être une voilure tournante dont le palier de l'axe de rotation est monté dans un berceau suspendu à un axe parallèle à la plate-forme, autour duquel il peut tourner sous l'action du pilote, d'un automate, ou encore d'une trop forte poussée du vent. - La voilure peut être une aile profilée segmentable, ou une voile à enrouleur, montée sur un axe parallèle à la plate-forme autour duquel elle peut faire au moins un demi-tour. Les dessins annexés, qui, pour des raisons de clarté, sont de simples schémas volontairement incomplets, illustrent l'invention: La figure 1 représente une vue de dessus de dispositifs de direction et d'orientation pour un bateau à trois flotteurs. La figure 2 représente des vues d'arrière et de coté d'un type particulier de flotteur et de son support conique. La figure 3 représente des vues de coté et de dessus d'une plate-forme base d'une structure pyramidale triangulaire. La figure 4 représente des vues de côté et de dessus d'un bateau propulsé par un rotor d'autogire. La figure S représente des vues de coté, de dessus et d'arrière d'une aile profilée segmentable. La figure 6 représente des vues de dessus et d'arrière d'une voile à enrouleur. Dans les angles de la plate-forme (10), en forme de triangle équilatéral, et en son centre 0 (figure 1), sont montées quatre poulies à gorge de même diamètre (4), (5), (6), (7). Les trois premières qui sont reliées à la dernière par des cables tendus inextensibles et non croisés (passant sur des poulies folles dont le rôle sera expliqué ci-après), sont respectivement solidaires des trois flotteurs (1), (2), (3) qui sont munis de dérives (non dessinées) calées exactement selon leur direction longitudinale. Dispositif de direction - La poulie ( 7) porte une couronne dentée (8) qui engrène avec un pignon (9) que l'on peut faire tourner à l'aide d'un disposif approprié (manivelle, moteur, etc) : en actionnant le pignon (9), le pilote peut ainsi faire tourner les directions de tous les flotteurs Crun même angle dans le même sens. Dispositif d'orientation - Il comporte des différentiels à poulies Germes par une unique commande centrale. Le différentiel reiatif à la poulie (4) se compose d'une poulie folle (11) montée en un point fixe de la plate-forme et de deux poulies folles ( 19) et (13) montées en deux points fixes d'un support (14) qui peut être déplacé longitudinalement.Le brin ( 15) du cable qui relie la poulie (7) à la poulie(4) passe sur la poulie ( I ), puis sur la poulie ( 12), avant de s'enrouler sur la poulie (4); I'autre( 16) passe sur ( I I ), puis sur ( 13), et enfin sur (4). Les quatre portions de c2ble comprises entre les poulies (11) et (12). (12) et (4), (11) et (13), (13) et (4) sont rigoureusement parallèles.Le support ( 14) est relié par l'articulation ( 17) à une extrémité d'un renvoi d'équerre (18) qui peut tourner autour de l'axe (19) de la plate-forme et dont l'autre extrémité (20) peut se déplacer au voisinage de la droite qui joint les centres des poulies (4) et (7). Un déplacement de l'extrémité (20) du levier de commande ( 18) crée une différence entre les longueurs des deux brins de câble (1 S) et (16) et permet de réaliser la correction angulaire Gi qui est sensiblement proportionnelle au déplacement de l'extrémité (20). Les différentiels commandant les poulies (5) et (6) sont identiques au différentiel relatif à la poulie (4) et fonctionnent d'une façon analogue. La commande centrale des différentiels comporte un pivot (21) relié par une bielle (22) à l'extrémité (20) du levier de commande 18) et par des blelles de même longueur (23) et (24 ) aux extrémités des leviers de commande des différentiels des poulies (5) et (6). Ce pivot peut être déplacé le long du diamètre XOY de la pouline (7) grâce au mécanisme suivant: le pivot (2 21 ) est monté sur la face inférieure d'un chariot (25) qui peut se mouvoir sur deux glissières (26), parallèles au diamètre XOY, et montées sur la face inférieure de la poulie (7). Le chariot (25? est muni d'une crémaillère (27) qui engrène avec un pignon (28) dont l'axe remonte sur la plate-forme à l'intérieur de l'axe creux de la poulie (7).En faisant tourner ce pignon à l'aide d'un disposif approprié (manivelle, moteur, etc), on neut déplacer le pivot (21) le long du diamètre XOY et réaliser ainsi les corrections souhaites es sur les directions des flotteurs (et donc de leurs dérives) en respectant assez bien la loi théorique es = k.xj (le paramètre k est proportionnel à la distance du centre 0 au pivot (21) et les angles OI sont les angles que font les directions des flotteurs et de leurs dérives avec le diamètre XOY). Les réglages sont tels que lorsque le pivot (21) est au centre 0 de la poulie (7), les directions de tous les flotteurs, et donc de leurs dérives, sont rigoureusement parallèles au diamètre XOY. Dans le cas (non illustré) où la rotation des flotteurs est commandée par des différentiels classiques, la roue (4), par exemple, porte les satellites dun différentiel dont l'un des planétaires est entrainé par le pignon (9) (à l'aide dun dispositif mécanique approprié), à une vitesse double de celle de la poulie (7), i'autre planétaire étant commandé par une biellette qui le relie à l'articulation ( 17) (et qui rempl3ce les organes ( 12, 13, 14). Dans le cas (non illustré) où les dérives des flotteurs sont montées sur des mèches autour desquelles elles peuvent tourner à la manière d'un safran, I'essentiel du montage de la figure 1 peut etre conservé : le dispositif de direction commandé par le pignon (9) maintient les flotteurs parallèles et permet de choisir leur direction commune ; seuls sont supprimés les différentiels à poulies qui sont remplacés par des servomécanismes électriques ou hydrauliques qui font pivoter les dérives de façon que leur direction fasse l'angle 5j avec la direction commune des flotteurs, les angles a, 92. 93 étant proportionnels aix élongations des extrémités (20) .. des bielles (22), (23), (24). Fonctionnement - La voilure est installée sur la plate-forme de telle façon que la force propulsive F crêtée par le vent apparent ait constamment un support et un sens sensiblement fixes (I'axe (O,F) passe par le centre de la poulie (6)). Dans la situation décrite par la figure 1 , le pilote a fait tourner le diamètre XOY de façon qu'il forme l'angle V avec la direction de F et il a éloigné le pivot (21) du centre 0: le bateau se déplace dans une direction voisine de celle du diamètre XOY et sa vitesse crée un couple qui le fait pivoter sur lui-même (dans le sens inverse des aiguilles d'une montre).En utilisant simultanément deux manivelles commandant les pignons (9) et (28), le pilote peut ainsi choisir son cap et la meilleure incidence du vent apparent sur la voilure, ces deux fonctions de direction et d'orientation pouvant évidemment être confiées à des automates. L'angle V appartenant nécessairement à l'intervalle ]-90, +90 [, les virements de bords, c'est-à-dire les changements de signe de V, s'effectuent obligatoirement en passant par la position correspondant à V = O.Lorsque la force F résulte de l'action d'un moteur, le pilote peut bloquer le dispositif de direction sur la valeur V = O, et diriger le bateau en n'utilisant que le dispositif d'orientation ; mais il lui sera toujours possible d'utiliser aussi le dispositif de direction pour imprimer au bateau un mouvement additionnel de translation. La figure 2 montre un type particulier de flotteur et son support conique. Le sommet (29) du support conique est relié à sa base (30) par des montants tubulaires (31). Le flotteur ( I) est solidement fixé sur la base (30) du support conique, qui porte également la poulie (4). Pour que les organes constituant les dispositifs de direction et d'orientation ne soient pas soumis à des efforts trop violents, le diamètre de la poulie (4) doit etre une fraction importante de la longueur du flotteur (1) (par exemple 1/3) . La dérive (32) peut coulisser dans le flotteur ( I ) et être remontée à l'intérieur du support conique. D'autres types de flotteurs peuvent être utilisés: flotteurs sabots, flotteurs à hydrofoils, etc. La figure 3 represente la plate-forme d'un petit bateau de sport pour deux personnes utilisant une structure pyramidale qui concilie légèreté et résistance mécanique élevée : les arêtes latérales tubulaires (33), éventuellement carénées, sont munies de butées (34) qui reçoivent la poussée des flotteurs par l'intermédiaire des sommets (29) de leurs supports coniques ; les bases (30) de ceuxci peuvent tourner dans des logements (35) aménagés dans la plate-forme et munis de roulements (à rouleaux, à galets, etc). Les deux longerons (36), soutenus par les haubans (37), supportent les sièges (38 ) et (39) du pilote et du passager. Sur la plate-forme peuvent être installées des cabines éventuellement démontables pour réduire le fardage tentes). La figure 4 représente le montage d'un rotor d'autogire (40) sur un bateau à structure pyramidale triangulaire. Le palier (41) de i'axe du rotor est monté dans un berceau (42), suspendu à l'axe (43) et autour duquel il peut tourner librement. Cet axe (43) est fixé sur les supports triangulaires (44) et (45) que maintiennent en place les haubans (46). Le câble (47) permet au pilote de faire tourner, éventuellement à l'aide d'un treuil, le berceau (42) autour de l'axe (43) et d'incliner ainsi l'axile du rotor, ce qui a pour effet de réduire, voire d'annuler, la composante horizontale de la force propulsive.Si a poussée du vent dépasse un certain maximum ( fonction du poids du rotor et de la distan de son axe à laxe(43)), le berceau (42) pivote autour de l'axe ( jusqu'à effacement suffisant du rotor dans le lit du vent. La figure 5 représente une aile rigide profilée segmentable (48), montée sur un axe (4ç) dont les extrémités peuvent tourner dans des paliers (SO) (sommet de la pyramide soutenant la plateforme) et (51) (sommet d'un mât haubanné). L'aile est fractionnée en segments (5 dans le cas présent) assemblés entre eux par tenons et mortaises et solidement haubannés aux extrémités de l'axe (49). A l'exception du segment centrai qui est solidaire de l'axe (49), tous ces segments peuvent être déposés, ce qui permet une réduction progressive de la surface de l'aile. L'aile est calée sur l'axe (49) de façon que le support de la force propulsive ne s'éloigne pas trop de l'axe central du bateau (perpendiculaire à la plate-forme en son centre).L'aile est en général perpendiculaire à la plateforme et, pour qu'après un virement de bord elle demeure correctement positionnée, le pilote peut la faire tourner d'un demi-tour autour de l'axe (49). Par vent arrière (V = O) elle peut être placée parallèle à la plate-forme. Il est également possible d'installer une voile (figure 6): le montage utilise un axe (49) Identiques l'axe utilisé pour l'aile rigide et monté de la même façon dans des paliers (50) et (SI). Sur cet axe est fixé un support (52) dont les extrémités sont solidement haubannées aux extrémités de l'axe (49). La partie centrale d'un mât enrouleur (53) peut tourner dans un palier (54) du support (52) et ses extrémités sont haubannéesaux extrémités de l'axe (49) et du support (52). La voiie se compose de deux parties (55) et (56) tendues entre le mât (53) et ltextrémite (57) du support (52). Sur ce support (52) est fixée une plaque arrondie (58), sur laquelle sont plaqués les bords des deux voiles et qui a une double fonction : combler l'espace compris entre les deux voiles et leur donner la courbure la pius favorable. Comme pour l'aile profilée, le pilote peut faire tourner l'ensemble de la voilure autour de l'axe ( 49). Le bateau selon l'invention est particulièrement destiné à la navigation de plaisance, le choix du type de voilure dépendant essentiellement de la taille du bateau. II peut également être utilisé sans voilure chaque fois qu'il est nécessaire de disposer d'une grande surface flottante facile à manoeuvrer. REYEFlDICATIOFIS 1) Bateau caractérisê en ce qu'il comporte: - une plate-forme ( 1d) qui repose ,ur au moins trois flotteurs (1), (2), (3), . identiques. sensiblement parallèles, munis de dérives (32) calées suivant leur direction longitudinale ou suivant une direction différente réglable - un dispositif muni d'un organe de commande (o) permettant de faire tourner les directions longitudinales de tous les flotteurs dans le même sens d'un méme angle V (dispositif dit Oc direction);; - un dispositif muni d'un organe de commande (28) permettant de faire tourner la direction de la dérive (ou des dérives) de chacun des flotteurs dun angle as (i = 1,2.3...) à partir de la direction longitudinale moyenne XOY des flotteurs, les angles Es étant détermines en grandeur et en signe de telle façon que l'action de la vitesse du bateau sur l'ensemble des dérives produise un couple qui falt pivoter la plate-forme sur elle-meme (dispositif dit d'orientation), - un dispositif de propulsion (vollure ou moteur) creant une forte propulslve F dont le support et le sens sont sensiblement fixes par rapport à la plate-forme. 2) Bateau selon la revendication 1 oeractérise en ce que les corrections angulaires 81 (i = 1 2,3,...) sont déterminees par proportionnalité avec les élongations de points (O)... pouvant se déplacer sur les droites de la plate-forme part3nt du centre O et dirigées vers les flotteurs, ces points étant assujettis à demeurer à distance constante d'un pivot (21 ) qui peut être déplacé. par le pilote ou par un automate, au voisinage du centre O de la plate-forme le long d'une droite XOY parallèle à la direction moyenne des flotteurs (1), (2), (3)... 3) Bateau selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dérives (32) sont calées suivant la direction longitudinale des flotteurs et oue chaque flotteur est solidaire de la couronne portant les satellites d'un différentiel classique dont l'un des planétaires permet de faire tourner le flotteur de l'angle Y et dont l'autre permet d'effectuer la correction angulaire e ( i = 1,2.3....). 4) Bateau selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dérives (32) sont calees suivant la direction longitudinale des flotteurs et que les flotteurs (1), (2), (3), . sont respectivement solidaires de poulies (4), (5), (6), .. reliées, par des liens souples, inextensibles, non croises, à une poulie (7), parallèle et de même diamètre, montée au centre O de la plate-forme et dont la rotation est commandée par le pilote ou par un automate, les corrections angulaires e1 (i = 1.2.3,...) étant réalisées par des différentiels à poulies (Il), ( 12), ( 13) qui créent une différence entre les longueurs des deux brins du lien qui relie la poulie centrale (7) a la poulie de commande de chaque flotteur. 5) Bateau selon la revendication I caractérisé en ce que, la direction des dérives ( 32) pouvant différer de la direction longitudinale des flotteurs, le dispositif de direction maintient les flotteurs rigoureusement parallèles et le dispositif d'orientation comporte des servomécanismes électriques ou hydrauliques qui font pivoter les dérives de façon que leur direction fasse l'angle e (i = ,3,...) avec la direction commune XOY des flotteurs. 6) Bateau selon la revendication i caractérisé en ce que la plate-forme ( 10) est la base d'unie structure pyramidale (triangulaire, quadrangulaire, ...) dont les arêtes latérales (33) soutiennent la plate-forme et la voilure, chacune de ces arêtes latérales prenant appui sur un flotteur par l'intermédiaire d'un support conique, dont la base (30) peut tourner dans le plan de la plate-forme et dont le sommet (29) transmet a l'arête latérale la poussée du flotteur. 7) Bateau selon la revendication I caractérisé en ce que la voilure est une voilure tournante ( 40) dont le palier (41) de l'axe de rotation est monté dans un berceau (42) suspendu à un axe (43) parallèle à la plate-forme ( 10), autour duquel il peut tourner sous l'action du pilote, d'un automate, ou encre d'une trop forte poussee du vent. 8) Bateau selon la revendication I caractérisé en ce que la voilure est une aile profilée segmentable ( 48) montée sur un axe (49) parallèle à la plate-forme autour duquel elle peut faire au moins un demi-tour. 9) Bateau selon la revendication I caractérisé en ceque la voilure est une voile (55-56) tendue entre un mat enrouleur (53) et une extrémité (57) d'un support incurvé (52), I'ensemble etant monté sur un axe (49) parallèle à la plate-forme autour duquel il peut faire au moins un demi- tour.