Brevet FR2716664A1 — publié le 19950901

Les navires sont souvent limités dans leur utilisation par les valeurs importantes des mouvements verticaux et des accélérations verticales auxquels sont soumises les coques pendant la navigation en condition de mer difficile. Les accélérations en particulier nuisent au confort des passagers et des personnels et augmentent la fatigue de la structure. Dans certaines conditions, il peut même parfois être impossible de naviguer. Pour réduire ces mouvements et accélérations, il est possible d'envisager d'utiliser des dispositifs classiques de stabilisation au roulis placés vers l'avant du navire et constitués par des ailerons repliables ou non, commandes par un ensemble de pilotage adapté aux mouvements verticaux. Ces dispositifs sont lourds et les mécanismes peuvent etre, par ailleurs, difficilement adaptables, compte tenu de leur encombrement. Dans certains cas, l'avant du navire sort de l'eau et la faible immersion des ailerons propre à ce type d'installation anti-roulis ne permettra pas un fonctionnement efficace. Enfin, le rapport de finesse épaisseur/corde d'aileron est élevé au niveau de la mèche et du moyeu, ce qui est défavorable au point de vue de la trainée et de la cavitation surtout. La présente invention consiste en un dispositif de stabilisation des mouvements verticaux, des accélérations verticales et de leur composantes (tangage, pilonnement) particulièrement dans la zone centrale du navire où se trouvent les locaux d'habitation et de logement, avec une réduction importante également à l'avant et à l'arrière du navire. Ce dispositif permet de réduire les accélérations verticales supportées par les passagers et le personnel par mauvais temps, et de réduire les efforts et la fatigue dans les structures. Ce dispositif est applicable à toutes les tailles de navires, qu'ils soient rapides ou non, et également a différents types de navire (monocoque, catamaran, navire à effet de surface N.E.S., Swath, etc...). La presente invention crée donc un dispositif de stabilisation des mouvements verticaux et des accélérations verticales de navires, constitué par un ou plusieurs ailerons avec ou sans volet de courbure dont la forme peut varier, cet aileron etant situé, dans la partie avant du navire sous la coque, et le montage étant réalisé à une distance du fond de la coque qui est ajustée en fonction des conditions de fonctionnement et de la taille du navire. Conformément à l'invention, le dispositif de stabilisation des mouvements et des accélérations, dans le sens vertical, de navires divers, est caractérisé en ce qu'il est constitué par un aileron de stabilisation profilé avec ou sans volet de courbure affectant la forme générale d'un trapèze ou d'un rectangle placé au niveau de la quille ou sous la quille du navire considéré à l'avant de celui-ci, cet aileron étant articulé en deux points dans sa partie supérieure ou dans son épaisseur sur des jambes de force profilées de façon que les moments fléchissants soient optimises et que la construction de l'aileron soit simple, l'aileron et son volet étant soumis a leur partie arrière à une commande d'inclinaison de façon que la portance générée sur l'aileron par son déplacement à grande vitesse dans l'eau de mer, en tenant compte de la direction relative des filets d'eau par rapport au plan de l'aileron, s'oppose aux mouvements verticaux du navire. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'aileron et son volet ou les ailerons et leurs volets ont des profils adaptés aux différentes conditions de fonctionnement du fait qu'ils sont montés soit sur des navires rapides, soit sur des navires semi-rapides, ce qui permet la suppression des mèches de diamètre important supportant les efforts en porte-à-faux et évite ainsi des profils trop épais nuisibles à grande vitesse et créant de fortes trainées. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une vue en élévation d'une première forme de réalisation de l'objet de l'invention, constituee par un aileron profilé monté sous la partie avant de la coque d'un navire. La fig. 2 est une élévation de face de l'element seul. La fig. 3 est un plan de l'aileron correspondant à la fig. 2. La fig. 4 est une élévation latérale de l'aileron suivant la ligne IV-IV de la fig. 3. La fig. 5 montre le montage de l'aileron des fig. 1 à 4 sur les supports solidaires de la coque du navire dans une position inclinée. La fig. 6 est une vue correspondant à la fig. 5 mais dans une autre position de l'aileron. La fig. 7 est une élévation latérale. à plus petite échelle, de l'aileron monté sous la partie avant de la coque d'un navire. La fig. 8 est un plan correspondant à la fig. 7. Les fig. 9.1 et 9.2 montrent une quatrième réalisation de montage d'un aileron unique de stabilisation sans volet de courbure dans deux positions de travail différentes. La fig. 10 est un plan correspondant aux fig. 9.1 et 9.2. La fig. 11 montre une deuxième réalisation de l'invention utilisant deux ailerons situés dans un même plan horizontal sous la partie avant de la coque d'un navire. La fig. 12 est une vue en plan correspondant à la fig. 11. La fig. 13 montre une troisième réalisation de l'invention dans laquelle les ailerons de stabilisation sont placés de part et d'autre de la partie inférieure de la coque d'un navire. La fig. 14 est un plan correspondant à la fig. 13. La fig. 15 est une elévation latérale de la première forme de réalisation du dispositif équipant un navire à double coque de type navire à effet de surface N.E.S. La fig. 16 à 19 sont des vues de face suivant la ligne XVI-XVI de la fig. 15. La fig. 20 montre l'aileron de stabilisation utilisé sur un navire à double coque dit "Swath". La fig. 21 est une vue de face correspondant à la fig. 20. La fig. 22 représente le dispositif de manoeuvre d'un aileron avec volet de courbure. Les fig. 22.1 à 22.3 sont des vues explicatives à plus petite échelle. La fig. 23 représente une vue en coupe suivant XXIII-XXIII de la fig. 22. Les fig. 24 et 25 sont des schémas de mécanismes de commande des ailerons de stabilisation sans volet de courbure. La fig. 24a est une coupe suivant la ligne XXV de la fig. 24. La fig. 26 représente un exemple de protections latérales passives, installées sur la coque pour protéger l'aileron (ou les ailerons) lors de l'accostage du navire. La fig. 26a est un plan correspondant à la fig. 26. La fig. 27 représente un exemple de protections latérales actives (panneau pivotant vers le bas) destinées au même but. La fig. 28 représente un aileron repliable latéralement vers le haut le long de la coque, permettant de faciliter les manoeuvres d'accostage et de réduire la trainée en cas de beau temps et facilitant le passage en cale. La fig. 29 représente un détail des articulations suivant la fig. 28. La fig. 30 est une coupe prise suivant XXIX-XXIX de la fig. 29. Comme cela est représenté aux fig. 7 et 8 une surface de forme trapézoïdale 1 équipée d'un volet de courbure 25 est placée à l'avant de la coque 2 d'un navire, assez éloignée de la ligne de flottaison de ce dernier, cette surface de forme trapézoïdale 1 ayant une certaine épaisseur centrale s'amenuisant sur les côtés la, lb comme indiqué sur la fig. 2. De plus, la face avant lc de l'aileron, étant pointue en 3, permet une bonne pénétration dans l'eau puisqu'en supplément, cet aileron a une épaisseur s'amenuisant de son avant 3 vers ses parties latérales 3a, 3b comme cela est visible aux fig. 3 et 4. Selon les fig. 1 à 4, la face supérieure de l'aileron principal 1, porte des flasques 5 par paire à l'avant, flasques qui sont alignés transversalement et situés de part et d'autre, à égale distance de l'axe central de l'aileron portant la pointe 3. Dans cet axe central portant la pointe 3, se trouve une articulation 28a, concentrique à l'articulation 28 entre l'aileron principal 1 et le volet 25, laquelle articulation 28a est reliée à la bielle 10 de commande de l'aileron principal 1. Une seconde articulation 6a, 9a se situant dans l'axe central arrière du volet 25 assure la liaison de ce volet avec sa bielle de commande 26. Comme cela est visible à la fig. 1, des jambes de force 7, 8 sont montées de part et d'autre de la coque 2 du navire symétriquement par rapport au plan longitudinal de ce dernier plan défini à la fig. 1 par la ligne en traits mixtes Z1. Ces jambes de force sont attelées par des axes 9 sur les flasques 5. Selon les fig. 22 et 23. la bielle 10 est reliée par l'intermédiaire d'une articulation 208 a l'extrémité 200a d'un levier 200 lui-meme articulé autour d'un axe 201 par les tourillons 201a, 201b. La bielle 26 est reliée par une articulation 209 à l'extré- mité 202a d'un levier 202 qui lui-même est articulé autour d'un axe 203 par les tourillons 203a, 203b. Les articulations 201, 203 et 5-9 de l'aileron sont disposées sur un même plan vertical. Les leviers 210 et 211 sont respectivement clavetés sur les tourillons 201b et 203b du côté intérieur navire. Un carter 206 démontable et boulonné sur le carlingage 207 avec un joint 212 supporte les axes 201 et 203 qui le traversent au travers de dispositifs d'étanchéité 214a, 214b, 215a et 215b. Dans tous les cas, aussi bien les axes 9, 9a, 28, 28a, 208 et 209 peuvent être lubrifiés par tout moyen convenable (lubrification à l'eau de mer ou par huile ou par graisse). Le carter 206 assure l'étanchéité entre eau de mer et intérieur navire. Le levier 210 est relié à un vérin 204 par une articulation 204a. Le levier 211 est relié - à son extrémité 211a au vérin 204 par l'intermédiaire de l'articulation 204b. - à son extrémité 211b au vérin 205 par l'intermédiaire de sa chape articulée 205b. Le vérin 205 est relié au carter 206 par une articulation 205a. Si la distance Y entre les articulations 204a et 204b du vérin 204 est maintenue constante et telle que les axes A1 et A2 du levier 202, B1, B2 du levier 200 et C1, C2 de l'aileron et du volet sont parallèles, le mouvement du vérin 205 produit une oscillation de l'ensemble aileron principal 1 / volet 25 telle que ceux-ci restent alignés comme schématisé sur la fig. 22.1. Le mouvement du vérin 205, associé à la variation de la distance Y obtenue par modification de la longueur du vérin 204, permet d'obtenir des configurations telles que schématisées sur les fig. 22.2 et 22.3. On peut donc obtenir des incidences ça et p quelconques en fonction des lois de commandes respectives des vérins 204 et 205 (fig. 22.2 et 22.3). Cette disposition permet d'optimiser la position relative de l'aileron principal et du volet de courbure par rapport à la direction des filets d'eau, tout en réduisant la puissance nécessaire pour assurer la stabilisation. Les vérins 204 et 205 sont alimentés par une centrale hydraulique à débit variable et servo-valve dont la composition est connue. Les lois de commande des vérins 204 et 205 sont élaborées à l'aide d'un calculateur recevant ses consignes de capteurs adéquats situés à l'intérieur et à l'extérieur du navire. Les fig. 24, 24a et 25 montrent un exemple de dispositif de manoeuvre dans le cas d'un aileron sans volet de courbure. Suivant la taille du navire et les conditions de fonctionnement de ce dernier, la distance séparant l'axe médian horizontal de l'aileron 1 du point le plus inférieur de la quille de la coque 2 du navire, varie de façon que l'aileron 1 soit toujours situé dans l'eau même en cas de sortie de l'eau de la partie avant du navire. Les axes formant paliers 9, qui sont dans le cas présent extérieurs à l'aileron 1, peuvent également être inclus dans l'épaisseur de l'aileron 1. Bien entendu, les jambes de force 7, 8 sont profilées convenablement et sont reliées à la coque 2 par tout moyen convenable (soudure, boulonnage ou autre). Comme on peut le voir aux fig. 5, 6, 9.1 et 9.2, l'aileron 1 avec son volet ou l'aileron sans volet, peut occuper diverses positions suivant l'état de la mer soit en le redressant (fig. 5 et 9.1), soit en l'abaissant (fig. 6 et 9.2). De plus, dans le cas d'aileron avec volet de courbure, les positions angulaires relatives de l'aileron et de son volet peuvent être quelconques. I1 est à remarquer que cette disposition de construction présente l'avantage d'utiliser des axes de manoeuvre de diamètres relativement faibles et de passer le couple de rotation et les différents moments de flexion par l'intermédiaire de l'aileron lui-même, ce qui ne pose aucun problème compte tenu de ses inerties de torsion et de flexion très importante. Les fig. 7 et 8 montrent l'aileron 1 en position médiane lorsque l'état de la mer est calme et qu'il n'y a pas besoin d'intervenir pour maintenir le navire en position acceptable aussi bien pour le matériel que l'équipage et les passagers. Aux fig. 9.1 et 9.2. l'aileron 1 ne comporte pas de volet de courbure. Son mouvement est commandé par une bielle 10 animée par un dispositif moteur hydraulique du genre de ceux décrits aux fig. 24 et 25. Cette disposition permet de simplifier le dispositif moteur dans le cas d'aileron de faible surface, ou de navires rapides de petite taille. Aux fig. 11 et 12, la coque du navire 20 est équipée, sur son avant de 2 ailerons 21 et 22 de forme sensiblement semblable à celui représenté à la fig. 1 mais de plus petite dimension, chacun de ces ailerons étant monté par des paliers 21a, 22a sur des jambes de force 23 tandis que la commande de chaque aileron se fait également par des organes mobiles verticalement 10 et 26. De plus, dans l'axe de la quille du navire, les ailerons 21 et 22 sont reliés à un support central 25 portant un palier double 26. Dans le cas des fig. 13 et 14, les ailerons 21 et 22 sont placés en dessous du niveau de la quille du navire. L'installation est identique à celle décrite aux fig. 11 et 12, mais les ailerons 21 et 22 sont disposés dans un plan horizontal PH (voir fig. 11) situé légèrement au-dessus de la quille Q du navire. Dans le cas des fig. 15 et 16, le navire est à double coque et est muni d'un aileron avec volet de courbure 30 commandée par un organe mobile 31a, 31b, situé au centre du navire, l'aileron 30 étant articulé sur un support central 32 et sur des paliers 33, 34 solidaires de la partie intérieure de la coque du navire. A la fig. 17, la disposition est sensiblement identique à celle décrite aux fig. 15 et 16, mais l'aileron est supporté par deux jambes de force 35 situées de part et d'autre de l'axe du navire. A la fig. 18, le navire à double coque est équipé de deux ailerons 40, 41 fixés par des paliers 42, 43 au navire ainsi que par des jambes de force 44. Les ailerons 40 sont situés dans un même plan horizontal. A la fig. 19, les ailerons 40 sont situés sous les coques 140a, 140b du navire. Finalement, aux fig. 20 et 21, l'aileron de stabilisation 50 est placé entre les coques jumelées du navire 150, l'aileron étant commandé en inclinaison par les organes 53a, 53b comme précédemment décrit. Le fonctionnement de toutes ces variantes est identique car il consiste à modifier l'inclinaison des ailerons immergés suivant l'état de la mer. En effet, l'inclinaison de l'aileron, dans le courant génère sur le plan de l'aileron, un effort vertical F (voir fig. 5 et 6) (poussée) dont l'orientation vers le haut ou vers le bas suivant l'inclinaison de l'aileron, est en opposition au mouvement vertical du navire. L'effet de cet effort est de réduire les amplitudes du mouvement, donc les accélérations correspondantes. Suivant la vitesse de déplacement du navire et les efforts à générer, le profil symétrique est adapté aux conditions d'utilisation. C'est pourquoi, on est amené parfois à utiliser un aileron simple ou, au contraite, équipé d'un volet de courbure pour augmenter sa portance ou réduire sa surface. Dans le cas où on utilise deux ailerons associés situés dans un même plan, on peut synchroniser le mouvement d'inclinaison ou, au contraire, faire varier de part et d'autre l'inclinaison afin d'obtenir le résultat recherché, c'est-à-dire soit une stabilisation pure des mouvements et des accélérations dans le sens vertical, soit une stabilisation des mouvements verticaux du navire associé à une stabilisation du roulis, soit une stabilisation pure au roulis. Dans tous les cas et que ce soit pour un aileron unique ou, au contraire, pour deux ailerons voisins, les mouvements sont soumis au contrôle d'un calculateur permettant de corriger, suivant l'état de la mer, les réactions du navire pour assurer sa bonne stabilité, ce d'autant plus que, dans certains cas et suivant le type du navire, on peut utiliser également des dispositifs anti-roulis déjà connus et mentionnés dans le préambule de ce texte. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stabilisation des mouvements et des accélé- rations, dans le sens vertical, de navires divers, caractérisé en ce qu'il est constitué par un aileron (1) de stabilisation profilé, affectant sensiblement, en général, la forme d'un trapèze ou d'un rectangle, placé au niveau de la quille ou sous la quille du navire considéré, à l'avant de celui-ci, cet aileron (1) étant articulé en deux points (9) dans sa partie supérieure ou dans son épaisseur sur des jambes de force profilées (7, 8) de façon que les moments fléchissants soient optimisés et que la construction de l'aileron (1) soit simple, l'aileron (1) étant soumis à sa partie arrière à une commande d'inclinaison (10) de façon que la position donnée à l'aileron produise un effort vertical en opposition aux mouvements verticaux du navire destiné à réduire ces mouvements et les accélérations verticales qui s'ensuivent. 2. Dispositif de stabilisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'aileron (1) présente, sur sa face arrière, un volet de courbure (25) monté sur l'aileron par des axes (28), le volet de courbure (25) étant manoeuvré par une commande (26) depuis le navire. 3. Dispositif de stabilisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les jambes de force (7, 8) profilées convenablement et portant les articulations (9) de l'aileron (1) sont reliées à la coque (2) du navire par soudure ou tout autre moyen. 4. Dispositif de stabilisation suivant les revendications 1 et 3. caractérisé en ce que l'aileron ou les ailerons (1, 21, 22) ont des profils adaptés aux différentes conditions de fonctionnement du fait qu'ils sont montés soit sur des navi res rapides, soit sur des navires semi-rapides, ce qui permet la suppression d'une mèche de diamètre important supportant les efforts en porte-à-faux et évite ainsi des profils trop épais nuisibles à grande vitesse créant de fortes traînées, et étant sensibles à la cavitation. 5. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les points d'articulation immergés sont lubrifiés par l'eau de mer ou par huile ou par graisse. 6. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'aileron (1) et le volet (25) sont commandés par des bielles (10, 26) au moyen d'un ensemble de vérins (204, 205) et de leviers (200, 202, 210, 211) reliés permettant d'obtenir des angles d'inclinaison respectifs o et ss quelconques, permettant de positionner les deux éléments de façon optimum vis-à-vis des filets d'eau pour obtenir la meilleure efficacité du dispositif de stabilisation des mouvements vis-à-vis du navire. 7. Dispositif de stabilisation suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'ensemble est relié à la coque par un carter démontable assurant l'étanchéité du navire vis-à-vis de l'eau de mer. 8. Dispositif de stabilisation des mouvements et des accélérations, dans le sens vertical, de navires divers, suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que plusieurs ailerons et dispositifs de manoeuvre peuvent être associés. 9. Dispositif de stabilisation des mouvements et des accélérations, dans le sens vertical, de navires divers, suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de stabi lisation des mouvements verticaux du navire peut profitablement être associé à un ensemble de stabilisation au roulis de type connu pour réduire la taille de ce stabilisateur de roulis, ou constituer lui-même un ensemble de stabilisation au roulis plus léger.