Brevet FR2714881A1 — publié le 19950713

La présente invention concerne un dispositif de propulsion nautique à quadrilatère quelconque déformable. On connaît des dispositifs de motorisation de coques de bateaux de type à moteur in-bord ou hors-bord. Les structures in-bord comprennent un moteur disposé dans la coque ainsi qu'une ligne d'arbre entraînée par ce moteur et faisant saillie à l'arrière de la coque, l'extrémité étant équipée d'une hélice. Dans ce cas, la ligne d'arbre est fixe et les mouvements directionnels de la coque sont obtenus à l'aide d'un gouvernail indépendant de la motorisation. De telles structures bien que simples dissocient les différentes fonctions puisque les deux paramètres, direction et propulsion, sont séparés et ces systèmes ne disposent pas de réglage de l'inclinaison de l'hélice. I1 faut impérativement compléter la ligne d'arbre par des moyens directionnels tels qu'un gouvernail. Les moteurs hors-bord, bien connus, ont l'avantage de regrouper l'effet de propulsion et les commandes directionnelles puisque c'est l'ensemble du moteur et de l'embase, équipée de son hélice, qui pivote sensiblement dans le plan horizontal par rapport à la coque, si bien que l'orientation de la direction de poussée est modifiée à la demande par l'utilisateur. De même, l'incidence du bateau peut être réglée par l'angle d'inclinaison de l'ensemble du moteur et de l'embase par rapport à la coque dans un plan sensiblement vertical. L'angle d'inclinaison peut prendre deux valeurs maximales, l'une en position d'immersion et l'autre en position de relevage, de façon à placer l'ensem- ble de l'embase et de l'hélice hors de l'eau. Des positions intermédiaires d'inclinaison permettent de faire varier l'angle de la direction de poussée avec la surface de l'eau, dans le plan vertical, de façon à adapter la conduite aux conditions de navigation. L'inconvénient de ces moteurs réside dans leur poids dès que l'on atteint des puissances importantes et dans leur complexité puisqu'il faut tout agencer dans un seul et même bloc de dimensions les plus réduites possible, si bien que l'architecture du moteur devient très complexe et l'entretien de tels moteurs est très couteux. D'autres inconvénients proviennent du fait même du positionnement du moteur par rapport à la coque. En effet, le moteur reste très exposé à l'atmosphère extérieure, même lorsqu'il est caréné, donc il reste sensible aux dégradations extérieures. Surtout, il présente l'inconvénient d'être disposé en partie haute, ce qui tend à déséquilibrer le bateau alors que, dans l'architecture navale, on souhaite toujours un centre de gravité le plus bas possible par rapport à la ligne de flottaison, pour améliorer la stabilité, mais surtout l'ensemble du poids est reporté à l'arrière de la coque, ce qui rend plus difficile les conditions de navigation. I1 existe aussi un système intermédiaire, dit "Z drive11, qui comprend un moteur disposé à l'intérieur de la coque avec une ligne d'arbre qui fait saillie à l'arrière de la coque à travers le tableau arrière et qui coopère avec une embase équipée d'un élément de propulsion tel qu'une hélice. Cette embase est mobile en rotation de façon à assurer un effet directionnel. Cette embase est inclinable suivant différentes positions, toutes immergées, mais l'angle d'inclinaison est très limité, à cause des différents éléments mécaniques de la transmission et notamment des cardans. De plus, le rendement des cardans, pignons et paliers de l'embase est moyen. Un tel système présente des avantages, mais il persiste un inconvénient majeur, celui d'avoir une traversée de la coque par la ligne d'arbre. On sait que la ligne d'arbre avec un passage d'arbre étanche nécessite un entretien important et rend complexe les montage et démontage, si bien qu'un tel système reste très fragile. Le relevage limité rend délicate la navigation en eau peu profonde ou l'échouage. De plus, le poids est totalement disposé à l'arrière de la coque ce qui pose le même problème que pour le moteur hors bord. Enfin, l'entretien est d'un coût élevé et la durée de vie est très réduite. Aussi, les bateaux à motorisation puissante et de taille réduite, notamment pour la plaisance, sont nécessairement équipés de volets de stabilisation de la coque par rapport à la surface de l'eau, volets qui sont, soit commandés manuellement, de façon à faire varier leurs effets par rapport à l'incidence de la carène en fonction de l'état de la mer par exemple, soit à réglage automatique pour les bateaux les plus sophistiqués. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de propulsion qui pallie les inconvénients des différents dispositifs existants, tout en regroupant leurs avantages et notamment qui permet de détermi ner une courbe de déplacement des moyens de propulsion simultanément en relevage et en inclinaison. Le but est également de proposer un dispositif qui soit applicable pour des puissances allant de 100 à 500 chevaux, pour donner un ordre de grandeur, qui soit d'un prix de revient concurrentiel avec les dispositifs existants, qui puisse être polyvalent, c'est-à-dire équipé d'une turbine ou d'une hélice de type connu voire d'une hélice spécifique, et surtout qui soit d'un entretien très réduit. De plus, le dispositif selon l'invention doit permettre de réduire la profondeur d'immersion de l'hé- lice, ceci à toutes les allures et quel que soit le type de coque. I1 est également prévu de pouvoir installer le dispositif selon l'invention sur des coques existantes, en remplacement des moyens de propulsion qui étaient préalablement montés. A cet effet, le dispositif de propulsion sur l'eau d'une coque de bateau comprenant une motorisation disposée dans la coque, des moyens de propulsion immergés et séparés de la motorisation, des moyens de liaison de ces moyens de propulsion avec la coque, et des moyens de manoeuvre directionnelle se caractérise en ce qu'il comprend des moyens de réglage combiné de la hauteur d'immersion des moyens de propulsion et de l'angle de la direction de poussée par rapport à la surface de l'eau en fonction des conditions de navigation. Les moyens de liaison comprennent un quadrilatère quelconque déformable orienté dans le sens de déplacement de la coque, comportant quatre éléments de liaison dont le premier élément de liaison supérieur, formant potence , est solidaire de la coque, dont les deuxième et troisième éléments de liaison, respectivement avant et arrière par rapport au sens de déplacement de la coque, sont articulés par rapport à la potence, et dont le quatrième élément de liaison, comprend des moyens de propulsion ainsi qu'un vérin interposé entre le premier élément de liaison et l'un ou l'autre des deuxième et troisième éléments de liaison de façon à provoquer une déformation de ce quadrilatère lors des mouvements du vérin. Selon un perfectionnement de l'invention, les deuxième et/ou le troisième éléments de liaison comprennent des moyens de réglage de leur longueur. Ces deuxième et/ou troisième éléments de liaison peuvent être des vérins. Selon une variante de réalisation, le dispositif de propulsion comprend une embase en L articulée par rapport aux deuxième et troisième éléments de liaison, équipée d'une hélice et surmontée des moyens de propulsion proprement dits. La potence est montée à rotation par rapport à la coque dans le plan horizontal et les moyens de manoeuvre directionnelle comprennent un vérin rotatif dont le corps est fixe en rotation par rapport à la coque et dont le piston coopère avec un arbre monté à rotation par rapport à la coque grâce à deux paliers, cet arbre étant solidaire du premier élément de liaison. Les moyens de pilotage du dispositif de propulsion selon l'invention actionnent le vérin des moyens de liaison et/ou les moyens de réglage de la longueur du ou des deuxième et troisième éléments de liaison en prenant en compte les différents paramètres, de façon primordiale l'incidence de la coque mais aussi les diagrammes de puissance de la carène et de l'hé- lice, la puissance de la motorisation, le type des moyens de propulsion, la vitesse instantanée du bateau, et les éventuels moyens complémentaires de stabilisation de la coque, de façon à maintenir optimales les conditions de navigation pour une vitesse instantanée la plus proche de la valeur de consigne. L'invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation particulier non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe par un plan médian du dispositif de propulsion selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, - les figures 3A et 3B représentent une vue schématique d'une coque équipée du dispositif selon l'invention, dans deux configurations de navigation différentes, et - la figure 4 représente une variante de réalisation avec interposition d'une embase en L. Sur la coupe de la figure 1, on a représenté une coque 8, des moyens 10 de fixation du dispositif selon l'invention, visibles également sur la figure 2, des moyens de commande directionnelle 12, des moyens de liaison 14 et des moyens de propulsion 16. Les moyens de fixation comprennent un panneau proprement dit 18 muni d'alésages 20 prévus pour laisser passer des vis de fixation sur la coque. Deux paliers supérieur 22 et inférieur 24 sont rapportés sur ce panneau 18. Chaque palier comprend des roulements respectivement 26 et 28 et des joints d'étanchéité respectivement 30 et 31. Ces deux paliers supportent un vérin rotatif 34 dont le corps 36 est fixé sur une pièce intermédiaire 38 solidaire du corps du palier 22, le piston de ce vérin coopérant avec l'arbre 32 pour l'entraîner en rotation. Ce vérin rotatif 34 constitue avec l'arbre 32 les moyens de manoeuvre directionnelle 12. Le montage est complété par un bouchon 40 prévu pour se fixer en pied de l'arbre 32, en dessous du palier inférieur 24, de façon à permettre le démontage de l'arbre 32, en le chassant par dessous puisqu'il ne peut pas être saisi, après avoir retiré le bouchon. Les moyens de liaison 14 comprennent un quadrilatère quelconque déformable 42, composé de quatre éléments de liaison, respectivement supérieur 44, amont 46, aval 48 et inférieur 50. L'élément de liaison supérieur 44, formant potence, comprend une paire de plaques 52 de forme sensiblement triangulaire dont la base 54 est inclinée et dont les deux extrémités respectivement amont 56 et aval 58 portent les articulations des éléments amont 46 et aval 48 comportant chacun une paire de branches dont l'une seulement est visible sur cette figure 1. Le troisième sommet 60 des plaques 52 reçoit l'ex- trémité 62 du corps d'un vérin 64 dont le piston 66 est articulé autour d'une entretoise 68, interposée entre les branches de l'élément de liaison aval 48. L'élément de liaison inférieur 50 comprend un moteur hydraulique 70, articulé par rapport aux extrémités des éléments de liaison amont et aval, sur lequel est fixé un boîtier de propulsion 72 comportant un arbre 74 monté dans un palier 76, les moyens de propulsion proprement dits 78 comprenant une hélice 80 étant fixés sur cet arbre 74. Sur cette figure 1, on a également représenté en trait discontinu, l'une des positions prises par les moyens de liaison et donc par les moyens de propulsion lorsque le piston 66 du vérin est en position sortie. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est simple et permet toutes les adaptations possibles et notamment, la mise en service de systèmes de pilotage et de réglage automatique de la profondeur d'immersion et de l'angle d'inclinaison de l'axe de poussée des moyens de propulsion par rapport à la surface de l'eau. Dans ce cas, l'angle d'incidence de la coque est contrôlé par un système de pilotage qui prend en compte les autres paramètres nécessaires à une navigation dans des conditions optimales, le diagramme de puissance de la carène et de l'hélice, la puissance de la motorisation et des moyens de propulsion, la vitesse instantanée du bateau et les éventuels moyens complémentaires de stabilisation de la coque. Ce système de pilotage procède en continu aux corrections nécessaires de la hauteur d'immersion de l'inclinaison de la direction de poussée et de la puissance. Ces corrections de hauteur d'immersion et d'inclinaison de la direction de poussée sont très aisées à réaliser dans la pratique puisqu'il suffit de piloter le vérin 64, la longueur des bras définissant la courbe de déplacement des moyens de propulsion. Ces moyens de pilotage prévoient une commande unique de consigne de vitesse, et l'ensemble des paramètres, y compris la puissance moteur sont pris en compte pour maintenir la vitesse instantanée la plus proche possible de la vitesse de consigne. La combinaison des longueurs des bras donne des possibilités illimitées qui permettent une parfaite adaptation. De cette façon, au départ, on immerge l'hélice avec un angle et une profondeur déterminés. Dès le déjaugeage, l'angle de la direction de poussée avec la surface de l'eau varie ainsi que la profondeur d'immersion de façon à obtenir le meilleur compromis hauteur/inclinaison de l'hélice par rapport à la carène en fonction de la vitesse. Ceci est représenté de façon symbolique sur les figures 3A et 3B, la motorisation référencée 15 entraînant une pompe hydraulique 17 alimentant, grâce à des flexibles 19, le moteur 70. On remarque également que, en régime de puissance en dehors des plages de ralenti, le moteur travaille au régime idéal, c'est-à-dire au couple maximum et il fournit une pression constante de l'ordre de 450 bars pour donner un ordre d'idée. Dans l'exemple représenté, le moteur, formant source primaire, entraîne une pompe hydraulique, formant source secondaire, à pression constante, et les moyens de propulsion sont pilotés en faisant varier le débit de ce fluide sous pression, ce qui conduit à une longue durée de vie du moteur, de la pompe et du boîtier de propulsion. De même, le vérin rotatif est de préférence hydraulique car l'énergie hydraulique est disponible. Une barre, reliée à un tiroir de distribution actionnant ce vérin hydraulique, permet d'obtenir le contrôle directionnel. Le rendement d'un dispositif de propulsion selon l'invention est bon puisqu'il approche les 90 %. Par ailleurs, le dispositif selon l'invention permet de recourir à des moyens de propulsion actuellement moins conventionnels tels que les turbines à eau, les hélices à pas variable ou les hélices doubles à sens de rotation inversés. Le mode de réalisation représenté est dessiné dépouillé, mais l'ensemble doit être disposé dans un carénage de forme hydrodynamique adaptée, qui est du domaine de l'homme de l'art concerné. Un tel carénage, en forme de bulbe, est représenté en trait discontinu sur la figure 1. En ce qui concerne les branches, les sections des branches amont peuvent avantageusement être augmentées tandis que celles des branches arrière seront réduites pour constituer des biellettes. Selon un autre mode de réalisation, les bras peuvent être remplacés par des vérins de manière à adapter la longueur des bras en fonction de la courbe de déplacement recherchée, elle-même déterminée préalablement par les paramètres indiqués ci-avant relatifs à la courbe de puissance de la coque et à la puissance du moteur notamment. Comme cela est indiqué sur les figures 3A et 3B, l'angle d'inclinaison de la direction de poussée et la profondeur d'immersion varient. L'axe de poussée positif passe par une valeur nulle et devient négatif en fonction des phases de navigation. A l'arrêt une position de relevage est généralement prévue pour permettre l'intervention à sec sur le moteur, le boîtier de propulsion et l'hélice. Dans le cas d'un pilotage automatique, il faut prévoir le pilotage du paramètre, longueur du ou des bras. Ce paramètre peut, après montage du dispositif de propulsion sur la coque, rester fixe, la longueur du ou des bras étant déterminée et seul le vérin de déplacement des moyens de propulsion est manoeuvré. En variante il est également possible de positionner le dispositif selon l'invention sous la coque plutôt que sur le tableau arrière. De même les moyens directionnels avec vérin hydraulique peuvent être supprimés au profit d'un gouvernail et d'un montage fixe en direction des moyens de propulsion selon l'invention. L'invention propose également une autre variante qui consiste à interposer entre le moteur et l'hélice un boîtier de propulsion du type embase en L. L'embase 100 comprend deux arbres 102 et 104 coopérant entre eux par des pignons et respectivement reliés au moteur 70 et à l'hélice 80 des moyens de propulsion 78 proprement dits. De telles embases, bien connues, ont des profils hydrodynamiques parfaitement étudiés et une transmission mécanique simple. Aussi, les pertes de rendement, par interposition d'une telle embase, sont faibles. Le dispositif a été décrit avec des moyens de propulsion hydrauliques, ce qui permet notamment de disposer la motorisation transversalement par rapport à la coque, limitant ainsi les dégradations de la motorisation sous les chocs induits par la navigation dans des conditions difficiles. Cette motorisation avec pompe hydraulique peut être remplacée par une motorisation avec un groupe électrogène alimentant un moteur électrique immergé. Un autre avantage de l'invention est de pouvoir dans chaque cas, accorder les vitesses de rotation, les couples de poussée et la disposition de l'ensemble moteur-boîtier de propulsion, en fonction des carènes utilisées. Les modes de réalisation ont été décrits de façon préférentielle avec des éléments de liaison comprenant des paires de bras ou de plaques, mais chaque élément de liaison peut être monobras. Le choix sera imposé par les puissances à passer et les efforts à reprendre. L'invention propose une variante qui permet une rotation parallèle au plateau arrière de fixation de la coque autorisant le basculement de la propulsion à quadrilatère quelconque dans l'axe de roulis, par exemple lors d'un changement de direction. Ce basculement est réalisable par le montage d'un moyen de fixation pivotant (110) qui est du domaine de l'homme de l'art concerné. REVENDICATIONS 1. Dispositif de propulsion sur l'eau d'une coque (8) de bateau comprenant une motorisation (15) disposée dans la coque, des moyens de propulsion (16) immergés et séparés de la motorisation, des moyens de liaison (14) de ces moyens de propulsion avec la coque, et des moyens de manoeuvre directionnelle (12), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage combiné de la hauteur d'immersion des moyens de propulsion et de l'angle de la direction de poussée par rapport à la surface de l'eau en fonction des conditions de navigation. 2. Dispositif de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison (14) comprennent un quadrilatère quelconque déformable (42), orienté dans le sens de déplacement de la coque, comportant quatre éléments de liaison dont le premier élément de liaison supérieur (42), formant potence , est solidaire de la coque, dont les deuxième (46) et troisième (48) éléments de liaison, respectivement avant et arrière par rapport au sens de déplacement de la coque, sont articulés par rapport à la potence, et dont le quatrième (50) élément de liaison, comprend des moyens de propulsion (16) ainsi qu'un vérin (64) interposé entre le premier élément de liaison et l'un ou l'autre des deuxième et troisième éléments de liaison de façon à provoquer une déformation de ce quadrilatère lors des mouvements du vérin. 3. Dispositif de propulsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième et/ou le troisième élément de liaison comprennent des moyens de réglage de leur longueur. 4. Dispositif de propulsion selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deuxième et/ou troisième éléments de liaison sont des vérins. 5. Dispositif de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une embase en L articulée par rapport aux deuxième et troisième éléments de liaison, équipée d'une hélice et surmontée des moyens de propulsion proprement dits. 6. Dispositif de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la potence est montée à rotation par rapport à la coque dans le plan horizontal et les moyens de manoeuvre (12) directionnelle comprennent un vérin (34 rotatif dont le corps (36) est fixe en rotation par rapport à la coque et dont le piston coopère avec un arbre (32), monté à rotation par rapport à la coque grâce à deux paliers (22, 24), cet arbre étant solidaire du premier élément de liaison (42). 7. Dispositif de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pilotage qui actionnent notamment le vérin des moyens de liaison et/ou les moyens de réglage de la longueur du ou des deuxième et troisième éléments de liaison en prenant en compte les différents paramètres, c'est-à-dire l'incidence de la coque, de façon primordiale, mais aussi les diagrammes de puissance de la carène et de l'hélice, la puissance de la motorisation, du type des moyens de propulsion, de la vitesse instantanée du bateau, et des éventuels moyens complémentaires de stabilisation de la coque, de façon à maintenir optimales les conditions de navigation pour une vitesse instantanée la plus proche de la valeur de tesse instantanée la plus proche de la valeur de consigne. 8. Dispositif de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de fixation pivotant qui autorise un basculement parallèle au plateau arrière de la coque dans l'axe de roulis.