Brevet FR2726804A1 — publié le 19960515

La présente invention conceme une coque de navire rapide perfectionnée présentant des mouvements de tangage, roulis et pilonnement ainsi que des impacts hydrodynamiques amortis. Les navires dits "rapides", dont tout ou partie de la sustentation est assurée par portance hydrodynamique, sont soumis par mer formée de face à trois phénomènes conjugués qui limitent leurs possibilités d'ex ploitation à grande vitesse par mauvais temps: - augmentation de la résistance à l'avancement se traduisant soit par une chûte de la vitesse à puissance propulsive constante soit par une augmentation de la puissance propulsive nécessaire pour maintenir une vitesse donnée, augmentation d'autant plus prononcée que les conditions de navigation provoquent l'immersion de l'étrave; - mouvements de tangage et de pilonnement de forte amplitude, en particulier au voisinage de la résonance;; - accélérations verticales importantes dues aux impacts des vagues sur la coque pouvant atteindre des seuils intolérables pour l'équipage et la structure même du navire. A longueur, déplacement et vitesse du navire fixés de même que période et amplitude des vagues, ces phénomènes évoluent de la manière suivante en fonction des caractéristiques du navire telles que angle de relevé de varangue, assiette ou encore coefficient de charge: - toute action sur ces paramètres pour maintenir la résistance à l'avancement et donc la puissance propulsive à un faible niveau conduit à des amplitudes de mouvement et des accélérations importantes; et réci proquernent; - parallèlement, toute action sur ces paramètres pour maintenir mouvements et accélérations à un seuil tolérable entraine une dégradation des performances par mer calme. Les formes de coque dites à double bouchain", principalement constituées de chaque bord de trois surfaces, successivement dénommées de la quille au pont "lond", "bouchai n", et "muraille", représentent pour les navires de type monocoque un des meilleurs compromis actuels entre performances, comportement à la mer et stabilité. En contrepartie, elles présentent, en particulier à vitesse réduite, un roulis peu amorti en l'absence de dispositifs antiroulis tels que quilles ou ailerons. A l'exception des dispositifs rétractables, la mise en place de tels appendices entraine nécessairement une augmentation de la résistance à l'avancement. La présente invention a donc pour but principal de réduire, I'amplitude des mouvements de tangage, roulis et pilonnement ainsi que les accélérations verticales d'impact des navires rapides en limitant la dégradation des performances ~ en en vitesse aussi bien par mer calme que par mer formée. A cet effet, la coque selon l'invention est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend d'un bord au moins, à l'extrême avant du navire, sur une longueur au moins égale au dixième de celle du navire, une mu raille et un fond dont les normales extérieures respectives sont dirigées vers le bas, séparés par une surface de bouchain qui présente simultanément une normale extérieure dirigée en tout point vers le haut, des sections transversales dont la flêche est inférieure au dixième de la corde, ainsi qu'une limite inférieure située au dessus du plan de flottaison du navire en charge à l'arrêt . De préférence, le fond du navire présente, en sa partie supérieure, un redan longitudinal à section transversale proche de l'horizontale qui limite la résistance de frottement en favorisant la séparation des filets d'eau et améliore simultanément la portance hydrodynamique du fond et celle de la surface de bouchain. De même, pour améliorer simultanément la portance hydrodynamique du fond et celle de la surface de bouchain, le raccordement de cette dernière avec le fond du navire présente, en section transversale, de préfé rence, le rayon de courbure minimum compatible avec les contraintes de construction de la coque. Dans le cas d'une coque symétrique, cette surface de bouchain est nécessairement dotée d'un symétrique par rapport au plan médian. Dans le cas d'une coque asymétrique elle peut être complétée ou non d'un homologue sur l'autre bord. Cet ensemble de dispositions produit les effets conjugués suivants: - le fond du navire est prolongé vers l'avant délimitant avec la surface de bouchain un volume de coque adbtionnel à l'avant du navire, - la composante verticale de la résultante des efforts hydrodynamiques s'exerçant sur la surface de bouchain lors de son immersion dans les vagues s'oppose aux mouvements ascentionnels de l'étrave, - la poussée hydrostatique additionnelle sur l'avant du navire s'oppose à l'immersion de l'étrave, - la discontinuité créée entre muraille et fond par interposition de la surface de bouchain confère au fond le roule d'écran déflecteur réduisant les impacts hydrodynamiques et la résistance de frottement s'exerçant sur la muraille, - arête vive constituée par l'intersection de la surface de bouchain et du fond s'oppose, d'une part, aux mouvements verticaux de l'étrave par mer formée et, d'autre part, au mouvement de roulis du navire à vitesse réduite, - retirement des lignes d'eau avant réduit la résistance de pénétration de l'étrave dans les vagues, - I'émersion totale de la surface de bouchain résultant du déjaugeage du navire à vitesse élevée ne perturbe pas les performances par mer calme. II est ainsi possible de limiter la fatigue de l'équipage et du navire tout en préservant les performances de lui-ci quel que soit l'état de la mer. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention appliquée à un navire de type "monocoque", la surface de bouchain se prolonge de manière continue jusqu'au tableau arrière et présente: - dans la région milieu du navire, une normale extérieure dirigée vers le bas de manière à maintenir une largeur à la flottaison importante et donc une torte stabilité initiale, - à l'extrémité arrière du navire, une normale extérieure dirigée vers le haut constituant ainsi des appenbces anti-roulis latéraux sans inadence sur la résistance à l'avancement à grande vitesse en raison de la séparation totale des filets d'eau à partir du redan. Cette forme de réalisation particulière de l'invention est décrite ci-après et illustrée par les figures 1 à 3 parmi lesquelles: - la figure 1 représente la vue de proM simplifiée d'un navire monocoque à l'arrêt, réalisé conformément à l'invenbon, et le diagramme traduisant la variation de la composante verticale de la normale extérieure à la surface de bouchain en fonction de la position longitudinale du point considéré; - la figure 2 est une vue de profil de ce même navire à pleine vitesse par mer calme; - la figure 3 représente un ensemble de demi-coupes transversales de la coque du même navire à l'arrêt suivant les lignes de coupe CO à C9 de la figure 1. La figure 4 précise, sur un ensemble de deux demieoupes transversales de l'avant de la coque d'un navire conforme à linvention, les notions de normale extérieure, corde et fléchie. La figure 5 représente, en variante, la vue en perspective de dessous de la coque d'un navire de type catamaran à coques asymétriques, à l'arrêt, réalisé conformément à l'invention. Le navire représenté sur les figures 1 et 2 comprend essentiellement des superstructures (2) et une coque (1). Les demi-coupes transversales de celleci représentées par la figure 3 sont conventionnellement réparties de part et d'autre du plan médian. Le repère orthonormé lié au navire est constitué de l'axe longitudinal (X), orienté de l'arrière vers l'avant, de l'axe transversal (Y), orienté de tribord vers babord, et de l'axe verti cal (Z), orienté de bas en haut. Conformément à linvention, la coque (1) est principalement constituée d'un fond (3), d'une surface de bouchain (4) et d'une muraille (5). Dans cette forme particulière de réalisation: - la surface de bouchain (4) s'étend de l'étrave (8) au tableau arrière, sa normale extérieure (n4) évoluant contonément à la loi suivante représentée par la figure 1: la composante verticale (u), suivant l'axe (Z), de la normale extérieure (n4) à la surface de bouchain (4) diminue progressivement en s'éloignant de l'étrave (8) pour s'annuler à une distance voisine du tiers de la longueur du navire, décroit encore jusqu'à un minimum négatif au voisinage du milieu du navire puis croit de manière continue jusqu'à une valeur positive à l'arrière du navire en s'annulant à une distance du tableau arrière voisine du sixième de la longueur du navire;; - la surface de bouchain (4) présente des sections transversales droites donc à flèche (f) nulle améliorant la portance hydrodynamique en début d'immersion de cette surface; à titre de comparaison, les sections transversales de la surface de bouchain illustrée par la figure 4 présentent une flêche (f) égale au dixième de la corde (c); - la limite inférieure (7)de la surface de bouchain (4) est située audessus de la flottaison (9) dans le tiers avant du navire ; en effet, une position trop haute de cette limite inférieure (7) réduit la surface de bouchain (4) et l'éloigne de la surface de la mer limitant par conséquent son efficacité; à contrario, une position de cette limite inférieure (7)trop basse génère un excès de portance négative perturbant le déjaugeage du navire donc sa montée en vitesse et favorisant l'enfoumement de l'avant du navire par mer de l'arrière; - le fond (3) présente en sa partie supérieure un redan longitudinal et horizontal (6), qui facilite la séparation des filets d'eau à grande vitesse reduisant ainsi la surface de la coque mouillée et par suite la résistance de frottement et donc la résistance à l'avancement du navire. A vitesse réduite, le navire présente une attitude similaire à celle du repos représentée par la figure 1. Dans ce cas, lintersection du redan (6) et de la surface de bouchain (4) constitue aux extrémités avant et arrivé re du navire des arêtes longitudinales respectivement au dessus de la flottaison (9) mais à son voisinage immédiat et en dessous de la flottaison qui s'opposent conjointement aux mouvements de roulis. Quand la vitesse augmente, le navire prend une assiette positive et déjauge comme indiqué par la firgure 2, la surface de bouchain (4) devient plus fortement émergée et demeure sans action défavorable sur les performances en vitesse du navire par mer calme. A grande vitesse, la sustentation du navire étant essentiellement assurée par portance hydrodynamique sur le fond (3), les caractéristiques de portance de ce demier peuvent être optimisées indépendamment de la présente invention. A grande vitesse par mer formée de face, le mouvement relatif de plongée de l'avant du navire dans une crête de vague se décompose en trois phases dont la succession produit un rappel efficace mais amorti. Dans une premier temps correspondant à l'immersion du fond (3), le navire est soumis à un moment de rappel d'autant plus important que: - I'effort d'impact hydrodynamique sur le fond (3) possède un moment par rapport au centre de gravité augmenté par l'extension du fond vers l'avant du navire, - le moment de rappel de la poussée hydrostatique est accru en proportion de l'augmentation et du déport vers l'avant du volume délimité par le tond (3) et la surface de bouchain (4) - la portance du redan (6) à l'avant du navire est améliorée par la dépression engendrée sur la sur face de bouchain en raison de l'angle d'attaque négatif de celle ci par rapport au flux d'eau ascendant Dans cette première phase, la configuration géométrique résultant de la présence d'une surface de bouchain à normale extérieure ascendante réduit fortement le mouillage de la surface de bouchain (4 )et de la muraille (5) et par suite l'accroissement de résistance à l'avancement. La deuxième phase correspondant à l'immersion de la surface de bouchain, est une phase d'amortissement du moment de rappel: - en raison de la diminution des sections horizontales de la surface de bouchain (4) avec l'alftude, le volume immergé donc la poussée hydrostatique croit moins rapidement que l'enfoncement; - compte tenu de l'angle d'attaque de la surface de bouchain par rapport au flux ascendant, elle n'est pas soumise à des efforts d'impact hydrodynamique. Cette phase constitue un palier dans le phénomène de rappel, permettant, dans un état de mer moyen, à avant du navire de remonter sans accroissement supplémentaire de résistance à l'avancement. Enfin, si les conditions de mer sont telles que l'avant du navire poursuit son mouvement de plongée, il y a immersion de la muraille (5) dont le volume important assure une forte poussée hydrostatique, tandis que les efforts d'impact sur cette muraille sont limités par le ralentissement du mouvement en première phase. A linverse, lors des mouvements de tangage et pilonnement de grande amplitude d'un navire rapide par mer de face, la conjonction des efforts hydrodynamiques et hydrostatiques dus à l'immersion de l'avant du navire génère habituellement un rappel brutal de ce dernier vers le haut. Dans le cas d'un navire réalisé conformément à la présente invention, les efforts hydrodynamiques développés par le fluide sur la surface de bouchain (4) lors de la remontée de l'avant du navire s'opposent à ce mouvement et ramortissent. La coque de navire de type catamaran représentée par la figure 5 illustre le cas de coques asymétriques réalisées conformément à Invention dont seules les parois extemes présentent une surface de bouchain (4) à normale extérieure dirigée vers le haut, les parois internes (10) étant constituées de surfaces planes verticales. La présente invention permet donc d'améliorer la tenue à la mer des navires rapides sans dégrader leur performances. Elle est particulièrement destinée à tous les navires rapides qui doivent demeurer pleinement opérationnels par mer formée tels que vedettes à passagers, vedettes de pilotage, de sauvetage, de surveillance, patrouilleurs et autres navires. REVENDICATIONS 1) Coque de navire à sustentation partiellement ou totalement hydrodynamique, perfectionnée, carac - térisée en ce qu'elle comprend d'un bord au moins, à l'extrême avant du navire, sur une longueur au moins égale au dème de celle du navire, une muraille (5) et un fond (3) dont les normales extérieures respectives (nS, n3) sont dirigées vers le bas, séparés par une surface de bouchain (4) qui présente simultanément une normale extérieure (n4) dirigée en tout point vers le haut, des sections transversales dont la flêche (f) est inférieure au dixième de la corde (c), ainsi qu'une limite inférieure (7) située au dessus du plan de flottaison (9) du navire en charge à l'arret . 2) Coque selon la revendication 1 caractérisée en ce que le fond (3) comprend en sa partie supérieure un redan longitudinal (6) à section transversale proche de l'horizontale. 3) Coque selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le raccordement de la surface de bouchain (4) avec le fond (3) du navire présente, en section transversale, un rayon de courbure minimum. 4) Coque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la surface de bouchain (4) se prolonge de manière continue jusqu'au tableau arrière du navire en présentant une normale extérieure (n4) dirigée vers le bas dans la region milieu du navire puis dirigée vers le haut dans la tranche arrière permettant respectivement de conserver une forte stabilité initiale et d'améliorer l'amortissement des mouvements de roulis. 5) Coque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle comprend deux surfaces de bouchain (4) symétriques. 6) Coque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle comprend deux surfaces de bouchain (4) asymétriques.