Brevet FR2736888A1 — publié le 19970124

Les mouvements des navires générés par les conditions de mer tels que tangage/pilonnement et roulis sont des sources impor- tantes d'inconfort pour les passagers et les équipages. De plus, ils nécessitent un arrimage très important des car- gaisons et' limitent souvent l'utilisation des navires par forte mer, la structure étant elle-même soumise à des efforts importants et les machines et les hélices soumises à des variations importantes de charge. Enfin, sur les navires de guerre, ces mouvements parasites nécessitent l'adjonction de mécanismes complexes de stabili- sation des armes dans le but de ne pas dégrader les perfor- mances opérationnelles de celles-ci. C'est pourquoi, de plus en plus, des dispositifs de stabili- sation de ces mouvements sont utilisés. Les mouvements de roulis sont généralement amortis par des dispositifs de stabilisation connus. La présente invention consiste à réaliser la stabilisation anti-tangage par un dispositif de stabilisation disposé de part et d'autre de l'axe longitudinal du navire.25 Ce dispositif est particulièrement adapté aux navires mono- coques civils et militaires, de taille relativement impor- tante (50 à 250 mètres environ), mais cette disposition peut être étendue à d'autres types de navire. Ces chiffres ne représentent cependant pas une limite. Conformément à l'inventio,. le dispositif de stabilisation comporte deux ensembles d'ailerons disposés à la partie avant immergée de la coque. Les mouvements de tangage et de pilonnement étant étroitement associés au niveau du navire, l'action sur le tangage se tra- duit également par une action sur le pilonnement. La dispo- sition du stabilisateur anti-tangage sur l'avant du navire permet d'avoir une action positive sur les deux mouvements à la fois. 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, au dessin annexé. La fig. 1 est une élévation partielle de la proue d'un navire munie du dispositif de stabilisation de l'invention. La fig. 2 est une vue schématique prise suivant la ligne II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une élévation frontale vue suivant la ligne III-III de la fig. 1. La fig. 4 est une élévation, analogue à la fig. 1, illustrant des caractéristiques particulières d'un mode de réalisation de la fig. 1. La fig. 5 est une élévation frontale vue suivant la ligne V-V de la fig. 4. La fig. 6 est une coupe schématique vue suivant la ligne VI-VI de la fig. 4. La fig. 7 est une élévation, analogue à la fig. 4, illustrant une réalisation simplifiée. La fig. 8 est une élévation frontale vue suivant la ligne VIII-VIII de la fig. 7. La fig. 9 est une coupe transversale d'un dispositif de stabilisation selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention. La fig. 10 est une coupe vue suivant la ligne X-X de la fig. 9.10 Les fig. 11 à 13 sont des schémas illustrant des positions caractéristiques d'un des ailerons que comporte le dispo- sitif de stabilisation de l'invention. La fig. 14 est un schéma correspondant sensiblement à la fig. 3 mais illustrant des caractéristiques de fonctionnement particulières. La fig. 15 est un schéma du dispositif de stabilisation en faisant apparaître certaines forces particulières. La fig. 16 est un schéma de commande de fonctions du dispo- sitif de l'invention. Les fig. 17 et 18 sont des schémas illustrant des dispositifs de compensation utilisables en combinaison avec le dispositif de stabilisation de l'invention. Les fig. 1 et 2 illustrent schématiquement un dispositif de stabilisation selon l'invention destiné plus particulièrement à la stabilisation au tangage. Le dispositif comporte deux ensembles pivotants la. lb disposes dans un caisson commun 3: chaque ensemble comporte des ailerons 2a, 2b. Les ensembles la, lb peuvent être escamotés à l'intérieur de la coque 4 et, plus particulièrement, à l'intérieur du cais- son 3 que comporte ladite coque 4 à sa partie antérieure. Les fig. 1 et 2 illustrent une réalisation simple du dispo- sitif de stabilisation. Les deux ensembles 2a, 2b sont fixés soit de part et d'autre de l'axe du navire, soit de préférence sur un axe ou mèche d'orientation 5a, 5b. Les ailerons 2a, 2b sont ainsi éven- tuellement inclinables par un dispositif unique 25 constitué par exemple d'un vérin hydraulique suivant un axe X-X comme l'illustrent les fig. 1, 2 et 4 à 6. Les axes ou mèches d'orientation 5'a, 5'b peuvent aussi être disposés obliquement comme l'illustre la fig. 3, ce qui per- met une orientation en incidence des ailerons, par exemple de la manière décrite dans le brevet français antérieur 78 18241 déposé le 19 juin 1978 et le certificat d'addition 78 31072 déposé le 2 novembre 1978 par la Demanderesse. Dans ce cas, chaque aileron peut être commandé par un dispo- sitif séparé analogue au vérin 25. Les ailerons 2a, 2b peuvent être associés à des volets 6, au nombre de un ou de deux, pour assurer la déflection des filets d'eau comme décrit dans la demande de brevet français 94 15881 déposée le 29 décembre 1994 par la Demanderesse, ce qui permet d'obtenir un coefficient de poussée maximum et de satisfaire aux conditions qui se présentent lors d'angle de décrochage élevés qui peuvent se produire dans certaines conditions de fonctionnement Aux fig. 9 et 10, l'ensemble de stabilisation au tangage est constitué comme aux figures précédentes par deux ensembles pivotants la, lb escamotables à l'intérieur du caisson 3 par beau temps et par mauvais temps sortis du navire par pivo- tement autour d'axes Z-Z' pouvant être verticaux ou obliques comme représenté à la fig. 9. Il est avantageux que le caisson 3 présente la forme d'un bulbe s'étendant à l'extrême avant du navire. Dans la réalisation des fig. 9 et 10, le caisson 3 est séparé en deux compartiments 8a, 8b par une cloison longitudinale 9 constituant un élément de renfort et d'isolement des deux ensembles pivotants la, lb qui peuvent être escamotés complè- tement à l'intérieur des compartiments 8a, 8b comme l'illus- tre clairement la fig. 10. Les compartiments 8a, 8b contiennent chacun un dispositif escamotable de verrouillage à limiteur d'efforts 10a, respec- tivement lOb. Les ensembles la, lb sont manoeuvrés par des leviers lla, llb (fig. 10) articulés suivant les axes Z-Z' Les leviers sont commandés par des vérins 12a, 12b assurant la manoeuvre des ensembles la, lb. Chaque levier présente une encoche 13a, 13b pour un levier de retenue pivotant 14a, 14b maintenu par un vérin limiteur d'ef- forts 15a, 15b. Comme le montre la fig. 10, si l'un des volets 2a ou 2b heurte un obstacle, l'effort est transmis par le levier lla, llb correspondant et le fond de l'encoche 13a ou 13b au levier pivotant de retenue 15s on, 15b. ce qui permet le pivotement du volet et du levier correspondant lorsque l'effort, appliqué au vérin limiteur d'efforts 15a ou 15b, devient supérieur à la pression de tarage. Cela évite que le volet soit endommagé ou réduit au moins les dégats subis. Cette forme de réalisation n'est pas limitative et d'autres formes de réalisation permettant de réaliser la même fonction peuvent avantageusement être envisagées. D'une façon générale, l'amortissement du tangage est obtenu par l'action des deux efforts associés L1, L2 (fig. 3 et 11) perpendiculaires aux filets d'eau et de même sens, produits par le déplacement des ailerons à grande vitesse dans l'eau. La stabilisation au tangage nécessitant des poussées impor- tantes particulièrement pour les navires de grande taille, les ailerons dpivent présenter une grande surface. Pour que cette surface, donc le poids des stabilisateurs, reste le plus raisonnable possible, il y a donc lieu d'utiliser des ailerons ayant le plus fort coefficient de poussée possible. Suivant la fig. 11, l'incidence cQ. des filets d'eau vue par l'aileron peut être élevée en cas de tangage résiduel du fait de la composition des vecteurs vitesses VN de déplacement du navire et VV de tangage résiduel. Il faut donc définir des ailerons dont la caractéristisque de décrochage soit la plus plate possible pour un angle le plus élevé possible. Les fig. 12 et 13 montrent qu'à cause de la variation de cette incidence des filets d'eau vue par l'aileron et compte tenu de la variation du vecteur VV pour différents états de la mer, on ne peut utiliser un aileron de stabilisation habituel à volet articulé car. pour des incidences diffé- rentes d'aileron principal yl. l 2 par rapport au navire, on peut avoir des incidences identiques t du volet de courbure relativement à l'aileron principal, ce qui nécessite une commande d'inclinaison séparée de l'aileron principal et de son volet. Par ailleurs, ce type d'aileron est limité en surface du fait de l'incompatibilité de l'articulation avec la flexion de l'aileron au-delà d'une certaine dimension. Néanmoins, cette disposition d'ailerons à volet de courbure commandés séparément peut être éventuellement retenue si la surface nécessaire est faible. Il est cependant plus avantageux pour les ailerons 2a, 2b de choisir des volets au bord de fuite comme illustré schéma- tiquement à la fig. 11 qui satisfont aux dispositions de la demande de brevet français 94 15881 déposée le 29 décembre 1994 par la Demanderesse, c'est-à-dire des volets qui per- mettent de satisfaire aux critères de coefficient de poussée maximum, d'angles de décrochage élevés et de non limitation de surface. La disposition des volets au bord de fuite dépend de la lon- gueur du profil, de leur surface relative, de leur incli- naison et de leur écartement par rapport à l'aileron prin- cipal, les variables ci-dessus devant être définies en fonction des performances à obtenir. Comme cela est expliqué dans ce qui précède, le dispositif de stabilisation décrit est fixé à l'avant du navire dans la partie immergée de sa coque et le caisson présente la forme d'un bulbe dont on connait l'effet bénéfique sur la résis- tance à l'avancement du navire. ce qui est dû à la réduction de la trainée globale de l c]- sène De plus. la présence d'un bulbe a un effet amortisseur colplémentaire au dispositif de stabilisation au tangage. Enfin, pour assurer une efficacité au tangage maximale, le dispositif stabilisateur doit être conçu pour que les aile- rons se trouvent au maximum vers l'avant du navire. Dans le cas le plus général, la face inférieure du bulbe est en alignement avec le fond de la coque du navire, mais on ne sortirait pas du cadre de l'invention en réalisant le bulbe pour que son fond se trouve en dessous du fond de la coque ou, au contraire, au-dessus de ce fond. La disposition à retenir est d'une manière générale à définir en fonction des impératifs de construction et de passage en cale sèche du navire. Les mouvements de tangage et de pilonnement étant liés, le dispositif de stabilisation au tangage a un effet non négli- geable de réduction des mouvements de pilonnement associés du fait de la position des ailerons à l'avant du navire. Suivant la fig. 11, on constate que la poussée L perpendicu- laire aux filets d'eau produit sur chaque aileron des efforts horizontaux LV1 et LV2 parallèles au sens de déplacement du navire. Ces efforts conjugués constituent pour le navire une force propulsive qui réduit, voire supprime, la résistance25 naturelle à l'avancement des ailerons en laissant un bilan positif pour des mouvements résiduels sensibles par mauvais temps. Le dispositif de stabilisation au tangage de l'invention peut également être utilisé en tant que dispositif anti-roulis. En effet. ainsi que l'illustre la fig. 14, bien que les bras de levier dl et d2 d 'a,:tie ies pr-,ss4es L1 et L2 de sens inverse produites par les ailerons 2a et 2b soient faibles compte tenu de l'étroitesse de la coque à sa partie avant, le35 couple produit par les ailerons dans un plan perpendiculaire à l'axe du navire est, dans le cas le plus général, suffisant pour contrer le roulis du fait des grandes surfaces et efforts nécessités pour contrer le tangage ainsi que cela est exposé dans ce qui précède. Cependant, dans ce cas, la résistance à l'avancement du navire est relativement importante contrairement au cas de stabilisation du tangage. Par ailleurs, les efforts transmis à la coque en torsion sont d'une façon générale élevés. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque aileron 2a, 2b est commandé en inclinaison de façon séparée en faisant pivoter plus ou moins les axes ou mèches 5a, 5b. Comme l'illustre la fig. 6, il est avantageux que l'inclinai- son des ailerons 2a, 2b dans les filets d'eau soit gérée par un calculateur 16 analogique ou numérique ou encore par un automate programmable qui prend, en considération, les infor- mations provenant des capteurs tels que 17, 18, 19... Les capteurs 17, 18, 19... peuvent être des capteurs de vitesse angulaire de tangage et de roulis et être constitués par exemple par des gyromètres ou des capteurs d'accélération verticale ou encore par des capteurs de mesure d'incidence des filets d'eau (loch ou volets libres). Les informations délivrées par les capteurs 17, 18, 19... sont traitées dans le calculateur 16 qui élabore deux con- signes distinctes e 1,92 proportionnelles aux incidences à imposer aux ailerons 2a. 2b à tout moment. Les incidences des ailerons sont telles que les poussées L1. L2 générées sur les ailerons 2a et 2b par la vitesse du navire VN créent des forces et des couples de redressement s'opposant aux mouve- ments du navire tels que le tangage et le pilonnement et, éventuellement, le roulis. Les consignes 01, e2 élaborées sont ensuite adressées à des servomécanismes SV1 et SV2 de commande des ailerons 2a, 2b. Les servomécanismes peuvent indifféremment être d'un type connu, hydrauliques ou électriques. Lorsque le dispositif doit constituer seulement un stabili- sateur anti-tangage et anti-pilonnement, les poussées Ll, L2 donc les angles 01, e 2 sont de même valeur et de même signe. Lorsque le dispositif agit également en tant qu'anti-roulis, les poussées L1 et L2 donc les angles el, 2 sont de même valeur mais de signe opposé. Il est possible, selon l'invention, d'utiliser le dispositif anti-tangage décrit en association avec un dispositif anti- roulis existant, par exemple celui décrit dans la demande de brevet 94 02181 déposée le 25 février 1994 par la Demande- resse. Dans la réalisation simplifiée représentée aux fig. 1, 2 et 3, il est possible que les ailerons 2a, 2b soient bloqués à incidence nulle. En effet, ainsi que l'illustrent les fig. 11 à 13, la composition des vitesses VN et VV de déplacement du navire et de tangage + pilonnement résiduel donne une inci- dence % aux filets d'eau vue par les ailerons même si ceux-ci sont bloqués à une incidence nulle par rapport à l'axe longitudinal du navire. Cette incidence relative crée un effort L sur chaque aileron, ce qu'illustre la fig. 15. cet effort s'opposant naturellement aux mouvements tangage/pilonnement du navire. Le dispositif de stabilisation de l'invention peut donc être réalisé de façon simple sans nécessiter de calculateur ni35 d'asservissement. Dans ce cas, le dispositif peut être soit escamotable dans la coque comme décrit dans ce qui précède, soit fixe à l'extérieur de la coque comme illustré par la fig. 7 si cette disposition ne gêne pas l'accostage à quai ni l'entrée en cale. Dans certains cas de réalisations simplifiées dont il est fait état dans ce qui précède, il peut se produire dans des mers difficiles que des phénomènes de cavitation se produi- sent sur les ailerons du fait des grandes incidences rela- tives des filets d'eau vis-à-vis des ailerons pour une vitesse tangage/pilonnement résiduel importante. Cet inconvénient peut être supprimé en mettant en oeuvre les moyens des fig. 17 et 18, c'est-à-dire en montant chaque aileron sur un axe ou une mèche 5a comme décrit dans ce qui précède et en reliant ces ailerons à un dispositif élastique limiteur d'efforts 20 comportant des ressorts 21 à double sens d'action ou un vérin hydraulique ou pneumatique à double effet 22 dont chaque section est connectée à des accumula-20 teurs 23, 24 ou à des soupapes de sûreté. Ces formes de réa- lisation n'étant pas limitatives cela permet une variation d'incidence de l'aileron au- delà d'un certain effort sur celui-ci, l'aileron pouvant être ramené à une incidence nulle par le dispositif élastique limiteur d'efforts.25 L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Dispositif de stabilisation anti-tangage pour navire, caractérisé en ce qu'il comporte deux ensembles d'ailerons (la, lb) disposés à la partie avant immergée de la coque (4). 2 - Dispositif de stabilisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ensembles d'aileron (la, lb) sont disposés de part et d'autre d'un caisson (3) formant un bulbe. 3 - Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que les ensembles d'ailerons sont portés par des axes ou mèches d'orientation (5, 5a). 4 - Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendica- tions 1 et 3, caractérisé en ce que la coque est munie à sa partie avant immergée d'au moins deux ailerons (2a, 2b) du type sans volet mobile équipés de volets fixes au bord de fuite (6), ces ensembles pivotant autour d'un axe sensible- ment vertical pour permettre le repli des ailerons dans le bulbe, le fond dudit bulbe pouvant être dans l'alignement ou non du fond du navire. - Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les ailerons sont incli- nables soit par un dispositif commun, soit par des disposi- tifs séparés, les dispositifs pour les incliner étant commandés à partir de consignes d'asservissement (81,e2) élaborées dans un calculateur (16) à partir d'informations provenant de capteurs (17. 18. 19...) pris parmi des cap- teurs de vitesse angulaire de tangage, de roulis, d'accélé- ration verticale ou de mesure d'incidence des filets d'eau. 6 - Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que l'utilisation des infor- mations délivrées par les capteurs (17, 18, 19...) est choi- sie pour permettre un fonctionnement en anti-tangage seul ou anti-roulis seul ou anti-tangage et anti-roulis à la fois. 7 - Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est associé à un ensemble de stabilisation de roulis classique pour obtenir les deux fonctions anti-roulis et anti-tangage. 8 - Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendica- tions 4 à 7, caractérisé en ce que les ailerons (2a, 2b) sont calés à incidence nulle par rapport au navire pour constituer un amortisseur de tangage passif. 9 - Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que des dispositifs élastiques limiteurs d'efforts (20, 21, 22, 23, 24) sont associés aux ailerons. 10 - Dispositif de stabilisation suivant les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs de verrouillage à limiteur d'efforts associés aux ensembles pivotants de façon à limiter les avaries en cas de rencontre accidentelle avec un corps flottant. 11 - Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que les ailerons (2a, 2b) ne sont pas montés dans des ensembles pivotants (la, lb) et restent sortis à demeure en dehors de la coque (4), pour constituer des ensembles non repliables.