Brevet FR2742411A1 — publié le 19970620

CONCEPT DE CARENE AEROCAT La présente invention concerne un nouveau concept de carène applicable sur des bateaux à moteurs de type catamarans rapides (30 à 60Nds), pour des utilisations en navigation de plaisance et en navigation commerciale. L'appellation scientifique et technique de ce nouveau concept de carène se définit comme suit "catamaran à coques assymétriques internes". La forme de cette carène, sur la première moitié de sa longueur, permet dans sa globalité et au-delà d'une vitesse de 20 noeuds, de mettre en évidence des qualités physiques, technologiques et marines exceptionnelles. Plus la vitesse augmente, plus le phénomène d'interaction aérodynamique/hydrodynamique est performant, ceci pour une vitesse donnée (mini/maxi) de 20 à 80 noeuds. Ce concept de carène confère à l'ensemble du module un excellent passage à la mer, une bonne stabilité dans les trois axes, un dégaugage soft et progressif, une bonne maitrise d'assiette Au-delà de ces constatations, la résultante majeure liée à ces phénomènes physiques est une portance aérodynamique tout à fait conséquente.Cette portance exceptionnelle est nettement supérieure en terme de quantité et de qualité en comparaison à la portance aérodynamique des autres types de catamarans rapides. Cette portance crée un effet de sustentation de la carène et par voie de conséquence un allègement du bateau de l'ordre de 20% à 40% de son poids initial à l'arrêt. Cet allègement est directement lié à la vitesse. Cela permet d'affirmer que, à déplacement égal et à puissance installée égale, ce nouveau concept de carène est plus stable et plus rapide. Toutes les embarcations rapides de la famille des catamarans s'appuient sur la même philosophie de concept: deux coques, entre lesquelles se situe un couloir aérodynamique de fait, permettant à une vitesse donnée un dégaugage plus ou moins important. En deuxième partie de la carène, se situe souvant une zone de redans/décrochements qui ont pour fonctions de limiter la surface de frottement, de décompresser l'état de saturation aérodynamique et par voie de conséquence de limiter l'effet de cabrage. Ces catamarans rapides n'apportent pas de solutions majeures en terme de technologie, de sécurité, de performance, d'agrément et de qualité de passage à la mer. Voir réf ( CIB = B 63 B - 00 1/20). DESCRIPTION Les dessins annexés illustrent l'invention - La figure 1 représente la carène vue de dessous. - La figure 2 représente la carène en vue longitudinale babord. - La figure 3 représente la carène vue de face. - La figure 4 représente la carène vue de derrière. - La figure 5 représente la carène vue de derrière suivant coupe AA (fig3). En référence à ces dessins et au-delà d'une vitesse de 20 Nds, l'air s'engouffre avec force entre les étraves (1,2 fig 1,3) de la carène. Cet air, est canalisé par la forme convergente du tunnel (3figl). L'inclinaison (l'assiette) de l'ensemble du pont (4 fig2,4) à la conception est de + 2 degrés en faveur de l'avant. La capacité volumique de l'entrée d'air du tunnel (Sfig3) est cinq fois supérieure à la capacité volumique de la sortie d'air du tunnel (6 fig4). Le phénomène de la surcompression de l'air sur l'axe longitudinal et l'axe latéral de la carène crée une portance aérodynamique déterminante, cette portance maintient progressivement la carène en sustentation. Au fur et à mesure que la vitesse augmente les coques en V (13,14figl) dégaugent. Les fines étraves (1,2figl,5), qui étaient en contact avec l'élément liquide et ouvraient le passage de la houle, font place progressivement aux fonds de coques en V (7,8figl,3). Dans le même temps, l'auto-régulation du surplus d'air en compression, s'effectue par les longs et profonds décrochements transversaux(9,10figl,5) conçus à cet effet. Plus la vitesse augmente et plus la carène s'auto régule et dégauge d'une manière soft et progressive. Le dégaugage peut progresser en fonction de la vitesse jusqu'à la limite des décrochements (11,12figl,5). Au-delà, nous atteignons des vitesses supérieures à 60 noeuds et les longs et profonds redans(9,lOfigl,5) remplissent pleinement leur fonction de régulateurs d'assiette, en libérant l'ensemble de la carène de son surplus d'air en compression. A ce stade de vitesse, les coques en V (13,14 figl) font place à la deuxième partie de la carène. Cette deuxième section de carène commence aux profonds redans transversaux (9,lOfigl,5) > puis elle se prolonge par deux longs plans inclinés (15,16fig1) de faible pente (6 degrés). Ces plans inclinés (15,16figl), ont pour fonctions de permettre un retour d'écoulement laminaire progressif et sans turbulence à grande vitesse, de diminuer fortement les surfaces de frottement, de permettre une meilleure répartition de l'équilibre des masses (matériau, fluides), et de créer la continuité avec les zones horizontales (17,18figl), afin de conserver un écoulement laminaire toujours constant jusqu'aux bords de fuite (19,20fig1,4) du module. Le comportement de la carène, dans cette deuxiéme partie du module, devient donc de type planante. REVENDICATIONS 1 - Concept de carène sans équivalence, caractérisé par la forme de carène(R1), la consistance des atouts scientifiques(R2), technologique(R3), le comportement à la mer(R4),le champs d'application(R5), les utilisations(R6) qui en découlent. 2 - Concept de carène selon la revendication (R1) caractérisé par la forme de la carène qui est nouvelle dans la famille des catamarans, et que son appellation technique de référence est "catamaran à coques assymétriques internes". 3 - Concept de carène selon la revendication (R2) caractérisé en ce que la traînée de frottement(Rfrott) est plus faible que sur les autres types de catamaran rapides. En effet, la trainée de frottement dépend du coefficient de frottement (Cf), lui même fonction de la longueur, de la vitesse du module, de la température de l'eau et de la salinité. Rfrott = f(Cf, Rug, V2, Smouillée) Dans le cas présent, c'est un chiffre global qui représente une moyenne des coefficients de frottement locaux. Analyse des frottements. L'ampleur de la vague d'étrave (résistance) reste faible, quelle que soit la vitesse donnée, car le passage de la houle est effectué par deux bulbs d'étraves (1,2fig1,3) très affinés, suivis de deux fonds de coques en V (13,14figl). Les bordées longitudinales externes ne représentent aucune résistance notable mis à part le coefficient d'écoulement laminaire (négligeable). L'élévation de l'assiette (4fig2,4)du module, diminue très fortement la surface de frottement et par voie de conséquence la variation de la surface mouillée. A l'arrêt, la valeur de la surface mouillée est de 1; à 30 noeuds, elle sera de 0,75 et à 50 noeuds elle sera de 0,5... Les longues virures longitudinales (21 à 24 figl) sont réparties sur les zones de surface mouillée, et aux trois vitesses données(30Nds, 50 Nds, 65 Nds), elles jouent un rôle déterminant sur l'effet directionnel, sur la diminution des surfaces frottements, sur l'écoulement laminaire et la répartition de l'équilibre des masses (materiau, fluides). En résumé, du bord d'attaque au bord de fuite du module, la valeur moyenne des coefficients de frottements locaux (Cf) est nettement inférieure sur ce concept de carène que sur les autres types de catamarans. Par voie de conséquence, la trainée de frottement (Rfrott) et le nombre de Reynolds(Re) sont plus faibles. Cf Re = V x L/nu (1,18 10-6 eau de mer) 4 - Concept de carène suivant revendication (R2), caractérisé par un nombre de Froude (Fn) supérieur aux autres types de catamarans rapides et peut être estimé de 2,5 à 3. Ce concept de caréne permet un écoulement "laminaire" des fluides et non pas à variations de "turbulences" comme sur les autres type de carénes planantes de catamarans rapides(voir référence : CIB - B63B - 001/20). En ce qui concerne l'interférence des champs de vagues liée aux rapprochement des deux coques, la géométrie de ce concept est définie par un rapport longueur/largeur du module d'une valeur de 4/1 à 5/1. L'espacement interne des coques en deuxième partie de carène (section arrière) est d'une à deux fois la largeur d'une coque à son bord de fuite (19,20 fig 1,4). Le niveau de liaison pont/coques (25fig4) se situe à une hauteur, de 1 à 1,5 fois la largeur de coque à son bord de fuite. La trainée de vague (Rw), en ce qui concerne ce concept de carène est très faible au vue de la finesse d'ensemble de la carène, du faible effet de champ de pression et de dépression lié à sa vitesse et notamment sa vague d'étrave (fonds de coques en V) de très faible amplitude. ll en découle un degré de vitesse de la carène (Fn) supérieur aux autres types de carènes de catamarans rapides (Actuellement de 1,8 à 2,2). Nombre de FROUDE ( Fn) = V/(gxL) 5 - Concept de carène suivant revendication (R2), caractérisé en ce que la résistance à l'avancement (Rt/Delta), est plus faible que sur les autres types de catamarans rapides. Au - delà de la loi des carrés et des cubes, ce concept de carène met en évidence une résistance totale (Rt) et une résistance de frottement (Rfrott) plus faible. Delta (poids) est une donnée qui ne varie pas et de plus, elle est proportionnellement plus faible sur ce concept car elle est liée a un mode de fabrication plus performant en terme d'allègement. Il en découle un rapport Rt/Delta plus faible. 6 - Concept de caréne suivant revendication (R4), caractérisé en ce que le comportement du module à une vitesse donnée(au delà de 30 Nds) est nettement plus performant. Ce concept met bien en évidence sa capacité d'optimisation aérodynamique de par son Cx frontal, ainsi que part sa vocation majeure qui est, dans sa premiére section, une carène semi planante et dans sa deuxième section, une carène de type planante. L'interaction des phénoménes aérodynamique et hydrodynamique de ce concept de carène à une vitesse donnée (30 à 60 Nds), met en évidence une stabilité exceptionnelle dans les trois axes. 7 - Concept de carène suivant revendication (R3), caractérisé en ce que la simplicité de fabrication de ce type de carène permet de mettre en évidence des performances mécaniques supérieures. Sur le plan technologique et industriel, ce concept de carène permet de concevoir une méthode de fabrication plus simple et plus efficace que celle utilisée par la construction conventionnelle. En effet, quel que soit le matériaux utilisé (aluminim, acier, kevlar, carbone, composites divers...) ce concept permet une mise en oeuvre plus simple, moins coûteuse et plus légère en terme d'allègement. Les formes clairement définies, l'absence d'arrondi (olivage), la simplicité de forme des bordées, ainsi que les sections à fonds plats permettent d'envisager une méthode de fabrication plus rapide et mécaniquement plus sûre.La liaison mécanique pont/coque sur ce concept est plus performante en ce qui concerne la rigidité d'ensemble (empattement longitudinalement faible, couples de liaison très efficaces) et elle permet de limiter les fortes contraintes mécaniques à une vitesse donnée (faible, moyenne ou grande vitesse). 8 - Concept de carène suivant revendications (R2 et R3), caractérisé par des performances supérieures aux autres types de catamarans rapides. En vue de l'analyse du comportement de la caréne (revendication 6) et des atouts scientifiques (revendication 5), globalement les performances de ce concept de carène sont supérieures aux performances des autres catamarans En effet, à charge égale (poids/déplacement) et puissance égale, ce concept sera plus manoeuvrant, plus stable, plus rapide que tout autre catamaran rapide. 9 - Ce concept de carène suivant revendications(R2 et R3), caractérisé par son insubmersibilité. En effet, chaque coque est fractionnée en trois compartiments distincts. Ces compartiments sont séparés par des cloisons étanches. Compte tenu, du volume des différents compartiments étanches, ce module est physiquement insubmersible, à concurrence de 4 compartiments envahis par les eaux. 10 - Ce concept de carène suivant revendications(R5 et R6), caractérisé par un champs d'application et d'utilisation supérieur aux autres types de catamarans. Ce concept de carène a la particularité de mettre en évidence un tirant d'eau très faible ce qui lui permet d'être trés manoeuvrant et en particulier dans les zones encombrées comme les ports de plaisance ou de commerce. Ce module peut se permettre de faire un demi tour sur place aisémment et ceci sans avoir la nécessité de faire appel à des propulseurs d'étraves (pour les grandes unités). I1 peut se permettre aussi le "beaching" directement sur le sable des plages grâce à son faible tirant d'eau et à sa ligne de flottaison située à niveau 0 à l'avant (26fig2). Cette nouvelle carène permet la navigation en zone de très hauts fonds, extrèmement délicate et dangereuse, car sa manoeuvrabilité va de pair avec sa précision.