Brevet FR2742412A1 — publié le 19970620

La présente invention concerne les bateaux de type catamaran et en particulier un catamaran pour la navigation de plaisance ou commerciale pouvant atteindre des grandes vitesses avec une traînée réduite grâce à la configuration de sa carène. Tous les bateaux rapides de la famille des catamarans s'appuient sur la même philosophie, c'est-à-dire deux coques entre lesquelles se trouve un couloir aérodynamique permettant, à une vitesse pouvant atteindre 150 km/h, un déjaugeage plus ou moins important. En deuxième partie de la carène, une zone de redans ou décrochements a pour fonction de limiter la surface de frottement, de décompresser l'état de saturation aérodynamique et par voie de conséquence de limiter l'effet de cabrage. Plus la résistance à l'avancement du bateau, encore appelée la traînée de frottement, est faible et plus la vitesse du catamaran augmente. I1 est donc indispensable, à grande vitesse, de soulever les coques quasiment hors de l'eau. Le tunnel de compression du catamaran formé par les parois intérieures des coques, la surface inférieure du caisson reliant les coques et l'eau sont les causes de ce soulèvement. C'est pourquoi dans certains catamarans, la surface inférieure du caisson est inclinée de manière à ce que le tunnel de compression présente une section convergente jouant le rôle d'une tuyère. Un tel catamaran décrit dans la demande de brevet FR 2.621.551 présente tout de même une traînée de frottement non négligeable due au frottement s'exerçant sur toute la longueur du catamaran et aux turbulences dues à cette configuration. C'est pourquoi, le but principal de l'invention est de fournir un catamaran qui présente une traînée de frottement réduite à grande vitesse. Un autre but de l'invention est de fournir un catamaran pour lequel les résistances liées au frottement des coques avec l'eau soient concentrées sur une faible longueur du catamaran. L'objet de l'invention est donc un catamaran à grande vitesse du type constitué d'une carène comportant deux coques espacées reliées par un caisson intermédiaire dont la paroi inférieure se trouvant normalement au dessus de l'eau, constitue avec les parois intérieures des deux coques un tunnel de compression de l'air s'engouffrant entre les deux coques par l'avant du catamaran à pleine vitesse, ledit catamaran étant caractérisé en ce que, sur une longueur au plus égale à la moitié de la carène, les parois intérieures des coques sont planes, sensiblement perpendiculaires à la paroi inférieure du caisson intermédiaire et convergent de l'avant vers l'arrière de la carène. Un autre objet de l'invention est un catamaran tel que défini ci-dessus dans lequel les fonds des coques ont un profil en V formé par deux plans inclinés, l'inclinaison du plan extérieur par rapport à l'horizontale étant plus forte que celle du plan intérieur. D'autres buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante en référence aux dessins dans lesquels: La figure 1 représente une vue de coté du catamaran selon l'invention, la figure 2 représente une vue de dessous du catamaran selon l'invention, la figure 3 représente une section transversale du catamaran en fin des étraves, la figure 4 représente une section transversale du catamaran dans la première portion de la partie convergente de la carène, la figure 5 représente une section transversale du catamaran en fin de partie convergente de la carène, et la figure 6 représente une section du catamaran à l'endroit des redans se trouvant juste après la partie convergente de la carène. Le catamaran selon l'invention se présente comme illustré sur la figure 1. La première partie 10 est constituée par les étraves présentant un angle d'inclinaison d'environ 40 à 50 par rapport à l'eau et permettant un meilleur passage à la houle. La deuxième partie 12 constituée par les coques est la partie formant le tunnel de compression et est constituée de deux coques dont le fond 14 est en V comme on le verra par la suite. Cette partie 12 formant tunnel de compression se termine par des décrochements ou redans 16 dont le but est de faire communiquer le tunnel de compression avec le milieu ambiant et créer une décompression évitant tout soulèvement excessif de la carène à pleine vitesse. Les redans sont suivis de plans inclinés 18 de faible pente dont le but est de permettre un retour progressif à l'écoulement laminaire et sans turbulences à grande vitesse. Enfin la dernière partie 20 de la carène est constituée par des coques à dessous horizontal destinées à fournir un écoulement laminaire de l'eau avec peu de frottement, jusqu'au bord de fuite de la carène. Le comportement de la carène dans cette partie similaire pour tous les catamarans, est généralement de type planant à grande vitesse. Comme illustré sur la figure 2, les deux étraves 10-1 et 10-2 sont très fines de façon à fournir un meilleur passage à la houle, dans la mesure où elles opposent nettement moins de résistance que les bulbes d'étraves plus larges des catamarans classiques. La partie 12, formant tunnel de compression, est formée par les deux coques 14-1 et 14-2 dont les parois intérieures 22 et 24 sont des plans perpendiculaires à la surface inférieure du caisson intermédiaire 26 reliant les deux coques et convergent de l'avant à l'arrière selon un angle identique avec l'axe du catamaran compris entre 5 et 15, soit un angle entre les deux coques compris entre 10 et 30-, de préférence égal à 20-. Cette convergence des coques se situe entre les points X et Y, c'est-à-dire sur moins de la moitié de la longueur de la carène. De façon générale, la hauteur entre l'eau et la surface inférieure du caisson reliant les deux coques, la largeur entre les deux coques et la profondeur entre les points X et Y permettent une grande capacité volumique d'entrée d'air. Du fait de la convergence des coques vers l'arrière, la capacité volumique de l'entrée d'air du tunnel est cinq fois supérieure à la capacité volumique à la sortie du tunnel (point X). A partir de 20 noeuds environ de vitesse, l'air s'engouffrant à l'entrée des coques compressé par la configuration convergente des coques, crée une portance aérodynamique qui maintient la carène en sustentation. Cette disposition convergente des coques ainsi que la géométrie particulière des fonds de coque en V permettent également de développer une portance hydrodynamique efficace sur la première partie de la carène, tout en conservant une excellente répartition des masses. Les sections de la carène du catamaran selon l'invention, effectuées à différents endroits de la carène tels que définis sur la figure 2, sont illustrées sur les figures 3, 4, 5 et 6. La section selon A-A représentée sur la figure 3 montre que les étraves 10-1 et 10-2 sont très fines de façon à permettre un bon passage de la houle. La section B-B représentée sur la figure 4 montre la coupe des coques à l'endroit où les parois intérieures des coques 14 sont droites et les parois extérieures ont la partie inclinée 28-1 ou 28-2 qu'elles ont jusqu'aux redans 16. La section C-C représentée sur la figure 5 montre la coupe en forme de V des coques à la fin de la portion convergente de la carène (point X). Comme on le voit, cette forme en V est constituée de la paroi extérieure inclinée 28-1 (ou 28-2) et de la paroi intérieure inclinée 30-1 (ou 30-2). On notera que la partie intérieure 30-1 (ou 30-2) est moins inclinée par rapport à l'horizontale que la partie extérieure 28-1 (ou 28-2) et que le plan incliné intérieur est d'une superficie trois ou quatre fois supérieure à celle du plan incliné extérieur du fait que le sommet du V est un axe longitudinal décentré par rapport au plan milieu des coques, soit aux 2/3 vers l'extérieur. L'angle de fond de coque ainsi formé par les deux plans inclinés est compris entre 100 et 120', de préférence 110. Enfin, la section D-D illustrée sur la figure 6 représente la coupe de la carène au droit des redans 16-1 et 16-2. Mis à part sur la portion inclinée 18 de la carène, cette section est la même pour toute la portion arrière 20 de la carène. Le dessous des coques 32-1 et 32-2 est plat et parallèle à la paroi supérieure du caisson de liaison 26, ceci de façon à obtenir un écoulement laminaire sur toute la partie arrière du catamaran. De façon générale, la traînée de frottement du catamaran selon l'invention qui détermine la résistance à l'avancement, et qui est fonction du coefficient de frottement, de la vitesse, et de la surface mouillée, est plus faible que sur les catamarans classiques. La traînée de frottement dépend principalement du coefficient de frottement qui est fonction de la configuration du bateau. Dans le cas présent, la convergence des parois intérieures des coques confère au catamaran un faible coefficient de frottement. On doit noter que d'autres caractéristiques de catamaran selon l'invention concourent à obtenir une diminution des frottements. Ainsi, une assiette de 2- diminue très fortement la variation de la surface mouillée, et par voie de conséquence la surface de frottement. Ainsi, si à l'arrêt la valeur de la surface mouillée est de 1, elle n'est que de 0,5 à une vitesse de 90 km/h. De même, la présence de longues virures longitudinales 34, 36 ou 38 (voir figure 2) réparties sur les zones de surface mouillée, jouent un rôle déterminant sur l'effet directionnel, sur la diminution des frottements, sur l'écoulement laminaire et sur la répartition de l'équilibre des masses. Par voie de conséquence, le nombre de Froude du catamaran selon l'invention, qui définit le degré de vitesse de la carène, est supérieur au nombre de Froude des catamarans rapides actuels. On peut l'estimer entre 2,5 et 3. De façon générale, les performances du catamaran, selon l'invention, sont également fonction d'autres caractéristiques telles que le rapport longueur/largeur, ici de 4 à 5, de l'espacement intérieur des coques dans la partie arrière qui est de une à deux fois la largeur de coque à son bord de fuite, et du niveau du caisson de liaison qui se situe à une hauteur de 1 à 2 fois la largeur de coque à son bord de fuite. La "traînée de vague" est très faible grâce à la finesse d'ensemble de la carène, du faible effet de champ de pression et de dépression lié à la vitesse, et notamment la vague d'étrave de très faible amplitude grâce aux deux bulbes d'étraves très affinés et à la configuration géométrique des fonds de coque en V. En outre, les qualités, ci-dessus, permettent au catamaran selon l'invention d'avoir une tirant d'eau très faible, ce qui lui permet d'être facilement manoeuvré dans les zones encombrées telles que les ports. Un tel catamaran peut d'ailleurs être utilisé aussi bien pour la plaisance que comme vedette de transport rapide pour passagers. Sur le plan technologique et industriel, ce nouveau 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 matériau utilisé (aluminium, acier, kevlar, carbone, composites divers...) il permet une mise en oeuvre plus simple, moins coûteuse et plus légère en terme d'allégement. 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 est plus performante en ce qui concerne la rigidité d'ensemble (empattement transversal et longitudinal faible, couples de liaison très efficaces), et permet donc de limiter les contraintes mécaniques. En résumé, le nouveau catamaran faisant l'objet de cette invention présente une interaction aérodynamiquehydrodynamique performante pour des vitesses allant de 35 à 150 km/h et même au dessus. La portance aérodynamique due en particulier à la convergence intérieure des coques crée un effet de sustentation de la carène permettant un allégement de l'ordre de 20 à 40 % de son poids initial à l'arrêt. En outre, ce nouveau concept confère au catamaran un excellent passage à la mer, une bonne stabilité dans les 3 axes, un déjaugeage doux et progressif et une bonne maîtrise d'assiette. REVENDICATIONS 1. Catamaran à grande vitesse constitué d'une carène comprenant deux coques (14-1, 14-2) reliées par un caisson intermédiaire (26) dont la paroi inférieure se trouvant normalement au dessus de l'eau, constitue avec les parois intérieures des deux coques un tunnel de compression de l'air s'engouffrant entre les deux coques par l'avant du catamaran à pleine vitesse ledit catamaran étant caractérisé en ce que, sur une longueur au plus égale à la moitié de la longueur de la carène, les parois intérieures (22, 24) desdites coques sont planes, sensiblement perpendiculaires à la paroi inférieure dudit caisson intermédiaire et convergent de l'avant à l'arrière de la carène. 2. Catamaran selon la revendication 1, dans lequel l'angle formé par les parois intérieures (22, 24) desdites coques (14-1, 14-2) est compris entre 10 et 30-. 3. Catamaran selon la revendication 2, dans lequel l'angle formé par les parois intérieures (22, 24) desdites coques (14-1, 14-2) est égal à 20g. 4. Catamaran selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel les fonds desdites coques (14-1, 14-2) ont un profil en V formé par deux plans inclinés, l'inclinaison du plan extérieur (28-1 ou 28-2) par rapport à l'horizontale étant plus forte que celle du plan intérieur (30-1, 30-2). 5. Catamaran selon la revendication 4, dans lequel la superficie du plan incliné intérieur (30-1 ou 30-2) est plus grande que la superficie du plan incliné extérieur (28-1 ou 28-2). 6. Catamaran selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'angle du profil en V formé par les deux plans inclinés (28-1 et 30-1 ou 28-2 et 30-2) de chacune desdites coques (14-1 ou 14-2) est compris entre 100 et 120-. 7. Catamaran selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie convergente (de X à Y) desdites coques (14-1 et 14-2) est précédé de fines étraves (10-1, 10-2) à épaisseur constante de façon à obtenir un bon passage à la houle. 8. Catamaran selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel lesdites coques (14-1, 14-2) comportent des virures longitudinales sur les plans inclinés (28-1, 30-1 et 28-2, 30-2) de façon à diminuer les frottements et à améliorer l'écoulement laminaire. 9. Catamaran selon l'une quelconque des revendications précédentes ayant une assiette d'environ 2-. 10. Catamaran selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites coques comportent des portions (32-1, 32-2) non convergentes, à fond plat horizontal, séparées des portions convergentes (14-1, 24-2) par des redans (16-1, 16-2) assurant une décompression de l'air pour le catamaran à grande vitesse.