Brevet FR2740427A1 — publié le 19970430

La présente invention concerne un navire utilisant pour se déplacer la traction d'un cerfvolant. Traditionnellement, les navires à propulsion éolienne utilisent des voiles, ce qui engendre généralement, d'une part un couple de roulis dû conjointement à la hauteur du centre de poussée vélique et à la direction de cette poussée, d'autre part un couple de lacet variable dû au déplacement du centre de poussée vélique en fonction de l'allure du navire. Le navire selon l'invention a pour objet de réduire les couples de roulis et de lacet, par l'utilisation d'un cerf-volant à la place des voiles et d'un bras articulé comme gréement, en inclinant et en orientant le bras articulé de façon à rapprocher du centre de dérive du navire, la droite représentant géométriquement la traction du cerf-volant. En effet, ce navire tracté par cerf-volant comporte, selon une première caractéristique, un bras articulé par une extrémité avec le navire, et des moyens de commande du bras en inclinaison et en orientation, I'extrémité libre du bras constituant le point dit de traction où les fils de liaison quittent le navire pour rejoindre le cerf-volant. Selon des modes particuliers de réalisation, le navire peut présenter d'autres caractéristiques parmi les suivantes: - caractéristique 2: le navire, satisfaisant la première caractéristique, comporte comme articulation du bras, une piéce intermédiaire rigide comprenant deux axes de rotation perpendiculaires, le premier axe, vertical, servant de liaison avec le navire, I'extrémité liée du bras s'adaptant au second axe, le bras et l'axe vertical de rotation étant coplanaires. - caractéristique 3: le navire, satisfaisant la caractéristique 2, comporte comme moyen de commande du bras en inclinaison, un cordage de longueur réglable reliant un point du bras à un point de la piéce intermédiaire. - caractéristique 4: le navire, satisfaisant la caractéristique 2, comporte comme moyen de commande du bras en inclinaison, un vérin reliant un point du bras à un point de la pièce intermédiaire. - caractéristique 5: le navire, satisfaisant la caractéristique 2, comporte comme moyen de commande du bras en inclinaison, un cordage de longueur réglable reliant un point du bras à un point mobile sur le navire. - caractéristique 6: le navire, satisfaisant la caractéristique 2, comporte comme moyen de commande du bras en inclinaison, un vérin reliant un point du bras à un point mobile sur le navire. - caractéristique 7: le navire, satisfaisant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comporte comme moyen de commande du bras en orientation, deux cordages de longueurs réglables, le premier cordage reliant le bras à un point du navire situé en avant de l'extrémité articulée du bras, le second cordage reliant le bras indifféremment à un point du navire situé à l'arrière gauche de l'extrémité articulée du bras ou à un point situé à l'arrière droite de l'extrémité articulée du bras. - caractéristique 8: le navire, satisfaisant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comporte un flotteur situé à l'extrémité libre du bras. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente le navire selon l'invention, en vue d'ensemble. La figure 2 représente le navire selon l'invention en vue de devant, comme illustration de son comportement en roulis. La figure 3 représente le navire selon l'invention en vue de dessus, comme illustration de son comportement en lacet. Les figures 4 à 10 illustrent différentes caractéristiques du navire selon l'invention; les figures 4 à 8 étant en contre-plongée, seuls le bras et son articulation sont représentés; les figures 9 et 10 sont des vues d'ensemble. Le cerf-volant utilisé par le navire n'est pas représenté sur les figures; seule la partie de ses fils de liaison partant du navire via le bras articulé est représentée sur certaines figures, le nombre de fils de liaison représentés (deux) ayant alors un caractère purement schématique et non limitatif. En référence à la figure 1, ce navire tracté par cerf-volant comporte, selon sa première caractéristique, un bras (1) articulé par une extrémité (2) avec le navire, et des moyens de commande du bras (1) en inclinaison (3) et en orientation (4), I'extrémité libre (5) du bras (1) constituant le point dit de traction où les fils de liaison (6) quittent le navire pour rejoindre le cerf-volant. Dans toute la description, le bras (1) est, du point de vue géométrique, assimilé au segment formé par ses extrémités liée (2) et libre (5). La verticale du navire étant identifiée par l'axe (9), I'inclinaison (3) du bras (1) est l'angle entre cet axe (9) et le bras (1). L'axe longitudinal (7) et l'axe transversal (8) du navire étant définis et tous deux horizontaux, I'orientation (4) du bras (1) est l'angle entre la projection du bras (1) sur le plan horizontal, et l'axe longitudinal (7).A noter que les trois axes (7, 8, 9) sont considérés comme étant des vecteurs, et non des droites de l'espace physique. L'inclinaison (3) et l'orientation (4) du bras (1) sont commandées au moyen de tout système adapté, des exemples non limitatifs étant présentés dans certaines des caractéristiques suivantes. La figure 2 illustre l'intérêt de la commande de l'inclinaison (3) du bras (1). En effet, cette commande permet, en inclinant le bras (1), d'abaisser son extrémité libre (5) qui constitue le point de traction du cerf-volant, et donc aussi la droite (10), dite de traction car support géométrique de la traction du cerf-volant. Un abaissement suffisant du point de traction (5), comme sur la figure 2, permet alors de faire passer la droite de traction (10) à proximité du centre de dérive (il) du navire (en projection sur un plan vertical et transversal au navire), donc de réduire voire d'annuler le couple de roulis sur le navire, satisfaisant ainsi la première partie de l'objet de l'invention. L'intérêt général d'un faible couple de roulis est de diminuer l'exigence de stabilité du navire: avec un navire selon l'invention, les systèmes de coques multiples, quilles ou lests divers ne sont plus requis quant à la stabilité en roulis pour les allures au près. En ce qui concerne l'amplitude de réglage de la commande de l'inclinaison (3) du bras (1), lorsque le cerf-volant est incliné de façon à créer une composante horizontale de traction sur le navire, le point de traction (5) doit pouvoir être suffisamment abaissé pour, comme on l'a vu précédemment, faire passer la droite de traction (10) assez près du centre de dérive (11) de façon à n'occasionner qu'un couple de roulis faible, voire nul: I'inclinaison (3) requise est fonction de paramètres comme le site du cerf-volant, la longueur du bras (1), la cinématique de l'articulation du bras (1), les positions relatives de l'extrémité articulée (2) du bras (1) et du centre de dérive (11).D'autre part, il est conseillé de pouvoir suffisamment relever le bras (1) pour que, lorsque le cerf-volant est en position quasi verticale afin de peu déplacer le navire, la traction verticale du cerfvolant n'entraîne pas de contraintes trop importantes dans le bras (1) et la commande de son inclinaison (3). Il faut remarquer que, si la commande de l'inclinaison (3) du bras (1) doit bien entendu être dimensionnée structurellement pour permettre l'abaissement du bras (1) malgré la traction en sens opposé exercée par le cerf-volant sur l'extrémité libre (5), par contre il n'est pas nécessaire que la commande de l'inclinaison (3) du bras (1) soit conçue aussi pour relever le bras (1). En effet, on a vu que c'était l'abaissement de l'extrémité libre (5) du bras (1) qui était la condition de réduction voire d'annulation du couple de roulis. Dans ces conditions, des cordages tirant le bras (1) vers le bas peuvent être utilisés pour régler une inclinaison (3) minimale, comme ceci est réalisé dans certaines des caractéristiques suivantes de l'invention. En ce qui concerne la longueur du bras (1), on peut se rendre compte sur la figure 2 qu'un bras (1) qui serait plus court tout en gardant son extrémité libre (5) sur la droite de traction (10) pour créer le même couple de roulis sensiblement nul (dans le cas de la figure 2), aurait cette extrémité libre (5) située plus bas sur cette même droite (10): un bras (1) court risque d'avoir son extrémité libre (5) près de l'eau. Inversement, un bras (1) long risque de subir des contraintes plus importantes et d'avoir une inertie supérieure. La figure 3 illustre l'intérêt de la commande de l'orientation (4) du bras (1). En effet, cette commande permet, satisfaisant ainsi la seconde partie de l'objet de l'invention, de rendre négligeable, voire nul, le couple de lacet exercé par le cerf-volant sur le navire, quelle que soit l'allure de ce dernier, simplement en orientant le bras (1) de façon que la droite (10) soit dans le même plan vertical que le centre de dérive (11), comme sur la figure 3. Une utilisation complémentaire de la commande de l'orientation (4) peut consister à modifier l'orientation (4) du bras (1) à partir de la valeur qui annule le couple de lacet, de façon à créer un couple de lacet, négatif ou positif, susceptible de faire tourner le navire, ce qui peut notamment être intéressant pour les virements de bord au près. En ce qui concerne l'amplitude de réglage de la commande de l'orientation (4) du bras (1), il est conseillé de permettre au bras (1) de balayer un champ de 160 degrés au moins, réparti symétriquement à gauche et à droite de l'axe longitudinal (7) du navire sur I'avant, afin de pouvoir utiliser la traction du cerf-volant dans la plupart des allures d'un navire, du près serré au grand largue; une amplitude plus importante de l'orientation (4) du bras (1) (au-delà de 80 degrés à gauche et à droite) peut être utilisée pour faciliter les virements de bord au près. En ce qui concerne l'extrémité articulée (2) du bras (1), I'articulation entre ce dernier et le navire peut être réalisée de diverses manières: par exemple et de manière non limitative, souple au moyen de cordages ou de maillons de chaîne, ou bien de type mécanique avec des axes de rotation définis. L'articulation doit être dimensionnée pour résister aux efforts résultant de la traction du cerf-volant sur l'extrémité libre (5) du bras (1), efforts dépendant aussi du moyen de commande de l'inclinaison (3) du bras (1). ll est conseillé, pour une simple raison de symétrie, de positionner l'articulation du bras (1) de façon que ce dernier puisse se déplacer de manière symétrique sur la gauche et la droite du navire.Du fait que la traction exercée par le cerf-volant sur le navire présente une composante verticale, il est recommandé de positionner l'articulation du bras (1) par rapport au centre de gravité du navire, de façon que l'action du cerf-volant ait tendance à soulever l'avant du navire et non l'arrière. Pour la stabilité de route du navire, il peut être intéressant de situer le centre de dérive (1 1 ) du navire approximativement à la même cote longitudinale que l'articulation du bras (1). De manière générale, quand le cerf-volant utilisé est du type commandé par les fils de liaison (6), leur système de commande peut être situé sur le bras (1) lui-même. Selon des exemples particuliers de réalisation non limitatifs, le navire peut présenter d'autres caractéristiques, comme suit: - la figure 4 illustre la caractéristique 2: le navire, satisfaisant la premiére caractéristique, comporte comme articulation du bras (1), une pièce intermédiaire (12) rigide comprenant deux axes de rotation (13, 14) perpendiculaires, le premier axe (13), vertical, servant de liaison avec le navire, I'extrémité liée (2) du bras (1) s'adaptant au second axe (14), le bras (1) et l'axe vertical de rotation (13) étant coplanaires. Cette caractéristique est un exemple non limitatif de l'articulation existant entre l'extrémité (2) du bras (1) et le navire.Bien qu'entrainé par la rotation de la piéce intermédiaire (12) autour de l'axe (13), le second axe (14), étant perpendiculaire au premier axe (13) qui est vertical, reste donc horizontal. La condition supplémentaire de coplanarité entre l'axe vertical (13) et le bras (1) permet de mieux équilibrer les efforts dans le bras (1) et la piéce (12). La figure 4 donne un exemple non limitatif de réalisation d'une telle articulation: I'extrémité liée (2) du bras (1) présente un aspect en fourchette avec deux évidements cylindriques coaxiaux. Les axes (13, 14) sont matérialisés chacun par un évidement cylindrique de la pièce (12): le premier évidement, correspondant à l'axe (13), est vertical et reçoit le cylindre vertical (15) qui est fixé sur le navire, ce qui réalise l'articulation permettant de faire varier l'orientation (4) du bras (1). Le second évidement cylindrique est horizontal; il reçoit la tige (16) après positionnement, en alignement à ses deux extrémités, des deux évidements cylindriques de l'extrémité (2) du bras (1), ce qui réalise l'articulation permettant de faire varier l'inclinaison (3) du bras (1). Il faut noter que, comme illustré sur la figure 4, I'axe horizontal (14) ne coupe pas obligatoirement l'axe vertical (13): il peut en effet être intéressant de déporter l'extrémité (2) pour des raisons structurelles ou d'encombrement. - la figure S illustre la caractéristique 3: le navire, satisfaisant la caractéristique 2, comporte comme moyen de commande du bras (1) en inclinaison (3), un cordage (17) de longueur réglable reliant un point (18) du bras (1) à un point (19) de la pièce intermédiaire (12). Cette caractéristique est un exemple non limitatif du moyen de commande de l'inclinaison (3) du bras (1). Le point (19) étant solidaire de la piéce intermédiaire (12) et non du navire proprement dit, la traction du cordage (17) destinée à incliner le bras (1) a un effet neutre sur son orientation (4). Le point (19) doit être situé sous le bras (1) pour l'abaisser quand on réduit la longueur du cordage (17), remplissant ainsi le rôle de commande en inclinaison (3) du bras (1).Il est conseillé de positionner les points (18, 19) dans le plan défini par le bras (1) et l'axe vertical de rotation (13), et de façon aussi que le cordage (17) travaille à une distance suffisante de l'axe horizontal de rotation (14) afin de ne pas occasionner de contraintes trop importantes dans le cordage (17) et dans la pièce (12), quand le cerf-volant exerce sa traction. - la figure 6 illustre la caractéristique 4: le navire, satisfaisant la caractéristique 2, comporte comme moyen de commande du bras (1) en inclinaison (3), un vérin (20) reliant un point (21) du bras (1) à un point (22) de la pièce intermédiaire (12). Cette caractéristique est aussi un exemple non limitatif du moyen de commande de l'inclinaison (3) du bras (1). Elle ne differe de la précédente que par l'utilisation d'un vérin à la place d'un cordage de longueur réglable, ce qui permet de commander également le relèvement du bras (1). - la figure 7 illustre la caractéristique 5: le navire, satisfaisant la caractéristique 2, comporte comme moyen de commande du bras (1) en inclinaison (3), un cordage (23) de longueur réglable reliant un point (24) du bras (1) à un point (25) mobile sur le navire. Cette caractéristique, comme les deux précédentes, est un exemple non limitatif du moyen de commande de l'inclinaison (3) du bras (1). La différence réside dans le fait que le point d'attache (25) du cordage (23) est sur le navire lui-même et non sur la pièce intermédiaire (12). A titre d'exemple non limitatif, si, comme sur la figure 7, ce point (25) est un chariot mobile (symbolisé par un point, figure 7) sur un guide (26) de type rail d'écoute (symbolisé par une ligne, figure 7) fixé au navire, en forme de cercle centré sur l'axe vertical de rotation (13) de l'articulation, le cordage (23) n'exerce pas de moment d'axe vertical sur le bras (1): la traction du cordage (23) destinée à incliner le bras (1) a, dans ce cas aussi, un effet neutre sur son orientation (4). - la figure 8 illustre la caractéristique 6: le navire, satisfaisant la caractéristique 2, comporte comme moyen de commande du bras (1) en inclinaison (3), un vérin (27) reliant un point (28) du bras (1) à un point (29) mobile sur le navire. Cette caractéristique est aussi un exemple non limitatif du moyen de commande de l'inclinaison (3) du bras (1). Elle ne diffère de la précédente que par l'utilisation d'un vérin à la place d'un cordage de longueur réglable, ce qui permet de commander également le relèvement du bras (1). Cependant, il peut être nécessaire de prévenir le coulissement intempestif du point mobile (29), lors des efforts en extension du vérin (27) pour relever le bras (1): comme illustré sur la figure 8, à titre d'exemple non limitatif, le point mobile (29) étant comme précédemment un chariot pouvant coulisser sur un guide (30) en forme de cercle centré sur l'axe vertical de rotation (13) de l'articulation, une partie (31) de la piéce intermédiaire (12) est solidaire du chariot (point mobile (29)): la position du point (29) sur le guide (30) est fonction de l'orientation (4) du bras (1) et ne peut se modifier d'elle- même quand on commande l'allongement du vérin (27). - la figure 9 illustre la caractéristique 7: le navire, satisfaisant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comporte comme moyen de commande du bras (1) en orientation (4), deux cordages (32, 33) de longueurs réglables, le premier cordage (32) reliant le bras (1) à un point (34) du navire situé en avant de l'extrémité articulée (2) du bras (1), le second cordage (33) reliant le bras (1) indifféremment à un point (35) du navire situé à l'arrière gauche de l'extrémité articulée (2) du bras (1) ou à un point (36) situé à l'arrière droite de l'extrémité articulée (2) du bras (1). Cette caractéristique est un exemple non limitatifdu moyen de commande de l'orientation (4) du bras (1).En effet, la traction coordonnée des deux cordages (32, 33) sur le bras (1) dans des directions sensiblement opposées a pour effet d'imposer au bras (1) une orientation (4) donnée. L'utilisation du seul cordage (32) permet de limiter l'orientation (4) du bras (1) à une valeur maximum, en vue d'empêcher le bras (1) de partir vers l'arrière s'il touche l'eau quand le navire avance, ou de retenir le bras (1) pour l'empêcher de heurter éventuellement des superstructures du navire lors d'un virement de bord au près, le cerfvolant passant d'un côté à l'autre du navire sur l'arrière de ce dernier en tirant de ce fait le bras (1) vers l'arrière. Le point (35) (respectivement le point (36)) est utilisé pour rattacher le cordage (33) au navire, selon que le bras (1) est orienté sur la gauche (respectivement sur la droite) du navire: le travail du cordage (33) est ainsi amélioré, notamment quand ce cordage (33) est court. - la figure 10 illustre la caractéristique 8: le navire, satisfaisant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comporte un flotteur (37) situé à l'extrémité libre (5) du bras (1). La fonction de ce flotteur (37) est d'augmenter la stabilité du navire à l'arrêt, le bras (1) étant orienté en travers du navire et son extrémité libre (5) abaissée au niveau de l'eau. Quand le navire avance, le flotteur (37) peut toucher l'eau sous des angles variés du fait que l'orientation (4) du bras (1) est elle-même variable: il peut être nécessaire que la liaison entre le flotteur (37) et le bras (1) soit articulée. Le navire selon l'invention est particulièrement destiné au déplacement rapide grâce au vent. REVENDICATIONS 1/ Navire tracté par cerf-volant, caractérisé en ce qu'il comporte un bras (1) articulé par une extrémité (2) avec le navire, et des moyens de commande du bras (1) en inclinaison (3) et en orientation (4), I'extrémité libre (5) du bras (1) constituant le point dit de traction où les fils de liaison (6) quittent le navire pour rejoindre le cerf-volant. 2/ Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte comme articulation du bras (1), une pièce intermédiaire (12) rigide comprenant deux axes de rotation (13, 14) perpendiculaires, le premier axe (13), vertical, servant de liaison avec le navire, I'extrémité liée (2) du bras (1) s'adaptant au second axe (14), le bras (1) et l'axe vertical de rotation (13) étant coplanaires. 3/ Navire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte comme moyen de commande du bras (1) en inclinaison (3), un cordage (17) de longueur réglable reliant un point (18) du bras (1) à un point (19) de la pièce intermédiaire (12). 4/ Navire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte comme moyen de commande du bras (1) en inclinaison (3), un vérin (20) reliant un point (21) du bras (1) à un point (22) de la piéce intermédiaire (12). 5/ Navire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte comme moyen de commande du bras (1) en inclinaison (3), un cordage (23) de longueur réglable reliant un point (24) du bras (1) à un point (25) mobile sur le navire. 6/ Navire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte comme moyen de commande du bras (1) en inclinaison (3), un vérin (27) reliant un point (28) du bras (1) à un point (29) mobile sur le navire. 7/ Navire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte comme moyen de commande du bras (1) en orientation (4), deux cordages (32, 33) de longueurs réglables, le premier cordage (32) reliant le bras (1) à un point (34) du navire situé en avant de l'extrémité articulée (2) du bras (1), le second cordage (33) reliant le bras (1) indifféremment à un point (35) du navire situé à l'arrière gauche de l'extrémité articulée (2) du bras (1) ou à un point (36) situé à l'arrière droite de l'extrémité articulée (2) du bras (1). 8/ Navire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un flotteur (37) situé à l'extrémité libre (5) du bras (1).