Brevet FR2780372A1 — publié le 19991231

L'invention concerne un navire, à effet de surface, du genre comportant deux quilles latérales formant deux tunnels d'air latéraux en coopération avec une carène centrale et plus particulièrement un navire de ce genre qui est dynamiquement contrôlé en roulis. Comme il est connu et comme notamment décrit dans le document FR-A2707587, les tunnels que comporte un navire de ce genre sont fermés par des jupes souples à l'avant et à l'arrière et sont ouverts vers le bas, sur la surface de l'eau. Ces tunnels sont mis en surpression par l'intermédiaire de soufflantes qui y injectent de l'air et qui forment ce que l'on appelle des coussins d'air, ces derniers engendrant des forces de sustentation tendant à soulever le navire. Comme il est connu, de tels navires qui utilisent l'effet de surface pour réduire leur volume immergé, ont une grande sensibilité au roulis en cas de forte houle traversière. En effet, si un navire gîte avec une grande amplitude alors qu'il est confronté à une telle houle, il arrive un moment o le bas d'une des jupes souples fermant les tunnels se trouvent au-dessus de la surface de l'eau, lorsque le navire dépasse la crête d'une vague. Une quantité importante de l'air en surpression, jusqu'alors emprisonné dans le tunnel que ferme cette jupe, est alors brusquement libéré, ce qui entraîne une rapide diminution de la force de sustentation produite au niveau de ce tunnel. Le navire tombe alors brutalement du côté o se trouve le tunnel en perte de pression, jusqu'au moment o un point d'équilibre entre forces antagonistes est atteint et o la surpression du coussin d'air contenu dans ce tunnel peut être Reconstituée en raison de la réduction des fuites et de l'action de la ou des soufflantes d'alimentation du tunnel en air. La navigation d'un navire est rendue très inconfortable lorsqu'elle se produit dans des conditions conduisant à la répétition de ces mouvements brusques de chute, elle peut être dangereuse pour les passagers, notamment si ceux-ci se déplacent. L'invention propose donc un navire à effet de surface, dans lequel deux quilles latérales forment deux tunnels d'air latéraux en coopération avec une carène centrale, qui est dynamiquement contrôlé en roulis. Les deux tunnels d'air y sont ouverts vers le bas sur la surface de l'eau et sont fermés par des jupes transversales, souples, avant et arrière, ils sont indépendamment mis en surpression par l'intermédiaire de soufflantes pour produire des forces de sustentation sur le navire par l'intermédiaire de l'air en surpression qu'ils contiennent. Selon une caractéristique de l'invention, le navire comporte un dispositif de stabilisation dynamique à boucles d'asservissement qui exploitent des indications de gîte fournies par une centrale de verticale et qui agissent sur des moyens permettant de modifier la pression dans chaque tunnel pour s'opposer au roulis du navire. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. Les figures 1, 2, 3 présentent une vue schématique de face d'un navire à effet de surface, une vue schématique d'une partie arrière de ce navire vue de dessous et une vue schématique en perspective de cette partie arrière. La figure 4 présente un schéma de principe d'un dispositif de stabilisation dynamique selon l'invention. La figure 5 présente un schéma synoptique montrant le fonctionnement d'une boucle d'asservissement de dispositif de stabilisation selon l'invention agissant sur des soufflantes de mise en surpression de l'air contenu dans des tunnels latéraux d'un navire à effet de surface. La figure 6 présente un schéma synoptique montrant le fonctionnement d'une boucle d'asservissement de dispositif de stabilisation selon l'invention agissant sur des volets d'échappement de l'air contenu dans des tunnels latéraux d'un navire à effet de surface Le navire 1 à effet de surface présenté sur les figures 1 à 3 est d'une structure semblable à celui décrit dans le document évoqué dans le préambule de cette demande, il comporte aussi une carène centrale 2 qui est symétrique selon un plan vertical longitudinal de trace YY et qui est effilée dans la direction d'avancement du navire. Deux quilles latérales 3a, 3b sont symétriquement disposées de part et d'autre du plan vertical longitudinal de trace YY de la carène à une même distance de celle-ci. Chaque quille latérale définit un tunnel latéral, tel 12a ou 12b, avec le flan de carène dont elle est voisine, sous les oeuvres mortes du navire qui sont ici symbolisées par un pont 4 s'étendant sur la longueur du navire 1 et d'une quille latérale à l'autre. Les deux tunnels latéraux 12a, 12b sont destinés à être remplis d'air en surpression et ils sont donc fermés par des jupes souples 5a, 5b, 6a, 6b qui sont disposées à leurs extrémités, les unes vers l'arrière du navire et les autres vers l'avant. Ces tunnels 12a et 12b sont réalisés de manière à s'ouvrir sur la surface de l'eau au bas du navire, lorsque celui-ci flotte, et à emprisonner des coussins d'air individuels qui peuvent être est mis en surpression par l'intermédiaire d'au moins une soufflante 7a ou 7b par tunnel. Ces soufflantes sont entraînées par des moteurs par exemple de type moteur électrique, ou moteur à combustion, non représentés ici. Lorsque le navire flotte en eau calme la carène et les deux quilles pénètrent dans l'eau d'une manière qui est identique pour ces dernières, tant que le navire ne gîte pas. Les tunnels 12a et 12b qui sont de mêmes dimensions dans ces conditions sont alors supposés remplis d'air. Ceci produit des forces de sustentation identiques pour les deux tunnels sous l'action des soufflantes 7a, 7b qui les équipent respectivement, celles-ci étant sont supposées réglées à cet effet. Si le navire gîte d'une quantité supérieure à une valeur déterminée d'angle de gîte 0 prise par rapport à la verticale, comme illustré sur la figure 1, il se produit une augmentation de la pénétration d'une des quilles dans l'eau et une réduction de la pénétration de l'autre. Selon l'invention, le navire est équipé d'un dispositif de stabilisation dynamique dont un schéma de principe est illustré sur la figure 4. Ce dispositif vient agir sur des moyens permettant de modifier la pression dans chacun des deux tunnels du navire pour s'opposer aux gîtes du navire dues au roulis. Ce dispositif de stabilisation peut éventuellement être réalisé sous la forme d'un module individuel d'équipement du navire qui associe des moyens matériels et logiciels permettant de traiter des indications de gîte obtenues au niveau du navire de manière à engendrer des actions correctives, il peut alternativement être intégré dans une unité centrale 22 de supervision du navire, comme supposé par la suite. Quel que soit la solution choisie, il est prévu que le dispositif de stabilisation reçoive des indications relatives à la gîte du navire qui lui sont fournies par une centrale de verticale 13 comportée par le navire. Cette centrale de verticale est préférablement placée au centre de gravité du navire et elle fournit des indications relatives aux variations de l'angle de gîte du navire au cours du temps et plus particulièrement en période de navigation. Ces indications sont ici supposées transmises sous forme numérique à l'unité centrale 22 et correspondent à des mesures effectuées de manière quasi-permanente par des moyens de mesure connus de l'homme de métier qui ne seront pas détaillés ici. L'unité centrale 22 agit en fonction de ces indications sur des moyens permettant de modifier la pression dans chacun des deux tunnels du navire qui sont prévus maintenus en surpression. Dans l'exemple de réalisation envisagé, ces moyens sont en fait les ou des soufflantes de mise en surpression de chacun des caissons qui sont ici représentées par deux soufflantes 7a, 7b et/ou des dispositifs réglables d'échappement d'air qui équipent chacun des tunnels et qui sont ici représentés par deux volets à ventelles 14a, 14b. Dans ce but, le dispositif de stabilisation, ici supposé intégré dans l'unité centrale 22, vient agir au niveau d'unités de commande des soufflantes. Dans l'exemple de réalisation envisagé en liaison avec la figure 4, ces unités de commande sont supposées permettre d'accélérer et de réduire la vitesse de rotation du rotor de chaque soufflante et elles sont symbolisées par deux unités de commande de vitesse 18a et 18b individuellement affectées chacune à l'une des soufflantes 7a et 7b. L'unité centrale 22 est ici supposée prévue de manière à pouvoir agir au niveau d'unités individuelles de commande de dispositifs réglables d'échappement d'air pour influer sur le débit d'air susceptible d'être évacué individuellement par chacun de ces dispositifs. Comme indiqué plus haut, dans l'exemple de réalisation illustré, ces dispositifs réglables d'échappement d'air sont supposés constitués par les volets d'échappement, tels 14a et 14b qui équipent les tunnels 12a, 12b. Les ouvertures respectives de ces volets sont contrôlées par l'unité de commande 22 par l'intermédiaire d'actionneurs individuels tels que 19a et 19b, qui sont par exemple de type vérin, les volets étant par exemple de type à ventelles. Le dispositif de stabilisation selon l'invention est prévu pour agir selon les conditions régnantes de houle, c'est-à-dire suivant la fréquence et l'amplitude de la houle déterminées soit par l'intermédiaire de capteurs connus et non représentés qui fournissent les résultats de leurs mesures sous forme d'indications numériques ou numérisées à l'unité centrale 22, soit déterminées par cette unité centrale à partir des indications qui lui sont transmises par la centrale de verticale 13 et qui correspondent aux variations d'angle de gîte déterminées par cette centrale au cours du temps. Dans une forme préférée de réalisation; le dispositif de stabilisation agit d'une part sur les unités de commande de vitesse de rotation des rotors des soufflantes et d'autre part sur les actionneurs des volets d'échappement d'air. Il est ainsi prévu que le dispositif de stabilisation selon l'invention d'un navire agit en cas de gîte de manière à augmenter le débit d'air dans celui des tunnels 12a, 12b qui peut être déterminé comme étant le plus bas à partir des indications relatives aux variations d'angle de gîte fournies par la centrale de verticale 13. Cette augmentation de débit est commandée par une action de l'unité centrale 22 sur l'unité de commande de vitesse de la soufflante chargee de creer une surpression d'air dans le canal qui est alors le plus bas afin que soit produite une augmentation de la vitesse de rotation de cette soufflante entraînant un accroissement de la force de sustentation. Il doit bien entendu être compris que plusieurs soufflantes dotées ou non d'unités de commande individuelles peuvent être associées au long d'un même canal pour y créer une surpression générale ou des surpressions localisées en fonction des besoins. Il est aussi prévu que le dispositif de stabilisation agisse simultanément de manière à diminuer le débit d'air dans celui des tunnels qui est déterminé comme se trouvant le plus haut. Cette diminution de débit est commandée par une action de réduction de vitesse envoyée par l'unité centrale 22 à l'unité de commande de vitesse de la soufflante chargée de créer une surpression d'air dans le canal, de manière qu'il se produise une réduction de force de sustentation au niveau de ce canal. Il est également prévu que l'unité centrale 22 vienne agir sur le ou les actionneurs de volet(s) du canal déterminé comme se trouvant le plus haut pour ouvrir ceux-ci de manière à y réduire la surpression et en conséquence la force de sustentation, lorsque les conditions de houle sont telles que l'action de l'unité centrale sur les soufflantes ne peut suffire à elle seule pour conserver une assiette admissible au navire. Une ouverture progressive des volets permet ainsi de laisser échapper une partie de l'air en surpression dans un tunnel et de revenir à une assiette satisfaisante par une réduction contrôlée de la force de sustentation produite au niveau de ce tunnel. Bien entendu les actions, d'une part, sur les unités de commande des soufflantes et/ou, d'autre part, sur les actionneurs de volets pour chacun des tunnels sont coordonnées par le dispositif de stabilisation selon l'invention qui met en oeuvre au moins une boucle d'asservissement à cet effet, comme illustré sur la figure 5 pour les soufflantes équipant les tunnels et sur la figure 6 pour les volets d'échappement. Comme indiqué plus haut, la centrale de verticale 13 du navire fournit une succession d'indications correspondant à des mesures de l'angle de gîte e du navire qui sont par exemple effectuées avec une périodicité déterminée et qui sont traduites par des données numériques traduisant l'orientation de la gîte mesurée à bâbord ou à tribord et son amplitude. Chacune de ces indications est successivement transmise à une entrée d'un comparateur 20 du dispositif de stabilisation, ici supposé intégré dans l'unité centrale 22, de manière à être comparée en amplitude et en signe à une valeur d'angle de gîte de référence, usuellement 00, appliquée à une seconde entrée du comparateur 20. Le signal de comparaison, obtenu à chaque opération effectuée par le comparateur 20 en prenant en compte une indication qui vient d'être reçue de la centrale de verticale, est exploité pour agir séparément sur les unités 18a et 18b de commande de vitesse des soufflantes 7a et 7b respectivement associées l'une au tunnel 12a et l'autre au tunnel 12b. Cette exploitation est réalisée par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement agissant selon un programme déterminé de manière que la ou éventuellement les soufflante(s) associée(s) à un tunnel réagiss(ent) à l'opposé de celle(s) associée(s) à l'autre. Elle est réalisée par exemple selon des diagrammes de fonctionnement 21a et 21b qui sont présentés sur la figure 5 et qu'il est possible de considérer comme étant pratiquement symétriques l'un par rapport à l'autre. La gîte du navire à un instant donné, par exemple sur tribord, se traduit par une erreur de gîte positive qui correspond à la différence entre la gîte de référence et la gîte mesurée à cet instant. Cette erreur de gîte est exploitée pour commander une accélération de la soufflante tribord 7b et une décélération de la soufflante bâbord 7a, si l'amplitude de l'erreur de gîte est supérieure à une valeur limite ca. La valeur d'angle c est déterminée en fonction des caractéristiques du navire et de sa réponse aux sollicitations en provenance du milieu o il se déplace, notamment dans le cas de déplacement en mer, ce sont donc des valeurs déterminées qui sont sélectionnées, par exemple dans une gamme, en fonction de l'état d'agitation de ce milieu. Une gîte à bâbord de même amplitude que la précédente entraîne une erreur de gîte négative qui a même amplitude que l'erreur précédemment considérée et qui conduit donc à une accélération de la soufflante bâbord et à une décélération de la soufflante tribord qui correspondent respectivement à l'accélération et à la décélération précédemment envisagées. L'apparition d'une erreur de gîte positive ou négative dont l'amplitude est inférieure à c est sans effet sur les soufflantes associées aux deux tunnels qui conservent les vitesses de rotation qui leur sont fixées par ailleurs par l'unité centrale 22, cette fixation étant supposée obtenue d'une manière usuelle qui ne sera pas développée ici dans la mesure o elle est sans rapport direct avec l'objet de la présente invention. Il peut être noté à cette occasion que l'usage du dispositif de stabilisation selon l'invention offre l'avantage de permettre d'obtenir un bilan énergétique particulièrement favorable en matière de consommation d'énergie par les soufflantes, puisque les éventuelles augmentations de la consommation d'une soufflante associée à un tunnel sont compensées par des baisses correspondantes de la consommation d'une soufflante associée à l'autre tunnel, lorsque le dispositif de stabilisation agit. L'apparition d'une erreur de gîte positive ou négative d'amplitude supérieure à 6 ne permet pas une compensation complète par des actions coordonnées de sens inverse sur les soufflantes associées aux tunnels et peut exiger la mise en fonction d'un des dispositifs réglables d'échappement d'air qui est individuellement associé à un des tunnels, ces dispositifs étant ici représentés sous la forme de volets mobiles et plus particulièrement par les volets à ventelles 14a et 14b, étant entendu que d'autres dispositifs réglables peuvent alternativement être mis en oeuvre. Les mesures d'angle de gîte fournies par la centrale de verticale 13 du navire sont alors exploitées de manière analogue par le dispositif de stabilisation, tel que décrit ci-dessus, dont l'indication d'erreur de gîte positive ou négative est utilisée pour commander une évacuation d'air du tunnel bâbord si l'erreur de gîte est négative et possède une amplitude supérieure à une valeur limite déterminée 6. Cette valeur 6 est pratiquement déterminée dans les mêmes conditions que la valeur a considérée ci-dessus; Ceci facilite la coordination des actions d'évacuation d'air d'un tunnel et de réduction de la vitesse de la soufflante associée à ce tunnel par le dispositif de stabilisation, lorsqu'apparaît une erreur de gîte trop importante pour relever de la seule action du dispositif d'asservissement sur les commandes de vitesse des soufflantes. L'exploitation des dispositifs d'échappement d'air par le dispositif d'asservissement est réalisée par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement schématisée en figure 6 et agissant selon un programme déterminé tel que symbolisé par les diagrammes 21a', 21b' et d'une manière qui s'inspire de celle mise en oeuvre pour les soufflantes et qui ne sera donc pas pleinement détaillée ici. Le dispositif d'échappement d'air qui est associé à un tunnel est prévu pour pouvoir être commandé, alors que celui de l'autre est maintenu inactif, bien que les lois d'ouverture aient même allure quel que soit le canal concerné. Le signe de l'erreur de gîte alors prise en compte détermine le canal et en conséquence le dispositif d'échappement d'air concerné par le signal de commande alors produit, dès que l'amplitude de cette erreur de gîte est supérieure à la valeur 6 précisée plus haut. Le dispositif d'échappement d'air du tunnel qui n'est pas concerné reste alors fermé tant que n'est pas reçue une erreur de gîte d'amplitude suffisante et de signe approprié. Dans l'exemple envisagé, le signe d'erreur de gîte doit être positif pour le dispositif affecté au tunnel bâbord et négatif pour celui qui est affecté au tunnel tribord. Une loi progressive fixe le degré d'ouverture de chaque dispositif d'échappement d'air en fonction de l'amplitude de l'erreur de gîte qui le met en action, étant entendu que le dispositif d'échappement d'air correspondant de l'autre tunnel est alors maintenu fermé dans le cadre des actions effectuées par le dispositif de stabilisation selon l'invention. L'utilisation de dispositifs d'échappement d'air et notamment de dispositifs d'échappement d'air de type volet à ventelles permet d'obtenir une diminution de la surpression dans un tunnel qui peut être nettement plus rapide que celle obtenue par une réduction de la vitesse de la ou des soufflantes associées à ce tunnel, ces dernières permettant par contre d'obtenir une meilleure graduation des effets. L'action combinée du dispositif d'asservissement selon l'invention, sur les soufflantes et sur les dispositifs d'échappement d'air associés aux tunnels d'air latéraux d'un navire permet d'obtenir une stabilisation d'assiette dans des états de mer qui interdisaient la navigation d'un tel navire précédemment De plus, la suppression des fuites d'air sous les jupes diminue le bruit de souffle du à l'échappement de l'air ce qui contribue à améliorer le confort des passagers et à réduire l'impact sonore du navire dans les zones portuaires. REVENDICATIONS 1/ Navire, à effet de surface, o deux quilles latérales (3a, 3b) forment deux tunnels d'air latéraux (12a, 12b) en coopération avec une carène centrale (2), les deux tunnels ouverts vers le bas sur la surface de l'eau, fermés par des jupes transversales, souples, arrière (5a, 5b) et avant (6a, 6b) et indépendamment mis en surpression par l'intermédiaire de soufflantes (7a, 7b) pour produire des forces de sustentation sur le navire par l'intermédiaire de l'air en surpression qu'ils contiennent, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de stabilisation dynamique (22) à boucle(s) d'asservissement qui exploite des indications de gîte fournies par une centrale de verticale (13) et qui agit sur des moyens (7a, 7b, 14a, 14b) permettant de modifier la pression dans chaque tunnel pour s'opposer au roulis du navire. 2/ Navire, selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de stabilisation exploite une boucle d'asservissement sous le contrôle de laquelle il agit sur des moyens permettant de modifier la pression qui sont constitués par les soufflantes (7a, 7b) de mise en surpression des tunnels (12a, 12b) de manière à s'opposer à la gîte du navire par des variations de pression coordonnées qui sont de sens inverse pour chaque tunnel. 3/ Navire, selon la revendication 2, dans lequel la stabilisation du navire en roulis est obtenue par action d'une boucle d'asservissement du dispositif de stabilisation au niveau des unités de commande de vitesse (18a, 18b) des soufflantes. 4/ Navire, selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de stabilisation exploite une boucle d'asservissement sous le contrôle de laquelle il agit sélectivement sur des dispositifs réglables d'échappement d'air (14a, 14b) individuellement associés aux tunnels (12a, 12b). / Navire, selon la revendication 4, dans lequel la stabilisation du navire en roulis est obtenue par action sélective d'une boucle d'asservissement du dispositif de stabilisation sur des actionneurs individuels (19a, 19b) de volets d'échappement d'air qui équipent individuellement les tunnels.