Brevet FR2797846A1 — publié le 20010302

La présente invention a pour objet une voilure de cerf-volant de traction, notamment à usage nautique. Il est bien connu de réaliser des voilures de cerf-volant de traction * caissons, c'est à dire d'un mode de fonctionnement identique aux parapentes de vol libre. On trouve également des voilures fines avec une armature rigide ou gonflable. Les premières s'apparentent aux cerfs-volants classiques. Leur principal inconvénient est leur poids et leur fragilité aux chocs, car les efforts subis sont considérables et imposent de forts dimensionnement des structures. Les structures gonflables sur des voilures fines n'ont pas cet inconvenient. Elles ont de plus un avantage important pour un usage nautique : elles peuvent aisément redécoller de la surface de l'eau grâce à leur flottaison. Le plus grand atout des ailes à caissons en comparaison de ces deux dernières est leur performance en vol. En effet, ce type d'aile permet d'utiliser de nombreux profils connus pour leur rendement aérodynamique dans ce type d'utilisation. De plus, la voilure n'est pas constituée de matériaux fragiles ou d'un poids élevé. ailes à caissons, comme le montre les développements techniques du parapente, possèdent de nombreux avantages pour l'usage de la traction. Dans le cadre d'une utilisation nautique, ces avantages sont actuellement difficilement exploitables, car dès une aile de ce type tombe à l'eau, elle ne peut pas redécoller seule. En effet, l'eau s'engouffre dans les caissons et l'aile devient alors inutilisable, voire dangereuse si son pilote est très éloigné de la rive. L'objet de la présente invention consiste à réaliser une aile de traction à caissons, munie d'un système de vidange de l'eau dans le cadre d'une utilisation nautique. De plus, ce système de présente une grande simplicité de fonctionnement, il léger et robuste, et d'un coût de fabrication réduit. L'invention sera mieux comprise en se référant aux figures: - Le figure 1A représente un exemple d'aile à caisson à système de vidange vue du dessus. - Le figure 1B représente le même exemple d'aile à caisson à système de vidange vue de coté selon un axe Y/Z représenté sur la figure 1A. figure 2A représente une vue de dessus en coupe longitudinale d'un caisson de la voilure selon l'axe YJZ, et de son fonctionnement, lorsque le système de vidange n'est pas en #uvre, La figure 2B représente une vue de coté en coupe transversale d'un caisson de la voilure selon l'axe YIZ. - La figure 3A"représente une vue de dessus en coupe longitudinale d'un caisson de la voilure selon l'axe YIZ, et de son.,fonctionnement, lorsque le système de vidange est mis en oeuvre. - La figure 3B représente une vue de coté en coupe transversale d'un caisson de la voilure selon l'axe Y/Z, et de son fonctionnement, lorsque le systeme de vidange est mis en ceuvre. - La figure 4A représente une vue de dessus en coupe longitudinale d'un caisson de la voilure selon l'axe YIZ, et de son fonctionnement selon un autre exemple de réalisation, lorsque le système de vidange est mis en #uvre. - La figure 4B représente une vue de coté en coupe transversale d'un caisson de la voilure selon l'axe Y/Z, et de son fonctionnement selon un autre exemple de réalisation, lorsque la voilure quitte la surface de l'eau matérialisée par la ligne S. -La figure 4C représente une vue de coté en coupe transversale d'un caisson de la voilure selon l'axe YIZ, et de son fonctionnement selon un autre exemple de réalisation, lorsque la voilure est en phase d'auto-vidange, en partie sous la surface de l'eau matérialisée par la ligne S. -La figure 5A représente une vue de dessus en coupe longitudinale d'un caisson de la voilure selon l'axe Y/Z, selon un autre exemple de réalisation. -La figure 5B représente une vue de coté en coupe transversale d'un caisson de la voilure selon l'axe Y/Z, selon un autre exemple de réalisation. -La figure 5C représente une vue de face en coupe transversale d'une paire de caissons de la voilure selon l'axe de l'envergure, selon un autre exemple réalisation. La voilure selon l'invention est caractérisée en ce que des caissons (20) comportent un filet ou au moins un ou plusieurs orifices (11), à la jonction arrière d'au moins une des faces intrados (19) extrados (12) au bord de fuite, permettant à un fluide de s'échapper par gravitation ou pression interne de l'air dans les dit caisson (20). Ces filets ou orifices (11) sont situés à l'intrados (19) et/ou à l'extrados (1 2), au bord de fuite de la voilure (10) selon un exemple de réalisation de la présente invention. Les dits filets y ont une forme de demi-lune permettant une évacuation rapide de l'eau, lorsque nécessaire.' Des groupes de lignes (15;17) sont reliés aux caissons (20) par l'intermédiaire de renforts (14) dont le rôle est également de faire office de stabilisateurs lors de l'écoulement de l'air le long de l'intrados (19). Quand la voilure (10) est présentée face au vent, l'air pénètre dans les caissons (20) par l'intermédiaire des ouvertures (25). Chaque caisson (20) subit alors une pression interne plaquant les clapets (21) contre les filets (11) selon la figure 2A. L'aile (10) se trouve alors en configuration de vol normal, au même titre qu'une aile à caissons classique. Elle se pilote également de façon classique, par gauchissement d'un coté de son profil ou par une action asymétrique sur un groupe arrière de lignes (15). j Dans cette configuration par défaut, les liens (18) sont inopérants, car de longueur- calculée pour ne pas avoir d'action sur les clapets (21). Ces liens (18) relient les lignes avant (17), en un point de fixation (28), avec les clapets (21), en un autre point de fixation (23), en passant par des #illets de renforcement situé le long de nervures (13) sur l'intrados (19), L'axe YIZ, la ligne (17) et la partie externe du lien (18) forment selon la figure 1 B un triangle sensiblement équilatéral. Par cette disposition géométrique, le système de vidange selon l'exemple de la présente invention peut être actionné sans man#uvre inhabituelle supplémentaire par le pilote. En effet, lorsque la voilure tombe à l'eau pour une raison quelconque, la première procédure du pilote pour la redécoller est de présenter sa voilure face au vent en la man#uvrant par.les lignes avant (17). Quelque soit le type de voilure à caisson utilisé, le décollage de l'aile s'effectue face au vent par une traction des suspentes avant. Ainsi, l'air remplit les caissons, met l'aile en forme qui monte alors progressivement au-dessus du pilote. Celui-ci reporte alors sa traction des suspentes avant uniquement, sur l'ensemble de ses groupes de suspentes avant et arrière, donnant alors sa voilure sa configuration de vol ordinaire. En procédant de façon analogue avec l'exemple de réalisation selon la présente invention lorsque celle-ci est remplie d'eau, on peut noter les effets suivants: La traction opérée sur les lignes avant (17) seules, a pour effet de tirer sur les liens (18), comme le montre la figure 3B, Les clapets (21) sont décollés des filets (11) et amenés vers l'avant. Les dits filets sont alors totalement dégagées. Chaque lien (18) est fixé en un point unique sur l'axe X/T de pliure de son clapet (21). L'eau peut donc s'évacuer facilement vers l'arrière en passant de part et d'autre du dit clapet le long des nervures (13). La distance séparant le point de fixation (28) et l'entrée d'air correspondante (25) peut être calculée de façon à ce que le point de fixation (23) du clapet (21) parcoure son amplitude maximale vers l'avant de la voilure, soit sensiblement le double de la longueur du clapet (21), Ceci afin de dégager le plus de passage pour l'eau. De plus, afin de favoriser encore cette rapidité d'évacuation, on peut disposer les coutures (22) de fixation des clapets (21) de biais, comme le montrent les figures 2A, et 3A. Dès que l'eau a quitté par gravitation les caissons (20), on peut à nouveau fermer le bord de fuite des dits caissons à l'air en relâchant le surplus de traction sur les seules lignes avant (17). De part ce rééquilibrage des groupes de lignes (17) et (15), les liens (18) sont détendus et la pression de l'air à l'intérieur des caissons (20) replaque les clapets (21) sur les filets (11). On peut envisager plusieurs types de clapets (21) et plusieurs types de filets (11). Deux effets antinomiques sont recherchés simultanément: une grande capacité du couple j filet/clapet à evacuer rapidement de l'eau contenue à l'intérieur du caisson (20). On aurait dans ce cas très peu de mailles et très espacées sur le filet (11), ainsi qu clapet (21) très souple. Mais dans le même temps l'arrière du caisson (20) doit être le plus rigide possible pour permettre un bon comportement aérodynamique à la voilure (10). Dans cette optique il faudrait au contraire un filet (11) à fortes mailles resserrées ainsi qu'un tissu de clapet (21) rigide. La meilleure efficacité est obtenue par un juste compromis entre deux exemples. On notera également que la surface utile du clapet (21) est supérieure à celle du filet ou de l'orifice (11). Dans le cas d'une immersion prolongée ou d'une forte chute, des éléments de flottaison (26) po sitionnent et maintiennent l'ensemble de la voilure (10) de façon à ce que les entrées d'air (25) des caissons (20) flottent à la surface de l'eau et écopent le vent automatiquemenf. Ainsi, même si le pilote est immobile en ancre flottante dans l'eau, en tenant les liens avants (17), la dérive de la dite voilure sous l'effet du vent entraîne géométriquement la tension des liens (18) et l'auto-vidange progressive de la voilure (10) par gravitation, en s'élevant hors de l'eau. Une voilure parapente ne fonctionne aérodynamiquement que si la pression interne de l'air contenu dans les caissons est suffisante. Cette voilure ne se peut pas se gonfler si les caissons présentent une source de fuite d'air conséquente par rapport à l'alimentation qui en est faite dans les ouvertures (25) de bord d'attaque. Ainsi quand la partie émergée d'un caisson (20) de la voilure (10) se remplit d'air sous l'action du vent, c'est l'eau encore contenue dans l'extrémité arrière du dit caisson qui remplit le rôle d'obturateur. Cette eau doit donc être rapidement voire automatiquement, c'est à dire sans le concours du pilote, remplacée par le clapet (21) dès la fin de son évacuation complète du caisson. Ainsi on peut exposer un autre exemple de réalisation de la présente invention. Selon cet autre exemple, l'orifice (11) n'est pas renforcé d'un filet. Un bouchon (41), constitué pour toute ou partie d'un matériau flottant, fait office de clapet qu'il remplace. Des lignes ou des bandes de tissu (42), fixées sur une ou plusieurs des faces internes du caisison (20), maintiennent le dit bouchon tout en lui autorisant un certain débattement vers l'avant, au même titre que le clapet (21) au niveau de son axe de pliure X/T, selon l'exemple de réalisation décrit précédemment. La taille ainsi que la forme de ce bouchon (41) sont calculées de sorte qu'il puisse parfaitement obstruer les orifices (11) tout en suivant parfaitement la forme contour de la nervure(13) cet endroit ( se référer aux figures 4A, 4B). Ainsi, l'air pulsé à l'intérieur du caisson (20) pousse le bouchon (41) qui remplit son office (figure 4B). - Lorsque l'aile (10) tombée dans l'eau, commence à écoper de l'air lors de redécollage, 1 le bouchon (41) tend invariablement à se maintenir à la surface S. La masse d'eau en reflux à l'arrière dit caisson sépare le bouchon (41) de son orifice (11) et s'échappe ainsi librement vers le bas ( figure 4C). Par élévation de la voilure en décollage, l'arrière du bord de fuite remonte alors progressivement vers le bouchon (41) à mesure que l'eau sort du caisson (20). Des que le point de jonction intradoslextrados situé selon l'axe X/T quitte la surface de Il eau selon la ligne S, le bouchon (41) obstrue naturellement, par gravitation et pression interne de l'air dans le dit caisson, l'orifice (11). Le caisson (20) est à nouveau fermé sur son bord de fuite, et l'ensemble de la voilure (10) vole normalement, sans que le pilote ait eu à se préoccuper d'une quelconque manipulation de vidange. Une variante de cet exemple de réalisation selon la présente invention comprend un filet (11) à mailles relativement fines sur le caisson (20). Un autre filet au maillage similaire, possédant quatre faces, est fixé cousu dans le dit caisson selon un axe perpendiculaire à l'axe Y/Z. La distance séparant les deux filets est sensiblement du double de la longueur de l'orifice (1 ). Par cette disposition, on dispose d'un cloisonnement de la partie arrière du caisson (11). Le cloisonnement obtenu est perméable à l'eau ainsi qu'à l'air. On a disposé préalablement au montage de ce cloisonnement et en son intérieur, un volume donné de petits éléments flottants, comme par exemple des billes de polystyrène, de taille supérieure aux mailles des dits filets. De cette façon le volume de billes est enfermé dans le dit cloisonnement, et libre d'y circuler. Comme dans l'exemple exposé précédemment, l'eau introduite dans le caisson peut s'échapper au travers du cloisonnement lorsque la voilure est tirée vers le haut sous l'effet d'une manceuvre de décollage, car les billes tendent à rester à la surface S. que l'extrémité du bord de fuite du caisson (20) quitte la dite surface, les billes sont repoussées contre le filet (11) extérieur et l'obstruent suffisamment pour que le caisson subisse la pression interne d'air nécessaire à sa rigidité. Selon un autre exemple de réalisation, un boudin 51 réalisé dans un matériau souple flottant, notamment de la mousse polyéthylène, est fixé cousu sur la jonction d'assemblage des nervures 13 avec les faces intrados 19 ou extrados 12 et ce, principalement dans la zone avant de l'aile 10, sur le bord d'attaque. Ce boudin peut être de longueur différente en fonction de la flottabilité souhaitée, voire entourer complètement la périphérie la dite nervure. La solidarisation de ce boudin 51 sur la nervure 13 est assurée par couture ou collage d'une bande 52 de tissu ou de matière légère grillagée, repliée sur elle-même autour du dit boudin afin de permettre une rétention d'eau minimale. La forme de la section du dit boudin est étudiée de façon à ce qu'il maintienne un aspect de surface idéal sur l'extérieur du profil de la voilure 10, tout en imposant le minimum de contraintes à la construction de la dite voilure. A cet effet, une section sensiblement triangulaire ou carrée permet d'avoir beaucoup de matière flottante pour une épaisseur à coudre négligeable et un minimum de poche d'eau entre le boudin 51 et sa bande 52.( se référer aux figures de la page 515 ). De plus, pour que la rigidification ainsi obtenue de l'avant de cette nervure 13 soit complète, on fixe à la dite nervure, de manière identique à précédemment, un autre boudin 51B, analogue au boudin 51 et disposé sur le même plan et selon un axe sensiblement perpendiculaire au caisson 20. De cette manière, la partie de la nervure 13 cerclée par les boudins 51 et 51 B ne se déforme pas sous l'effet de son propre poids et permet lors d'une immersion prolongée de la voilure 10 de maintenir un certain volume d'air à l'avant du dit caisson. Ce volume ainsi définit positionne l'avant de la dite voilure en situation d'écopage d'air en présentant les ouvertures 25 face au vent, au-dessus de l'eau, lors de la traction par le pilote sur la voilure 10. On notera que cette disposition ne gène pas le conditionnement de la dite voilure par roulage transverÈal. Afin d'améliorer encore la flottaison de la voilure 10 ainsi que la rigidité de son avant (bord d'attaque), on réalise la partie avant des nervures 13 dans une plaque 54 de matériau flottant aux caractéristiques identiques à celles exposées pour le boudin 51. Cette plaque 54 est de forme sensiblement identique à la nervure 13 à laquelle elle est associée. La dite plaque est solidarisée à la dite nervure par couture ou tout autre moyen approprié. Sa longueur est calculée de façon à procurer une flottabilité suffisante pour que les ouvertures 25 des caissons 20 se situent au-dessus de la surface de l'eau lors d'une immersion prolongée de la voilure 10. Elle peut notamment recouvrir toute la nervure 13 (configuration non représentée). Selon un autre exemple de réalisation, la nervure 13 elle-même est réalisée dans un matériau flottant, notamment une plaque de mousse polyéthylène de faible épaisseur renforcée d'un tissu tramé ou de tout élément favorisant à la fois l'assemblage de la voile, sa résistance à l'usage tout autant que sa flottabilité (configuration non représentée). Afin de rigidifier la dite voilure dans l'axe de son envergure et de permettre au bord d'attaque de rester développé et flottant en toute circonstance dans l'eau, on dispose un autre élément flottant 26 selon un axe sensiblement perpendiculaire aux caissons 20. Cet élément 26 est constitué d'un matériau analogue à celui décrit pour le boudin 51 et est fixé à la face intrados 19 ou extrados 12 par le même procédé que décrit, pour la fixation du boudin 51. Dans cette configuration, l'élément flottant 26 est de la même largeur que le caisson 20 dans lequel il est positionné, c'est à dire qu'il affleure sensiblement les nervures 13 de part et d'autre. Selon une autre configuration, cet élément 26 est d'une largeur supérieure à plusieurs caissons 20A, 20B et il traverse donc les nervures 13 par des orifices 53 prévus à cet effet. Les dits orifices maintenant fermement par contact l'élément 26. La longueur de ce dit élément est calculée de façon à permettre un repliage aisé de la voilure 10 par roulage autour de l'élément 26. Une fois la dite voilure conditionnée selon une forme sensiblement tubulaire, la hauteur de ce tube sera équivalente à la longueur de l'élément 26. Dans le cas d'une configuration où la longueur du dit élément est trop importante pour permettre un conditionnement pratique, on divisera l'élément 26 en différentes sections de la.longueur finale de conditionnement souhaité. renforcée ou toute autre matière permettant à la fois l'assemblage de la voile tout autant que sa flottabilité. Un exemple de réalisation selon la présente invention, consiste à associer des clapets (21) à des bouchons (41). Cette configuration supprime l'utilité du lien (18). Le dit bouchon est de forme sensiblement analogue à celui décrit selon les figures 4A et 4 B. Il est fixé dans la partie arrière, du coté interne, du clapet (21), et situé au plus près de l'axe de pliure X/T. Le dit clapet est fixé dans le caisson (20) de façon sensiblement analogue que représenté sur les figure 2A et 2B, par l'intermédiaire de coutures (22) ou de tout autre moyen de fixation. Le principe de fonctionnement reste identique aux exemples cités précédemment. Selon une variante, un bouchon (41) est composé d'une ou plusieurs poches étanches réalisées dans matériaux souple, et remplies d'un minimum d'air de façon épouser parfaitement l'arrière du caisson contre lesquelles elle sont plaquées. Lors d'une immersion, l'air contenu dans une poche fait remonter celle-ci et dégage ainsi l'orifice ou le filet (11) par lequel l'eau peut s'évacuer. Seloh un autre exemple de réalisation, non représenté, le système de clapet est composé d'un jonc disposé forcé en arc entre les extrémités arrière de deux nervures (13) d'au moins un caisson (20) au bord de fuite, et selon un axe sensiblement perpendiculaire. Les faces intrados et extrados de ce caisson ne sont pas fixées l'une à l'autre à leur jonction arrière sur toute la largeur du dit caisson, formant ainsi une fente tendue, ou un orifice (11). Les deux extrémités des faces intrados et extrados sont ainsi plaquées l'une contre l'autre sous l'effet de la tension du jonc. Néanmoins, le jonc peut s'arquer davantage si une force suffisante tend à ouvrir la dite fente. Ce jonc est réalisé dans un matériau composite comme de la fibre de verre ou de carbone. On sait que la pression interne de l'air à l'intérieur d'un caisson est très faible. En fonction du diamètre de jonc utilisé (réalisé pour l'exemple en fibre de verre ou de carbone) on obtiendra différentes pressions de fermeture de la dite fente. La force de fermeture souhaitée pour la fente est juste suffisante pour empêcher des fuites d'air et laisser ainsi au caisson sa forme aérodynamique idéale, notamment dans les phases de décollage. Par contre, la force de l'eau, en s'échappant du caisson par gravitation, sera toujours supérieure. On dispose ainsi d'une valve sélective. Lorsque la voile remplie en partie d'eau lors d'un redécollage tend à s'élever, le poids de l'eau contenue à l'intérieur se transfert au bord de fuite, la voilure ayant une position sensiblement verticale. Le jonc est ainsi calibré de façon à ne pas pouvoir empêcher l'eau d'écarter les parois de la dite fente et de s'évacuer du dit caisson. La fente n'étant pas rigoureusement étanche, le reliquat d'eau finit par sortir, poussé par la pression interne de l'air. On notera que le caisson n'est également pas rigoureusement étanche à l'air, cependant, si la fuite est minime par rapport au volume d'air entrant, la pression interne nécessaire au bon fonctionnement de la voilure peut s'établir. Dans l'exemple de réalisation, ce système de jonc est également utilisé, de la même manière, à l'avant du caisson, au niveau des entrées d'air, de façon à rigidifier le bord d'attaque et offrir ainsi au vent un avant de profil préformé lors notamment des redécollages dans l'eau. Sans cette disposition, la voile tombée à l'eau s'aplatirait sur la surface sans aucune forme et ne pourrait pas utiliser le vent pour repartir. Selon une variante de cet exemple de réalisation, un même jonc est disposé arqué sur plusieurs caissons, au lieu d'un seul, traversant ainsi plusieurs nervures. Ainsi, un même jonc maintient en tension autant de fentes ou orifices (11) que de caissons (20) traversés, Cette variante s'applique également au jonc disposé à l'avant des caissons. REVENDICATIONS r Aile à caissons, de traction d'engins nautiques, notamment une planche de surf, radeau de survie ou un bateau, comprenant: - série de caissons (20) solidaires entre eux, constitués d'une membrane inférieure, l'intrados (19), d'une membrane supérieure, l'extrados (12), chaque caisson étant sépare par des nervures (13), définissant le profil de la voilure (10). des groupes de lignes (17;15) reliant la voilure (10) au pilote et lui permettant manceuvrer l'ensemble par l'intermédiaire de barres ou de tout autre système (16). Caractérisée en ce que des caissons (20) comportent: un filet ou au moins un ou plusieurs orifices (11), à la jonction arrière d'au moins une faces intrados (19) extrados (12) au bord de fuite, permettant à l'eau introduite dans les dit caissons de s'en échapper. 2/Aile à caissons selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filet ou l'orifice (11), peut être obstrué de l'intérieur par de petits éléments flottants, notamment des billes de polystyrène ou un bouchon (41). 3/Aile à caissons selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le bouchon (41) est réalisé dans un matériaux flottant. 4/Aile à caissons selon les revendications 1,2 et 3 caractérisée en ce que le bouchon (41) est solidarisé au dit caisson par l'intermédiaire d'un lien (42). 5/Aile à caissons selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un élément de flottaison (26), réalisé dans un matériau flottant, est disposé dans au moins un caisson (20) selon un axe sensiblement perpendiculaire aux nervures (13). 6/Aile à caissons selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un jonc, réalisé dans un matériau composite notamment de la fibre de verre ou de carbone, est disposé arqué entre les extrémités arrière de deux nervures (13), selon un axe sensiblement perpendiculaire. 7/Aile à caissons selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un boudin (51), réalisé dans un matériaux flottant, notamment de la mousse polyéthylène expansé, est fixé sur toute ou partie de la jonction intrados (19) 1 extrados (1 2) et nervure (Il 3) d'un caisson (20). 8/Aile à caissons selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une nervure (13) est renforcée dans sa partie avant d'une plaque (54) réalisée dans un matériaux flottant, notamment de la mousse polyéthylène expansé. 9/Aile à caissons selon les revendications 1 et 8, caractérisée en ce qu'une nervure (13) est réalisée dans un tissu composite intégrant une plaque de matériau flottant, notamment de la mousse polyéthylène expansé.