Brevet FR2833924A1 — publié le 20030627

La présente invention concerne un nouveau type de gréement biplan à géométrie variable destiné à permettre le déplacement du près serré jusqu'au portant d'un bateau à voile tout en diminuant les contraintes aérodynamiques, hydrodynamiques et structurelles. Traditionnellement, le foyer aérodynamique de la voilure d'un multicoque est décalé latéralement avec le foyer hydrodynamique équivalent de la ou les coques en contact avec l'eau (sauf aux allures portantes) car la mâture est fixe et centrée latéralement sur la plate-forme du bateau. Or, le moment (suivant la verticale) créé par ce décalage latéral réduit notablement les capacités d'un voilier multicoque à remonter au vent et génère un mouvement de lacet de l'embarcation, ce qui a pour effet d'accroître les turbulences de sillage (principales sources de frottements hydrodynamiques). De surcroît, le foyer aérodynamique se situant au dessus du foyer hydrodynamique, la composante latérale de l'action du vent sur la voilure créé un couple de renversement qui doit être nécessairement contrecarrer pour éviter le chavirage du bateau. Or, les solutions à mettre en oeuvre (quille, ballast, multitude de coques, etc. ) pour s'opposer à ce couple augmentent la plupart du temps le poids de l'embarcation et/ou les frottements hydrodynamiques. Pour limiter la contrainte technique précédente, le voilier est parfois équipé d'un gréement biplan (deux grand voiles disposées latéralement l'une de l'autre). Cependant, comme les mâts d'un gréement biplan sont traditionnellement fixes en translation, son utilisation implique nécessairement des dispositions particulières (toilage asymétrique, écartement important entre les deux mâts) afin de prévenir toute interférence aérodynamique entre les différentes voiles. Ces dispositions amenuisent notablement les performances d'un tel gréement tout en complexifiant les manoeuvres. De plus, le ou les mâts d'une embarcation sont des éléments très sollicités en flexion et en cisaillement. Or, pour des raisons évidentes d'encombrement, de poids et de manoeuvrabilité, la majeur partie des petits voiliers (longueur inférieure ou égale à 15 ft) ne possèdent que deux points d'ancrage du mât (à l'emplanture et vers le sommet de ce dernier). Le ou les mâts doivent par conséquent être suffisamment dimensionnés pour supporter les efforts, ce qui engendre une augmentation du poids, de la tramée aérodynamique et de la fragilité de la mâture. Enfin, pour certains voiliers de sport, l'inclinaison latérale de la mâture suivant l'axe de déplacement permet une augmentation substantielle de l'efficacité de la voilure. Cependant, cette manoeuvre nécessite traditionnellement un équipement adapté (palans, renvois, etc.) et une attention particulière de la part de l'équipage durant le virement de bord. Elle est très compliquée, voire irréalisable, sur un gréement biplan. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à l'ensemble de ces inconvénients en permettant à la fois le déplacement du foyer aérodynamique de la voilure vers la verticale de la coque (ou de la partie de la coque) sous le vent, la diminution du couple de renversement, l'utilisation optimale d'un gréement biplan, l'augmentation de la rigidité de la mâture, et l'inclinaison latérale de la mâture d'une façon simple (selon une variante explicitée ci-après). Il comporte en effet selon une première caractéristique, deux mâts de longueurs proches, sensiblement parallèles et verticaux, qui sont par un moyen maintenus en position sur un chariot situé sensiblement à leurs bases inférieures, et reliés (avec un degré de liberté en rotation suivant la verticale) à un point de fixation solidaire de l'avant du pont du bateau. Le chariot est quant à lui lié au pont du bateau par une ou plusieurs liaisons glissières dont les centres de courbures horizontales se situent suivant la verticale dudit point de fixation. Ainsi, le centre de poussée aérodynamique peut être déplacé vers la partie du bateau sous le vent tout en orientant le gréement biplan de façon à ce qu'il n'y ait pas d'interférences aérodynamiques. Quant au point fixe solidaire de l'avant du pont du bateau, il confère au moyen de maintien en position une rigidité accrue tout en simplifiant structurellement le déplacement de la mâture lors des virements de bords. Selon des modes particuliers de réalisations : - Des bastaques peuvent être tendues alternativement sur bâbord et sur tribord entre le pont ou le bordé et le gréement. - Les deux mâts peuvent être maintenus en position sur le chariot et reliés au point de fixation solidaire de l'avant du pont du bateau par un ensemble d'étrésillon (s), de haubans, d'un étai avant, d'un étai arrière et éventuellement d'une ou plusieurs barres de flèche (mode de réalisation n l). # L (es) étrésillon (s) situé (s) dans un plan sensiblement horizontal, relié (s) par leurs extrémités aux deux mâts et réparti (s) sur la hauteur de ces deux derniers selon des intervalles déterminés peuvent coopérer avec un système de haubans pour assurer, en combinaison, un haubanage transversal. # La ou les barres de flèche de forme quadrilatérale et situées dans un plan sensiblement horizontal peuvent être liées aux deux extrémités d'un étrésillon (à l'exception de l'étrésillon le plus éloigné du chariot) par l'intermédiaire de deux de leurs extrémités opposées. # L'étai avant peut relier entre eux le point de fixation solidaire de l'avant du pont du bateau, l'extrémité libre avant de chaque barre de flèche et les deux extrémités de l'étrésillon le plus éloigné du chariot. De plus, l'étai arrière peut relier entre eux le chariot, l'extrémité libre arrière de chaque barre de flèche et les deux extrémités de l'étrésillon le plus éloigné du chariot. Enfin, des haubans peuvent être tendus en diagonale entre les extrémités libres des barres de flèche et les extrémités de fixation des barres de flèche immédiatement supérieure et/ou inférieure ainsi qu'à partir du point de fixation solidaire de l'avant du pont du bateau, et du chariot. # Le chariot peut être lié au pont du bateau par l'intermédiaire de deux glissières. La première peut être composée de deux coulisseaux respectivement situés à la verticale de chaque mât et d'un rail de guidage de forme sensiblement équivalente à un demi-cercle dans le plan horizontal et dont les zones où s'immobilisent les coulisseaux sont renforcées et liées au pont du bateau. La seconde glissière peut être quant à elle composée d'un coulisseau situé à la verticale du point de fixation de l'étai arrière sur le chariot et d'un rail de guidage de forme sensiblement équivalente à un quart de cercle dans le plan horizontal et dont les zones où s'immobilise le coulisseau sont renforcées et liées au pont du bateau. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un gréement biplan selon l'invention suivant le mode de réalisation n l. La figure 2 représente en perspective, partielle et schématique, deux variantes de ce gréement suivant le mode de réalisation n l. La figure 3 est une vue de dessus, partielle et schématique, des rails de guidage des liaisons glissières selon l'invention suivant le mode de réalisation n l. La figure 4 représente en coupe, partielle et schématique, un dispositif d'immobilisation du chariot selon l'invention. La figure 5 est une vue en perspective, partielle et schématique, du gréement biplan bâbord amure selon l'invention suivant le mode de réalisation n l. La figure 6 est une vue de dessus, partielle et schématique, du gréement biplan bâbord amure selon l'invention avec le débattement possible des deux bomes suivant la direction du vent. La figure 7 est une vue en perspective, partielle et schématique, du gréement biplan aux allures portantes selon l'invention suivant le mode de réalisation n l. La figure 8 est une vue de dessus, partielle et schématique, du gréement biplan aux allures portantes selon l'invention avec le débattement possible des deux bomes suivant la direction du vent. Les figures 9,10 et 11 présentent une variante. En référence à ces dessins et suivant le mode de réalisation nO 1, le gréement biplan selon l'invention est constitué de : - Deux mâts 1 et 2 de longueurs proches, sensiblement parallèles et verticaux. - Deux étrésillons 7 sensiblement horizontaux, joignant par leurs extrémités les deux mâts et répartis sur la hauteur de ceux-ci suivant des distances calculées. - Une barre de flèche 11 de forme sensiblement carré, située dans un plan sensiblement horizontal et reliée aux extrémités de l'étrésillon p inférieure par deux de ses extrémités opposées. - Un chariot 3 de forme sensiblement équivalente à un triangle équilatéral rectangle en 12, lié en ce dernier point à des haubans et un étai et lié à la base inférieure des deux mâts par ses deux autres extrémités libres. Il possède sur sa partie inférieure trois coulisseaux situés en 12 et à l'emplanture des deux mâts. - Une glissière 6a de forme sensiblement équivalente à un demi- cercle dans le plan horizontal et dont le centre est 4. Cette glissière reçoit les deux coulisseaux à la base des mâts. De plus, les zones où s'immobilisent les coulisseaux sont renforcées et liées au pont du bateau 5. - Une glissière 6b de forme sensiblement équivalente à un quart de cercle dans le plan horizontal et dont le centre est 4. Cette glissière reçoit le coulisseau situé en 12. Les zones où s'immobilise ledit coulisseau sont renforcées et liées au pont du bateau 5. - Des haubans diagonaux 8a liant les extrémités des étrésillons entre eux. - Des haubans diagonaux 8b liant les extrémités libres des barres de flèche avec les points de fixation 4 et 12 ainsi qu'avec les extrémités de l'étrésillon supérieur. - Un étai avant 9 liant entre eux le point de fixation 4, l'extrémité libre avant de la barre de flèche et les deux extrémités de l'étrésillon 7 supérieur. - Un étai arrière 10 liant entre eux le point de fixation 12, l'extrémité libre arrière de la barre de flèche et les deux extrémités de l'étrésillon 7 supérieur. Selon des variantes représentées figure 2 du mode de réalisation explicité ci-avant, le gréement biplan suivant l'invention peut être équipé de plusieurs étages de barres de flèche 11, ou bien ne posséder qu'un unique étrésillon 7 et pas de barre de flèche. En référence à la figure 3 et selon le mode de réalisation nO 1, les liaisons glissières 6a et 6b sont en fait une combinaison de points renforcés 14 et solidement liés au pont du bateau, connectés entre eux par un rail de guidage. En effet, lorsque le gréement transmet l'action du vent sur la voilure au pont du bateau, le chariot est bloqué en translation par un moyen dans une position prédéterminée. Les zones où se situent les coulisseaux sont très localisées et peuvent par conséquent être dimensionnées pour résister aux sollicitations du gréement. A l'inverse, lorsque le chariot est en mouvement, c'est à dire lors des virements de bords, le gréement ne transmet que peu d'efforts au bateau et le chariot ne doit être que guidé dans son mouvement. Les rails de guidage n'ont par conséquent pas besoin d'être aussi résistants que les points renforcés, ce qui engendre un gain de masse et d'encombrement. En référence à la figure 4 et selon le mode de réalisation nO 1, l'immobilisation du chariot dans des positions prédéterminées peut être assurée par un système de blocage agissant sur le coulisseau 37 de la liaison 6b. Ce système de blocage est en fait constitué de un ou plusieurs contacts ponctuels 15 entre le pont du bateau et le coulisseau 37, lesdits contacts pouvant être retirer manuellement lors des virements de bords. En référence aux figures 5,6, 7 et 8 et selon le mode de réalisation n l, le chariot occupe différentes positions suivant la direction du vent. Lorsque le bateau est bâbord amure à des allures non portantes, le chariot occupe une position extrême sous le vent. En effet, le coulisseau 37 et le coulisseau à l'emplanture du mât 2 sont en butée des deux liaisons glissières. Le centre de poussée aérodynamique se situe alors sensiblement N à la verticale de la partie extrême du bateau sous le vent. De plus, le gréement est dans ce cas orienté à 45 vers le vent par rapport à l'axe d'avancement ; ce qui prévient de toutes interférences aérodynamiques entre les voiles. Une ou plusieurs voiles d'avant peuvent être ajoutées à la mâture entre les points de fixation 16 et 17. Lorsque le bateau est aux allures portantes, le chariot se situe au centre du bateau. Il doit alors nécessairement être bloqué en translation par un moyen. Dans ce cas, le centre de poussée aérodynamique est sensiblement centré latéralement, ce qui facilite la conduite du bateau, et le gréement est orienté perpendiculairement par rapport à l'axe d'avancement, ce qui permet de présenter au vent un maximum de surfaces toilées et d'optimiser ainsi la vitesse du bateau. Une ou plusieurs voiles d'avant peuvent être ajoutées, telles un spinnaker et/ou un foc. Aux allures non portantes tribord amure, la situation est parfaitement symétrique suivant l'axe d'avancement par rapport au premier cas évoqué. Selon une variante non illustrée, le gréement biplan suivant l'invention peut très bien être équipé de mâts de type mât aile , et recevoir tous les types de voilures originellement prévues pour un mât fixe. Selon une variante illustrée figures 9,10 et 11, le gréement biplan pour voilier selon l'invention pourra être enrichi d'un système de transfert de la mâture (inclinaison latérale du gréement). Ce système comporte selon une première caractéristique un ou plusieurs moteurs linéaires disposés selon un axe sensiblement vertical et reliant en liaison hélicoïdale le chariot avec le (s) coulisseau (x) de (s) (la) liaison (s) glissière (s) ou les deux mâts et le moyen de maintien en position avec le chariot. Ainsi, par action différentielle des moteurs linéaires, le gréement biplan selon l'invention pourra être incliné à bâbord ou à tribord. Selon des modes particuliers de réalisation liés au mode de réalisation n l du gréement biplan selon l'invention : - trois moteurs linéaires peuvent être disposés selon un axe sensiblement vertical respectivement à l'emplanture du mât bâbord, à l'emplanture du mât tribord, et au niveau du point de fixation de l'étai arrière sur le chariot, et asservis par un système comprenant une source d'énergie ainsi qu'un dispositif de gestion des moteurs. # Les trois moteurs linéaires peuvent être des vérins à vis disposés selon un axe sensiblement vertical respectivement à l'emplanture du mât bâbord, à l'emplanture du mât tribord, et au niveau du point de fixation de l'étai arrière sur le chariot. Pour chaque vérin, le piston peut être fixe en rotation et solidaire de la liaison glissière. Quant au corps, il peut être relié à la mâture par une liaison pivot. Sa rotation entraîne le déploiement du vérin. # Une boite mécanique de distribution peut être située coaxialement au troisième vérin et solidaire du chariot pour gérer automatiquement les trois vérins en fonction des volontés du navigateur. Cette boite de distribution peut être connectée aux deux premiers vérins par l'intermédiaire de deux poulies respectivement solidaires du corps desdits vérins et de deux courroies crantées. Une prise de force (poulie de renvoi, manivelle, etc. ) peut également être située coaxialement au troisième vérin et connectée à la boite mécanique de distribution pour permettre de relier le navigateur au système de transfert de mâture (par l'intermédiaire de bouts dans le cas d'une poulie de renvoi). Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 9 est une vue en perspective, partielle et schématisée suivant la norme NF EN 23952, du système de transfert de la mâture selon l'invention suivant un mode particulier de réalisation. La figure 10 est une vue de face, partielle et schématisée suivant la norme NF EN 23952, de la boite mécanique de distribution. Les figures 11 llb, Ilc et lld sont des vues en coupe, partielles et schématisées suivant la norme NF EN 23952, de la boite mécanique de distribution respectivement selon les lignes A-A, B-B, C-C et D-D de la figure 10. Pour les figures 10 et 11, les bâtis 0,1 et 2 représentent respectivement le coulisseau de la liaison glissière 6b, le chariot 3 et l'étai arrière 10. Explicitons en référence aux figures 9, 10 et 11 un mode de réalisation du système de transfert de la mâture suivant le mode de réalisation n l du gréement biplan selon l'invention. Son fonctionnement est assuré par plusieurs éléments : - Un ensemble de trois vérins à vis 13a, 13b et 13c situés respectivement à l'emplanture du mât bâbord, à l'emplanture du mât tribord, et au point de fixation (12) de l'étai arrière sur le chariot. Pour chaque vérin, le piston est fixe en rotation et solidaire de la liaison glissière (6). Quant au corps, il est relié à la mâture par une liaison pivot. Sa rotation entraîne le déploiement du vérin. - Une prise de force 19 (poulie de renvoi, manivelle, etc.) située coaxialement au vérin 13c et permettant de relier le navigateur au - système de transfert de mâture (par l'intermédiaire de bouts dans le cas d'une poulie de renvoi). - Une boite mécanique de distribution 34 située coaxialement au vérin 13c et solidaire au chariot 3. Elle gère automatiquement les trois vérins en fonction des volontés du navigateur. - Un ensemble de deux courroies crantées 32 et 33 et de deux poulies 35 et 36 solidaires du corps des vérins 13a et 13b, permettant de relier la boite de distribution aux vérins 13a et 13b. La boite de distribution 34 comporte plusieurs éléments : - un axe 25 coaxial et solidaire du corps du vérin 13c. - deux poulies 20 et 21 liées en translation par l'élément 26. - de crabots d'entraînement 27. - de crabots d'immobilisation 28. - de deux leviers 22 et 23 retenus en fin de course par des ressorts 29 et 30 et liés en pivot avec la boite de distribution. - d'un levier 24 retenu en rotation par un contact ponctuel durant l'embrayage, par des ressorts 31 en position intermédiaire et lié en pivot avec le coulisseau de la liaison glissière 6b. La courroie 32 relie la poulie 35 à la poulie 20 et la courroie 33 la poulie 36 à la poulie 21. Considérons la mâture inclinée au vent tribord amure. Elle se situe donc sur le côté bâbord du bateau et les vérins 13a et 13c sont déployés. Le vérin 13b est en position basse. Dans cette configuration, la poulie 20 est embrayée avec la prise de force 19 par les crabots 27 et la poulie 21 est bloquée en rotation par les crabots 28. Le levier 22 est par conséquent en position haute, à l'opposé du levier 23 en position basse. En actionnant dans un sens ou dans l'autre la prise de force 19, le navigateur peut accroître ou diminuer l'inclinaison tribord de la mâture. Pour transférer la mâture, la prise de force 19 doit être actionnée de telle sorte que les vérins 13a et 13c translatent vers leur position basse. Dans ce déplacement, le levier 23 en position basse va nécessairement entrer en contact avec le levier 24 et entraîner ce dernier en butée. A ce moment là, le levier 23 va pivoter autour de sa liaison pivot ; pendant que le levier 22 continuera sa translation sans rencontrer le levier 24. La poulie 20 va alors être débrayée et bloquée en rotation par les crabots 28. Simultanément, la poulie 21 va s'embrayer avec la prise de force. Au final, la rotation de la prise de force entraînera le vérin 13b et le vérin 13c. Il suffira alors au navigateur de la faire pivoter en sens inverse pour incliner la mâture à bâbord. Cette manoeuvre est totalement symétrique pour un transfert opposé. Ce système de transfert de mâture permet donc de totalement contrôler grâce à une seule commande l'inclinaison latérale de la mâture en sens et en amplitude, quelles que soient la configuration de navigation et l'allure du bateau. Le gréement biplan selon l'invention est particulièrement destiné à la propulsion de voiliers de sport. REVENDICATIONS 1/Gréement biplan pour voilier caractérisé en ce que deux mâts (1 et 2) de longueurs proches, sensiblement parallèles et verticaux sont par un moyen maintenus en position sur un chariot (3) situé sensiblement à leurs bases inférieures, et reliés (avec un degré de liberté en rotation suivant la verticale) à un point de fixation (4) solidaire de l'avant du pont du bateau (5), le chariot étant lié au pont du bateau par une ou plusieurs liaisons glissières (6) dont les centres de courbures horizontales se situent suivant la verticale dudit point de fixation. 2/Gréement biplan pour voilier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des bastaques tendues alternativement sur bâbord et sur tribord entre le pont ou le bordé et le gréement. 3/Gréement biplan pour voilier selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux mâts (1 et 2) sont maintenus en position sur le chariot et reliés au point de fixation (4) par un ensemble d'étrésillon (s) (7), de haubans (8), d'un étai avant (9), d'un étai arrière (10) et éventuellement de barre (s) de flèche (11). 4/Gréement biplan pour voilier selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que le (s) étrésillon (s) (7) situé (s) dans un plan sensiblement horizontal, relié (s) par leurs extrémités aux deux mâts (1 et 2) et réparti (s) sur la hauteur de ces deux derniers selon des intervalles déterminés, coopère (nt) avec un système de haubans (8a) pour assurer, en combinaison, un haubanage transversal. 51 Gréement biplan pour voilier selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que la ou les barres de flèche (11) de forme quadrilatérale et situées dans un plan sensiblement horizontal sont respectivement liées aux deux extrémités d'un étrésillon (à l'exception de l'étrésillon le plus éloigné du chariot) par l'intermédiaire de deux de leurs extrémités opposées. 6/Gréement biplan pour voilier selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que l'étai avant (9) relie entre eux le point de fixation (4), l'extrémité libre avant de chaque barre de flèche et les deux extrémités de l'étrésillon le plus éloigné du chariot, l'étai arrière (10) relie entre eux le chariot, l'extrémité libre arrière de chaque barre de flèche et les deux extrémités de l'étrésillon le plus éloigné du chariot, et des haubans (8b) sont tendus en diagonale entre les extrémités libres des barres de flèche et les extrémités de fixation des barres de flèche immédiatement supérieure et/ou inférieure ainsi qu'à partir du point de fixation (4) et du chariot (3). 7/Gréement biplan pour voilier selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que le chariot est lié au pont du bateau par l'intermédiaire de deux glissières (6), la première étant composée de deux coulisseaux respectivement situés à la verticale de chaque mât (1 et 2) et d'un rail de guidage de forme sensiblement équivalente à un demi-cercle dans le plan horizontal et dont les zones où s'immobilisent les coulisseaux sont renforcées et liées au pont du bateau, la seconde glissière étant composée d'un coulisseau situé à la verticale du point de fixation (12) de l'étai arrière sur le chariot et d'un rail de guidage de forme sensiblement équivalente à un quart de cercle dans le plan horizontal et dont les zones 1 où s'immobilise le coulisseau sont renforcées et liées au pont du bateau. 8/Gréement biplan pour voilier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins un moteur linéaire (13) disposé selon un axe sensiblement vertical relie le chariot (3) avec le (s) coulisseau (x) de (s) (la) liaison (s) glissière (s) (6) ou les mâts (1 et 2) et le moyen de maintien en position avec le chariot. 9/Gréement biplan pour voilier selon les revendications 1, 3 et 8 caractérisé en ce que trois moteurs linéaires de type vérins à vis (13a, 13b et 13c) situés respectivement à l'emplanture du mât bâbord, à l'emplanture du mât tribord et au niveau du point de fixation (12), sont asservis via un moyen de transmission par un système mécanique fixé sur le chariot, le (s) mât (s) ou le moyen de maintien en position, ledit système actionnant suivant les demandes du navigateur et la position du chariot les vérins appropriés pour l'inclinaison de la mâture. 10/Gréement biplan pour voilier selon les revendications 1,3, 8 et 9 caractérisé en ce que le système mécanique (34) d'asservissement des vérins est coaxial au vérin 13c et constitué d'un ensemble de deux poulies (20 et 21) en liaison pivot glissante sur un axe (25) solidaire du corps du p précédent vérin, connectées aux vérins 13a et 13b par un système de courroies crantées (32 et33), liées l'une par rapport à l'autre en translation et tantôt immobilisées par des crabots (28) liés au chariot, tantôt entraînées en rotation par des crabots (27) liés au corps du précédent vérin ; un ensemble de deux leviers (22 et 23) en liaison pivot avec le chariot et alternativement entraînés en rotation par un levier (24) en forme de V et en liaison pivot par son milieu avec le coulisseau de la liaison glissière (6b), embrayant alternativement avec les différents crabots les deux poulies citées ci-avant.