Brevet FR2859974A1 — publié le 20050325

- 1 - La présente invention concerne un dispositif aquatique hydrodynamique, partiellement immergé, mis en mouvement par traction pour permettre le transport d'une charge qui peut être celle de l'utilisateur. De nouveaux sports de glisse aquatique utilisent la traction d'un engin à propulsion éolienne comme celle d'un cerf-volant pour transporter un utilisateur positionné sur un dispositif aquatique comme une planche de surf. Les contacts entre ces dispositifs aquatiques partiellement immergés et la surface de l'eau génèrent des forces de pressions et de frottements qui se matérialisent en partie par un sillage formé de vagues. Ces forces de pressions et de frottements participent à la traînée hydrodynamique qui freine ces dispositifs aquatiques et diminue ainsi leur vitesse maximale. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient. Il comporte en effet selon une première caractéristique une aile sous-marine, pouvant évoluée complètement immergée. Cette aile sous-marine est reliée à une poutre évoluant complètement émergée, par une structure filaire traversant la surface de l'eau. Cette partie de la structure filaire décrit une forme géométrique tétraédrique dont les portions de câbles formant les sommets s'insèrent dans les orifices placés aux extrémités de l'aile sous-marine et de la poutre. L'autre partie de la structure filaire en forme de "Y" relie les extrémités de la poutre à la force extérieure de traction. Une variation de l'angle d'incidence de l'aile sous-marine peut s'effectuer en modifiant la position du point d'intersection des câbles formant le "Y". Selon les modes particuliers de réalisation une poulie, peut s'insérer à l'intersection des câbles formant le "Y", ou être rattachée à l'extrémité du "Y" afin d'être utilisée comme un renvoi d'angle pour un câble supplémentaire. La stabilisation hydrodynamique de l'angle d'incidence de l'aile sous-marine repose sur sa forme incurvée dans le sens de son envergure avec un extrados convexe. L'équilibre hydrodynamique du dispositif en immersion partielle est assuré par l'adjonction de deux appendices plans hydroplanants fixés sur les câbles à l'avant de la structure filaire et s'inscrivant dans les 2859974 - 2 - plans définis par ces mêmes câbles. L'équilibre hydrostatique est assuré par une densité moyenne suffisante de la poutre afin quelle flotte à la surface de l'eau lorsque aucune force de traction n'est exercée. L'application d'une force extérieure de traction, comme par exemple celle d'un engin à propulsion éolienne, permet la mise en mouvement de ce dispositif aquatique en s'opposant à la résultante des forces hydrodynamiques. Il est ainsi possible de transporter en soulevant ou en tractant le poids d'une charge qui peut être celle de l'utilisateur, cette charge pouvant s'appliquer à l'extrémité émergée de la structure filaire. Avec cette disposition structurale les contacts entre le dispositif aquatique partiellement immergé et la surface de l'eau peuvent se limiter aux quatre points d'entrée dans l'eau des câbles constituant la structure filaire tétraédrique auxquels s'ajoute un faible pourcentage de la surface de l'appendice hydroplanant en contact avec l'eau. La traînée hydrodynamique due aux interactions entre le dispositif et la surface de l'eau s'en trouve alors fortement réduite, permettant ainsi au dispositif d'atteindre des vitesses de déplacements plus élevées. Les dessins annexés illustre l'invention: La figure 1 représente une vue en perspective du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une vue de dessus du dispositif selon l'invention. La figure 3 représente une vue arrière du dispositif selon l'invention. La figure 4 représente une vue en perspective de la structure 30 filaire. La figure 5 représente une vue des formes en plan de l'aile, du profil de l'aile et des appendices. La figure 6 représente un mode particulier de réalisation du dispositif selon l'invention. En référence à ces dessins, le dispositif comporte une aile sous-marine (1) reliée à une poutre (2) par une structure filaire (3), à l'extrémité (C) de laquelle sont 2859974 - 3 - fixés deux appendices plans hydroplanants (4) et (5), et à l'extrémité (E) de laquelle une poulie (6) peut coulisser. L'aile sous-marine (1) a une forme incurvée dans le sens de son envergure. La convexité de l'extrados ainsi que la forme développée en plan du bord d'attaque et du bord de fuite peuvent décrire une demi-ellipse avec son grand axe dans le sens de l'envergure de l'aile (1). Ces formes elliptiques associées avec un allongement supérieur à trois, ce chiffre représentant le rapport entre la longueur au carré l0 de l'envergure et la surface, permettent d'obtenir une réduction de la force de traîné due à la force de portance de l'aile (1). Le profil (K) de l'aile (1) peut être sensiblement biconvexe avec l'épaisseur maximale située dans le premier tiers avant de la corde. L'aile sous-marine (1) est percée de quatre orifices, deux à chaques extrémités, dans lesquelles s'insèrent les portions de câble situés aux extrémités (A) et (B) de la structure filaire (3). L'aile sous-marine (1) étant soumise à des contraintes mécaniques importantes, elle peut être réalisée par moulage en utilisant un matériau composite comme des fibres de carbone imprégnées de résine. La partie de la structure filaire (3) qui traverse la surface de l'eau et dont les extrémités (A)(B)(C)(D) décrivent les sommets d'un tétraèdre, permet de maintenir l'orthogonalité entre l'axe définit par les extrémités de l'aile sous-marine (1) et l'axe de la poutre (2) dès l'application d'une force extérieure de traction (T) qui, en s'opposant à la résultante des forces hydrodynamiques (R), rigidifie la structure filaire (3). Les portions de câble constituants les extrémités (C) et (D) de la structure filaire (3) sont liées par un noeud double après insertion dans les orifices situés aux extrémités de la poutre (2). La structure filaire (3) peut être réalisée avec des segments de câble en acier tressé inoxydable. La poutre (2) doit supporter essentiellement des contraintes de compression et sa densité moyenne doit lui permettre de flotter statiquement à la surface de l'eau, ainsi elle peut être réalisée avec un cylindre, constitué de 2859974 4 matériau composite comme des fibres de carbone imprégnées de résine, enchâssé dans un tube en matériau de faible densité. Les deux appendices plans hydroplanants (4) et (5) permettent l'auto stabilisation du dispositif en immersion partielle en compensant le moment du couple créé par la dissymétrie des forces de traînée hydrodynamique des parties immergées de la structure filaire tétraédrique (3). Ils sont positionnés à l'avant de la poutre (2) et sont fixés à la structure filaire (3) en insérant les portions de câble de to l'extrémité (C) dans une série d'orifices percés près des bords d'attaque des appendices hydroplanants (4) et (5). Ils peuvent être réalisés par découpage dans une plaque mince en tissus de fibres de verre ou de carbone stratifié et imprégné de résine. L'application à l'extrémité (F) de la structure filaire (3) d'une force extérieure de traction (T), comme par exemple celle d'un engin à propulsion éolienne, permet la mise en mouvement de ce dispositif aquatique en s'opposant à la résultante des forces hydrodynamiques (R) ; il est ainsi possible de transporter en soulevant ou en tractant le poids d'une charge (P) qui peut être celle de l'utilisateur, cette charge pouvant s'appliquer à l'extrémité (F) de la structure filaire (3). Le contrôle de la trajectoire du dispositif aquatique est assuré par la capacité de l'utilisateur a maîtriser l'intensité et l'orientation de la résultante des forces hydrodynamiques (R) ; ainsi la partie émergée de la structure filaire (3) reliant la poutre (2) à la force extérieure de traction (T) peut être réalisée de différentes façons afin que l'utilisateur puisse contrôler ou régler, pendant ou avant l'utilisation, l'angle d'incidence (i) de l'aile sous-marine (1) en faisant varier la position du point (E) ; cette variation de position du point (E) entraînant une légère déformation de la partie tétraédrique de la structure filaire (3) due à l'écartement des points d'insertions des câbles dans l'aile sous-marine (1). L'angle d'incidence (i) de l'aile sous-marine (1) augmente lorsque la position du point (E) se rapproche du point (D) et diminue lorsque la 2859974 - 5 - position du point (E) se rapproche du point (C). Dans une forme de réalisation non figurée un croisement des câbles au niveau des extrémités (A) et (B) avant l'insertion dans les orifices situés aux extrémités de l'aile sous-marine (1), inverse les variations de l'angle d'incidence (i) due au déplacement de la position du point (E). Dans la forme de réalisation selon la figure 1 l'utilisateur, suspendu par un harnais fixé au point (F), fait varier la position de la poulie (6) en poussant différentiellement avec les pieds sur la poutre (2). Dans la forme de réalisation selon la figure 6 la liaison de la structure filaire (3) au point (E) est fixe et la poulie (6) est placée à l'extrémité (F) servant de renvoi d'angle au segment de câble [E',F']. L'utilisateur peut ainsi contrôler à distance l'angle d'incidence (i) de l'aile sous-marine (1) en tirant sur l'extrémité (F'). L'utilisateur peut être soit suspendu par un harnais fixé au point (F) soit tracté sur un dispositif hydroplanant annexe rattaché à l'extrémité (F). Dans les formes de réalisation précitées il convient d'équiper l'extrémité (F) d'une sécurité de largage sous tension permettant à l'utilisateur de se désolidariser du dispositif aquatique et de désolidariser le dispositif selon l'invention du dispositif tracteur. Une variante de réalisation selon la figure 1, dans laquelle toutes les dimensions, citées ci-après, sont réduites de moitié à l'exception de la longueur du segment de câble [E,F] qui est de plusieurs mètres, permet une utilisation ludique du dispositif selon l'invention. Dans ce cas la charge a transporter se résume au poids du dispositif selon l'invention, la poulie (6) est supprimée et l'utilisateur règle avant l'utilisation la position du point (E) sur la structure filaire (3). L'utilisateur produit lui-même la force extérieure de traction (T) en tirant sur l'extrémité (F) , entraînant ainsi un déplacement à grande vitesse de la partie immergée du dispositif. Cette variante de taille réduite peut aussi être tractée par un engin à propulsion éolienne. - 6 A titre d'exemple non limitatif les dimensions du dispositif selon l'invention, pour les formes de réalisation selon les figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6 seront de l'ordre de 50 cm pour l'envergure de l'aile sous-marine (1) ; de 80 cm pour la longueur de la poutre (2) et de 160 cm pour les câbles [C,A,D], [C,B,D], [C,E,D]. La longueur du câble [E,F] est, de 40 cm pour la forme de réalisation selon les figures 1, 2, 3 et 4, et de 40 cm à plusieurs mètres pour la forme de réalisation selon la figure 6. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné pour être utilisé dans les sports de glisse aquatique et peut aussi être utilisé comme jouet aquatique. - 7 - REVENDICATIONS 1) Dispositif aquatique hydrodynamique partiellement immergé caractérisé en ce qu'il comporte une aile sous-marine (1) reliée à une poutre (2) par une structure filaire (3), à l'extrémité (C) de laquelle sont fixés deux appendices plans hydroplanants (4) et (5), et à l'extrémité (F) de laquelle s'exerce une force extérieure de traction (T) permettant la mise en mouvement du dispositif aquatique afin de transporter une charge de poids (P). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en 10 ce qu'au point (F) s'applique la charge de poids (P) en étant soulevée ou tractée. 3) Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 2 caractérisé en ce que l'aile sous-marine (1) est incurvée le long de son envergure avec l'extrados convexe. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce que les extrémités (A)(B)(C)(D) de la structure filaire (3) décrivent les sommets d'un tétraèdre. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce que les câbles de la structure filaire (3) relient l'aile sous-marine (1) et la poutre (2) en s'insérant dans les orifices situés à leurs extrémités. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce que les appendices (4) et (5) sont reliés à la structure filaire (3) en s'inscrivants dans les plans définit par les segments des droites [A, C] , [C, E] pour l'appendice (4) et [B, C] , [C, E] pour l'appendice (5). 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce que l'angle d'incidence (i) de l'aile sous-marine (1) varie en fonction de la position de l'extrémité (E) sur la structure filaire (3). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce que la poutre (2) a une densité moyenne suffisante pour flotter à la surface de l'eau lorsque aucune traction (T) n'est exercée. 9) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la poulie (6) , rattachée au point (E) du câble [E,F], peut coulisser sur le câble [C,E, D]. 10) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le câble [E',F'] peut coulisser dans la poulie (6) 40 rattachée au point (F).