Brevet FR2946006A1 — publié le 20101203

La présente invention concerne une forme de quille mobile permettant d'optimiser conjointement équilibre hydrostatique et le fonctionnement hydrodynamique des voiliers monocoques. Les voiliers monocoques sont composts d'un gaiement et dune coque (1)ûfigure 1-. Sur cette der-mie viennent se fixer, en dessous ou en bordure, des surfaces immergtes qui permettent de contes ler la trajectoire, de conforter 'efficaciti'ique et Équilibre de 'embarcation. Elles sont habituelle-ment connues sous le nom de quille (2), gouvernail et safran (3). Le safran, contribue normale-ment au contfile de la direction, la quille assure notamment deux fonctions : La premire fonction a pour objectif de limiter la dive de 'embarcation. Cette drive est e ale-ment causée par la poussée bique. Géant ainsi un�encrage latéral> du navire dans 'eau, elle optimise son avancement et en combinaison avec le safran elle contribue au guidage du voilier sur une trajectoire die. La deuxixne fonction a pour but doptimiser la poussée Mique et le rendement hydrodynamique du voilier. En effet, la quille comprend en extémiéun lest mat3rialiidans les figures par un bulbe (66) (celui-ci peut aussi faire partie int Brante de la g3ométrie de la quille). Il est connu que Faction du lest est telle que la quille exerce un couple de rappel qui s'oppose au couple cépar l'effort at odynamique applique sur les voiles autour de l'axe de roulis du voilier (5). Elle contribue ainsi à l'augmentation de la poussée kiique en ramenant le nit de l'embarcation dans un plan proche de la verticale pour offrir au vent une surfaceéquivalente de voile plus grande. En effet, plus le nât est proche de la vertical plus la poussée'dique est forte pour un nûne Mage de voile. Par ailleurs, cette force de rappel permet aussi dobtenir les meilleures performances hydrodynamiques de la coque en la faisant glisserà éelle danti-drive est scl matiquement la surface projette de la quille sur le plan vertical (101) qui passe par l'axe (5). Cette surface &pend, en autre, de sa hauteur (22) qui &cxdtàmesure que l'inclinaison de l'embarcation augmente car elle est pondtee par le cosinus de (angle d'inclinaison (a). Cependant, si la fonction danti- pive de la quille se &grade avec la tee du voilier, à l'inverse, sa fonction de rappel augmente, car le bras de levier (23) du lest est tributaire du sinus de 'inclinaison. Pour pouvoir optimiser le rendement Bique il est nécessaire lavoir un rappel, or celui-ci n'existe que si le voilier est inclir et dans une telle position, non seulement la quille perd de son efficacit danti-dérive, mais aussi, la coque ne dispose pas de ses meilleures performances hydrodynamiques. Cet inconvénient conduitàpéconiser pour les voiliers de compétition un moyen de basculement de la quille (une telle quille est appelte habituellement �quille pendulaire�) autour dun axe situe en fond de coque dans le plan de symétrie longitudinal du voilier (plan 100)ûfigure 3 -. Ceci permet d'appliquer alors un meilleur couple de rappel dans le but de garder le bateau en position la plus horizontale possible. Cependant il y a une limitationàla quille pendulaire : son basculement éduit significativement la hauteur de la surface projette (22). Ainsi la pousse `clique et le rendement hydrodynamique du voilier sont amélioées au cëttiment de sa dérive et donc de sa trajectoire. Pour combleràce manque, il est indispensable d'ajouter des comphnents de surface danti-di:ive (24) sur les voilierséquipés de telles quilles afin de licier pleinement de leur avantage. La pésente invention concerne un voilier dont la forme de quille originale permet danâiorer ces paramètres et d'apporter une alternative de conception plus robuste au regard de la solution technique faisant appela la quille pendulaire ou la quille fixe. Pour cela, on &crit selon l'invention un voilieréquipédune quille dont la mobiliépermet d'optimiser son couple de rappel, sans dégrader ses capacités d'anti-dérive. Ce voilier comporte une quille rotative à développement circulaire (8) - figure 5 -, ou partiellement circulaire (9)ûfigure 7 -, en partie inttgtte dans le voilier, ce dsveloppement circulaire étant c ini par la rotation d'au moins un profil hydrodynamique autour dune droite de son plan situéeàune distance Rûfigure (4) -, la droiteétant aussi située dans le plan de syn- trie longitudinale du voilier etétant choisie comme faxe de rotation de la quille (6) ; la distance Rétablissant le rayon moyen de ladite quille ; (orientation de faxe (6) et du profil par rapport à l'avancement du voilier, ainsi que le type de profil, pouvant attribuer à ladite quille des performances hydrodynamiques. Le premier avantage de ce clrveloppement circulaire, est que la rte du voilier influe tés peu sur la hauteur projette (222) de ladite quilleûfigures 5 et 6- Dans la figure 5 rapporte la hauteur projette qui ésulte de la moyenne des hauteurs projettes des parties lord et tribord de ladite quille. Un deuxième avantage est que le voilier peut alors comporter un nanisme capable d'appliquer une rotation (333)àladite quille en exploitant son développement circulaire, dans le but d'optimiser le bras de levier (111) de son lest et minimiser la rte du voilier. Une description de ce moyen est apportée ultrieurement. Le troisième avantage est un avantage hydrodynamique : Dans le domaine de l'hydrodynamique, fart anérieur permet de choisir un profil, son incidence hydrodynamique et une orientation de faxe (6) afin d'obtenir des forces hydrodynamiques de portance appliquées sur le pourtour de la quille. De part la forme circulaire de cette derniére, ces forces hydrodynamiques sont soit excentriques, soit concentriques car elles s'appliquent suivant la direction normale à la surface locale en leur point d'application. Cependant, comme la partie supérieure de ladite quille est intègé dans le na-vire, elle riest pas immerge et ne donc subit pas d'effort hydrodynamique. La Psultante des efforts hydrodynamiques appliquée sur la quille est alors verticale, dirige de haut en bas si les forces sont excentriques, ou dirige de bas en haut (301) si les forces sont concentriques (300)- figure 17-. Ce dernier cas s'aie tés avantageux car, si le mécanisme de rotation de la quille reste en mesure d'annuler la gte du voilier, autrement dit, si le voilier navigueàplat, la résultante (301) contribue au drjaugeage du navire et participe ainsi à andiorer sa vitesse. En exemple non exhaustif, une quille dotée d'un profil symétrique et de forme ale conique est un moyen d'obtenir des efforts hydrodynamiques concentriques et donc une >ésultante favorable au & jaugeage. la résultante (301) contribue au déjaugeage du navire et participe ainsi à améliorer sa vitesse. En exemple non exhaustif, une quille dotée d'un profil symétrique et de forme générale conique est un moyen d'obtenir des efforts hydrodynamiques concentriques et donc une résultante favorable au déjaugeage. La quille rotative à développement circulaire permet donc d'accéder conjointement à l'optimisation du fonctionnement hydrostatique et hydrodynamique intrinsèque au voilier mono-coque. On définira le plan perpendiculaire à l'axe (6) comme � plan transversal �. En ce qui concerne le profil û figure 4 û, on définira la ligne comprise entre sa corde (32) et l'axe (6) comme son �intrados � (31) et l'autre ligne sera définie comme son � extrados (30) �. On définira comme surface interne (12) de la quille, celle qui est engendrée par l'intrados du profil, et la surface externe (11) celle qui est engendrée par l'extrados. Avantageusement, le voilier comporte un dispositif cinématique de guidage de ladite quille en rotation autour de son axe (6), composé de rouleaux répartis sur un arc de cercle centré sur cet 15 axe et en contact avec les surfaces internes et externes de ladite quille. Avantageusement, le ou chaque rouleau présente une forme permettant d'épouser en partie ou totalement l'intrados ou l'extrados du profil de ladite quille. Avantageusement, au moins un rouleau est actionné en rotation par une motorisation. Avantageusement, au moins un rouleau est actionné manuellement en rotation ; par exemple à 20 l'aide d'une manivelle. Avantageusement, au moins un rouleau transmet son mouvement de rotation à ladite quille par friction. Cette disposition permet de concevoir une quille dotée d'un profil optimal sur sa circonférence et de lui garantir ainsi de bonnes performances hydrodynamiques. Avantageusement, il comporte un moyen mécanique de distribution du mouvement de rotation 25 d'un rouleau sur plusieurs autres rouleaux : chaine, courroie, engrenage. Avantageusement, le voilier comporte un dispositif d'asservissement optimisant la position du lest en fonction de la gîte du voilier ; ce dispositif comprenant un moyen de mesure de la position angulaire de ladite quille (graduations optiques, roue codeuse ou potentiomètre en contact avec le profil) et moyen de mesure de la gîte du voilier (inclinomètre). 30 Avantageusement, La coque de ce voilier dispose de deux ouvertures latérales pour laisser passer au travers elle ladite quille. Avantageusement le voilier peut être équipé de plusieurs quilles rotatives, par exemple une vers l'avant et l'autre vers l'arrière du voilier afin de rechercher, entre autre, le déjaugeage complet de celui-ci. 35 Avantageusement, la quille rotative présente une structure monolithique afin de lui attribuer une résistance optimale. Avantageusement, la variation du profil sur le pourtour de la quille rotative permet d'intégrer le lest dans le profil en l'épaississant et en l'élargissant ; ceci permettant de bénéficier de bonnes performances hydrodynamiques même dans la région du lest. Il est cependant conseillé de n'avoir qu'un seul profil sur une grande partie de la circonférence de ladite quille pour obtenir la meilleure efficacité et la plus grande simplicité de conception du mécanisme destiné à faire tourner ladite quille. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description de 5 différents modes préférés décrits dans les figures suivantes. Aux dessins annexés : La figure 1 est une vue en perspective du dessous d'un voilier équipé d'une quille fixe. Cette figure montre ses surfaces de contrôle : quille et safran ainsi que son lest et son axe de roulis; La figure 2 est une vue arrière d'un voilier équipé d'une quille fixe dans une configuration de 10 coque inclinée (ou gîtée) d'un angle a. Cette figure montre dans cette configuration la hauteur projetée de la quille et le bras de levier de son lest ; La figure 3 est une vue arrière d'un voilier équipée d'une quille pendulaire avec un complément de dérive. Cette figure montre, dans une configuration de coque inclinée, la hauteur projetée de cette quille et le bras de levier de son lest ; 15 La figure 4 est une vue en coupe dans le plan de symétrie longitudinal du voilier d'une quille rotative. Elle montre un exemple de profil et un exemple d'orientation de l'axe de rotation de la quille, par rapport à l'avancement du navire ; La figure 5 est une vue arrière d'un voilier équipé d'une quille rotative. Cette figure montre, dans une configuration avec gîte, la moyenne des hauteurs projetées des parties bâbord et tribord de la 20 quille rotative ; elle fait aussi état du bras de levier du lest ; La figure 6 est une vue arrière d'un voilier équipé d'une quille rotative. Cette figure montre, dans une configuration sans gîte, la hauteur de la surface projetée de la quille rotative et le bras de levier du lest ; La figure 7 est une vue arrière d'un voilier équipé d'une variante de quille rotative à développe-25 ment circulaire partiel; La figure 8 est une vue de dessous d'un voilier équipé d'une quille rotative. Elle montre les ouvertures de la coque permettant le passage au travers elle de ladite quille et les capots autorisant l'intégration par le dessous ou par le dessus de la coque d'une quille rotative monolithique. Les figures 9 et i0 sont des vues en perspective arrière et avant d'une variante du puit de quille 30 adapté à recevoir la partie circulaire de la quille rotative. Elles montrent les faces transversales du puit de quille ; Les figures 11 et 12 sont des vues en perspective avant et arrière du dispositif cinématique. Elle montre un exemple d'agencement de rouleaux, de patins répartis dans le puit de quille dont une face transversale et la face de dessus sont mises en transparence. Cette figure apporte aussi une 35 solution de motorisation du dispositif de mise en rotation de ladite quille ; Les figures 13 à 16 sont des vues en coupe ou en perspective montrant des exemples de forme de rouleau et de patin épousant deux exemples de profil ; La figure 17 est une représentation des efforts hydrodynamiques concentriques et de leur résultante créés par l'écoulement sur une quille rotative. La figure 18 est une vue en coupe du bulbe composé de deux parties entourant le profil de la quille. En référence à ces figures, le voilier comporte une quille rotative à développement circulaire (8) en partie intégrée dans le voilier - figure 5 -. La forme de la dite quille est définie par la rotation d'un profil hydrodynamique, délimité par les lignes (30) et (31) û figure 4 -, autour d'une droite appartenant à son plan, la droite étant choisie comme l'axe de rotation de la quille (6). La figure 4 fait état d'un mode particulier ou l'axe (6) est en inclinaison F3 par rapport à l'avancement du voilier (103), avec un profil, ayant sa corde (35) parallèle à l'avancement. Ce mode particulier fait état d'un seul profil sur le pourtour de ladite quille qui présente une forme conique. Dans la variante proposée en figure 8 la largeur de la quille rotative est inférieure à celle de la coque qui dispose vers son fond de deux ouvertures (25) (26) latérales û figure 8 - pour laisser passer ladite quille au travers elle et d'un capot (27) permettant l'insertion par le dessous d'une quille monolithique. Une autre variante pourrait proposer une largeur de quille supérieure à celle de la coque du voilier. Dans ce cas, l'assemblage se fait en passant la coque à l'intérieur de ladite quille monolithique. Alors les capots (28) peuvent être mis en oeuvre afin d'insérer dans le voilier ladite quille par le dessus. Le puit de quille se présente sous la forme d'un caisson étanche entourant ladite quille. Il est composé de deux faces parallèles au plan transversal : une face arrière (7) et une face avant (8) - figures 9 et 10 -. Dans ce mode particulier, le puit de quille est fermé par la coque et la surface supérieure (88) qui joint les faces transversales. Les faces transversales sont espacées l'une d'elle d'un peu plus que la largeur de ladite quille. Dans le but d'appliquer une rotation à ladite quille autour de son axe de révolution (6) et de placer au mieux son lest, le puit de quille est équipé û figures 11 à 16 - de rouleaux internes (9) en application sur la face interne (12) de ladite quille, de rouleaux externes (10) en application sur la face externe (11) et des patins (13) en application sur le bord d'attaque du profil de ladite quille ; les rouleaux, montés sur des paliers ou des roulements, supportant et guidant ladite quille en rotation, les patins s'opposant à un déplacement longitudinal de le quille. Dans ce mode particulier, le moyen cinématique de mise en rotation de ladite quille est un dispositif mécanique motorisé (16) mettant en oeuvre un chaîne (15) parcourant plusieurs roues dentées (14) fixées chacune à un rouleau. Cette chaîne distribue d'une part la rotation du moteur à plusieurs rouleaux, et assure d'autre part la synchronisation des rouleaux en rotation. Les rouleaux sont enrobés d'une gaine souple (17) en caoutchouc ce qui leur permet de transmettre par friction leur mouvement à la quille rotative. Les roues dentées peuvent être remplacées par des poulies crantées et c'est alors une courroie crantée qui distribue le mouvement et synchronise les rouleaux en rotation. Pour maîtriser et bloquer la rotation il est fait usage d'un moteur électrique pourvus d'un frein et d'une démultiplication. Une manivelle (18) est apportée au dispositif cinématique afin de contrôler manuellement la rotation en cas de défaillance de la motorisation. La quille rotative peut être dotée d'un profil dissymétrique (19) û figure 13 -, ou, dans un autre mode, d'un profil symétrique (20) en incidence par rapport à l'avancement du voilier û figure 15 û (dans ce cas ladite quille présente une forme générale conique), créant sous l'effet de son écoulement dans l'eau des forces concentriques (300) - figure 17 -. Dans ce mode, la partie de ladite quille comprise dans la coque, n'étant pas soumise à l'écoulement, ne crée pas d'effort. Ladite quille subit alors une force résultante (301) qui est ici orientée vers le haut car le voilier n'est pas incliné sous l'effet du rappel du lest. Cette résultante contribue donc au déjaugeage du voilier. Les rouleaux et les patins du puit de quille ont une forme adaptée au profil de ladite quille û figures 11 à 16 -, les rouleaux sont revêtus d'un manchon en matériau souple de type polymère de quelques millimètres d'épaisseur garantissant un contact avec le profil et une friction avec ladite quille de façon à la maintenir et la faire tourner ; les patins sont par exemple en téflon garantissant un guidage avec peu de frottement. Le lest, est constitué de deux demi-bulbes englobant ladite quille. Ils sont joints l'un à l'autre par des vis û figure 18 -. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux voiliers monocoques de tourisme ou de compétition. REVENDICATIONS1 . Voilier caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif exploitant la forme d'une quille obtenue par un développement circulaire dans le but de faire tourner cette quille ; le développement circulaire étant déterminé par la rotation d'au moins un profil hydrodynamique autour d'une droite de son plan située à une distance R, la droite appartenant aussi au plan de symétrie longitudinale du voilier et étant choisie comme l'axe de rotation de la quille (6) ; la distance R définissant le rayon moyen de la quille. 2. Voilier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen manuel de mise en rotation de sa quille. 3 . Voilier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen motorisé de mise en rotation de sa quille 4. Voilier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 15 comporte un moyen de mesure de la rotation de sa quille. 5 . Voilier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en rotation de sa quille s'effectue à l'aide d'une transmission de mouvement par friction. 6. Voilier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un rouleau assurant le guidage ou la mise en rotation de sa quille. 20 7 . Voilier selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de synchronisation de la rotation de plusieurs rouleaux. s . Voilier selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un rouleau est revêtue d'une gaine (17) en matériau souple de type caoutchouc. 9 . Voilier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une quille qui, de part sa 25 forme ou son profil ou l'orientation de son axe, est soumise à au moins un effort hydrodynamique dont une composante est dirigée verticalement de bas en haut. to . Voilier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une quille monolithique.