Brevet FR2942200A1 — publié le 20100820

-1- La présente invention concerne un système de contrôle-commande automatique pour une aile de traction (fig1 n°6) à quatre lignes contrôlée par ses freins (figl n°8) pour la traction de bateaux (figl n°9). Il est connu qu'une aile de traction (fig1 n°6) est un dispositif aérien auto- porté en tissu qui développe une force aérodynamique. Elle est retenue au niveau du sol et contrôlée par un jeu de lignes de traction (figl n°7) et de freins ou lignes arrières (fig1 n°8) reliées à la toile de l'aile de traction par des suspentes. Une aile de traction est symétrique suivant son axe longitudinal, du bord d'attaque vers le bord de fuite. La droite et la gauche désigne la position de la demi-aile située respectivement à droite et à gauche de cet axe. Dans le cas présent, l'aile est équipée d'une paire de lignes de traction droite et gauche (fig1 n°7) qui reprend les efforts de traction et d'une paire de freins ou lignes arrières (figl n°8) droit et gauche qui permet de modifier la courbure de l'aile. L'aile de traction (figl n°6) pivote du côté où ses freins (fig1 n°8) sont tirés. Les lignes de traction (fig1 n°7) sont supposées être reliées à leur extrémité basse du côté du treuil de traction (figl n°3). Il est connu que les ailes de traction constituent une alternative aux gréements classiques à voile des bateaux. L'aile de traction est alors envoyée à une vingtaine de mètres du bateau (fig1) et pilotée suivant une trajectoire soit stationnaire soit dynamique pour les vents faibles, en forme de huit aux allures portantes et en forme de sinusoïde pour les allures proches du vent. Cependant la difficulté du pilotage constitue un handicap au développement de son utilisation. Du fait de la longueur des lignes et/ou de la jonction basse des lignes de traction (figl n°7), l'aile de traction (fig1 n°6) est naturellement instable et pivote autour 25 du point de jonction des lignes de tractions. Le maniement d'une aile de traction nécessite un contrôle permanent en vol dynamique comme en vol stationnaire du fait de l'instabilité intrinsèque de l'aile et mobilise un équipier ce qui est un inconvénient en usage marin pour des navigations longues. 30 Un système de contrôle-commande de l'aile ou pilote automatique (fig2) pallie cet inconvénient en suppléant au pilotage de l'aile (figl n°6) à la place de l'équipier. -2- Il est connu qu'un système de contrôle-commande ou pilote automatique comprend un jeu de commandes du spécimen sous contrôle, des capteurs de mesures donnant une observation du spécimen et un calculateur qui pilote le spécimen via le jeu de commandes à partir des observations délivrées par les capteurs de mesures. Dans le cas de la présente invention le spécimen sous contrôle est l'aile de traction (fig1 n°6) , les commandes sont les freins de l'aile de traction (figl n°8), qui sont enroulés sur deux treuils de commandes (fig2 n°2,4) pilotés individuellement par le calculateur (fig2 n°1), ce qui permet de tirer simultanément les freins droit et gauche (fig1 n°8) pour ralentir et faire descendre l'aile, ou de tirer sur un frein pour faire virer l'aile du côté du frein tiré. La présente invention est spécifique en ce qu'elle utilise comme observation la mesure de la longueur des lignes de traction (fig1 n°7) déroulées et la direction des lignes de traction par rapport au bateau (fig2 n° 5) corrigées des variations (fig2 n° 6) dues au roulis (fig1 n°1) et au tangage (fig1 n°2) du bateau, qui suit un cap constant, pour estimer la position de l'aile de traction (fig1 n°6) dans l'espace, à la position du bateau près, et en déduire sa vitesse par rapport au bateau, son accélération et piloter l'aile. Puisque les angles de roulis (fig1 n°1) et de tangage (figl n°2) correspondent respectivement à des rotations dans les plans du bateau XZ longitudinal et YZ transversal (figl), la direction des lignes de tractions (fig1 n°7) sera donnée, pour simplifier les corrections, par les mesures des angles des lignes de traction dans les plans XZ et YZ (fig3). Dans le cas de la présente invention, le système de contrôle-commande (fig2) comprend donc un calculateur (fig2 n°1), deux treuils de commande (fig2 n°2,4) 2.5 pour dérouler et enrouler les freins, un treuil de traction (fig2 n°3) pour dérouler et enrouler les lignes de traction (fig1 n°7) et des capteurs de mesure des angles des lignes de traction (fig2 n°5), de roulis (figl n°1) et de tangage (figl n°2) du bateau (fi g2 n°6). Les treuils sont situés au niveau du point de traction du bateau aussi près que possible du centre de gravité G du bateau et en avant du centre de dérive du bateau et sont fixés 31D au bateau (fig 1). Le calculateur (fig2 n°1) estime la position de l'aile et calcule les commandes nécessaires pour que l'aile (figl n°6) suive la trajectoire programmée. Dans le cas de la présente invention, le système de contrôle-commande comprend donc aussi un capteur de mesure des angles de roulis (figl n°1) et de tangage -3- (fig1 n°2) du bateau qui peut-être réalisé simplement sous la forme d'un pendule (fig4) ou d'un gyroscope placé autant que possible au niveau du centre de gravité G du bateau, où les mouvements sont plus réduits. Le capteur de mesure des angles des lignes de traction (fig 1 n°7) peut être réalisé simplement à l'aide d'anneaux (fig3 n°4) dans lesquels passent les lignes de traction (fig3 n°6) en sortie du treuil de traction (fig3 n°1) et montés sur une tige (fig3 n°5) elle-même montée sur une sphère mobile (fig3 n°2) sur son centre dont les mouvements mesurés par un cylindre en contact (fig3 n°3) servent à estimer l'angle des lignes de traction dans le plan perpendiculaire à l'axe du cylindre (fig3). A partir des informations de position de l'aile de traction (fig 1 n°6), le calculateur (fig2 n°1) peut en déduire la vitesse de l'aile, son accélération et la direction du vent donnée par la direction des lignes de traction (figl n°7) pour l'apogée de la trajectoire de l'aile, ce qui constitue une observation suffisante pour le pilotage automatique de l'aile suivant les différentes trajectoires souhaitées stationnaires ou dynamiques en forme de huit ou de sinusoïde et contrôler sa vitesse et sa hauteur en actionnant ses freins (fig1 n°8). La présente invention constitue un système simple et efficace de contrôle-commande d'une aile de traction pour la traction de bateaux pour suppléer au pilotage manuel et permanant de l'aile par nature instable et de ce fait libérer l'équipier chargé de cette tâche. En conséquence, la présente invention favorisera la diffusion de l'utilisation d'ailes de traction pour la traction de bateaux (fig 1). REVENDICATIONS1) Dispositif de contrôle-commande automatique pour piloter une aile de traction à quatre lignes (figl n°6), dont deux lignes de traction (figl n°7) et deux lignes de freins ou lignes arrières (figl n°8), contrôlée par ses freins pour la traction de bateaux (figl n°9), comprenant un calculateur (fig2 n°1), deux treuils de commandes (fig2 n°2,4) droit et gauche qui reprennent les lignes de freins (fig 1 n°8) respectivement droite et gauche de l'aile de traction (fig1 n°6) et qui sont actionnés par le calculateur, un treuil de traction (fig2 n°3) qui reprend les deux lignes de traction de l'aile (fig1 n°7) et qui est connecté au calculateur, un capteur de mesure des angles par rapport au bateau pris par les lignes de traction (figl n°7) connecté au calculateur, un capteur de mesure des angles de roulis (fig 1 n°1) et de tangage (fig 1 n°2) du bateau (fig4) connecté au calculateur. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les treuils sont fixés au bateau et placés au point de traction du bateau (figl) aussi près que possible du centre de gravité G du bateau et en avant du centre de dérive du bateau. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que le calculateur commande un virage de l'aile de traction (fig1 n°6) en actionnant le treuil de commande pour enrouler le frein (figl n°8) du côté du virage et caractérisé en ce que le calculateur réduit la vitesse de l'aile et la fait descendre en actionnant les deux treuils de commande pour enrouler les freins droit et gauche (figl n°8) de l'aile de traction. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le calculateur estime à partir de la mesure de la longueur des lignes de traction (figl n°7) déroulées et de la direction des lignes de traction (fig2 n° 5) corrigée des variations (fig2 n°6) dues au roulis (figl n°1) et au tangage (figl n°2) du bateau, qui suit un cap constant, la position de l'aile de traction (fig1 n°6) dans l'espace, à la position du bateau près, et en déduit sa vitesse par rapport au bateau, son accélération et pilote l'aile sur la trajectoire programmée dans le calculateur, et détermine aussi la direction du vent qui correspond à la direction des lignes de traction (figl n°7) pour l'apogée de la trajectoire de l'aile (fig1 n°6). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que puisque les angles de roulis (figl n°1) et de tangage (fig1 n°2) correspondent respectivement à des rotations dans les plans du bateau XZ longitudinal et YZ-5- transversal (figl), la direction des lignes de tractions (fig1 n°7) sera donnée, pour simplifier les corrections, par les mesures des angles des lignes de traction dans les plans du bateau XZ longitudinal et YZ transversal (fig3). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le capteur de mesure des angles des lignes de traction dans les plans du bateau XZ longitudinal et YZ transversal peut être réalisé simplement à l'aide d'anneaux (fig3 n°4) dans lesquels passent les lignes de traction (fig3 n°6) en sortie du treuil de traction (fig3 n°1) et montés sur une tige (fig3 n°5) elle-même montée sur une sphère mobile sur son centre (fig3 n°2) dont les mouvements mesurés par un cylindre en contact (fig3 n°3) servent à estimer l'angle par rapport au bateau dans le plan perpendiculaire à l'axe du cylindre (fig3). 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le capteur de mesure des angles de roulis (fig 1 n°1) et de tangage (fig 1 n°2) du bateau peut être réalisé simplement à l'aide d'un pendule et d'un dispositif de mesurage d'angle suivant la revendication 6 (fig4) ou d'un gyroscope placé autant que possible au niveau du centre de gravité G du bateau, où les mouvements sont davantage réduits.