Brevet FR2975965A1 — publié le 20121207

_1_ L'invention présentée est un concept de voile épaisse. Cette voile épaisse peut faire varier ses propriétés aérodynamiques en faisant varier la géométrie de son profil et en faisant varier sa surface par ta prise de ris. Par ailleurs, cette voile peut inverser son profil, elle peut être montée et démontée simplement et rapidement, et elle peut être pliée d'une façon assez compacte. Dans le cas d'une application de propulsion marine, cette voile peut être utilisée sur la majorité des gréements existants sans y apporter des modifications radicales et dans plusieurs types de gréements originaux. L'évolution des gréements actuels se fait maintenant sur des détails, toute évolution majeure est impossible car le schéma du gréement bermudien est maintenant exploité dans ses moindres détails. Le concept de cette voile épaisse est basé sur une mise en volume de la voile par des vergues qu'on peut aussi qualifier de "wishbones internes", et qui sont positionnées et retenues un peu à la manière des lattes d'une voile de jonque. La voile enveloppe complètement toutes les vergues. La voile peut être mise en place sur un "gréement classique" à la manière d'un gennaker, le bord d'attaque est tendu entre la tête de mat et le point d'amure tandis que le bord de fuite est non seulement retenue verticalement par une écoute mais aussi perpendiculairement. Ainsi chaque vergue voit son incidence au vent finement ajusté par un bras. Tous les bras sont maintenus horizontalement en étant reliés à une bastaque. La voile peut aussi être mise en oeuvre dans un gréement à mat bipode afin de changer d'amure rapidement. La voile peut encore être mise en oeuvre avec un mat interne pour suprimer la traînée aérodynamique du(des) mat(s) ou afin d'être utilisée sur des régates aux règlements spécifiques tell, les class A, les ctass C, ou l'america's cup (AC72). Les vergues permettent de mettre directement en forme le profit de la voile épaisse grâce à leur géométrie variable. Les vergues sont d'échelle et de proportions différentes mais ont le même principe de fonctionnement. Elles tendent la voile dans le sens de la largeur, une extrémité de la vergue donne à la voile ta forme d'un bord d'attaque et l'autre extrémité donne à la voile la forme d'un bord de fuite. Chaque vergue donne donc la forme d'un profil aérodynamique porteur à la voile et est plate pour que la voile puisse être pliée d'une façon compacte. En outre, chaque vergue étant indépendante, la forme du profil et son angle au vent peuvent être finement optimisé sur chaque portion de hauteur de ta voile. Les dessins annexés illustrent l'invention : 2975965 _2_ La figure 1 représente le schéma de fonctionnement d'une vergue principalement constituée de deux pièces. La figure 2 représente le schéma de fonctionnement d'une vergue principalement constituée de deux pièces et d'un bord d'attaque de forme variable enveloppée de la 5 voile. La figure 3 représente le schéma de fonctionnement d'une vergue principalement constituée de trois pièces et représentant la position du mat (1). La figure 4 représente un exemple de réalisation d'une vergue respectant un règlement interdisant les actionneurs hydrauliques et électriques. 10 La figure 5 représente le patron d'une voile avec la position des renforts de fibre. En référence à ces dessins, les principaux composants d'une vergue (2) sont deux pièces dont l'une (3) met en forme le bord d'attaque(4) et l'autre (5) le bord de fuite (6). Ces deux pièces sont reliées par un pivot (7) permettant de régler l'angle du bord d'attaque par rapport au bord de fuite (réglage n ° 1) et ainsi contribuer à faire varier la 15 courbure du profil et notamment inverser le profil. Une vergue principalement constituée de trois pièces. Les pièces constituant le bord de fuite et le bord d'attaque sont reliées par pivot à une pièce centrale(8). Cette pièce centrale, de part sa position dans la partie la plus épaisse du profil, peut être conçue de manière à accueillir un mat interne (1). Cette pièce centrale peut également 20 être pourvue d'un système lui permettant de se désolidariser du mat afin de changer de voile. Pour inverser la courbure du profil, les longueurs des brins de voile bâbord (9) et tribord (10) doivent s'inverser. La voile enveloppe l'ossature en étant fixée au bord de fuite, la partie de la voile constituant le bord d'attaque peut glisser sur l'élément du bord 25 d'attaque (4). Pour éviter que la vergue glisse dans le sens de la longueur ou bascule, deux câbles (12) les retiennent. Selon une version non illustrée, la partie de la voile sur le bord d'attaque peut être retenue. Ce maintient est réglable, il permet de positionner précisément la voile sur le bord d'attaque et ainsi de régler la courbure et l'épaisseur du profil (réglage n°2). Dans le cas d'un glissement libre, la courbure des brins découle de 30 l'équilibre des tensions des brins créées par la dépression de l'extrados et la pression de l'intrados. En plus du réglage de l'angle entre le bord d'attaque et le bord de fuite, la distance entre la bord d'attaque et la bord de fuite peut être réglable (13)(réglage n°3). Cumulé avec le réglage de position de la voile sur le bord d'attaque, le réglage de 2975965 -3_ longueur entre les bords permet de gérer la tension de la surface sous vent de la voile et donc la courbure de l'extrados et l'épaisseur du profil de façon indirecte. Il peut être envisagé d'ajouter un système pour régler la pression interne de la voile (réglage n°4). La pression interne agit essentiellement sur l'épaisseur de la voile. La 5 maîtrise de cette pression serai un moyen supplémentaire ou alternatif de régler l'épaisseur du profil de la voile. Cette maîtrise de la pression devient particulièrement intéressante dans le cas d'une mise en oeuvre très simple de l'invention, dans laquelle on s'affranchirait du système qui positionne ta voile sur le bord d'attaque. Les deux principales méthodes de mise en oeuvre sont : 10 - L'ouverture variable de fenêtres sur les brins bâbord et tribord pour capter leur pression ou dépression. - La pressurisation par une pompe. Afin d'étendre encore le domaine d'utilisation de la voile, il peut être rajouté un système pour élargir le bord d'attaque (réglage n°5). Associé à un épaississement du 15 profil, la tolérance du rendement aérodynamique de la portance de la voile par rapport à la variation de l'incidence au vent est nettement augmentée, enfin, la portance est aussi nettement augmentée. Le système permettant de modifier la largeur du bord d'attaque permet aussi d'améliorer son profil en donnant la possibilité de rendre le bord d'attaque 20 dissymétrique. Le principe de fonctionnement de ce bord d'attaque de forme variable est une latte (15) mise en forme par des vérins (16) reliés à la vergue par un pivot (17) et un reliés à la latte par un pivot (18). La latte est reliée en son milieu par un pivot (19) à l'extrémité de l'élément du bord d'attaque. 25 Le principe de la méthode de maintien de la forme du profil de la voile entre les vergues est basé sur une tension particulière de la voile. Les efforts de tension créés essentiellement par le vent passent uniquement par la voile. Les efforts de compression correspondants passent verticalement par le mat et horizontalement par les vergues. Les câbles qui peuvent être intégrés au système ne serviraient qu'à faciliter le hissage de la 30 voile, maintenir les vergues ou actionner les réglages des vergues. Afin de reproduire la méthode de mise en forme du profil de la voile par les vergues entre celle-cis, La tension dans le sens de la longueur de la voile passe essentiellement sur le bord d'attaque (4) et le bord de fuite (6). Les surfaces de la voile 2975965 -4- entre le bord de d'attaque et le bord de fuite se retrouvent alors essentiellement tendues dans le sens de la largeur. Cette méthode impose au tissage de la voile les caractéristiques suivantes: - Un renfort de fibres très rigides (22) dans le sens le la hauteur sur le bord de 5 fuite (6) et sur le bord d'attaque (4). - Un renfort de fibres plus souples dans le sens le la largeur (21) sur le reste de la surface qui se est tendue entre le bord d'attaque et le bord de fuite. En donnant au bord de fuite une forme de courbe entre les vergues (23), la voile se retrouve alors tendue uniformément de la même manière qu'un pont suspendu voit 10 tous ses câbles tendu uniformément. On ne donnera pas cette courbure entre les vergues au bord d'attaque pour deux raisons : - Il faudrait alors fabriquer la voile sur un moule très complexe pour que le profil garde la même forme entre les vergues. Un bord d'attaque aussi rectiligne que possible 15 permet de fabriquer la voile à plat. - Le passage d'une plus grande partie de la tension dans le bord d'attaque permet de laisser plus de mou dans la tension verticale du bord de fuite et ainsi de garder plus liberté dans le réglage de la vrille de la voile. En effet, l'incidence au vent des vergues est alors bien plus influencée par la tension des bras que par la tension de l'écoute. 20 Par ailleurs, le tissage ne doit pas comporter de renfort de fibre en diagonale et doit au contraire garder une grande souplesse diagonale pour que la vrille de la voile ne génère pas de plis. De même, la voile ne doit pas comporter de renfort de fibre dans le sens de la hauteur entre les renforts du bord d'attaque et du bord de fuite. La voile doit garder une 25 certaine souplesse à cette endroit dans le cas où la voile aurait une courbure verticale, conséquence de la volonté de baisser l'effort de compression sur le mat. En effet, dans ce cas, à cause de l'épaisseur du profil, l'extrados serait sensiblement plus long que l'intrados dans le sens de la hauteur. Enfin, la voile peut accueillir des lattes pour parfaire la forme de son profil (25). 30 Les vergues de cette voile épaisse peuvent être mises en oeuvre dans différentes versions pour adhérer à une jauge, un règlement, une norme ou encore un cahier des charges. Les différences dans la mise en oeuvre de la vergue se trouve essentiellement dans la façon de changer les réglages de la vergue cités dans le précédent paragraphe. 2975965 -5- Chacun des réglages de la vergue peut donc être: - Tout simplement fixe et non réglable. - Réglable manuellement, c'est à dire fixe pendant l'utilisation de la voile - Réglable directement par un renvoi, pour pouvoir modifier ce réglage pendant 5 l'utilisation de la voile (cordage, servomoteur, actionneur hydraulique ou pneumatiques, etc...) - Associé à un ressort (26), ou/et un tendeur, ou/et un amortisseur, pouvant être réglé manuellement et donc fixe pendant l'utilisation. - Associé à un autre réglage de façon mécanique ou hydraulique, c'est à dire 10 utiliser le mouvement et la force généré par un réglage (qui peut être la conséquence de l'action sur un réglage, du vent ou de toute autre action de l'environnement) pour actionner un autre réglage. Notons que ce mouvement et cette force peut être transformé par des leviers, des ressorts, des cordages et toute sortes de mécanismes ou de systèmes hydrauliques. 15 Selon une variante non illustrée, les vergues peuvent aussi être équipées d'un système pour pouvoir les plier et ainsi réduire leur longueur afin de les ranger plus facilement. La voile épaisse peut être mise en oeuvre dans différents types de gréements. Ce type de voile a vocation à être utilisée toute seule dans un gréement pour 20 plusieurs raisons. La première est dictée par l'aérodynamique. Un seul élément est la meilleur façon d'obtenir un bon rendement aérodynamique, comparée l'association d'une grand voile ou d'une aile avec une voile d'avant. La deuxième réside dans l'utilisation d'une voile souple qui permet de réduire la 25 surface en l'arisant de la même manière qu'une grand voile ou de changer facilement de voile pour une géométrie différente, comparée aux ailes rigides qui, par leur surface fixe ne peuvent pas être utilisées toutes seules en toute situation. Le gréement peut être doté d'un mat interne (1) ou externe à la voile. Elle peut être mise en oeuvre sur un gréement à mat simple. Ainsi, la voile 30 épaisse est adaptable sur une majorité de gréements existant sans y apporter de modifications importantes. La solution d'un mat externe peut être déclinée en un mat bipode pour faciliter les virements de bords. La voile étant entre les deux mats qui se rejoigne en tête de mat, elle est très facilement positionnée d'un bord à l'autre. 2975965 -- 6 - L'incidence au vent des vergues est obtenue en retenant le bord de fuite de chacune d'entre elles par un bras (27). Tous ces bras sont horizontaux et reliés à une bastaque qui prend sont point d'encrage le plus loin au vent et le plus en arrière possible pour abaisser au maximum la force nécessaire au maintient de l'incidence des vergues et ainsi la force 5 de compression du mat. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à tout domaine technique demandant des propriétés de portance aérodynamique variables. Citons le domaine marin, domaine aéronautique et le domaine de la production électrique éolienne. REVENDICATIONS1) Dispositif qui possède des propriétés de portance aérodynamique variable caractérisé en ce qu'il comporte une voile tendue dans le sens de la longueur entre deux, trois ou quatre points (28). Cette voile enveloppe des vergues. La voile est tendue dans le sens de la largeur par les vergues. Une des extrémités (3) de chaque vergue met en forme la voile pour constituer le bord d'attaque (4) et l'autre extrémité (5) met en forme la voile pour constituer le bord de fuite (6). Les vergues sont fixées à la voile par leur bord de fuite (6). La voile glisse (4) sur le bord d'attaque des vergues (3), pour faire varier et inverser la courbure du profil. Pour limiter ce glissement, deux câbles (12) maintiennent toutes tes vergues dans le sens de la longueur par rapport à la voile et évitent que les vergues basculent. La voile est tissée de façon à avoir sa surface correspondant au bord d'attaque (22) très rigide dans le sens de la longueur, à avoir son bord de fuite (29) très rigide dans le sens de ta longueur, à avoir ses surfaces (30) entre le bord d'attaque et te bord de fuite souple dans le sens de la longueur et de la largeur et très souple dans le sens de la diagonale. Le bord de fuite décrit un arc de cercle (23) entre les vergues. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les vergues sont schématiquement constituées deux deux pièces reliées par un pivot (7), l'extrémité d'une pièce (3) constituant le bord d'attaque (4), l'extrémité de l'autre (5) constituant le bord de fuite (6). L'angle du pivot constitue un réglage. L'une des pièce est réglable en longueur (13). 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les vergues sont schematiquement constituées de trois pieces, une première pièce (3) constituant le bord d'attaque (4) reliée par un pivot à une pièce centrale, elle même relié par un pivot à une troisième pièce (5) constituant te bord de fuite 2975965 _8_ (6). L'angle des pivots constituent des réglages. L'une des pièce est réglable en longueur (13). 4) Dispositif selon la revendications 2 ou la revendications 3 caractérisé en ce la voile est tendue dans le sens de la longueur entre la tête 5 d'un mat et le pont d'un navire. L'incidence des vergues par rapport au vent est réglée en retenant le bord de fuite de chaque vergue par un bras (27). Tous les bras sont horizontaux et reliés à une bastaque. 5) Dispositif selon la revendications 2 ou la revendications 3 caractérisé en ce la voile est tendue dans le sens de la longueur entre la tête 10 d'un mat bipode et le pont d'un navire. la voile est placée entre les deux pieds de mat. L'incidence des vergues par rapport au vent est réglée en retenant le bord de fuite de chaque vergue par un bras (27). Tous les bras sont horizontaux et reliés à une bastaque. 6) Dispositif selon la revendications 3 caractérisé en ce la voile est 15 tendue dans le sens de la longueur entre la tête d'un mat interne et le pont d'un navire. L'incidence des vergues par rapport au vent est réglée en retenant le bord de fuite de chaque vergue par un bras (27) ou par le réglage de l'angle entre la pièce centrale (8) et le mat dans le plan du profil. Tous les bras sont horizontaux et reliés à une bastaque. La pièce centrale de la vergue est traversé 20 par le mat. Le creux par lequel le mat passe est ouvrable pour pouvoir désengager la vergue du mat afin de changer de voile. De même la voile peut s'ouvrir par le bord de fuite (6). 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le glissement de la voile (4) sur le bord d'attaque (3) de la 25 vergue est retenue par deux cordes. Chaque corde retient un sens de glissement. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la tension du bras (27) est utilisée, par l'intermédiaire de mécanismes de levier, pour commander trois réglages de la vergue. Le réglage 2975965 -9-- de l'angle (7) entre le bord d'attaque et le bord de fuite, la longueur de la vergue (13) et la retenue du glissement de la voile sur le bord d'attaque de la vergue. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 5 caractérisé en ce que le bord d'attaque de la vergue est constitué par une latte (15) dont la courbure est réglable. Cette courbure est formée par des vérins (16) qui font la liaison entre la latte et la pièce (3) de la vergue. Les liaisons de des vérins avec la pièce de la vergue (3) et des vérins avec la latte (15) sont des liaisons pivots. La latte est aussi directement reliée en son milieu à la 10 l'extrémité de la vergue (19). 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'intérieur de la voile est pressurisé.