Brevet FR2980165A1 — publié le 20130322

PARAVANE DE SURFACE TRACTÉ SUR L'EAU DOMAINE TECHNIQUE : La présente invention s'applique aux paravanes de surface, c'est à dire les paravanes tractés à proximité de la surface de l'eau pour créer une force hydrodynamique de composante horizontale et transversale au déplacement sur l'eau. Ces paravanes peuvent être utilisés pour de multiples applications. On en trouve pour écarter les streamers des navires d'exploration sous-marine par sismique. Des applications sont également possibles dans la propulsion à voile, comme moyen d'appui hydrodynamique d'appoint ou principal, en particulier 10 pour des voiliers employant un cerf-volant comme voilure principale, l'équipage pouvant être suspendu en position intermédiaire entre le cerf-volant et le paravane. ÉTAT DE LA TECHNIQUE : Il existe de nombreuses applications de paravane de surface. 15 De nombreux brevets illustrent des paravanes (US 4798157, AU 4795897 et FR 2519311) dont l'asservissement en immersion se fait avec l'aide d'un flotteur en appui sur la surface de l'eau. Ce type de paravane est limité à des applications à relativement basses vitesses étant donné la petite taille des flotteurs en regard des efforts hydrodynamiques potentiels à haute vitesse. De plus, non seulement un flotteur génère beaucoup de traînée mais son 20 comportement et la régulation d'immersion qu'il est sensé assurer au paravane devient erratique dans les vagues à haute vitesse. Des paravanes entièrement immergés et asservis en immersion par une prise de pression statique ont été réalisés. Le brevet DE 2313644 en illustre un exemple. Ce type d'asservissement présente l'avantage de bien fonctionner à haute vitesse et de ne pas être 25 affecté par le clapot. Pour une utilisation en environnement marin côtier, l'inconvénient de ce type de paravane est la faible fiabilité de la mécanique nécessaire à assurer l'asservissement en immersion. De plus, le changement d'amure d'un paravane de ce type nécessite une mécanique très complexe. Le brevet FR 2588821 décrit un autre mode d'asservissement en immersion 30 d'un paravane entièrement immergé par mesure de la longueur de câble immergé. En outre de présenter les mêmes inconvénients que le système précédent, cet asservissement ne peut être efficace dans les vagues. Il existe par ailleurs des paravanes de surface dont la surface porteuse traverse la surface de l'eau. La courbure en dièdre négatif de la surface porteuse ainsi qu'une position -2- de point de bridage appropriée par rapport au centre de cette courbure permettent d'assurer l'asservissement en immersion par variation de l'intégrale de la partie immergée. Dans ce registre, les brevets FR 2707588 et FR 2443378 décrivent un paravane dont la stabilisation en tangage est obtenue par un empennage sous-martin articulé 5 afin d'être capable d'effectuer un changement d'amure amphidromique mais présentant l'inconvénient d'une faible fiabilité mécanique pour une utilisation en environnement marin côtier. Les brevets FR 2811958 et FR 2728533 illustrent des paravanes dont la stabilisation en tangage est obtenue par des appuis planants ou des coques sur la surface de 10 l'eau. Ce type de paravane a l'inconvénient d'avoir une mauvaise stabilisation en cas de haute vitesse dans les vagues, du fait d'une stabilisation par appui direct sur la surface de l'eau agitée. De plus, le bras de stabilisation en tangage procure un fort encombrement à l'engin. Enfin, le profil utilisé pour la surface porteuse est limité à un profil à symétrie amphidromique sans différenciation de bord d'attaque et de bord de fuite, ce qui en limite les caractéristiques 15 et performances. EXPOSÉ DE L'INVENTION : La présente invention est un paravane de surface capable de changer d'amure de façon amphidromique. Il est doté d'au moins deux surfaces porteuses principales qui 20 traversent la surface de l'eau lors de son déplacement dans sa position d'équilibre. L'asservissement en immersion est basé sur le principe de la surface porteuse à courbure en dièdre négatif tel qu'illustré dans le brevet FR 2285294. Le paravane selon l'invention est constitué de deux surfaces porteuses à courbure en dièdre négatif, disposées en tandem de part et d'autre d'un plan de symétrie amphidromique avec au moins un bras de liaison qui les 25 maintient longitudinalement espacées de façon rigide. La stabilisation du tangage est assurée par le différentiel d'asservissement en immersion des deux surfaces porteuses, de part et d'autre du centre de gravité du paravane. Bien que le changement d'amure soit amphidromique, les surfaces porteuses peuvent avoir un profil présentant une dissymétrie amphidromique, de façon à privilégier le 30 fonctionnement de l'une d'entre elles sur une amure donnée. Dans ce cas, la surface porteuse ayant la plus grande incidence sur une amure donnée est celle dont le sens du profil sera privilégié pour de meilleures performances aux grands angles d'incidence sur cette amure. La structure entre le ou les points de bridage et les surfaces porteuses peut être réalisée par l'intermédiaire de lignes souples dont au moins une sera immergée dans la 35 position d'équilibre. Elle peut également être réalisée par un ou des bras en porte-à-faux -3- émergés. Le pilotage de l'incidence générale, c'est à dire du lacet d'un paravane selon l'invention se fait de préférence par l'intermédiaire de deux lignes qui le relient à l'objet tracteur. Le changement d'amure se réalise ainsi en tirant davantage la ligne arrière , ce qui a pour effet une augmentation de l'incidence générale allant jusqu'au décrochage et au 5 raccrochage sur l'autre amure. Au repos, un paravane selon l'invention aura de préférence un équilibre hydrostatique avec une immersion maximale des plans porteurs en position sensiblement verticale. 10 Un paravane selon l'invention a l'avantage d'avoir un encombrement réduit propice à une utilisation de loisir ou sportive côtière, par exemple en complément d'un cerf-volant de traction. De plus, pour ce type d'application dont l'environnement est très agressif, un paravane selon l'invention a l'avantage d'une fiabilité mécanique maximale par l'absence de pièce mobile. En encastrant les deux surfaces porteuses par l'intermédiaire de deux bras de liaison 15 les reliant par leurs extrémités, on peut obtenir une forme de paravane non contondante qui se prend difficilement dans des lignes, qui peut être traînée sur un fond sous-marin ou sur la plage sans conséquence. Un paravane selon l'invention et dont la liaison aux points de bridage se fait par 20 l'intermédiaire de suspentes a l'avantage d'être structurellement peu contraint et peut permettre une fabrication des surfaces porteuses par moulage à prix réduit. Un paravane selon l'invention a l'avantage d'avoir une bonne stabilité de tangage, y compris dans les vagues et à haute vitesse, même avec un encombrement 25 longitudinal relativement restreint. Un paravane selon l'invention à l'avantage de pouvoir fonctionner dans une large plage d'incidence grâce à la possible utilisation de profil à dissymétrie amphidromique pouvant supporter de hautes incidences avant décrochage. 30 DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS : Figure 1 : vue en perspective d'un paravane selon l'invention Figure 2a, 2b et 2c : vues de face d'un paravane selon l'invention représenté à différents niveaux d'immersion. -4- Figure 3 : vue de face d'un paravane selon l'invention muni de bras rigides encastrés aux surfaces porteuses et connectés aux points de bridage. Figure 4 : vue de face d'un paravane selon l'invention utilisant des surfaces porteuses de faible raideur. Figure 5 : vue de profil dans le sens d'écoulement du vent d'un paravane selon l'invention montrant le cas d'une perturbation d'équilibre à piquer. Figure 6 : vue perspective d'un paravane selon l'invention utilisé en complément d'un cerf-volant de traction. Figure 7a, 7b : vues de face d'un paravane selon l'invention utilisé en complément d'un cerf- volant de traction et montrant le détail de chacun des composants de l'ensemble, le cerf-volant, l'équipage et le paravane. Figure 8 : vue en plan d'un paravane selon l'invention et montrant le principe de pilotage en incidence. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Afin de faciliter la description de l'invention qui suit, on utilisera les termes désignant les rotations telles que « lacet », « roulis » et « tangage » dans le repère habituel du bateau pour le paravane. - Le « tangage » est une rotation d'axe horizontal perpendiculaire à l'avancement. - Le terme de « surface porteuse » désigne un corps profilé et allongé destiné à créer une force hydrodynamique s'opposant à la dérive du paravane. - Le vent sera représenté par un vecteur noté (45). - L' « avant » caractérise une position amont dans l'écoulement de l'eau ; l' « arrière » caractérise une position aval dans l'écoulement de l'eau le long du paravane. - L'adjectif « longitudinal » se rapporte à l'axe de l'avancement (50) ; ce dernier présentant au maximum un angle de 20 degrés avec une corde d'une surface porteuse, correspondant à l'avancement du paravane en mode non-décroché. - L' « intrados » d'une surface porteuse désigne la partie qui fait face aux lignes de traction, l' « extrados » étant l'autre face de la surface porteuse. Les « lignes de traction » sont les moyens de transmettre les efforts de traction entre l'équipage et le paravane. -5- - La surface porteuse a une courbure « à dièdre négatif » quand l'intrados est concave que ce soit sous une forme de courbure régulière ou anguleuse. Cette courbure se mesure dans un plan perpendiculaire à l'avancement. - L'adjectif « amphidromique » désigne la capacité du paravane à changer d'amure en inversant l'avant et l'arrière, tout en gardant le même coté d'intrados. - Les adjectifs « supérieur » et « inférieur » sont utilisés pour différencier le haut du bas dans la position d'équilibre en avancement avec des lignes de tractions sensiblement horizontales. - Une amure désigne une des deux directions de navigation possibles du paravane. - Une allure désigne un angle particulier de l'avancement du paravane par rapport à l'axe du vent. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention (figure 1), le paravane est constitué de deux surfaces porteuses (1) et (2) maintenues longitudinalement espacées de façon rigide au moyen de deux bras (3) et (4). Les surfaces porteuses présentent une courbure à dièdre négatif de sorte que l'intrados présente une concavité. Le paravane est relié aux quatre lignes de bridage interne (5), (6), (7) et (8) se rejoignant en deux points de bridage (10) et (11) sur lesquels sont reliées les deux lignes principales de traction (12) et (13). Sur la figure 1, le paravane est représenté bâbord amure. La surface porteuse avant (1) peut être calée avec davantage d'incidence que la surface porteuse arrière (2). De cette façon, la surface arrière (2), moins chargée que celle de la surface avant (1), peut jouer un rôle de stabilisateur de l'ensemble. Par ailleurs, le profil utilisé pour les surfaces porteuses peut présenter une asymétrie entre l'avant et l'arrière de sorte que l'une des surfaces porteuses présente des caractéristiques hydrodynamiques privilégiées par rapport à l'autre, selon l'amure. Les lignes partiellement immergées (7) et (8) peuvent être équipées de dispositifs en limitant la traînée et les vibrations, tels que des carénages profilés ou cheveux anti-vibratoires. La forme externe du paravane présente de préférence le moins possible de parties contondantes ou en saillie, telles que les embouts (15) et (16) des bras (3) et (4) qui ne dépassent pas de la ligne externe (20) des surfaces porteuses, de façon à minimiser les risques de blessure ainsi que les chances que des objets ou lignes flottant à la surface de l'eau viennent à se coincer sur le paravane. L'ensemble du paravane présente une flottabilité légèrement positive. Le bras 35 de fixation supérieur (3) présente une flottabilité supérieure au bras de fixation inférieur (4), de -6- sorte qu'au repos, seul le bras (3) se retrouve émergé. Les surfaces porteuses (1) et (2) sont alors prêtes à fonctionner dès qu'une traction est exercée sur les lignes. A partir de la position de repos, si l'on tire davantage sur la ligne (13), le paravane pourra fonctionner sur le bord opposé (tribord amure) de sorte que l'avant deviendra l'arrière, l'intrados et l'extrados des surfaces porteuses restant inchangés. Il est ainsi possible de réaliser un changement de bord amphidromique du paravane en passant par un mode décroché ou de repos. L'asservissement en immersion du paravane peut être assuré à la fois par la 10 surface porteuse avant (1) et la surface porteuse arrière (2). Le fonctionnement de l'asservissement peut être expliqué de façon séparée pour chacune des deux surfaces porteuses. Sur les figures (2a), (2b) et (2c) c'est le cas de la surface porteuse avant (1) qui est examiné. Le fonctionnement de l'asservissement en immersion requiert de placer le point 15 de bridage (10) correctement en regard du centre de courbure (22) de la surface porteuse (1) ; pour qu'il y ait un équilibre possible en position partiellement immergée, il faut que le point de bridage (10) soit plus éloigné de la surface porteuse (1) que de son centre de courbure (22). Il faut également que le point de bridage (10) soit situé au dessus de la médiatrice du segment reliant les deux extrémités (15) et (16) de la surface porteuse (1). 20 De cette façon, lorsque que le paravane se trouve plus émergé que dans sa position d'équilibre (figure 2a), la résultante hydrodynamique (21) de la surface porteuse (1) ne s'aligne pas avec la traction de la ligne (12) et induit un mouvement vers une plus grande immersion, jusqu'à l'immersion d'équilibre (figure 2b) où la résultante hydrodynamique peut s'aligner avec la traction de la ligne (12). Inversement, la figure (2c) montre le cas d'une 25 immersion trop importante qui induit un mouvement d'émersion jusqu'à équilibre. Selon un autre mode de réalisation de l'invention représenté en figure 3, les lignes (6) et (7) peuvent être remplacées par un bras rigide encastré sur la surface porteuse et portant en son extrémité le point de bridage (10) . Ce mode de réalisation présente l'avantage 30 de supprimer la traînée hydrodynamique potentiellement importante de la ligne (7) partiellement immergée. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la surface porteuse (1) présente une raideur très faible mais se maintient en forme grâce aux charges 35 hydrodynamiques le long de son envergure. La figure 4 représente la déformée de la surface porteuse (1) dans sa position d'immersion d'équilibre. A condition que la ligne (6) soit plus -7- courte que la ligne (7), et bien que la déformée de la surface porteuse (1) diffère selon son degré d'immersion, l'asservissement en immersion fonctionne toujours par le désaxement de la composante hydrodynamique par rapport à la traction de la ligne (12). La faible nécessité de raideur de la surface porteuse (1) présente l'avantage que cette dernière peut être fabriquée avec des matériaux et selon des procédés peu coûteux. La stabilité statique en tangage du paravane entièrement immergé est neutre, le centre de gravité se trouvant sensiblement confondu avec le foyer hydrodynamique, dans le plan de symétrie de l'appareil. Cependant, la stabilisation en tangage du paravane peut être assurée par les asservissements en immersion des surfaces porteuses (1) et (2), grâce à l'écartement longitudinal maintenu entre les surfaces porteuses par les bras (3) et (4). La figure 5 montre le cas d'une perturbation d'équilibre à piquer d'un paravane ayant un sens d'avancement (50) dont les deux surfaces porteuses (1) et (2) sont calées à des incidences similaires. Dans ce cas, la surface porteuse avant (1) s'immerge au delà de sa position d'équilibre (30) et sa résultante hydrodynamique (32) se désaxe vers le haut. À l'inverse la surface porteuse arrière (2) s'émerge au delà de sa position d'équilibre (31) et sa résultante hydrodynamique (33) se désaxe vers le bas. Il en résulte un couple stabilisateur de tangage. Les figures 6, 7, 8a et 8b représentent le paravane dans son contexte en association avec un cerf-volant de traction, un pilote (35) étant suspendu entre le cerf-volant de traction (36) et le paravane (37). Le pilote peut piloter l'allure au moyens des lignes de traction (12) et (13). Il change d'amure de façon amphidromique au moyen de ces mêmes lignes. La figure 8b représente le pilote et le paravane, en vue de haut, dans le cas d'un paravane dont la surface porteuse (1) est calée avec davantage d'incidence que la surface porteuse (2), de sorte que la résultante hydrodynamique des efforts anti-dérive s'applique en avant de l'axe de symétrie (40). La portée de l'invention ne se limite pas au cas particulier qui vient d'être décrit. Par exemple, un paravane selon l'invention peut de façon évidente être associé à d'autres 30 véhicules propulsés à la force du vent, qu'ils soient en appui sur l'eau ou non. Les configurations d'un paravane selon l'invention peuvent différer des modes de réalisation décrits ci-dessus dans la mesure où ils appartiennent encore aux revendications ci-dessous. 8 REVENDICATIONS1) Un paravane de surface constitué d'au moins deux surfaces porteuses (1,2) et tracté par au moins une ligne (12), ledit paravane étant capable d'effectuer un changement d'amure amphidromique, lesdites surfaces porteuses participant à l'effort anti-dérive dans au moins une des amures, au moins deux des dites surfaces porteuses présentant une courbure à dièdre négatif, caractérisé en ce que lesdites surfaces porteuses sont maintenues longitudinalement espacées de façon rigide. 2) Un paravane selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une desdites surfaces porteuses (1) est symétrique à au moins une autre (2) desdites surfaces porteuses selon un plan vertical. 3) Un paravane selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison avec ladite ligne se fait par l'intermédiaire de plusieurs lignes souples dont au moins une (7,8) est immergée pendant l'avancement. 4) Un paravane selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison avec ladite ligne (12) se fait par l'intermédiaire d'un bras rigide (25) émergé pendant l'avancement. 5) Un paravane selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces porteuses (1,2) présentent une raideur propre négligeable en regard des efforts hydrodynamiques. 6) Un paravane selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pilotage de l'amure et le changement d'amure se font par l'intermédiaire d'au moins deux lignes de traction (12,13). 7) Un paravane selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calage relatif 30 des deux surfaces porteuses permet une incidence plus élevée sur la surface porteuse avant (1). 25 8) Un paravane selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces porteuses (1,2) sont reliées en leurs extrémités supérieures respectives par un bras longitudinal supérieur (3) et que lesdites surfaces porteuses sont reliées en leurs extrémités inférieures respectives par un bras longitudinal inférieur (4). 9) Un paravane selon la revendication 1, lesdites surfaces porteuses (1,2) ayant des profils à dissymétrie amphidromique constitués d'un bord d'attaque et d'un bord de fuite préférentiel, caractérisé en ce que le sens des profils soit tel que les bords de fuite privilégiés se font face. 10) Un paravane selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un bras horizontal supérieur (3) fait office de flotteur en position de repos.