Brevet FR3026379A1 — publié le 20160401

Indication du domaine technique de l'invention: La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux profils des ailes équipant les véhicules nautiques ou aériens en permettant la variation progressive automatique et conjointe de la cambrure et de l'incidence des profils , en fonction de la direction et de la vitesse relative du fluide. Indication de l'état de la technique antérieure faisant ressortir le problème technique posé: Pour limiter ou provoquer le déplacement latéral d'un véhicule , une force utile nommée portance hydrodynamique ou aérodynamique Fig.1(P), est traditionnellement produite par une aile(2) ou hydrofoil. La force utile de portance(P), produite par cette aile, est accompagnée d'une force nuisible, nommée trainée(T), qui s'oppose à l'avancement du véhicule. Le profil de l'aile(4), traversé par une ligne nommée corde(C), reliant le bord d'attaque(Ba) au bord de fuite(Bf), est dit cambré suivant une ligne Fig.2(L) avec une flèche(F), lorsqu'il présente une asymétrie autour de sa corde(C). L'incidence(A) d'un profil étant l'angle formé entre sa corde(C) et la direction du fluide(D), il est connu que la force de portance(P) et la force de trainée(T) augmentent avec l'incidence(A). Il est aussi connu, qu'à épaisseur de profil et incidences identiques, un profil cambré génère davantage de portance et de traînée, qu'un profil non cambré, de flèche (F) nulle, symétrique autour de sa corde(C). Ce gain d'efficacité apporté par le cambre est expliqué par les différences de vitesses et distance parcourue par le fluide entre l'intrados et l'extrados du profil, qui génère, suivant l'équation connue de Bernoulli, une différence de pression entre l'intrados et l'extrados du profil. Il est aussi connu d'après la loi physique de variation de quantité de mouvement, que la variation de direction du fluide, générée par le profil, génère une force de réaction favorable lorsque le bord de fuite est aligné avec la direction de la force que l'on désire produire. (références aerodynamique "The element of airfoil and airscrew theory" H.Glauert , " aérodynamique subsonique" de Ion Paraschivoiu édition école polytechnique de montreal 1998...) Il en résulte que pour obtenir une force de tramée minimum, il -2- est préférable d'avoir un profil symétrique de flèche(F) nulle, avec une incidence(A) nulle, et que pour obtenir de la portance(P), il faut appliquer au profil(4) un angle d'incidence(A), ou une flèche(F), ou les deux à la fois. Lorsque un bateau ne subit pas de forces transversales et va dans la bonne direction, la dérive ne doit pas générer de portance(P) et produire une force de trainée(T) résistante minimum. Dans ces conditions ou le besoin de force de portance(P) est nul, le profil sera optimum avec une incidence(A) nulle et une flèche(F) nulle. Mais lorsque qu'une force latérale appliquée sur le véhicule fait glisser le bateau latéralement suivant une direction Fig.3(DG), l'angle d'incidence(A) et la flèche(F) du profil doivent être adaptées pour générer une force de portance(P) destinée à limiter au mieux le glissement(DG). Il résulte de ces variations de besoins de portance, que pour obtenir des performances optimum dans les diverses conditions de déplacement latéral(DG), une variation de la flèche(F) produisant la cambrure doit être faite conjointement à l'incidence(A), pour passer d'une flèche(F) nulle, donnant une cambrure nulle lorsque l' incidence est nulle, vers une cambrure maximum lorsque l'incidence maximum. Les profils des dérives ou gouvernails traditionnellement utilisés ont l'inconvénient de ne pas faire varier leur cambrure conjointement à leur incidence, il en résulte des performances qui ne sont pas optimums. Un autre paramètre limitant les performances des profils traditionnellement utilisés, est que l'angle d'incidence optimum et l'orientation du bord d'attaque est difficile à estimer par le constructeur qui doit placer définitivement les dérives équipant un engin nautique évoluant dans des conditions de vitesses et directions de fluide variants continuellement. Il en résulte des pertes de performances dues à des angles d'incidences insuffisants, ou trop importants, et des bords d'attaques et bord de fuite mal orientés quand la direction et la vitesse du véhicule varie, et ceci constitue un inconvénient des dispositifs anti-derive -3- traditionnellement utilisés. Il est connu des dispositifs de réglages de formes et incidences de voiles, mais ces dispositifs impliquent une intervention humaine pour leur réglage. Il est connu des ailes souples à cambres réglables ou inversables mais ces dispositifs ne permettent pas une variation progressive et simultanée du cambre et de l'incidence en fonction de la force latérale(FG). il est connu suivant les documents (FR2654063) ou (FR2643328) ou (FR2467775) qui divulguent des ailerons à volets orientables modifiant la flèche du profil, ou des dispositifs à variation de forme de profils divulgué par le document (W02014118749 An mais ces dispositifs ne modifient pas leur flèche conjointement à leur incidence, et la direction du bord d'attaque ne s'ajuste pas automatiquement suivant l'effort latéral(FG) Il en résulte des interventions et réglages manuels difficilement envisageables pour des conditions de variation de directions fréquentes. Il est aussi connu des dispositifs intégrant des ailes à variations d'incidence en fonction de l'effort transversal, mais dépourvues de variation de cambre, comme par exemple le dispositifs divulgués par le document (FR2903377A1) relatif à des palmes, mais sans un cambre adapté à l'incidence, le bord de fuite(Bf) du profil(4) ne permet pas une redirection optimum du fluide sortie de profil, et ceci limite les performances Exposé de l'invention: Le dispositif selon l'invention remédie aux inconvénients décrits en réalisant automatiquement sans intervention humaine, une variation progressive de la flèche fig.3(F) cambrant le profil(4), en fonction de l'incidence(A), modifiée par la force transversale(FG), résultant du glissement latéral(DG), s'exerçant sur le dispositif. Cette variation automatique et conjointe du cambre et de l'incidence du profil permet de produire une force de portance(P), avec une composante de poussée utile(Cp) dans la direction de déplacement du véhicule, et une composante utile (Cd), 3 0 2 6 3 7 9 -4- opposée au glissement latéral(DG). Le dispositif suivant l'invention se caractérise par une aile profilée(2), liée à une embase(10) par un axe pivot(11) permettant l'orientation du bord d'attaque(Ba)du profil(4) par rapport à 5 l'embase(10). Le profil(4) peut modifier sa flèche(F) et la position de son bord de fuite(Bf) grâce à au moins une articulations(9) orientée par une liaison(3) reliant la partie arrière du profil(4) par un levier(8) avec l'embase(10) en un point de liaison (7). Les liaisons mécaniques (11),(9),(3) et (7) 10 de type pivots, liant les éléments (4),(10),(8) du dispositif forment une boucle cinématique fermée, imposant le positionnement et la déformation progressive et simultanée de chaque élément du dispositif. Le nombre d'éléments de cette boucle cinématique peut varier selon des modes particuliers de réalisation. 15 La position relative de chaque élément étant déterminée par les dimensions et la flexibilité des composants, il est ainsi possible de déterminer au moment de la conception, la déformation et le positionnement de l'ensemble des éléments, suivant la variation de la force latérale(FG) appliquée au dispositif. La 20 variation de la flèche(F) du profil(4) et la position du bord de fuite(Bf) est ainsi produite par la variation de l'angle à l'articulation(9) qui peut être divisée, suivant des modes particuliers de réalisation, en plusieurs articulations, ou simplement constituée par une partie flexible. 25 La variation du cambre et de l'orientation du bord d'attaque(Ba), est ainsi générée par la rotation de l'aile autour du pivot(11), qui modifie l'angle d'incidence(A) du profil par rapport à son embase(10). La rotation autour du pivot(11), déterminant l'incidence(A), est produite par les forces 30 latérales(FG), générées par la direction(D) et la vitesse du fluide en contact avec les surfaces du profil: -lorsque la direction du fluide comporte une composante transversale non nulle(FG), le profil se cambre conjointement à son incidence et génère une force de portance utile. 35 -Lorsque la direction du fluide est parallèle à l'embase , sa composante transversale est nulle, le profil se place alors en drapeau dans une position d'incidence nulle, de cambre nul, de 3 02 6 3 79 -5- portance nulle et de tramée minimum. - Selon un mode particulier de réalisation, le profil Fig.4(4) de l'aile est constitué d'une matière flexible élastique dont la souplesse permet la modification de la flèche(F) en réalisant la fonction de pivot(9), l'élasticité de la matière de l'aile et sa résistance à la flexion permettant un contrôle de la course angulaire du pivot (11) et de l'articulation (9) en fonction de la force(Fg) Selon un mode particulier de réalisation, l'articulation Fig.5(9) est composées de plusieurs charnières(9) repartissant la cambrure sur plusieurs pivots. Selon un mode préférentiel de réalisation, l'articulation Fig.6(9) est réalisée par des rainures perpendiculaires à la direction du fluide, pratiquées dans l'aile pour former des zones charnières qui peuvent être remplies par une matière élastique(15) pour procurer une résistance à la flexion variant suivant l'élasticité de la matière choisie. Selon un mode particulier de réalisation Les zones charnières peuvent être renforcées par une ou plusieurs lames dont la résistance et l'élasticité de la matière assure une durée de vie et un nombre de mouvements importants. Selon un mode particulier de réalisation, la pièce de liaison Fig.7(8) est fusionnée à la partie arrière du profil(4) et s'articule en (3) par déformation de sa matière élastique. Selon un mode particulier de réalisation, la pièce de liaison Fig.8(8) est fusionnée à l'embase(10) et s'articule en (7) par déformation de sa matière élastique. - Selon un mode préférentiel de réalisation, la pièce de liaison (8) est réalisée en matière rigide dont la résistance et 30 l'élasticité assure une durée de vie et un nombre de mouvements importants. - Selon un mode préférentiel de réalisation, une résistance à la déformation d' au moins une articulation du dispositif, réalisée par un ressort ou la flexibilité de la matière 35 constituant l'articulation, permet de déterminer et contrôler la réaction du dispositif à la force (FG) 5 - 10 - 15 - 20 - 25 - - Selon un mode particulier de réalisation, la résistance à la déformation d'au moins une articulation du dispositif, réalisée par une pièce ressort démontable, permet de modifier la réaction du dispositif a la force (FG) Selon un mode particulier de réalisation, l'embase Fig.9(10) est fixé soudée ou collée à la coque(1) Selon un mode particulier de réalisation, l'embase Fig.13(10) est maintenue solidaire à la coque(1) mais démontable grâce à une rainure ou des encoches(22) pratiquées dans la coque. Selon un mode particulier de réalisation, l'embase Fig.10(10) est fixée sur un levier mobile(15) pivotant par rapport à la coque(1) suivant un axe(14) dont les mouvements(FB) alternatifs génèrent la force latérale provoquant l'incidence et la cambrure du dispositif. Les mouvements alternatifs (FB) sur la barre (16) générés par un moteur ou une personne génèrent une force Fig.3(Cp) propulsive suivant les descriptions relatives à la figure 3. Selon un mode particulier de réalisation, un ou plusieurs dispositifs suivant la figure 3, ont leurs embases Fig.11 (10) fixées sur un moyeu tournant(17) avec un arbre d'hélice(18) actionnant les ailes (2) du dispositif comme des pales d'hélice avec une force latérale(FG) générée par la mise en rotation(R) de l'arbre d'hélice. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de 25 réalisation décrits et présentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. Les dessins annexés illustrent l'invention: 30 la figure 1 représente schématiquement en perspective une dérive de bateau profilée symétrique à cambre nul. la figure 2 représente le profil d'une dérive cambrée et illustre la définition du cambre(L), de la flèche(F), du bord d'attaque(Ba)et de fuite (Bf), de la corde(C), et de l'angle 35 d'attaque(A) ou incidence. La figure 3 représente le dispositif avec sa cambrure de flèche (F) générée par une simple articulation réalisant le - - - - 3 0 2 6 3 7 9 -7- pivot(9), cette figure sert de référence à la désignation des forces agissant sur le dispositif. La figure 4 représente une variante du dispositif en perspective avec une flèche générée par la déformation du profil(4) 5 réalisé en matière fine souple dont l'élasticité remplace 1'articulation(9). La figure 5 représente en perspective une variante du dispositif en perspective avec une flèche générée par la plusieurs articulation(9). 10 La figure 6 représente en perspective un mode préférentiel de réalisation du dispositif avec des zones de moindre épaisseur agissant comme charnières. La figure 7 représente en perspective une variante du dispositif. 15 La figure 8 représente en perspective une variante du dispositif. La figure 9 représente en perspective le dispositif constituant une dérive de bateau. La figure 10 représente en perspective le dispositif 20 constituant une gouverne à effet propulsif équipant un bateau. La figure 11 représente en perspective le dispositif constituant les pales d'une hélice propulsive. La figure 12 représente en perspective le dispositif constituant les surfaces actives d'une palme. La figure 13 représente en coupe un exemple de moyen de fixation du dispositif dans la coque. La figure 14 représente en perspective le dispositif en position d'incidence et de cambre nul. En référence à ces dessins, une dérive est traditionnellement constituée d'une aile(2) fixée sur une coque (1). Cette aile (2) est profilée suivant un profil(4) avec un bord d'attaque(Ba) recevant le courant de fluide venant de la direction(D). La ligne reliant le bord d'attaque(Ba) au bord de fuite(Bf) est nommée corde(C). On distingue une force de trainée(T) parallèle à la direction(D) du fluide par rapport à la coque, et une force de portance (P) perpendiculaire a la direction du fluide. Un profil(4) -8- possède une ligne de cambre(L) confondue avec sa corde(C) lorsque le profil est symétrique. Cette ligne de cambre(L) est distincte de la corde(C) lorsque le profil est dit cambré, et asymétrique. La flèche(F) du profil est la distance entre la corde(C) et la ligne de cambre(L). L'incidence(A) du profil(4) est l'angle formé entre la direction(D) du courant de fluide et la corde(C). le dispositif comporte une embase(10) positionnée suivant une direction(Ax), reliée à une aile(2) profilée, par un pivot(11). Suivant un mode préférentiel mais non limitatif, de fabrication, l'aile(2) possède un profil(4) comportant des rétrécissements, formant une série de zone charnières(9) permettant une déformation du profil(4), suivant une flèche(F). Les rétrécissements formant les zones charnières(9) sont constitués d'une matière élastique offrant une résistance à la flexion. Les rainures (15) correspondant aux rétrécissements (9) peuvent être remplies de matière élastique autorisant la flexion des charnières(9). L'ensemble des articulations(9,3,7,11) constituent une boucle de liaisons liant les pièces(10,4,8) en produisant une déformation géométrique liant toute variation de l'angle d'incidence(A) à une variation de la distance(F). La direction du fluide(D) forme avec la corde(C) un angle d'incidence(A), variant suivant la composante latérale(FG) de la direction du fluide(D), générée par le déplacement latéral(DG) de l'embase(10) et de son support(1). La force de portance(P) comporte une composante propulsive(Cp) correspondant à sa projection sur l'axe(Ax). La composante de la portance(P) projetée sur la perpendiculaire à l'axe(Ax) constitue la force(Cd) dite antiderive, limitant le glissement latéral (DG) Le dispositif selon l'invention peut être monté, suivant la figure 10, sur un levier(15) de gouverne de bateau(1) dont le pivotement autour de son axe(14) produit sur la barre(16) par une force (BF), génère la cambrure et l'incidence du profil(4) et les forces propulsives décrites dans la figure 3. La figure 11 montre le dispositif monté sur un moyeu (17) solidaire d'un arbre d'hélice(18) tournant dans la direction (R) en 35 générant une force (FG) sur les ailes(2) du dispositif et produisant les forces décrites dans la figure 3. La figure 12 montre une palme(20) avec une partie (21) solidaire de -9- l'embase(10) équipé de 2 dispositifs selon l'invention. Le mouvement transversal produit par le plongeur génère le glissement(DG)latéral et les forces (FG)décrites dans la figure 3. La figure 13 montre un moyen de fixation de l'embase(10) constitué par des rainures(22) pratiquée dans la coque(1) ou un quelconque support auquel on désire solidariser l'embase(10) La figure 14 représente le dispositif en position de drapeau lorsque aucune force latérale est appliquée sur l'aile(2) 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS: 1)Dispositif d'aile(2) profilée articulée à variation simultanée et progressive de la flèche(F) et d'incidence(A), 5 destiné à la génération de portance aérodynamique ou hydrodynamique, caractérisé en ce qu'il comporte une embase(10) liée à une aile(2), par un axe pivot(11) perpendiculaire à la direction du fluide(D), ladite aile(2) possédant un profil(4), articulé par au moins un pivot(9) d'axe sensiblement 10 perpendiculaire à la direction du fluide(D), ladite aile(2) étant liée en un point(3) de la partie arrière de son profil(4) au levier(8), ledit levier(8) étant lié à l'embase(10) par un pivot(7), les pivots (11) (9) et (7) étant actionnés par la force latérale(FG) appliquée par le fluide sur l'aile(2). 15 2)Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'articulation(9) est composée de plusieurs charnières sensiblement perpendiculaires à la direction du fluide(D). 3)Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones charnières(9) sont 20 réalisée en matière souple(15) comblant des rainures pratiquées dans l'aile(2) constituée de matière plus rigide. 4)Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le levier(8) constitue une partie du profil(4), dont la matière flexible réalise 25 l'articulation(3). 5)Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le levier (8) constitue une partie de l'embase(10), dont la matière flexible réalise 1'articulation(7). 30 6)Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins une des articulations (9),(3),(7) ou (11) comporte une partie flexible ressort offrant une résistance au mouvement des dites articulations(9),(3),(7) ou (11). 35 7)Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embase(10) est fixée dans une ou plusieurs rainures(22) pratiquées dans la coque(1) ou un-11- quelconque support auquel on fixe l'embase(10). 8)Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5,6 , caractérisé en ce que l'embase(10) constitue une partie du support auquel on désire solidariser le dispositif. 9)Dispositif pivotant par rapport à la coque(1) caractérisé par un axe(14) actionné par un utilisateur ou un moteur d'un mouvement (FB) transmis par un levier(15), au dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5,6,7,8. 10)Dispositif de propulsion ou sustentation pivotant par rapport à la coque(1) caractérisé par un arbre(18) actionné par un utilisateur ou un moteur mettant en rotation un moyeu(17) équipé de un ou plusieurs dispositif selon les revendications 1,2,3,4,5,6,7,8. 11)Palme(20) disposant d'un support(21) équipé de un ou plusieurs dispositifs selon les revendications 1,2,3,4,5,6,7,8.