Brevet FR3029497A1 — publié le 20160610

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne de manière générale les bateaux à voile, et l'équilibrage de la gite de tels bateaux, créée par la force du vent s'exerçant sur la voile. L'invention s'applique en particulier à des voiliers du type monocoque, et en particulier à des voiliers de course. ETAT DE LA TECHNIQUE Le fonctionnement d'un voilier résulte d'un équilibre dynamique entre les quatre éléments suivants : - Le poids du voilier, - La poussée d'Archimède s'exerçant sur lui, - Les forces aérodynamiques exercées par le vent sur la ou les voiles, et - Les forces hydrodynamiques exercées sur les parties immergées du voilier (forme de coque, quille ou dérive, appendices divers). En particulier, les parties immergées ont pour fonction de conférer au voilier à la fois sa flottabilité, mais aussi sa stabilité, et notamment de compenser à la fois la dérive et le moment de gite, c'est-à-dire respectivement la dérive latérale et l'inclinaison du bateau résultants de la poussée latérale du vent dans la voile. Cependant, les parties immergées doivent être conçues de manière à minimiser la résistance de l'eau à la progression du bateau, et donc à minimiser les efforts de trainée s'exerçant sur elles. Cette problématique est particulièrement aigue dans le cas de voiliers de course monocoque, car ces bateaux naviguent gités de façon quasi-permanente. Les parties immergées doivent donc maximiser les efforts s'opposant à la dérive et à la gite du bateau, tout en minimisant les efforts de trainée. A cet égard, il a été proposé par F. Rougier dans le document FR 2 877 311 un voilier monocoque doté d'un appendice de stabilisation ou foil, s'étendant en saillie de la coque du côté sous le vent. L'appendice présente la forme d'une aile plane, rectangulaire et rétractable. Il présente l'avantage de déplacer le centre de poussée résultante des forces hydrostatiques et hydrodynamiques exercées sur les parties immergées du voilier, et permet de générer un fort couple de redressement s'opposant à la gite générée 3029497 2 par le vent et même de soulever légèrement le bateau, réduisant la traînée globale et augmentant donc la vitesse maximale. Cependant cet appendice ne permet pas de contrecarrer la dérive du bateau. 5 PRESENTATION DE L'INVENTION La présente invention a pour but d'optimiser la conception d'un appendice de stabilisation de bateau à voile pour améliorer encore les performances d'un tel bateau, en générant un effort anti-dérive ainsi qu'un couple de redressement tout en 10 réduisant la traînée du bateau. A cet égard, l'invention a pour objet un bateau à voile comprenant : - une coque, - un mât et une voile montée sur ledit mât, et 15 - au moins un appendice de stabilisation comprenant une extrémité logée dans la coque et un plan porteur, caractérisé en ce que l'appendice de stabilisation comprend en outre un bras de liaison reliant le plan porteur à l'extrémité logée dans la coque, le bras de liaison et le plan porteur étant reliés entre eux par un coude, 20 et en ce que ledit appendice est adapté pour adopter au moins une position déployée dans laquelle le plan porteur fait saillie par rapport à la coque du côté sous le vent du bateau en formant un angle avec l'horizontale compris entre 40° et 90° lorsque le bateau ne gite pas, correspondant à un angle avec l'horizontale compris entre 50 et 120° lorsque le bateau est soumis à un angle de gîte compris entre 10 25 et 30° en conditions normales de navigation, résultant d'une force du vent dans la voile. Avantageusement, mais facultativement, le bateau à voile selon l'invention peut en outre comprendre au moins une des caractéristiques suivantes : 30 - en position déployée de l'appendice de stabilisation, le bras de liaison forme un angle avec l'horizontale compris entre 20 et 55° lorsque le bateau ne gite pas. - le coude est ouvert vers la partie émergée du bateau. 3029497 3 - le bras de liaison est rectiligne ou courbe avec un rayon de courbure minimum égal à sa longueur. - le bras de liaison a une portance hydrodynamiquement faible voire nulle. - Le bateau comprend deux appendices de stabilisation disposés 5 symétriquement de part et d'autre de la coque. - chaque appendice de stabilisation est en outre adapté pour adopter une position de rangement dans lequel tout le bras de liaison est logé à l'intérieur de la coque. - chaque appendice de stabilisation est en outre adapté pour adopter une 10 pluralité de positions entre la position de rangement et la position déployée. - dans lequel le bras de liaison et le plan porteur forment entre eux un angle compris entre 55 et 90°. - le plan porteur présente une corde maximale plus grande que celle du bras de liaison. 15 - la corde maximale du plan porteur est comprise entre 110% et 160% de la corde moyenne du bras de liaison. - chaque appendice de stabilisation comporte un volet rétractable disposé sur le plan porteur et/ou sur le bras de liaison. - le bateau est du type monocoque. 20 L'appendice de stabilisation du bateau proposé présente un plan porteur déporté par rapport à la coque, et formant un angle d'au moins 45° par rapport à l'horizontale lorsque le bateau gîte, ce qui permet de générer un effort anti-dérive substantiel. 25 En outre, lorsque l'angle formé par le plan porteur par rapport à l'horizontale lorsque le bateau gite est inférieur à 90°, le plan porteur produit simultanément à l'effort anti-dérive, un moment de redressement et un effort de portance du bateau. Enfin, du fait de la structure de l'appendice, le fait d'adapter la position du plan porteur en rétractant plus ou moins l'appendice dans la coque du bateau 30 permet d'ajuster les effets obtenus en fonction de conditions d'utilisation du bateau (conditions de vent, vitesse du bateau, etc.). DESCRIPTION DES FIGURES 3029497 4 D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquelles : - La figure 1 représente une section d'un bateau non gité selon un mode de 5 réalisation de l'invention comprenant un appendice déployé et un appendice rétracté. - La figure 2 représente une vue de face d'un bateau gité à un angle de gite de 15°, et présentant plusieurs états de déploiement d'un appendice de stabilisation. 10 - La figure 3 représente une vue en perspective d'un appendice de stabilisation. - Les figures 4a et 4b représentent deux modes de réalisation d'un appendice de stabilisation comprenant un volet réglable. - La figure 5 représente l'effet de l'appendice de stabilisation sur la position du 15 centre de poussée hydrodynamique. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION En référence à la figure 1, on a représenté un exemple de bateau 1 20 conforme à un mode de réalisation de l'invention. Le bateau comprend au moins une coque 2. De préférence le bateau est un voilier monocoque. Le bateau comprend également au moins un mât 3, ainsi qu'au moins une voile 4 fixée sur le mât de manière à propulser le bateau par la force du vent. Il 25 comprend au moins un safran (non représenté), pour gouverner le bateau. Avantageusement, le bateau peut également comprendre une dérive ou une quille (non représentée) immergée sous la coque, cette quille pouvant être fixe ou pendulaire. La propulsion de ce bateau par le vent exerçant une poussée dans la voile 30 génère un moment de gite qui tend le bateau à s'incliner selon un angle de gite par rapport à l'horizontal. Dans un régime de navigation normal, cet angle de gite atteint typiquement des valeurs comprises entre 10 et 30°, en remontant au vent. 3029497 5 En outre, le bateau 1 comprend au moins un appendice de stabilisation 10, de préférence deux appendices 10, 10' montés symétriquement en regard l'un de l'autre de chaque côté de la coque 2 du bateau, comme sur la figure 1. Chaque appendice de stabilisation 10 peut adopter une position déployée 5 dans laquelle il est au moins partiellement immergé et fait saillie par rapport à la coque du côté sous le vent du bateau. Dans le cas où le bateau comprend un unique appendice 10, celui-ci peut être fixe en position déployée ou rétractable. Dans le cas où le bateau comprend deux appendices 10 de part et d'autre de la coque 2, les appendices sont 10 avantageusement rétractables entre la position déployée et une position rétractée, dans laquelle ils sont avantageusement complètement émergés de manière à diminuer les efforts de traînée. Sur la figure 1, l'appendice bâbord (à droite sur la figure) 10 est représenté en position déployée, tandis que l'appendice tribord (à gauche sur la figure) est 15 représenté en position rétractée. Avantageusement le bateau comprend en outre un mécanisme (non représenté) permettant de déplacer chaque appendice 10 selon une pluralité de positions espacées de manière discrète, voire selon un continuum de positions ajustables entre la position déployée et la position rétractée. 20 Le système pour déployer et rétracter l'appendice pourra être réalisé à l'aide de palans ou grâce à un vérin hydraulique. Les caractéristiques des positions déployée et rétractée sont décrites plus en détails ci-après. 25 Chaque appendice de stabilisation 10 comprend deux parties principales 11, 12, reliées entre elles par un coude 13, la première partie principale 11 étant un bras de liaison, et la seconde partie principale 12 étant un plan porteur, assurant lors de la marche du bateau les efforts de redressement et d'anti-dérive du bateau. Le bras de liaison 11 relie une première extrémité de l'appendice, logée à 30 l'intérieur de la coque 2 du bateau, au coude 13. Avantageusement, dans le cas où le ou les appendices 10, 10' sont rétractables, chaque appendice peut présenter une position rétractée dans laquelle son bras de liaison 11 est rétracté à l'intérieur de la coque. De préférence, au moins 80% de la longueur du bras de liaison, et plus avantageusement la totalité de la 3029497 6 longueur du bras de liaison est logée dans la coque 2 lorsque l'appendice se trouve en position rétractée. A cet égard, la coque 2 comprend avantageusement un logement 21 de forme appropriée pour guider la position du bras de liaison 11. 5 En position déployée de l'appendice de stabilisation 10, le bras de liaison 11 s'étend en saillie hors de la coque 2 du bateau en s'éloignant de la coque et du mat, sous la ligne de flottaison du bateau, en formant avec celle-ci (ou avec l'horizontale, ce qui est équivalent) un angle a compris 20 à 55° lorsque le bateau ne gite pas, soit un angle compris entre 30° et 85° lorsque le bateau gite. 10 La ligne de flottaison est définie comme la ligne à l'intersection entre la surface de l'eau et la coque du bateau dans un état donné du bateau (avec ou sans gite par exemple). L'angle a est mesuré entre l'horizontale et le segment reliant l'extrémité du bras de liaison logée dans la coque à la jonction du bras de liaison 11 avec le coude 15 13. De plus, le bras de liaison 11 est de préférence légèrement courbe, en présentant une concavité ouverte vers la partie immergée du bateau, c'est-à-dire vers l'espace se trouvant sous la ligne de flottaison du bateau, afin de moduler, comme décrit ci-après, les efforts générés par l'appendice. 20 Alternativement, le bras de liaison 11 peut être rectiligne. Ainsi, on note que le bras de liaison 11 présente un rayon de courbure compris de préférence entre une valeur égale à la longueur du bras et un rayon infini (bras rectiligne). Le bras de liaison tend à créer une portance faible, de sorte que lors de la marche du bateau la seule partie hydrodynamiquement active de l'appendice 10 25 sont le coude 13 et le plan porteur 12. Ainsi le bras de liaison est avantageusement neutre hydro-dynamiquement. A cet égard, il présente de préférence une section effilée au niveau du bord d'attaque et du bord de fuite. En tout état de cause, il est orienté de manière à ce que son incidence dans l'eau soit proche de nulle lors de la marche du bateau. 30 De plus, le bras de liaison 11 présente avantageusement, comme visible sur la figure 3, une corde moyenne plus courte que la corde maximale du plan porteur 12, pour diminuer la traînée et l'effort de dérive que peut générer le bras de liaison. Avantageusement, les efforts générés par le bras de liaison sont minimisés pour 3029497 7 une corde maximale du plan porteur 12 comprise entre 110% et 160% de la corde moyenne du bras de liaison 11. La longueur du bras de liaison 11, mesurée entre la liaison du bras 11 avec le coude 13 et la coque 2 lorsque l'appendice est complètement déployé, est 5 avantageusement supérieure à au moins 5% de la hauteur du mât du bateau, mesurée par rapport à la ligne de flottaison, et de préférence entre 6 et 10% de la hauteur du mât, ceci afin de déporter la deuxième partie 12 de l'appendice afin d'augmenter le moment de redressement qu'elle génère, sans pour autant perturber la maniabilité du bateau ou générer un effort de traînée. 10 Le coude 13 est la partie de l'appendice qui relie le bras de liaison 11 au plan porteur 12. Lorsque l'appendice se trouve en position déployée, le bras de liaison déporte le coude en l'éloignant du bateau de sorte que le coude se trouve à distance de la coque du bateau. Le coude forme un angle [3 compris entre 55 et 90°, correspondant à l'angle 15 s'étendant entre le bras 11 et le plan porteur 12. L'angle [3 est mesuré entre le segment reliant les extrémités du bras 11 et celui reliant les extrémités du plan porteur 12, comme représenté sur la figure 1. De plus, le coude 13 présente une concavité opposée à celle du bras de liaison 11 dans le cas où celui-ci est courbe, c'est-à-dire qu'il est ouvert vers la 20 partie émergée du bateau, c'est-à-dire vers l'espace se trouvant au-dessus de la ligne de flottaison du bateau, et la jonction entre le bras 11 et le coude 13 forme un point d'inflexion de l'appendice 10. De ce fait, que l'appendice soit en position déployée ou rétractée, le plan porteur de l'appendice s'étend à l'opposé de la coque du bateau et non vers la 25 coque. Comme le bateau est un voilier monocoque, le plan porteur 12 s'étend donc en s'éloignant du mât, et non vers celui-ci, à partir du coude 13. Le plan porteur 12 s'étend depuis le coude 13 jusqu'à l'extrémité libre de l'appendice 10. Il présente une longueur inférieure à 10% de la hauteur du mât, avantageusement comprise entre 3 et 5% de la hauteur du mât. 30 Dans la position déployée de l'appendice 10, le plan porteur 12 fait saillie par rapport à la coque 2 du côté sous le vent du bateau, en étant déporté par le bras de liaison 11 à une certaine distance de la coque. De plus, le plan porteur 12 forme un angle y compris entre 40° et 90° par rapport à l'horizontale lorsque le bateau ne gite pas. Ceci correspond à un angle 3029497 8 compris entre 50° et 120° par rapport à l'horizontale lorsque le bateau gite selon un angle considéré comme normal en navigation, soit de l'ordre de 10° à 30°. L'angle y formé entre le plan porteur 12 et l'horizontale est mesuré entre l'horizontale et un segment reliant l'extrémité libre de l'appendice 10 avec la jonction 5 du plan porteur 12 avec le coude 13. Cette inclinaison permet au plan porteur de générer simultanément un effort anti-dérive, un moment de redressement, et un effort de soulèvement du bateau. Du fait de l'angle formé entre le bras de liaison 11 et l'horizontale, le plan porteur 12 se trouve immergé lorsque le bateau gite, ce qui lui permet d'être 10 hydrodynamiquement actif, c'est-à-dire de générer les efforts mentionnés ci-avant. Avantageusement, lorsque le bateau gite à un angle compris entre 10 et 30°, le plan porteur 12 est complètement immergé et ne perce pas la surface libre de l'eau. De plus, compte-tenu de la géométrie de l'appendice de stabilisation 10, il est possible de moduler l'intensité des efforts générés par le plan porteur 12 en 15 rétractant plus ou moins l'appendice dans la coque (c'est-à-dire en rapprochant plus ou moins le plan porteur 12, et donc le lieu d'application de la force hydrodynamique qu'il génère, de la coque). Par exemple, plus l'appendice de stabilisation 10 est déployé, et plus le moment de redressement généré par le plan 12 est important, du fait du bras de 20 levier plus important formé par le bras de liaison 11. Selon un autre exemple, lorsque le bras de liaison 11 est courbe, le fait de rétracter ou déployer le bateau module l'angle formé par le plan 12 par rapport à l'horizontale, et module ainsi les efforts d'anti-dérive, de soulèvement et le moment de redressement du bateau. Ceci permet notamment de contrôler l'orientation de la 25 force résultante, générée par le plan porteur. Ceci est illustré sur la figure 2, dans laquelle un bateau est gité de 15° et présente un appendice de stabilisation 10 dans plusieurs positions entre la position complètement rétractée et la position complètement déployée. On a représenté par une flèche F la résultante des efforts générés par le plan porteur 12. 30 Enfin, le fait que l'appendice de stabilisation 10 s'étende « vers l'extérieur », c'est-à-dire s'étend depuis la coque, en s'éloignant du mât, permet d'augmenter la force de soulèvement au fur et à mesure que le bateau gite et/ou accélère et/ou que le vent monte, ce qui a tendance à repousser le moment de chavirage. 3029497 9 Comme visible sur la figure 5, ceci permet également de décaler le centre de poussée hydrodynamique C du bateau à distance de la coque, le centre de poussée ayant alors la position qu'aurait un centre de poussée d'un bateau plus large, sans l'appendice 10. On a représenté à cet égard le centre de poussée hydrodynamique 5 du bateau B sans l'appendice et le point d'application A de l'effort de poussée de l'appendice. Ainsi le décalage du centre de poussée hydrodynamique permet d'augmenter virtuellement la largeur du bateau sans ajouter de masse. Selon un mode de réalisation représenté sur les figures 4a et 4b, chaque 10 appendice de stabilisation 10 peut comprendre un volet 110 réglable. Ce volet réglable est avantageusement un volet pivotant rapporté sur l'appendice de stabilisation, sur le plan porteur 12, comme sur la figure 4a, ou sur le bras de liaison 11, comme sur la figure 4b. Le volet réglable forme localement le bord de fuite de l'appendice, ce bord 15 de fuite étant donc d'inclinaison réglable pour modifier l'impact hydrodynamique de l'appendice. A cet égard, l'axe de rotation du volet est de préférence parallèle à la direction dans laquelle s'étend la partie de l'appendice sur laquelle le volet est fixé. Pour loger le volet, l'appendice de stabilisation présente avantageusement une encoche 111 de dimensions correspondantes à celles du volet. 20 De préférence, pour éviter de générer des turbulences, les surfaces à l'intrados et l'extrados du volet prolongent celles correspondantes de l'appendice de façon continue : le volet présente donc une épaisseur, mesurée dans la direction reliant l'intrados à l'extrados, correspondant à celle de l'appendice au niveau de l'encoche, et une largeur, mesurée dans la direction dans laquelle s'étend le plan 25 porteur 12 ou le bras 11, selon le mode de réalisation, égale à celle de l'encoche. La longueur du volet, mesurée dans la direction reliant le bord d'attaque au bord de fuite, est avantageusement comprise entre 20 et 40% de la corde de la partie de l'appendice sur laquelle le volet est positionné (plan porteur 12 ou bras de liaison 11). 30 Le volet est avantageusement réglable par un actionnement en rotation au moyen d'un système mécanique, le cas échéant monté dans l'appendice 10. Avantageusement, la rotation du volet 110 est asservie à un système de contrôle automatique du couple de redressement du bateau, monté dans ce dernier 3029497 10 (non représenté), ledit système pouvant comprendre ou être couplé à un gyro compas et contrôler l'assiette longitudinale du bateau. On a ainsi proposé un appendice de stabilisation dont les efforts sont 5 augmentés du fait de l'éloignement du plan porteur par rapport à la coque du bateau, ces efforts pouvant de plus être modulés en fonction du déploiement de l'appendice. Un bateau équipé d'un tel appendice présente des performances améliorées du fait de l'effort anti-dérive de l'appendice couplé au moment de redressement anti- 10 gîte et à l'effort de soulèvement. REVENDICATIONS1. Bateau à voile (1) comprenant : - une coque (2), - un mât (3) et une voile (4) montée sur ledit mât, et - au moins un appendice de stabilisation (10, 10') comprenant une extrémité logée dans la coque (2) et un plan porteur (12), caractérisé en ce que l'appendice de stabilisation comprend en outre un bras de liaison (11) reliant le plan porteur (12) à l'extrémité logée dans la coque, le bras de liaison et le plan porteur étant reliés entre eux par un coude (13), et en ce que ledit appendice est adapté pour adopter au moins une position déployée dans laquelle le plan porteur (12) fait saillie par rapport à la coque du côté sous le vent du bateau en formant un angle avec l'horizontale compris entre 40° et 90° lorsque le bateau ne gite pas, correspondant à un angle avec l'horizontale compris entre 50 et 120° lorsque le bateau est soumis à un angle de gîte compris entre 10 et 30° en conditions normales de navigation, résultant d'une force du vent dans la voile. 2. Bateau à voile selon la revendication 1, dans lequel, en position déployée, le bras de liaison (11) forme un angle avec l'horizontale compris entre 20 et 55° lorsque le bateau ne gite pas. 3. Bateau à voile selon la revendication 2, dans lequel le coude est ouvert (13) vers la partie émergée du bateau. 4. Bateau à voile selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le bras de liaison (11) est rectiligne ou courbe avec un rayon de courbure minimum égal à sa longueur. 5. Bateau à voile selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le bras de liaison (11) a une portance hydrodynamiquement faible voire nulle. 3029497 12 6. Bateau à voile selon l'une des revendications précédentes, comprenant deux appendices de stabilisation (10, 10') disposés symétriquement de part et d'autre de la coque (2). 5 7. Bateau à voile selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque appendice de stabilisation (10, 10') est en outre adapté pour adopter une position de rangement dans lequel tout le bras de liaison (11) est logé à l'intérieur de la coque. 8. Bateau à voile selon la revendication 7, dans lequel chaque appendice de 10 stabilisation (10, 10') est en outre adapté pour adopter une pluralité de positions entre la position de rangement et la position déployée. 9. Bateau à voile selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le bras de liaison (11) et le plan porteur (12) forment entre eux un angle compris entre 55 et 15 90°. 10. Bateau à voile selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le plan porteur (12) présente une corde maximale plus grande que celle du bras de liaison (11). 20 11. Bateau à voile selon la revendication 10, dans lequel la corde maximale du plan porteur (12) est comprise entre 110% et 160% de la corde moyenne du bras de liaison (11). 25 12. Bateau à voile selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque appendice de stabilisation (10, 10') comporte un volet rétractable disposé sur le plan porteur (12) et/ou sur le bras de liaison (11). 13. Bateau à voile (1) selon l'une des revendications précédentes, ledit bateau étant 30 du type monocoque.