Brevet FR3032683A1 — publié le 20160819

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention est relative notamment à un système de stabilisation d'un navire et plus spécifiquement d'un système de lutte contre le roulis pour les navires pouvant fonctionner en marche, à l'arrêt et à faible vitesse. Cette invention concerne tous les navires, y compris et particulièrement les navires de plaisances. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans ce domaine, on connait plusieurs constructeurs qui produisent des stabilisateurs de roulis pour grands et petits navires. La technique la plus répandue de stabilisation emploie des ailerons. Chaque flanc de la coque du navire est équipé d'un aileron qui est réglable en inclinaison autour d'un axe s'étendant suivant sa longueur c'est-à-dire transversalement à la coque du navire. Avec la vitesse du navire, les ailerons produisent des poussées hydrodynamiques, poussées d'amplitude ajustable selon l'inclinaison des ailerons pour compenser le couple exercé par la mer, l'inclinaison des ailerons étant contrôlée par un calculateur électronique qui est actionné, en général, par un gyromètre. Normalement ces stabilisateurs sont inopérants à l'arrêt et peu efficaces à basse 20 vitesse. Certains constructeurs, en particulier pour les applications à la plaisance, ont proposé de mettre en mouvement les ailerons, même à l'arrêt de sorte à ce qu'ils produisent un battement dans l'eau, toujours autour d'un axe de même direction mais déplacé vers le bord d'attaque de l'aileron pour qu'ils conservent une certaine efficacité 25 à petite vitesse, voire à l'arrêt du navire. Ces dispositifs, appelés 0 speed (c'est-à-dire à vitesse nulle), sont peu inefficaces. Dans un stabilisateur classique, pour limiter le couple nécessaire au contrôle en inclinaison des ailerons, les systèmes de stabilisation positionnent l'axe de rotation le plus près possible du centre de poussée hydrodynamique sur l'aileron qui crée la 30 portance de stabilisation, Les constructeurs de dispositifs 0 speed renoncent à cette configuration au prix d'une augmentation de la puissance et positionnent l'axe de rotation près du bord d'attaque de l'aileron afin de garder une certaine efficacité à l'arrêt. Ils augmentent aussi l'amplitude des mouvements de l'aileron au maximum. Ces systèmes de stabilisation ne sont pas satisfaisants à l'arrêt, car une grande 35 partie de l'énergie étant utilisée à créer des « tourbillons », le mouvement étant perpendiculaire à la surface de l'aileron. 3032683 2 De plus, le mouvement étant limité, l'efficacité est très faible. Le système qui est décrit dans la présente invention supprime ces inconvénients en utilisant un stabilisateur à double axe de rotation « à la manière d'un système de godille ». Le premier axe de rotation axe de rotation incline l'aileron pour créer la 5 portance dans le sens voulu et le second axe de rotation, qui est en général perpendiculaire au premier et dirigé vers le haut, crée un mouvement alternatif qui redonne à l'aileron de la vitesse horizontale, par rapport à l'eau que le navire n'a plus à faible vitesse ou à l'arrêt. 10 RESUME DE L'INVENTION Un aspect de l'invention concerne en particulier un système de stabilisation d'un navire, comportant des ailerons et un dispositif d'entrainement des ailerons. Le dispositif d'entrainement est configuré pour produire en même temps un 15 mouvement d'inclinaison par rapport à l'axe longitudinal du bateau et un mouvement alternatif de chaque aileron suivant un axe de pivot sensiblement perpendiculaire à au précèdent et dirigé vers le haut. Ce mouvement alternatif, à axe semi vertical, peut être d'une grande amplitude et permet d'obtenir une portance et une stabilisation comparable à celle d'un navire en 20 marche. Le dispositif d'entrainement est configuré pour coordonner le mouvement alternatif de pivotement et le mouvement d'inclinaison par un dispositif électronique double. Le premier est classique et transforme les indications du gyromètre en inclinaison 25 d'aileron, le second s'ajoute au premier quand la vitesse se réduit pour, sous forme alternative, recréer la vitesse horizontale qui manquerait pour une bonne stabilisation Ce mouvement de rotation dans un plan semi horizontal sera utilisé aussi pour replier l'aileron dans un logement créé dans la coque pour le cas de stabilisateurs rétractables. 30 Ainsi, un aspect de l'invention concerne en particulier un système de stabilisation d'un navire, comportant un aileron mobile suivant un premier mouvement de rotation selon un axe d'inclinaison orienté suivant une dimension longitudinale de l'aileron, et suivant une deuxième mouvement selon un axe de pivot, caractérisé en ce 35 que l'axe de pivot est transversal à l'axe d'inclinaison et situé dans un plan vertical contenant l'axe d'inclinaison, le deuxième mouvement étant oscillatoire de sorte à 3032683 3 autoriser un déplacement de l'aileron alternativement vers l'avant et vers l'arrière du navire. L'invention comprend aussi un navire équipé d'au moins un système selon l'invention. 5 Enfin l'invention comporte aussi un procédé de stabilisation d'un navire, comportant un entrainement d'un aileron suivant un premier mouvement de rotation selon un axe d'inclinaison s'étendant suivant une dimension longitudinale de l'aileron, et suivant un deuxième mouvement selon un axe de pivot, caractérisé en ce que l'axe de pivot est placé de manière transversale à l'axe d'inclinaison et situé dans un plan 10 vertical contenant l'axe d'inclinaison et dans lequel on produit le deuxième mouvement de façon oscillatoire de sorte à déplacer l'aileron alternativement vers l'avant et vers l'arrière du navire. BREVE INTRODUCTION DES FIGURES 15 D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 montre une vue de face d'un navire équipé de deux systèmes de stabilisation de roulis en position active ; - la figure 2 est une vue extérieure d'un système de stabilisation en position active avec une découpe de la coque pour visualiser l'intérieur. - les figures 3 à 6 montrent, grâce à une vue de face du système de stabilisation, des cycles d'utilisation dudit système de stabilisation. - les figures 7 et 8 montrent, respectivement de face et de dessus, une variante de l'invention avec une capacité de rétractation de l'aileron dans la coque en position passive du système de stabilisation. DESCRIPTION DETAILLEE Avant d'entrer dans le détail de formes préférées de réalisation de l'invention en référence aux dessins notamment, d'autres caractéristiques optionnelles de l'invention, qui peuvent être mises en oeuvre de façon combinée selon toutes combinaisons ou de manière alternative, sont indiquées ci-après : - le deuxième mouvement est oscillatoire de sorte à autoriser un déplacement de l'aileron 7 alternativement vers l'avant et vers l'arrière du navire 1. 3032683 4 - un dispositif d'entrainement 13 est configuré pour commander l'inclinaison de l'aileron 7 pendant le deuxième mouvement. - le dispositif d'entrainement 13 comprend un premier actuateur 14 en rotation configuré pour produire le premier mouvement de l'aileron 7 et un 5 deuxième actuateur 15 en rotation configuré pour produire le deuxième mouvement de l'aileron 7, et un élément de commande configuré pour commander de manière combinée le premier actuateur 14 et le deuxième actuateur 15. - l'axe de pivot 5 est perpendiculaire à l'axe d'inclinaison 4. 10 - l'aileron 7 est symétrique suivant un axe de symétrie. - l'axe d'inclinaison 4 est confondu avec l'axe de symétrie. - les systèmes d'une paire équipant chacun un flanc différent de la coque 2 du navire 1. - on produit le deuxième mouvement de façon oscillatoire de sorte à déplacer 15 l'aileron 7 alternativement vers l'avant et vers l'arrière du navire 1. Dans la présente description, à moins qu'il en soit disposé autrement, on utilise les définitions de termes suivantes - Un navire 1 s'entend de toute embarcation ou tout engin apte à se mouvoir 20 dans un fluide, et particulièrement de l'eau ; le navire 1 comporte avantageusement une capacité de flottaison ; tout élément sensible à des mouvements de fluide, et en particulier au roulis, est inclus dans cette définition ; - Roulis : mouvement du navire 1 provoqué par des vagues ne suivant pas l'axe 25 « proue/poupe » de la coque 2 d'un navire 1. - Vitesse de croisière : c'est la vitesse de navigation d'un navire en dehors des phases d'accélération et de décélération. Elle est variable d'un navire à un autre. 30 L'invention décrite ci-après concerne un système de stabilisation de navire 1 utilisable contre le roulis, et plus particulièrement pour des navires 1 de plaisance. Ce système de stabilisation est efficace même lorsque le navire 1 est à l'arrêt. Dans une réalisation non limitative de l'invention, un navire 1 est équipé d'au moins deux systèmes de stabilisation tels qu'en figure 1. Ce système de stabilisation se positionne 35 sur la coque 2 du navire 1. 3032683 5 Le système de stabilisation comprend un aileron 7 de forme rectangulaire ou non dont l'axe d'inclinaison 4 peut être sensiblement perpendiculaire à la coque quand il est en fonction de stabilisation navire en marche. Il possède de manière générale une dimension longitudinale suivant laquelle est dirigé l'axe d'inclinaison 4 et qui est 5 transversale à la direction longitudinale du navire 1, et suivant laquelle l'aileron 7 s'étend entre une extrémité à proximité de la coque 2 et une extrémité distale. L'aileron 7 est positionné sur la coque 2 du navire 1 sous la ligne de flottaison dudit navire 1. L'aileron 7 comprend un bord avant 9, un deuxième bord arrière 8 (les termes avant et arrière sont ici employés relativement à l'avant et l'arrière du navire), une surface 10 supérieure 10 et une surface inférieure 11. Mais il n'est pas nécessairement symétrique. La rotation autour de cet axe d'inclinaison 4 est actionnée via un arbre 6 par un actuateur 15 qui fournit l'énergie nécessaire à la rotation de l'aileron autour de l'axe d'inclinaison 4. Nous appellerons « inclinaison » l'angle de cette rotation qui peut 15 s'opérer par rapport à l'horizontale. Cette inclinaison est contrôlée par un calculateur de stabilisateur lié à un gyromètre, ces éléments faisant plus globalement partie d'un dispositif d'entrainement 13 permettant la définition et l'exécution des mouvements de l'aileron 7. L'axe d'inclinaison 4 est lui-même mobile en rotation autour d'un axe de pivot 5 20 qui lui est transversal (et de préférence perpendiculaire) et situé dans un plan vertical qui contient l'axe d'inclinaison 4. Cet axe de pivot 5 est avantageusement fixe en direction. Mais, selon un mode de réalisation de l'invention, le mouvement de rotation autour de l'axe de pivot 5 ne se produit pas quand le navire est en navigation à sa 25 vitesse de croisière, mais seulement quand le navire est à l'arrêt, ou éventuellement à très faible vitesse. Cette rotation est oscillatoire et produit un déplacement en rotation autour de l'axe pivot 5 alternativement vers l'avant et vers l'arrière de l'aileron 7. Autrement dit, le mouvement autour de l'axe de pivot 5 assure un débattement angulaire de l'aileron 7 30 alternativement vers l'avant du navire et vers l'arrière. Un cycle est donc formé et la trajectoire de l'aileron 7 possède une composante horizontale non nulle durant ce cycle. Cette rotation ne se produit de préférence que pour la stabilisation du navire à l'arrêt ou très faible vitesse. 35 Elle est engendrée par l'actuateur 14 lui-même contrôlé par un calculateur, non représenté, complémentaire du calculateur classique (les deux calculateurs peuvent 3032683 6 être un même ensemble dans une unité de traitement ou élément de commande qui génère des signaux de consignes pour la commande des deux mouvements de l'aileron 7) et dont la fonction est de produire un mouvement oscillatoire en rotation autour de l'axe de pivot 5 de l'aileron quand le navire est arrêté. A titre d'exemple, un 5 vérin hydraulique peut servir à l'entrainement avec le relai d'un système bielle manivelle. D'une façon générale, on pourra employer tout actuateur 14 permettant de fournir un mouvement de pivot de manière alternative (vers l'avant du navire 1, puis vers l'arrière, et retour). Comme dans tout stabilisateur classique, l'inclinaison de l'aileron 7 est calculée 10 en fonction de la vitesse pour créer une portance, donc un couple sur le navire, opposé et aussi proche que possible de celui provoqué par la houle et permettant d'éviter le roulis du navire. Quand le bateau est à l'arrêt, l'oscillation de l'aileron 7, commandée par le calculateur complémentaire, compense l'absence du mouvement qui, en navigation, 15 provoque la portance de l'aileron 7. Mais le signal du calculateur classique est multiplié par -1 par le calculateur complémentaire et donc l'inclinaison inversée, quand l'aileron se déplace vers l'arrière pour la stabilisation à l'arrêt, afin de maintenir la poussée dans la bonne direction pour contrer le couple créé par la houle. Cet exemple n'est pas limitatif et, de préférence, le 20 sens d'inclinaison et l'angle de cette inclinaison sont contrôlés à chaque instant. Ainsi, ces paramètres peuvent ou non varier durant une alternance du mouvement d'oscillation ou encore par exemple d'une alternance à la suivante. L'aileron du stabilisateur peut être rétractable ou non. S'il ne l'est pas, la position hors fonctionnement de l'aileron 7 est de préférence 25 une inclinaison nulle part rapport à l'horizontale. S'il est rétractable, sa position non active est repliée le long de la coque 2. Un caisson 3, ouvert dans la coque 2, est prévu pour recevoir l'aileron 7 replié et ce repliement utilise la capacité de rotation autour de l'axe de pivot 5 au travers du passage 12. Les figures 7 et 8 en donnent une illustration avec un aileron 7 escamoté 30 dans le caisson 3. La figure 7 donne une vue depuis l'extérieur de la coque 2 et la figure 8 montre une vue de dessus. Les figures 3 à 6 montrent différentes positions possibles de l'aileron 7 lors d'une phase active de stabilisation. Afin de s'adapter au différents roulis qui puissent exister, l'amplitude de rotation 35 autour des axes d'inclinaison et de pivot 4 et 5, ainsi que la vitesse angulaire autour desdits axes de pivot et d'inclinaison 5 et 4, peuvent varier. De plus, lorsque le navire 1 3032683 7 comporte plusieurs systèmes de stabilisation, l'unité de traitement peut notamment coordonner les différents systèmes de stabilisation afin d'optimiser la stabilisation. Cette synchronisation peut faire fonctionner les systèmes de stabilisation de manière symétrique et/ou de manière asymétrique. Ainsi, dans une réalisation de l'invention 5 comportant plusieurs systèmes de stabilisation, l'un des systèmes de stabilisation peut être en position passive pendant que le ou les autres sont en position active. Dans cette configuration les systèmes de stabilisation en position active peuvent avoir leur propre vitesse et amplitude de fonctionnement. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits 10 mais s'étend à tous modes de réalisation conformes à son esprit. 3032683 8 REFERENCES 1. Navire 2. Coque 5 3. Caisson 4. Axe d'inclinaison 5. Axe de pivot 6. Arbre 7. Aileron 10 8. bord arrière 9. bord avant 10. Surface supérieure 11. Surface inférieure 12. Passage 15 13. Dispositif d'entrainement 14. Premier actuateur 15. Deuxième actuateur REVENDICATIONS1. Système de stabilisation d'un navire (1), comportant un aileron (7) mobile suivant un premier mouvement de rotation selon un axe d'inclinaison (4) orienté suivant une dimension longitudinale de l'aileron (7), et suivant une deuxième mouvement selon un axe de pivot (5), caractérisé en ce que l'axe de pivot (5) est transversal à l'axe d'inclinaison (4) et situé dans un plan vertical contenant l'axe d'inclinaison (4), le deuxième mouvement étant oscillatoire de sorte à autoriser un déplacement de l'aileron (7) alternativement vers l'avant et vers l'arrière du navire (1). 2. Système de stabilisation d'un navire (1) selon la revendication précédente, comprenant un dispositif d'entrainement (13) configuré pour commander l'inclinaison de l'aileron (7) pendant le deuxième mouvement. 3. Système de stabilisation d'un navire (1) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif d'entrainement (13) comprend un premier actuateur (14) en rotation configuré pour produire le premier mouvement de l'aileron (7) et un deuxième actuateur (15) en rotation configuré pour produire le deuxième mouvement de l'aileron (7), et un élément de commande configuré pour commander de manière combinée le premier actuateur (14) et le deuxième actuateur (15). 4. Système de stabilisation d'un navire (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'axe de pivot (5) est perpendiculaire à l'axe d'inclinaison (4). 5. Système de stabilisation d'un navire (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'aileron (7) est symétrique suivant un axe de symétrie. 6. Système de stabilisation d'un navire (1) selon la revendication précédente, dans lequel l'axe d'inclinaison (4) est confondu avec l'axe de symétrie. 7. Navire (1) équipé d'au moins un système selon l'une des revendications précédentes. 8. Navire (1) selon la revendication précédente comportant au moins une paire de systèmes selon l'une des revendications 1 à 6, les systèmes d'une paire équipant chacun un flanc différent de la coque (2) du navire (1). 9. Procédé de stabilisation d'un navire (1), comportant un entrainement d'un aileron (7) suivant un premier mouvement de rotation selon un axe d'inclinaison (4) s'étendant suivant une dimension longitudinale de l'aileron (7), et suivant un deuxième mouvement selon un axe de pivot (5), caractérisé en ce que l'axe de pivot (5) est placé de manière transversale à l'axe d'inclinaison (4) et situé dans un plan vertical contenant l'axe d'inclinaison (4) et dans lequel on produit le deuxième mouvement de 3032683 10 façon oscillatoire de sorte à déplacer l'aileron (7) alternativement vers l'avant et vers l'arrière du navire (1).