Brevet FR3106331A1 — publié le 20210723

Système de propulsion éolien permettant à un bateau de naviguer dans toutes les directions. L’invention concerne un système transformant l’énergie éolienne en forces permettant à un bateau de faire route dans toutes les directions, quelle que soit l’orientation du vent. Le système est composé de deux profils aérodynamiques verticaux (1), libres en rotation à 360° autour de leur axe vertical (5). Un support (2) maintient les axes des profils (5) en chacune de ses extrémités. Le support (2) tourne lui-même autour d’un axe vertical (mât) (6). L’angle d’incidence de chaque profil aérodynamique est réglé par une surface orientable (3). Le mât (6) transmet soit un mouvement de rotation alternatif, à un système qui le convertit en poussée hydrodynamique, soit directement une force longitudinale utilisée pour mouvoir le bateau. Le dispositif peut être utilisé pour la propulsion de bateaux de plaisance ou de navires commerciaux. Figure pour l’abrégé : figure 1 SYSTEME DE PROPULSION EOLIEN PERMETTANT A UN BATEAU DE NAVIGUER DANS TOUTES LES DIRECTIONS L’invention a pour objet un système permettant la transformation de l’énergie éolienne en forces permettant le déplacement d’un bateau, dans toutes les directions quelle que soit l’orientation du vent. Un voilier classique ne peut pas se déplacer dans toutes les directions par la seule force du vent. En effet la zone à environ 45° de part et d’autre du vent relatif n’est pas utilisable. Ceci implique une navigation en louvoyant (changements de bords) pour remonter au vent. La distance et les temps de parcours s’en trouvent allongés. Les difficultés de manœuvres accrues. De plus, lorsqu’un voilier classique navigue au près, la grande partie de la force générée par la voile n’est pas dans le sens longitudinal du bateau, mais dans le sens transversal. Ceci a pour conséquence de faire gîter le bateau. Pour compenser cet effet, trois solutions sont couramment utilisées : le contrepoids (quille) qui a l’inconvénient d’alourdir le bateau et augmenter son tirant d’eau, l’effet de coque (coque supplémentaire ou modification du profil et volume de la coque principale) ou encore un profil immergé pour créer un effort contraire. Toutes ces solutions nuisent aux performances. D’autre part, le mat étant en général centré latéralement sur le bateau et servant de bord d’attaque de la voile, la force vélique obtenue s’en trouve désaxée, ce qui génère un moment qui a tendance à faire tourner le bateau. Contrer cette force nuit encore aux performances. De plus, au port ou au mouillage, les voiles doivent être repliées ou retirées dans le cas d’ailes rigides, pour éviter la génération de forces qui viendraient déplacer ou endommager le bateau. D’autres systèmes à base d’éolienne existent. Ils ont une apparente simplicité, mais s’affranchisse du bon rendement d’une voile par vent de travers. Dispositif destiné à convertir la force du vent pour permettre à un bateau de faire route dans toutes les directions, quelle que soit la direction du vent. Ledit dispositif comprenant : - deux profils aérodynamiques verticaux (1) - un support (2) - des surfaces de contrôle (3) (reliées a leurs profils aérodynamiques respectifs) - un système hydrodynamique (4) - un système de commande Caractérisé en ce que - les profils aérodynamiques verticaux sont libres en rotation à 360° autour de leur axe vertical, orientés en réglant l’angle relatif des surfaces (3); leurs axes sont fixés aux extrémités du support (2) - le support (2) est maintenu en son milieu par un mat (6), qui peut transmettre un couple de rotation et/ou une force longitudinale - un système hydrodynamique (4) qui permet la conversion d’un mouvement alternatif en force de propulsion L’invention peut comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes : - réglage d’un angle au vent des profils aérodynamiques (1) (incidence) par l’orientation relative commandée, des surfaces (3) qui se placent dans le vent. - dispositif de commandes mécanisé ou automatisé, prenant en compte l’angle entre le vent apparent et la ligne de foi du bateau, la puissance désirée pour régler les angles d’incidences (profils aérodynamiques et hydrodynamique) ainsi que la position du support (2) et éventuellement la vitesse de déplacement du bateau, gérant la position des surfaces de contrôle (3) et du système hydrodynamique (4). - un système hydrodynamique (4) de propulsion, constitué d’un profil vertical immergé en rotation limitée et contrôlée, autour d’un axe vertical fixé à l’extrémité d’un bras ayant un mouvement alternatif dans un plan horizontal. - chaque ensemble profil (2) et surface commandée orientable (3) associée, est équilibré statiquement autour de l’axe de rotation du profil. - l’ensemble profils (2), surfaces commandées orientables et support (2) est équilibré statiquement autour de l’axe de rotation du support (mât (6)). - le support (2) a un angle de rotation limité autour de son axe (mât (6)). Le dispositif selon l’invention permet de remédier à ces inconvénients. Le parti pris de l’invention est d’utiliser deux profils aérodynamiques à leurs meilleurs rendements, c’est à dire en fonctionnement laminaire. Les forces résultantes sont utilisées uniquement pour satisfaire le but premier : faire avancer le bateau. Les forces parasites sont alors minimisées (force de gîte, force de dérive, trainée aérodynamique). Pour une vitesse de vent donné, la résultante aérodynamique (portance) d’un profil dépend de l’angle formé entre sa corde de référence et le vent relatif, appelé incidence. Dans la présente invention, l’incidence est réglée en ajustant l’angle d’une surface orientable qui se place dans le vent, reliée au profil aérodynamique. Ainsi, si le vent relatif change, ce qui est le cas lorsque le bateau accélère, qu’il tourne ou que le vent change de direction, l’angle d’incidence est maintenu. Il y a alors 2 modes de fonctionnement selon l’angle entre la ligne de foi du bateau et le vent relatif : Avec un vent de travers (Fig 5 et Fig 6), l’utilisation des profils aérodynamiques (1) est similaire à un voilier classique. La force résultante est directement utilisée pour déplacer le bateau (7). La force est réglée en modifiant l’angle d’incidence des profils aérodynamique (1), en orientant les surfaces (3). De plus, l’angle d’incidence peut aussi être réglé, de sorte à générer une force aérodynamique dirigée vers l’arrière, permettant au bateau de reculer. Avec un vent apparent de face (Fig 3 et Fig 4) ou arrière (Fig 7 et Fig 8), la force générée par les profils aérodynamiques (1) est transmise au support (2) pour obtenir une rotation de celui ci, suivant son axe vertical (mât)(6). Une fois le support parvenu au débattement maximum, les angles d’incidence des profils aérodynamiques (1) sont alors inversés pour obtenir la rotation du support dans le sens inverse. Ce mouvement alternatif est répété pour être transféré à un système immergé (Fig 2 (4)) générant la force hydrodynamique nécessaire au déplacement. L’utilisation de deux profils aérodynamiques montés symétriquement sur le support permet, d’annuler des forces parasites. Par vent arrière, les profils aérodynamiques étant utilisés de façon laminaire, la tendance à enfourner est réduite. En utilisant ainsi les forces obtenues par vent de face ou arrière cela ne génère que peu de gite. Les profils étant libres sur leurs axes, ils peuvent rester en place en permanence. Une incidence à 0° produit une trainée minimale proche de celle d’un mât. Ceci permet aussi d’utiliser la surface des profils aérodynamiques pour d’autres applications (ex. cellules photovoltaïques). Les forces internes à la structure du bateau sont réduites (pas de tension de voiles et moins d’efforts à contrer). Les trainées parasites sont également réduites. Pour une répartition des efforts structurels, l’haubanage du mat est possible car le support a un angle de débattement limité (environ 90°). Les commandes se résument à régler la position angulaire des deux surfaces orientables par rapport à leurs profils aérodynamiques auxquels elles sont reliées. Ainsi que la gestion de l’angle d’incidence du profil hydrodynamique. Ces commandes peuvent être mécanisées ou automatisées, de manière à simplifier l’utilisation (à une personne), éviter de fausses manœuvres et ajouter facilement des éléments de sécurité (ex. : arrêt d’urgence, mode récupération homme à la mer) Descriptif des figures représente une coque de catamaran équipée de l’invention, vue de trois quart avant. représente une coque de catamaran équipée de l’invention, vue trois quart arrière représente un schéma de principe par vent de face et rotation antihoraire représente un schéma de principe par vent de face et rotation horaire représente un schéma de principe par vent secteur travers babord représente un schéma de principe par vent secteur travers tribord représente un schéma de principe par vent secteur arrière et rotation horaire représente un schéma de principe par vent secteur arrière et rotation antihoraire Liste des références Profils aérodynamiques (1) Support (2) Surfaces commandées orientables (3) Système hydrodynamique (4) Axes verticaux (5) Mât (6) Coque de catamaran (7) Sur les schémas Fig 3 à Fig 8, la triple flèche représente le vent, les flèches simples les forces de portances générées par les profils aérodynamiques, et les flèches circulaires le mouvement résultant. L’invention (Fig 1 et Fig 2) est composée de 2 profils aérodynamiques (1) qui sont placés verticalement. Chaque profil aérodynamique (1) est libre en rotation à 360° autour d’un axe vertical (5). Un support - représenté en forme de H couché (2) - maintient les axes des profils (5) en chacune de ses extrémités. Le support (2) tourne lui-même autour d’un axe vertical (mât) (6). L’angle de débattement est de l’ordre de 45° de part et d’autre de la ligne de foi du bateau. L’angle d’incidence de chaque profil aérodynamique est réglé par une surface orientable (3) qui se place dans le vent. Les commandes du système se résument au réglage angulaire de ces surfaces orientables. Le mât transmet soit un mouvement de rotation à un système qui le convertit en poussée hydrodynamique (4) (par vent de face ou arrière), soit directement une force longitudinale utilisée pour mouvoir le bateau (par vent de travers). Le système hydrodynamique (4) s’inspire du déplacement d’une nageoire caudale d’un poisson. Exemple Les exemples de modifications ou d’amélioration de l’invention peuvent être envisagées : - les profils aérodynamiques (1) peuvent être séparés en plusieurs sections (l’orientation du vent changeant entre la surface de l’eau et le haut du mât), chacune réglée par une surface orientable (3) - des changements de courbures des profils aérodynamiques ou l’ajout de dispositifs hypersustentateurs (volets, becs) - modification de la longueur du support (2)(variation du bras de levier) - forme différente du support (pour libérer de la hauteur sur le pont) L’invention est destinée à la propulsion de bateaux de plaisance ou de navires de commerce. Le nombre d’éléments pouvant être multiplié ou dimensionné en fonction des besoins. Le système peut s’installer en remplacement d’un gréement existant. L’utilisation sur un monocoque est également envisageable. Dispositif destiné à convertir la force du vent pour permettre à un bateau de faire route dans toutes les directions, quelle que soit la direction du vent. Ledit dispositif comprenant : deux profils aérodynamiques verticaux (1) un support (2) des surfaces de contrôle (3) (reliées a leurs profils aérodynamiques respectifs) un système hydrodynamique (4) un système de commande Caractérisé en ce que les profils aérodynamiques verticaux sont libres en rotation à 360° autour de leur axe vertical, orientés en réglant l’angle relatif des surfaces (3); leurs axes sont fixés aux extrémités du support (2) le support (2) est maintenu en son milieu par un mat (6), qui peut transmettre un couple de rotation et/ou une force longitudinale un système hydrodynamique (4) qui permet la conversion d’un mouvement alternatif en force de propulsion Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé par le réglage d’un angle au vent des profils aérodynamiques (1) (incidence) par l’orientation relative commandée, des surfaces (3) qui se placent dans le vent. Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé par un dispositif de commandes mécanisé ou automatisé, prenant en compte l’angle entre le vent apparent et la ligne de foi du bateau, la puissance désirée pour régler les angles d’incidences (profils aérodynamiques et hydrodynamique) ainsi que la position du support (2) et éventuellement la vitesse de déplacement du bateau, gérant la position des surfaces de contrôle (3) et du système hydrodynamique (4). Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé par un système hydrodynamique (4) de propulsion, constitué d’un profil vertical immergé en rotation limitée et contrôlée, autour d’un axe vertical fixé à l’extrémité d’un bras ayant un mouvement alternatif dans un plan horizontal. Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé en ce que chaque ensemble profil (2) et surface commandée orientable (3) associée, est équilibré statiquement autour de l’axe de rotation du profil Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé en ce que l’ensemble profils (2), surfaces commandées orientables et support (2) est équilibré statiquement autour de l’axe de rotation du support (mât (6)) Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé en ce que le support (2) a un angle de rotation limité autour de son axe (mât (6)), l’angle de débattement est de l’ordre de 45° de part et d’autre de la ligne de foi du bateau.