Brevet FR3130738A1 — publié le 20230623

TITRE DE L’INVENTION : FOIL RHOMBOEDRIQUE ET EMBARCATION LE COMPORTANT Le foil (20) rhomboédrique pour embarcation se déplaçant parallèlement à un axe (46), présentant un plan de symétrie et comportant des ailes avant (21, 22) reliées entre elles et des ailes arrière (25, 26) reliées entre elles. L’extrémité de chaque aile avant, la plus éloignée de la jonction des ailes avant, étant reliée à une extrémité d’une aile arrière, la plus éloignée de la jonction des ailes arrière. L’ensemble de ces ailes présentant une première projection orthogonale sur un plan dit « vertical » perpendiculaire à l’axe de déplacement, projection ayant la forme d’un quadrilatère présentant un angle obtus au niveau de la jonction des ailes avant, un angle obtus au niveau de la jonction des ailes arrière et deux angles aigus à la jonction d’une aile avant et d’une aile arrière. L’ensemble de ces ailes présentant une deuxième projection orthogonale sur un plan dit « horizontal » orthogonal au plan de symétrie et comportant un axe parallèle à l’axe de déplacement, projection ayant la forme d’un quadrilatère ne présentant que des angles de mesures inférieures à 180 degrés. (Figure 5) FOIL RHOMBOEDRIQUE ET EMBARCATION LE COMPORTANT Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un foil rhomboédrique et une embarcation le comportant. Elle s’applique, en particulier, aux planches à voile, planches de surf et aux bateaux à une ou plusieurs coques, à voile et/ou à moteur. Etat de la technique En mécanique des fluides, un foil est une aile positionnée et profilée de façon à engendrer, par son déplacement dans l'eau, une force de portance qui agit sur sa vitesse et sa stabilité. Dans le domaine du nautisme, la vitesse de déplacement engendre sur le ou les foils une portance hydrodynamique capable de soulever la ou les coques de l’embarcation partiellement ou totalement hors de l'eau. Le but de ce transfert de portance est de réduire la traînée de la coque ou du flotteur (frottement et vagues) et de réduire la puissance nécessaire à la vitesse de croisière. Dans le cas des foils complètement immergés, la surface portante est entièrement et constamment immergée. L’avantage de cette configuration est sa capacité à isoler le bateau de l’effet des vagues dès que sa vitesse est suffisante, pour que le navire décolle, et que la houle ne soit pas trop forte. Les supports ou montants ou « jambes » qui relient les foils à la coque ne contribuent généralement pas à la portance. Cette configuration à foils immergés peut présenter un rendement (portance/traînée) plus élevé mais n'est pas naturellement stable en tangage et en roulis. D'autre part la surface portante est constante quelle que soit la vitesse et la hauteur de vol. Sans système de régulation, rien ne stabilise la profondeur d'immersion : le foil peut arriver à l'interface air/eau. Pour ces deux raisons le navire doit être équipé d'un système de stabilisation active piloté par des capteurs d'altitude (comme sur le Moth à foil) ou par une centrale (capteurs d'altitude, accéléromètres). Pour faire varier les portances longitudinales et transversales en fonction de la vitesse, du rayon de virage demandé et du poids du bateau, les foils doivent être équipés d'un système de variation de portance agissant sur le calage ou la cambrure du profil ou sur l'écoulement local. On trouve dans cette famille le plus souvent des foils en « T » inversé, mais aussi en « U » ou en « L ». Sur les monocoques, il y a nécessité d’avoir un foil sur chaque bord afin de créer la « portance » du côté où le bateau penche. Pour des raisons de stabilité et/ou contraintes mécaniques importantes cela réduit l’optimisation de leur placement ainsi que la forme de leur design, donc de leurs performances globales. Cet emplacement ainsi que leur forme les rendent plus fragiles et surtout très exposés à tous corps flottants. Du fait de ces contraintes, la trainée engendrée par ces foils est relativement importante par rapport aux gains engendrés et limite leur bénéfice global. Présentation de l’invention La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un foil rhomboédrique pour embarcation se déplaçant parallèlement à un axe, - ce foil présentant un plan de symétrie et comportant des ailes avant reliées entre elles et des ailes arrière reliées entre elles, - l’extrémité de chaque aile avant, la plus éloignée de la jonction des ailes avant, étant reliée à une extrémité d’une aile arrière, la plus éloignée de la jonction des ailes arrière, - l’ensemble de ces ailes présentant une première projection orthogonale sur un plan dit « vertical » perpendiculaire à l’axe de déplacement, projection ayant la forme d’un quadrilatère présentant un angle obtus au niveau de la jonction des ailes avant, un angle obtus au niveau de la jonction des ailes arrières et deux angles aigus à la jonction d’une aile avant et d’une aile arrière ; et -l’ensemble de ces ailes présentant une deuxième projection orthogonale sur un plan dit « horizontal » orthogonal au plan de symétrie et comportant un axe parallèle à l’axe de déplacement, projection ayant la forme d’un quadrilatère ne présentant que des angles de mesures inférieures à 180 degrés. L’inventeur a découvert que cette forme d’hydrofoil présente des caractéristiques et effets techniques particulièrement intéressants. Par exemple, un tel hydrofoil de 1,5 mètre d’envergure peut soulever six tonnes à la vitesse de 35 nœuds. Avec un foil rhomboédrique, on augmente la vitesse de l’embarcation et/ou on diminue la puissance requise pour atteindre cette vitesse. En utilisant un foil rhomboédrique il est possible de le monter à l’extrémité de la quille et de bénéficier ainsi du montage sur vérins dont elle dispose, optimisant la trainée totale du bateau. En utilisant des surfaces de contrôle sur les différentes surfaces du foil rhomboédrique il est possible d’engendrer des portances adaptées aux conditions/besoins de navigation. Il est aussi possible d’engendrer des forces différentielles qui permettent d’influencer et/ou contrôler la stabilité du bateau. Sur un multicoque et/ou sur un monocoque avec deux quilles parallèles, la stabilité plus importante permet non seulement d’avoir deux foils rhomboédriques qui travaillent ensemble mais aussi de limiter les effets de gite donc une simplification du design des coques et une meilleure répartition des charges et contraintes sur l’ensemble de la structure. Dans des modes de réalisation, le foil objet de l’invention comporte un corps comportant un support d’emplanture et de jonction des ailes avant et un support d’emplanture et de jonction des ailes arrière, les supports d’emplanture d’ailes avant et arrière étant positionnés respectivement, de part et d’autre de ce corps dans le plan de symétrie du foil. Le corps assure ainsi une rigidité du foil et permet de réduire les épaisseurs des ailes. Dans des modes de réalisation, le corps du foil comporte un lest. Le foil a ainsi une double fonction. Dans des modes de réalisation, le corps du foil comporte un ballast. Le ballast peut ainsi être vidé lorsque la coque de l’embarcation s’élève. Dans des modes de réalisation, le foil objet de l’invention comporte, au moins sur chaque aile d’un couple d’ailes, au moins un volet actionné par un actionneur. Grâce à ces dispositions, un système de stabilisation active de l’embarcation est particulièrement efficace. Dans des modes de réalisation, à chaque jonction des extrémités d’ailes avant et arrière est positionnée une surface verticale de fermeture de ces extrémités d’ailes. Ces surfaces verticales de fermeture des extrémités d’ailes permettent de réduire la trainée de la voilure. Dans des modes de réalisation, - une extrémité de chaque aile avant est articulée à une extrémité d’une aile arrière et - au moins un des supports d’emplanture d’ailes est mobile le long du corps du foil. Ainsi, on agrandit de manière significative le domaine d’utilisation et les performances globales du foil et de l’embarcation. Le foil objet de l’invention présente une voilure de type rhomboédrique dont les ailes avant et les ailes arrière sont à géométrie variable tout en restant jointes à leurs extrémités pour obtenir des formes très différentes. Dans des modes de réalisation, la longueur des ailes arrière est strictement inférieure à la longueur des ailes avant, l’angle formé entre l’axe longitudinal principal du corps du foil et l’axe principal des ailes arrière étant en conséquence, dans toutes les configurations d’utilisation, plus obtus que l’angle formé entre l’axe longitudinal principal du corps du foil et l’axe principal des ailes avant. Grâce à ces dispositions, les ailes avant sont toujours en configuration de flèche et les ailes arrière peuvent prendre une configuration en flèche inversée, droite, c’est-à-dire perpendiculaire au corps du foil, ou en flèche non inversée, ainsi que dans toutes les configurations intermédiaires. Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant forment les hypoténuses de triangles rectangles formés par les ailes avant, les ailes arrière et le corps du foil, l’axe principal de chacune des ailes arrière étant, dans ces triangles rectangles, perpendiculaire à l’axe principal longitudinal du corps du foil. Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant et les ailes arrière soient en flèches, non inversées. Grâce à ces dispositions, la flèche des ailes avant peut être élevée et l’envergure réduite, notamment pour les configurations de vol à plus haute vitesse. Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour s’éloigner de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que l’envergure du foil soit inférieure à la somme de quatre fois la largeur maximale des ailes avant et des ailes arrière, d’une part, et de la largeur du corps du foil, d’autre part. Dans des modes de réalisation particulier, chacun des supports d’emplanture d’ailes est mobile le long du corps du foil. Grâce à ces dispositions, la configuration géométrique de la voilure est adaptable à toute répartition de masse ou de poussée. Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes est mis en mouvement par un moteur, une unité centrale actionnant ledit moteur. Grâce à ces dispositions, le centre de poussée de la voilure peut être déplacé d’avant en arrière sur le corps du foil, indépendamment de la géométrie de la voilure dictée par la distance entre les supports d’emplanture d’aile. Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes comporte un rail et une vis sans fin. Grâce à ces dispositions, le déplacement du support d’emplanture d’ailes est aisé. Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes avant comporte au moins un pivot. Dans des modes de réalisation, une tringle interne à l’une des ailes maintient le plan principal de la surface verticale de fermeture des extrémités d’ailes parallèle à l’axe principal du corps du foil. Grâce à ces dispositions, les jonctions des ailes avant et arrière peuvent être simplifiées puisqu’elles n’ont pas comme fonction de maintenir le plan des surfaces verticales de fermeture des extrémités d’ailes en position. Dans des modes de réalisation, les jonctions des extrémités des ailes avant et arrière comportent des pivots. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise une embarcation comportant un foil objet de l’invention. Les avantages, buts et caractéristiques de cette embarcation étant similaires à ceux du foil objet de l’invention, ils ne sont pas rappelés ici. Dans des modes de réalisation, l’embarcation objet de l’invention comporte un moyen d’adaptation de la position d’au moins une emplanture d’ailes aux conditions de navigation. Grâce à ces dispositions, au cours de la navigation, en fonction de la charge embarquée, de la vitesse, de la profondeur du foil par rapport à la surface de l’eau, de l’autonomie visée et/ou de la manœuvrabilité visée, le moyen d’adaptation modifie la configuration géométrique de la voilure en déplaçant au moins une emplanture d’aile. Dans des modes de réalisation, l’embarcation objet de l’invention comporte des moyens de morphisme des ailes, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence, le moyen d’adaptation commandant les moyens de morphisme. Grâce à ces dispositions, au cours de la navigation, en fonction de la charge embarquée, de la vitesse, de la profondeur du foil par rapport à la surface de l’eau, de l’autonomie visée et/ou de la manœuvrabilité visée, le moyen d’adaptation modifie l’incidence de la voilure. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, schématiquement et en vue en perspective, un premier mode de réalisation particulier de l’embarcation objet de l’invention, représente une vue de détail de la , représente, schématiquement et en vue de côté, l’embarcation illustrée en figures 1 et 2, représente, schématiquement et en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 1 à 3, représente, schématiquement et en vue de dessus, un premier mode de réalisation particulier du foil objet de l’invention, représente, schématiquement et en vue de côté, le foil illustré en , représente, schématiquement et en vue de dessus, un deuxième mode de réalisation particulier du foil objet de l’invention, dans une première configuration, représente, schématiquement et en vue de dessus, le foil illustré en , dans une deuxième configuration, représente, schématiquement et en vue de dessus, le foil illustré en figures 7 et 8, dans une troisième configuration, représente, schématiquement et en perspective, le foil illustré en figures 7 à 9, dans la configuration illustrée en , représente, schématiquement et en perspective, une articulation mobile de support d’emplanture d’ailes avant, représente, schématiquement et en perspective, une articulation mobile de support d’emplanture d’ailes arrière, représente, schématiquement et en perspective, une articulation d’extrémité d’ailes avant et arrière, représente, sous forme de logigramme, des étapes de fonctionnement du foil illustré en figures 7 à 13, représente, schématiquement et en vue en perspective, un deuxième mode de réalisation particulier de l’embarcation objet de l’invention, représente, en vue de côté, l’embarcation illustrée en , représente, en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 15 et 16, et représente, en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 15 à 17. Foil (20, 50) rhomboédrique pour embarcation (40) se déplaçant parallèlement à un axe (46), - ce foil présentant un plan de symétrie et comportant des ailes avant (21, 22, 53, 54) reliées entre elles et des ailes arrière (25, 26, 55, 56) reliées entre elles, - l’extrémité de chaque aile avant, la plus éloignée de la jonction des ailes avant, étant reliée à une extrémité d’une aile arrière, la plus éloignée de la jonction des ailes arrière, - l’ensemble (52) de ces ailes présentant une première projection orthogonale sur un plan dit « vertical » perpendiculaire à l’axe de déplacement, projection ayant la forme d’un quadrilatère présentant un angle obtus au niveau de la jonction des ailes avant, un angle obtus au niveau de la jonction des ailes arrière et deux angles aigus à la jonction d’une aile avant et d’une aile arrière ; et - l’ensemble de ces ailes présentant une deuxième projection orthogonale sur un plan dit « horizontal » orthogonal au plan de symétrie et comportant un axe parallèle à l’axe de déplacement, projection ayant la forme d’un quadrilatère ne présentant que des angles de mesures inférieures à 180 degrés. Foil (20, 50) selon la revendication 1, qui comporte un corps (32, 51) comportant un support (23, 24, 57) d’emplanture et de jonction des ailes avant (21, 22, 53, 54) et un support (31, 58) d’emplanture et de jonction des ailes arrière (25, 26, 55, 56), les supports d’emplanture d’ailes avant et arrière étant positionnés respectivement, de part et d’autre de ce corps dans le plan de symétrie du foil. Foil (20, 50) selon la revendication 2, dans lequel le corps (32, 51) du foil comporte un lest. Foil (20, 50) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel le corps (32, 51) du foil comporte un ballast. Foil (20, 50) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte, au moins sur chaque aile (25, 26, 53, 54, 55, 56) d’un couple d’ailes, au moins un volet (29, 30, 63 à 66, 73 à 76) actionné par un actionneur. Foil (20, 50) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel, à chaque jonction des extrémités d’ailes avant et arrière est positionnée une surface verticale (27, 28, 78) de fermeture de ces extrémités d’ailes. Foil (50) selon l’une des revendications 2 à 4 ou 5 à 6 lorsqu’elles dépendent de la revendication 2, dans lequel : - une extrémité de chaque aile avant (53, 54) est articulée à une extrémité d’une aile arrière (55, 56) et - au moins un des supports d’emplanture (57, 58) d’ailes est mobile le long du corps du foil. Embarcation (40, 100) comportant un foil (20, 50) selon l’une des revendications 1 à 7. Embarcation (40) selon la revendication 8, dans lequel le foil (50) est selon la revendication 7 et comporte un moyen d’adaptation (51) de la position d’au moins une emplanture (57, 58) d’ailes aux conditions de navigation. Embarcation (40) selon l’une des revendications 8 ou 9, qui comporte des moyens de morphisme des ailes, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence, un moyen d’adaptation (51) commandant les moyens de morphisme.