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: `
-``` l 132~09
Voilier muni d' Ull dispositif de sustentation
`~ et anti-gîte
.
; La présente invention concerne le domaine de
`~ la construction des bateaux à voiles, et a pour objet un
voilier muni d'un dispositif de sustentation et anti-
gîte.
Actuellement, avec les voiliers classiques de
i~ type mono- ou multicoques, la poussée aérodynamique du
vent sur les voiles est sensiblement normale à ces der-
nières et généralement fortement oblique par rapport à
~`; l'axe du bateau, de sorte qu'est créé un couple de gite
sous le vent très important devant être équilibré par le
couple des forces de poids dans lequel entre en ligne de
~ compte le poids du bateau, le poids de la quille, sou-
^~; vent très lourde, et le poids des passagers qui sont
,~ parfois placés en rappel. Sous l'effet de ces différents
poids et de la composante verticale de la poussée aéro-
dynamique sur les voiles, la ou les coques ont tendance
à s'enfoncer dans l'eau, de sorte qu'en tous cas un im- ;--
portant volume de carène est immergé, ayant pour consé-
quence une trainée hydrodynamique formant le principal
frein à l'avancement du bateau.
En outre, tout accroissement de la poussée
~ aérodynamique a pour effet une augmentation correspon-
:~ dante de la vitesse et entraîne une obligation d'augmen-
i~
ter de manière correspondante les poids de rappel anti-
.~ 25 gîte. L'accroissement de la trainée hydrodynamique
s'effectue alors pour deux raisons, à savoir, du fait de
;,l l'accroissement de la vitesse, et de celui du volume de
, carène, ce qui a pour conséquence que le gain réel de
vitesse en déplacement est relativement faible en compa-
raison de l'accroissement de la poussée aérodynamique.
Pour obvier à ces inconvénients, il a été pro-
posé de remplacer les voiles fixées habituellement au
mât des voiliers par des gréements en forme d'ailes
montés en tête de mât et manoeuvrables à partir du pont
.! 35 au moyen de cordages. Ces gréements ont pour but
..
~
., .
~32~409
:` 2
d'assurer simultanément la propulsion et d'agir sur le gîte
~ d'un bateau et donc de limiter le poids de la quille, mais
^~ réalisent un report des forces agissant sur le mât en tête
de ce dernier, de sorte que sa section doit être maintenue ~ :
~" 5 très forte, notamment au niveau de son encastrement sur le
`Yl pont. - -
;~ En outre, ces gréements ne permettent pas de
:~i réduire de manière importante le volume de carène immergé et .~:.
~ la traînée hydrodynamique. . .
',3 1 0 La présente invention a pour but de pallier tous ~ ;:
ces inconvénients en assurant une quasi suppression du
volume de carène immergé, et donc de la traînée, tout en :-
compensant le couple de gîte, de manière à réaliser un
allégement considérable du voilier qui peu-t évoluer alors à -~-
grande vitesse en planant à la sur~ace ou au-dessus de la :~
. . ,
surface de l'eau selon la force du vent.
Elle a, en effet, pour objet un voilier mono - ou
~:multicoques pourvu d'au moins un mât de fixation d'une ou de
plusieurs voiles, d'une dérive, d'un gouvernail et d'une
j 20 aile reliée à une tête du mât avec possibilité de pivotement
limitée autour de cette tête, caractérisé en ce que l'aile
forme un dispositif de sustentation et anti-gîte et est
reliée à la tête du mât au moyen d'un bras solidaire à une
extrémité d'une infrastructure de l'aile et pourvu à son
autre extrémité d'une tête pivotante coopérant avec un
j logement de forme correspondante de la tête du mât à la
manière d'une rotule, le logement réalisant une limitation
d'un pivotement du bras autour de trois axes orthogonaux
passant par un sommet du mât, de sorte que la ou les coques
du voilier sortent en-tièrement de l'eau en vitesse de
croisière, ledit voilier étant s-tabilisé en position de vol
au-dessus de l'eau, sans appui vertical sur l'eau, au moyen
d'une ailette stabilisatrice, le dispositif de sustentation
'.
': . .
- . - -
.. . . .
;` ~ ~32~4~9
2a
ou aile étant muni sur son bord de fuite arrière de deuxvolets réglables de profondeur et d'inclinaison permettant
.. des orientations de l'aile.
Elle a aussi pour objet un voilier mono - ou
i 5 multicoques pourvu d'une dérive, d'un gouvernail et d'une
: aile formant un dispositif de sustentation et anti-gîte,
caractérisé en ce qu'il est propulsé par des ailes rigides
:- mobiles autour de mâts intégrés, ces ailes rigides étant
éloignées l'une de l'autre afin de recevoir des flux aériens
lo indépendants, le dispositif de sustentation étant articulé
sur un châssis en un point formant un barycentre
aérodynamique des sommets des mâts des ailes.
L'invention sera mieux comprise grâce à la
description ci-après, qui se rapporte à des modes de
réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non
limita-tifs, et expliqués avec référence aux dessins
:~ schématiques annexés, dans lesquels: -
la figure 1 est un~ vue en élévation frontale d'un
.~ voilier conforme à l'invention; ~`
la figure 2 est une vue en élévation latérale du
voilier suivant la figure 1;
la figure 3 est une vue analogue à celle de la :
figure 1 d'une variante de réalisation de l'invention, et
la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 du
voilier suivan-t la figure 3.
Conformément à l'invention et comme le mon-
.,., ~
.,-, ~ ,
.. ~ ~
~ 30 ~
~: /
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i ~
" ~ ~32~09
. 3
i~, trent plus particulièrement, à titre d'exemple, les
;~. figures 1 et 2 des dessins annexés, le voilier, du type : ~:
'~ catamaran, qui est pourvu d'un mât 1 de fixation d'une '
ou de plusieurs voiles 2, d'une dérive 3 et d'un
5 gouvernail 4, est muni d'un dispositif de sustentation :
et anti-gîte 5 relié à la tête du mât 1 avec possibilité
:3 de pivotement limitée autour de cette dernière.
.~ Le dispositif de sustentation et anti-gîte 5
.q est avantageusement constitué sous forme d'une aile ~--
x 10 reliée à la tête du mât 1 au moyen d'un bras 6 solidaire
- à une extrémité de l'infrastructure de l'aile et pourvu
à son autre extrémité d'une tête pivotante coopérant
:.
, avec un logement de forme correspondante de la tête du
mât 1 à la manière d'une rotule, le logement réalisant
15 une limitation dudit pivotement du bras 6 autour de
trois axes orthogonaux passant sur la tête du mât 1.
Conformément à une caractéristique de l'inven-
tion, le dispositif de sustentation ou aile 5, est pour-
:~, vu sur la partie arrière de son intrados d'un ensemble
. . .
~ 20 dérive 7 gouvernail 8. ~-
i SeLon une autre caractéristique de l'inven-
tion, le dispositif de sustentation ou aile 5 est muni
~ sur son bord de fuite arrière de deux volets réglables 3
.~, de profondeur et d'inclinaison.
`. 25 Le pivotement du bras 6 dans le logement de la
~ tête du mât 1 peut également être commandé au moyen de
~ câbles (non représentés) reliés, d'une part, aux extré-
~ mités de l'aile 5 et, d'autre part, à des moyens d'ac-
:1~ tionnement mécanique, électro-mécanique ou autre, prévus
sur le pont du voilier. Ces moyens d'actionnement peu-
vent être constitués par des treuils mécaniques ou
3 électro-mécaniques, ou encore par des vérins mécaniques,
, hydrauliques ou pneumatiques à actionnement manuel ou
motorisé.Grâce à ces modes de réalisation, le bras 6 et
' 35 l'aile 5 sont articulés à la tê-te du mât 1 suivant trois
axes orthogonaux permettant leur orientation dans toutes :
les directions utiles, à savoir une rotation complète ~ -
- autour de l'axe du mât 1 permettant à l'aile ou - ~ ~.
::.: , - . .
. . : -
- ,
., :": . . . .
~32~9
dispositif 5 de se placer nez au vent à la manière d'une
` girouette, cet alignement étant assuré par la poussée du
vent sur l'intrados de l'aile 5 et sur son plan de dé-
rive 7 - gouvernail 8, une inclinaison à gauche ou à
droite pouvant aller jusqu'à 90 par rapport à l'axe du
1 mât 1, entraînant l'inclinaison C~ de l'aile 5, par
:l action sur les câbles correspondants reliës à l'aile 5
, ou sur les volets 9 et une inclinaison par rapport au
sens d'avancement du voilier, créant l'angle d'attaque~
10 de l'aile 5 par rapport au vent relatif horizontal VR,
~r~ également par action sur les volets 9 ou sur des câbles
correspondants reliés à l'aile 5.
Selon une autre caractéristique de l'inven-
s tion, le bras 6 est fixé à l'aile 5 sur l'axe longitudi-
,~ 15 nal 10 de cette dernière en un point T réglable sur le-
dit axe 10, ce point T étant situé en avant des centres
de gravité et de poussée de l'aile 5. Ainsi, il est as- ~ :
suré que l'aile 5 se présentera en toutes circonstances :
le nez au vent et avec son intrados tourné vers le mât
20 1.
La commande des mouvements du gouvernail 8 et -~
des volets 9 est avantageusement réalisée au moyen de
' tringles 11 qui sont actionnées par des moteurs linéai-
res tels que des vérins 12 électriques ou pneumatiques,
1 25 commandés à partir du pont au moyen d'un boîtier à mani-
'J pulateur du type "manche à balai" agissant sur un rhéo-
~ stat ou sur un distribu~eur pneumatique et dont l'éner-
¦ gie est fournie par une batterie montée sur le pont ou
par une centrale d'air sous pression, la commande de
30 cette dernière ou l'alimentation électrique de la batte-
~, rie étant réalisée au moyen d'une hélice hydraulique,
:~ .
; ou au moyen d'une turbine alimentée par un orifice prévu
. sur le bord d'attaque de la dérive 3, actionnant une dy-
namo ou un alternateur ou un compresseur.
Du fait des vitesses pouvant être atteintes au
moyen du voilier conforme à l'invention, l'emploi d'une
dynamo ou d'un alternateur ou encore d'un compresseur,
ac~ionné par une hélice hydraulique ou par une turbine
., .
'~:
,~ 5 ~ ~2 g~09
~` est rendu possible et permet l'utilisation d'une source
d'énergie gratuite capable de subvenir à tous les be-
soins en énergie.
~ L'inclinaison de l'aile 5, d'une part, d'un
`'r: 5 angle ~ du côté au vent et, d'autre part, d'un angle
d'attaque ~ par rapport au vent relatif horizontal VR
induit une résultante de poussée aérodynamique FA sur
~, l'aile 5 qui est proche de l'axe du bras 6. Cette der-
`~ nière a deux effets très importants sur le bateau, à sa-
voir, d'une part, un effet de sustentation et, d'autre
`i part, un ef~et de couple d'équilibrage anti-gîte.
`~'1 La sustentation est obtenue sous l'effet de la
~ composante verticale de la poussée aérodynamique FA qui
,~ compense les forces verticales orientées vers le bas, à
;. 15 savoir le poids du voilier, et la composante verticale
,~ de la poussée sur les voiles FV, de sorte que le voilier
a tendance à être tiré hors de l'eau dans le sens du mât
l au niveau de la liaison de la tête dudit mât 1 avec le
~, bras 6 solidaire de l'aile S. Ainsi, le réglage de l'an-
gle d'attaque ~ entraîne un changement d'altitude du
voilier qui a pour effet de soulever sa carène hors de
-0 l'eau.
Le couple d'équilibrage anti-gîte est obtenu
par l'action de la poussée aérodynamique FA sur l'aile 5
sous forme d~une force agissant sur la tête du mat l
créant un couple de rappel qui équilibre les couples de
,3 gîte autour d'un point D de la dérive 3, dus à l'action
du vent sur la ou les voiles 2, de sorte que l'inclinai-
son ~ du mât est stabilisée. Un couple anti-gîte impor-
tant peut être obtenu avec une force de poussée aérody-
~, namique FA relativement faible par utilisation d'un mât
de longueur importante, le mât formant le bras de le- ` ~ `
vier.
Ainsi, l'ensemble conforme à l'invention est
stable e~ la trainée hydraulique, qui était le frein
principal au déplacement, est très fortement réduite. En
~ effet, en conditions normales de progression le seul vo-
,r' lume immergé du voilier reste celui de la dérive 3 et du
, ~ .
,
,, -
-- , -- . ~ - . ~
; ~
;
6 ~326~9
~; gouvernail 4, ce qui se réduit à une surface très
faible, quasiment plane et très fine, et avancant sur
tranche, à la manière d'une lame de couteau. Il en
résulte que le voilier ainsi constitué avance en planant
` 5 au-dessus de l'eau à une vitesse très supérieure à celle
- des voiliers correspondants de type classique et cette
f vitesse est plusieurs fois supérieure à celle du vent
absolu.
` Conformément à une autre caractéristique de
i 10 l'invention, le gouvernail 4 est muni, près de son ex-
-;~ trémité inférieure, d'une ailette stabilisatrice 13 mon-
~; tée de manière fixe sur ledit gouvernail 4. Une telle
ailette permet d'assurer une stabilité horizontale de
l'axe du voilier dans son plan de symétrie. Cette ailet-
:'~ 15 te est avantageusement montée sensiblement parallèle au
pont. Il est également possible de rendre l'ailette sta-
'~ bilisatrice 13 réglable en inclinaison par rapport au
i pont du voilier, par montage au moyen d'un axe de pivo-
I tement sur le gouvernail 4 et actionnement manuel au
1 20 moyen d'une tringle pouvant être bloquée en position ou
;'j actionnement asservi hydrauliquement, mécaniquement ou
~ électriquement au moyen d'un ensemble de commande cen-
O tralisé.
.' Lorsque les couples de rotation exercés dans
25 le plan de symétrie du voilier sont équilibrés, ce der-
nier ne prend pas d'assiette par rapport à l'horizontale
et l'ailette stabilisatrice 13 n'a pas d'effet autre
qu'une faible trainée. A la rupture de l'équilibre de
ces couples, le voilier prend une assiette positive ou
30 négative, de même que l'ailette stabilisatrice 13 qui
devient porteuse, de sorte que sa portance hydrodynami-
que crée un couple de rééquilibrage tendant à réduire
! l~assiette. Ce couple stabilisateur est important, car
le bras de levier par rapport au centre de gravité du
35 voilier est important, de même que la portance à grande
vitesse dès que l'assiette apparait.
Pratiquement, le voilier sera construit afin
que les couples aéro - et hydrodynamiques en cause
,
.'j ' : .
~ ' .
: . - - - .
:, - . :
- - . . - .
~i ~32~L09
` soient proches de l'équilibre sans l'action de l'aile-tte
stabilisatrice 13. Par ailleurs, la possibilité éven-
, tuelle de régler l'assiette de l'ailette 13 par rapport
au plan du pont permet d'optimiser l'équilibre entre les
;~ 5 couples à tout moment et donc d'optimiser les performan-
, ces du voilier, assurant ainsi à son axe une stabilité
, proche de l'horizontale.
~! Le réglage de l'altitude du voilier par rap-
' port au plan d'eau s'effectue par modification des in-
~, 10 clinaisons ~ et ~ de l'aile 5, soit au moyen de câbles
;~ agissant sur les extrémités de cette dernière afin de
` réaliser les pivotements désirés, soit par action sur
;~i les volets réglables 9 de profondeur et d'inclinaison.
~- Ce réglage des inclinaisons ~ et ~ permet également
d'agir sur l'inclinaison ~ du mât 1. Il est ainsi possi-
ble, en particulier, de maintenir le mât 1 à la vertica-
le, c'est-à-dire avec un angle ~ = 0 ou, dans le cas de
vent faible, de réaliser une inclinaison du mât 1 au
vent, c'est-à-dire avec un angle ~ négatif, la ou les
voiles 2 contribuant alors à la sustentation.
i ~ - .
Le décollage de la carène hors de l'eau est
réalisé pour des vitesses de vent supérieures à une vi-
tesse minimale qui dépend, d'une part, de la surface de
l'aile 5 et, d'autre part, de la surface des voiles 2 de
propulsion et du poids total du voilier. Ainsi, la vi-
~; tesse minimale du vent permettant de soulever la carène `
'~ hors de l'eau s'établira entre 7 et 15 noeuds, condition
souvent réalisée en pratique. Dans le cas de vitesse de
~ vent inférieure à ce seuil minimal, un décollage complet
A` 30 n'est pas possible mais, cependant, l'aile 5 continue à
remplir son effet d'allègement du voilier et de contri-
bution à l'équilibrage en gite, de sorte que, par rap-
port à un voilier classique de même type et à force de
-' vent identique, l'appui éventuel sur le flotteur au vent
et, en tous cas, le gîte sont considérablement réduits.
La navigation au ras de l'eau d'un voilier
conforme à l'invention s'effectue donc avec des vents
beaucoup plus faibles que pour les voiliers classiques
. ~
~'
'. , ` ~ ` ` ' ,. ~' ', ' ` ` , :
,'~,'"~ , ' . ` `' ~ , , ' ` `, '
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~ ~l326~(~9
`` 8
et ce mode de navigation très rapide précède le décolla-
`i ge complet intervenant dès que la vi-tesse du vent dépas-
se la vitesse minimale requise.
La dérive 3 est avantageusement sous forme
;~ 5 d'une plaque de faible épaisseur, à section frontale se
:~ réduisant en direction du pied et à haute limite élasti-
;
,~ que, fixée rigidement sous le pont, avec possibilité de
~'!'' glissement vertical, et étayée par rapport au pont au
moyen de tirants 14 fixés au puit de dérive. Cette
`, 10 dérive 3 permet, comme sur les voiliers classiques, de
' limiter la dérive du bateau par appui sur l'eau, mais,
cependant, la poussée antidérive FD qu'elle supporte est
~, fortement augmentée. Le matériau constitutif de la
~ dérive 3 pourra être, par exemple, de l'aluminium et sa
::h 15 section frontale particulière, diminuant en direction du
pied, est adapté à la variation du moment de flexion de
manière à réduire le poids de la dérive. En outre, elle
présente avantageusement une hauteur plus grande que la
largeur afin de maintenir une surface d'appui immergée
suffisante en eaux agitées ou en cas de variations
d'altitude. Enfin, la possibilité de glissement vertical
~^, de la dérive 3 dans son encastrement sous le pont du
voilier permet son réglage en hauteur en fonction des
conditions de navigation ainsi que son escamotage com-
plet en position de garage et de transport. Il en est de
~` même pour le gouvernail 4 par glissement vertical le
long de son axe d'orientation.
Les autres éléments du voilier conforme à
l'invention sont, dans leur principe, semblables à ceux
, 30 d'un voilier classique de type correspondant. Cependant,
'1 leurs caractéristiques techniques sont sensiblement
modifiées. En effet, la poussée anti-gîte FA crée au
' sommet du mât 1 un appui sous le vent qui n'existe pas
;' sur les voiliers classiques, de sorte que le hauban au
` 35 vent 15 n'est plus sous tension et que, à force de gîte
FV égale, le mât 1 est moins sollicité en flexion que
i sur un voiLier classique et peut donc être plus léger.
I Ce dernier avantage peut être mis à profit pour
- ~ , .
.
`~.`i
~ . ~
-` 132~09
9 . .
~ optimiser les mâts, c'est-à-dire pour utiliser des mâts
.1 plus hauts afin d'augmenter la force de propulsion FV et
donc la vitesse.
~ Le hauban sous le vent 16 est sous tension
.~ 5 modérée pour éviter la rotation de la carène ou du
châssis du voilier autour du pied du mât sous l'effet de
la poussée antidérive FD.
, i
Du fait que la vitesse, atteinte avec le voi-
lier conforme à l'invention, correspond le plus souvent
à un vent relatif VR proche de l'avant du bateau, les
voiles 2 sont proches du plan de symétrie du bateau et
peuvent se gêner. Afin de pallier cet inconvénient, le ~
foc pourra être de largeur réduite afin d'éloigner son ~;
bord de fuite de la grand voile.
~ 15 Conformément à une autre caractéristique de
,~ l'invention, et comme le montre la figure 1, dans le cas
d'un voilier présentant une carène multicoques, les
flotteurs 17 de cette dernière sont avantageusement mon-
tés sur des bras téléscopiques 18 réglables en extension
par rapport au pont ou à la carène centrale,- de manière
fixe ou en continu, au moyen de boulons d'assemblage ou
~ au moyen de moteurs linéaires. Ainsi, les flotteurs 17
`~J peuvent être rapprochés à une distance minimale de la ;-
carène centrale ou du pont en position de garage ou de
25 transport et peuvent être écartés en position d'utili- `~
! sation, cet écartement pouvant éventuellement varier en
;~ cours d'utilisation afin d'optimiser le rendement du
~,, voilier.
Les figures 3 et 4 représentent une variante
~'~ 30 de réalisation de l'invention dans laquelle les voiles 2
sont remplacées par des ailes rigides 19 mobiles autour
~, de mâts intégrés, ces ailes 19 étant éloignées l'une de
l'autre afin de recevoir des flux aériens indépendants,
le dispositif de sustentation 5 étant articulé sur un
i 35 châssis 20 en un point 21 formant le barycentre aéro-
dynamique des sommets des mâts des ailes 19. Dans le
' mode de réalisation représenté, le voilier est sous for-
'~ me d~un catamaran-dont les flotteurs 22 ne jouent leur
~,
, . , . . ~ : : -
, .. : ~ ,-
~:;
~L32~03
rôle de carène que dans les phases de décollage et
~, d'amerrissage, c'est-à-dire à faible vitesse. En outre,
au cours de ces deux phases, l'appui sur le flotteur
sous le vent est réduit grâce à l'influence de l'aile 5,
les flotteurs 22 et les balanciers 23 les reliant au
,~ châssis 24 sont soumis à des efforts beaucoup pIus
faibles que sur les multicoques classiques et peuvent
;~ donc être considérablement allégés, ce qui contribue
encore à la réduction du poids total.
Les flotteurs 22 peuvent être constitués par
Ji des matériaux très légers, tels que, par exemple, de
simples cylindres gonflables munis d'embouts aérodynami-
~ ques et les balanciers 23 de faibles poids et section
,~ peuvent être coulissants sous le châssis 24 en vue du
réglage de l'envergure.
Selon une autre caractéristique de l'inven-
tion, afin d'optimiser les performances du voilier, les
mâts des ailes 19 sont avantageusement montées sur des
^, bras transversaux logés de manière télescopique dans le
châssis 20 de liaison à l'aile 5 et dans des traverses
solidaires du châssis 24, lesdits bras transversaux
étant déplaçables et réglables en écartement aù moyen
d'ensembies pignon - crémaillère ou de vérins.
Grâce à l'invention, il est possible de réali-
ser un voilier capable d'atteindre de grandes vitessesau niveau et, en particulier, au-dessus de l'eau par
utilisation du principe de propulsion par la pression
~ aérodynamique du vent sur un système de voiles ou d'ai-
i3 les portées par un ou plusieurs mâts verticaux combiné
:1 30 avec une aile aérienne orientable fixée en tête de mât
et créant simultanément des effets de sustentation et de
couple anti-gîte permettant au bateau de s'élever, dans
un premier temps, à la surface de l'eau, puis d'accélé-
- rer et de décoller au-dessus du niveau de l'eau pour na-
viguer ensuite en sustentation équilibrée avec une sup-
pression quasi totale de la trainée hydrodynamique de
carène.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée
..
.
:
~ ll 1326~9
aux modes de réalisation décrits et représentés aux des-
' sins annexés. Des modifications restent possibles, no-
.~ tamment du point de vue de la constitution des divers
~ éléments, ou par substitution d'équivalents techniques,
,~! 5 sans sortir pour autant du domaine de protection de
~ l'invention. -
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