[0001] 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.
[0002] Actuellement, avec les voiliers classiques de type mono- ou multicoques, la poussée
aérodynamique du vent sur les voiles est sensiblement normale à ces dernières et
généralement fortement oblique par rapport à l'axe du bateau, de sorte qu'est créé
un couple de gîte 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, souvent 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 aérodynamique sur les voiles, la ou les coques ont tendance à s'enfoncer
dans l'eau, de sorte qu'en tous cas un important volume de carène est immergé, ayant
pour conséquence une trainée hydrodynamique formant le principal frein à l'avancement
du bateau.
[0003] En outre, tout accroissement de la poussée aérodynamique a pour effet une augmentation
correspondante de la vitesse et entraîne une obligation d'augmenter de manière correspondante
les poids de rappel anti-gîte. L'accroissement de la trainée hydrodynamique s'effectue
alors pour deux raisons, à savoir, du fait de 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 comparaison de l'accroissement de la poussée
aérodynamique.
[0004] Pour obvier à ces inconvénients, il a été proposé 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 au moyen de cordages. Ces gréements ont pour
but 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 très forte,
notamment au niveau de son encastrement sur le pont.
[0005] En outre, ces gréements ne permettent pas de réduire de manière importante le volume
de carène immergé et la traînée hydrodynamique.
[0006] 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 allègement considérable du voilier qui
peut évoluer alors à grande vitesse en planant à la surface ou au-dessus de la surface
de l'eau selon la force du vent.
[0007] 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 et d'un gouvernail, caractérisé
en ce qu'il est muni d'un dispositif de sustentation et anti-gîte relié à la tête
du mât avec possibilité de pivotement limitée autour de cette dernière.
[0008] 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 limitatifs, et
expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
la figure 1 est une 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 suivant la figure 3.
[0009] Conformément à l'invention et comme le montrent 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 gouvernail
4, est muni d'un dispositif de sustentation et anti-gîte 5 relié à la tête du mât
1 avec possibilité de pivotement limitée autour de cette dernière.
[0010] Le dispositif de sustentation et anti-gîte 5 est avantageusement constitué sous forme
d'une aile 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 une limitation dudit pivotement du bras 6 autour
de trois axes orthogonaux passant sur la tête du mât 1.
[0011] Conformément à une caractéristique de l'invention, le dispositif de sustentation
ou aile 5, est pourvu sur la partie arrière de son intrados d'un ensemble dérive
7 gouvernail 8.
[0012] Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de sustentation ou
aile 5 est muni sur son bord de fuite arrière de deux volets réglables 9 de profondeur
et d'inclinaison.
[0013] 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 extrémités
de l'aile 5 et, d'autre part, à des moyens d'actionnement mécanique, électro-mécanique
ou autre, prévus sur le pont du voilier. Ces moyens d'actionnement peu vent être
constitués par des treuils mécaniques ou 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 l'aile 5 sont articulés à la tête 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 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
dérive 7 - gouvernail 8, une inclinaison à gauche ou à droite pouvant aller jusqu'à
90° par rapport à l'axe du mât 1, entraînant l'inclinaison α de l'aile 5, par action
sur les câbles correspondants reliés 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 β de l'aile
5 par rapport au vent relatif horizontal VR, également par action sur les volets
9 ou sur des câbles correspondants reliés à l'aile 5.
[0014] Selon une autre caractéristique de l'invention, le bras 6 est fixé à l'aile 5 sur
l'axe longitudinal 10 de cette dernière en un point T réglable sur ledit axe 10,
ce point T étant situé en avant des centres de gravité et de poussée de l'aile 5.
Ainsi, il est assuré que l'aile 5 se présentera en toutes circonstances le nez au
vent et avec son intrados tourné vers le mât 1.
[0015] 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 linéaires tels que des
vérins 12 électriques ou pneumatiques, commandés à partir du pont au moyen d'un boîtier
à manipulateur du type "manche à balai" agissant sur un rhéostat ou sur un distributeur
pneumatique et dont l'énergie est fournie par une batterie montée sur le pont ou
par une centrale d'air sous pression, la commande de cette dernière ou l'alimentation
électrique de la batterie 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 dynamo ou un alternateur ou un compresseur.
[0016] 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, actionné par
une hélice hydraulique ou par une turbine est rendu possible et permet l'utilisation
d'une source d'énergie gratuite capable de subvenir à tous les besoins en énergie.
[0017] L'inclinaison de l'aile 5, d'une part, d'un angle α du côté au vent et, d'autre part,
d'un angle d'attaque β 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
dernière a deux effets très importants sur le bateau, à savoir, d'une part, un effet
de sustentation et, d'autre part, un effet de couple d'équilibrage anti-gîte.
[0018] 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 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 1 au
niveau de la liaison de la tête dudit mât 1 avec le bras 6 solidaire de l'aile 5.
Ainsi, le réglage de l'angle d'attaque β entraîne un changement d'altitude du voilier
qui a pour effet de soulever sa carène hors de l'eau.
[0019] 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 mât 1 créant un couple
de rappel qui équilibre les couples de 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'inclinaison γ du mât est
stabilisée. Un couple anti-gîte important peut être obtenu avec une force de poussée
aérodynamique FA relativement faible par utilisation d'un mât de longueur importante,
le mât formant le bras de levier.
[0020] Ainsi, l'ensemble conforme à l'invention est stable et la trainée hydraulique, qui
était le frein principal au déplacement, est très fortement réduite. En effet, en
conditions normales de progression le seul volume immergé du voilier reste celui
de la dérive 3 et du gouvernail 4, ce qui se réduit à une surface très faible, quasiment
plane et très fine, et avançant sur tranche, à la manière d'une lame de couteau.
Il en résulte que le voilier ainsi constitué avance en planant au-dessus de l'eau
à une vitesse très supérieure à celle des voiliers correspondants de type classique
et cette vitesse est plusieurs fois supérieure à celle du vent absolu.
[0021] Conformément à une autre caractéristique de l'invention, le gouvernail 4 est muni,
près de son extrémité inférieure, d'une ailette stabilisatrice 13 montée 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 ailette est avantageusement
montée sensiblement parallèle au pont. Il est également possible de rendre l'ailette
stabilisatrice 13 réglable en inclinaison par rapport au pont du voilier, par montage
au moyen d'un axe de pivotement sur le gouvernail 4 et actionnement manuel au moyen
d'une tringle pouvant être bloquée en position ou actionnement asservi hydrauliquement,
mécaniquement ou électriquement au moyen d'un ensemble de commande centralisé.
[0022] Lorsque les couples de rotation exercés dans le plan de symétrie du voilier sont
équilibrés, ce dernier 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 négative, de même que l'ailette
stabilisatrice 13 qui devient porteuse, de sorte que sa portance hydrodynamique 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 voilier est important,
de même que la portance à grande vitesse dès que l'assiette apparaît.
[0023] Pratiquement, le voilier sera construit afin que les couples aéro - et hydrodynamiques
en cause soient proches de l'équilibre sans l'action de l'ailette stabilisatrice 13.
Par ailleurs, la possibilité éventuelle de régler l'assiette de l'ailette 13 par
rapport au plan du pont permet d'optimiser l'équilibre entre les couples à tout moment
et donc d'optimiser les performances du voilier, assurant ainsi à son axe une stabilité
proche de l'horizontale.
[0024] Le réglage de l'altitude du voilier par rapport au plan d'eau s'effectue par modification
des inclinaisons α et β 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 les
volets réglables 9 de profondeur et d'inclinaison. Ce réglage des inclinaisons α et
β permet également d'agir sur l'inclinaison γ du mât 1. Il est ainsi possible, en
particulier, de maintenir le mât 1 à la verticale, c'est-à-dire avec un angle γ =
0 ou, dans le cas de vent faible, de réaliser une inclinaison du mât 1 au vent, c'est-à-dire
avec un angle γ négatif, la ou les voiles 2 contribuant alors à la sustentation.
[0025] Le décollage de la carène hors de l'eau est réalisé pour des vitesses de vent supérieures
à une vitesse 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 vitesse 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 n'est pas possible mais,
cependant, l'aile 5 continue à remplir son effet d'allègement du voilier et de contribution
à l'équilibrage en gîte, de sorte que, par rapport 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.
[0026] 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 et ce mode de
navigation très rapide précède le décollage complet intervenant dès que la vitesse
du vent dépasse la vitesse minimale requise.
[0027] La dérive 3 est avantageusement sous forme d'une plaque de faible épaisseur, à section
frontale se réduisant en direction du pied et à haute limite élastique, 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 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
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 complet 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.
[0028] Les autres éléments du voilier conforme à l'invention sont, dans leur principe, semblables
à ceux d'un voilier classique de type correspondant. Cependant, 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 vent 15 n'est plus sous tension et que, à force de gîte
FV égale, le mât 1 est moins sollicité en flexion que sur un voilier classique et
peut donc être plus léger. Ce dernier avantage peut être mis à profit pour optimiser
les mâts, c'est-à-dire pour utiliser des mâts plus hauts afin d'augmenter la force
de propulsion FV et donc la vitesse.
[0029] Le hauban sous le vent 16 est sous tension 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.
[0030] Du fait que la vitesse, atteinte avec le voilier 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.
[0031] 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 montés 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 peuvent être rapprochés à une distance minimale de la carène centrale ou du pont
en position de garage ou de transport et peuvent être écartés en position d'utilisation,
cet écartement pouvant éventuellement varier en cours d'utilisation afin d'optimiser
le rendement du voilier.
[0032] Les figures 3 et 4 représentent une variante 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 châssis 20 en un point 21 formant
le barycentre aérodynamique des sommets des mâts des ailes 19. Dans le mode de réalisation
représenté, le voilier est sous forme d'un catamaran dont les flotteurs 22 ne jouent
leur 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 plus faibles que sur
les multicoques classiques et peuvent donc être considérablement allégés, ce qui
contribue encore à la réduction du poids total.
[0033] Les flotteurs 22 peuvent être constitués par des matériaux très légers, tels que,
par exemple, de simples cylindres gonflables munis d'embouts aérodynamiques et les
balanciers 23 de faibles poids et section peuvent être coulissants sous le châssis
24 en vue du réglage de l'envergure.
[0034] Selon une autre caractéristique de l'invention, 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 au moyen d'ensembles pignon - crémaillère ou de vérins.
[0035] Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un voilier capable d'atteindre
de grandes vitesses au 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'ailes portées par un ou plusieurs mâts verticaux combiné 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'accélérer et de décoller au-dessus du niveau de l'eau
pour naviguer ensuite en sustentation équilibrée avec une suppression quasi totale
de la trainée hydrodynamique de carène.
[0036] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés
aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de
vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques,
sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
1. Voilier mono - ou multicoques pourvu d'au moins un mât (1) de fixation d'une ou
de plusieurs voiles (2), d'une dérive (3), d'un gouvernail (4) et d'une aile (5)
reliée à la tête du mât, caractérisé en ce que l'aile (5) forme un dispositif de sustentation
et anti-gîte relié à la tête du mât (1) avec possibilité de pivotement limitée autour
de cette dernière, 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 une limitation dudit pivotement du bras (6) autour de trois
axes orthogonaux passant par le sommet du mât (1), de sorte que la ou les coques du
voilier peuvent être entièrement sorties de l'eau en vitesse de croisière, ledit
voilier étant stabilisé en position de vol au-dessus de l'eau.
2. Voilier, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de sustentation
ou aile (5), est pourvu sur la partie arrière de son intrados d'un ensemble dérive
(7) gouvernail (8).
3. Voilier, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce
que le dispositif de sustentation ou aile (5) est muni sur son bord de fuite arrière
de deux volets réglables (9) de profondeur et d'inclinaison permettant les orientations
de l'aile (5).
4. Voilier, suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce
que 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 linéaires tels
que des vérins (12) électriques ou pneumatiques, commandés à partir du pont au moyen
d'un boîtier à manipulateur du type "manche à balai" agissant sur un rhéostat ou sur
un distributeur pneumatique et dont l'énergie est fournie par une batterie montée
sur le pont ou par une centrale d'air sous pression, la commande de cette dernière
ou l'alimentation électrique de la batterie 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 dynamo ou un alternateur ou un compresseur.
5. Voilier, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pivotement du bras
(6) dans le logement de la tête du mât (1) est commandé au moyen de câbles reliés,
d'une part, aux extrémités de l'aile (5) et, d'autre part, à des moyens d'actionnement
mécanique, électro-mécanique ou autre, prévus sur le pont du voilier.
6. Voilier, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 5, caractérisé en ce
que le bras (6) est fixé à l'aile (5) sur l'axe longitudinal (10) de cette dernière
en un point T réglable sur ledit axe (10), ce point T étant situé en avant des centres
de gravité et de poussée de l'aile 5.
7. Voilier, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gouvernail (4) est
muni, près de son extrémité inférieure, d'une ailette stabilisatrice (13) montée de
manière fixe sur ledit gouvernail (4).
8. Voilier, suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'ailette stabilisatrice
(13) est réglable en inclinaison par rapport au pont du voilier, par montage au moyen
d'un axe de pivotement sur le gouvernail (4) et actionnement manuel au moyen d'une
tringle pouvant être bloquée en position ou actionnement asservi hydrauliquement,
mécaniquement ou électriquement au moyen d'un ensemble de commande centralisé.
9. Voilier, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la dérive (3) est avantageusement
sous forme d'une plaque de faible épaisseur, à section frontale se réduisant en direction
du pied et à haute limite élastique, 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.
10. Voilier, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce
que, lorsqu'il présente une carène multicoques, les flotteurs (17) de cette dernière
sont avantageusement montés 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.
11. Voilier propulsé 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,
caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un dispositif de sustentation (5) articulé sur
un châssis (20) en un point (21) formant le barycentre aérodynamique des sommets des
mâts des ailes (19).
12. Voilier, suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les mâts des ailes
(19) sont avantageusement montés 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 au moyen
d'ensembles pignon - crémaillère ou de vérins.