(19)
(11) EP 1 306 300 A1

(12) DEMANDE DE BREVET EUROPEEN

(43) Date de publication:
02.05.2003  Bulletin  2003/18

(21) Numéro de dépôt: 02370045.3

(22) Date de dépôt:  24.10.2002
(51) Int. Cl.7B63B 41/00, B63B 39/02, B63B 39/06
(84) Etats contractants désignés:
AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SK TR
Etats d'extension désignés:
AL LT LV MK RO SI

(30) Priorité: 25.10.2001 FR 0113829

(71) Demandeur: Fidelle, Daniel
59000 Lille (FR)

(72) Inventeur:
  • Fidelle, Daniel
    59000 Lille (FR)

   


(54) Quille avec un organe mobile pour compenser la gîte d'un bateau à voile


(57) L'invention concerne un dispositif pour compenser ou corriger la gîte d'un bateau à voile avec une compensation par au moins un organe allongé mobile (2) de type aileron par déplacement du centre de gravité notamment avec des lestes situés judicieusement ou par pression hydrodynamique agissant sur les surfaces actives de cette organe de par notamment le profil hydrodynamique.
Des organes de manoeuvre de commandes (5,6,6a) et d'automatisation sont prévus pour assurer une correction automatique de la gîte.
Applications aux bateaux à voiles notamment pour la quille ou les dérives.




Description


[0001] L'invention concerne un dispositif pour compenser ou corriger la gîte d'un bateau à voile avec une compensation par au moins un organe allongé mobile de type aileron par déplacement du centre de gravité notamment avec des lestes situés judicieusement ou par pression hydrodynamique agissant sur les surfaces actives de cette organe de par notamment le profil hydrodynamique.

[0002] Dans l'art antérieur, le document WO0189920 décrit une quille à deux éléments indépendants reliés par un support où coulisse un élément de correction de gîte. L'amplitude de correction dépend de l'écartement de ces deux éléments qui ne forment pas une quille monolithique.

[0003] Le document US4817550 décrit un système de correction pour une quille, qui pivote sur un axe vertical limitant l'amplitude de correction latérale notamment avec la poussée hydrodynamique avec une face d'attaque frontale de forme triangulaire forcément limitée par rapport à un élément en translation avec une surface d'appui ou un leste plus important.

[0004] Le document GB922977 décrit un système de stabilisation sans rapport avec la correction de la gîte d'une quille monolithique d'un bateau de type voilier avec un déplacement de part et d'autre.

[0005] L'invention vise à utiliser le déplacement coulissant pour faire translater de part et d'autre d'une quille monolithique, l'élément de correction pour optimiser l'effet hydrodynamique de poussée et/ou l'effet leste de gravité sur l'attitude du bateau tout en maîtrisant les contraintes exercées sur l'élément de correction dans la précision commandée de son déplacement notamment par un automatisme et sa tenue en position fixe notamment à cause de l'effet de porte à faux. De plus, l'aménagement de la quille avec ses protubérances latérales procure avantageusement une position neutre hydro - dynamiquement lorsque l'élément de correction est complètement à l'intérieur.

[0006] L'invention décrite ici concerne l'application directe sur tout bateau à voile existant ou à construire. Cette application trouve son utilité pour toute unité qu'il s'agisse de bateau à déplacements dits légers, mi-lourds ou lourds.

[0007] L'invention concerne une structure d'une quille de bateau, notamment de bateau à voile qui comprend un élément allongé de correction de gîte se déplaçant transversalement en coulissant de part et d'autre de plan de symétrie de la quille monolithique situé dans la direction principale du bateau, avec des moyens de déplacement en translation de l'élément allongé pour compenser et/ou corriger la gîte du bateau par gravité et/ou poussée hydrodynamique en se plaçant de façon opposée à la gîte.

[0008] Selon des modes de réalisation particuliers :
  • la quille monolithique présente une ouverture traversante perpendiculaire au plan de symétrie de la quille monolithique situé dans la direction principale du bateau, dans laquelle coulisse l'élément allongé de part et d'autre de la quille.
  • la quille monolithique comprend en partie inférieure de part et d'autre du plan de symétrie de la quille monolithique situé dans la direction principale du bateau, des protubérances latérales hydro - dynamiquement neutres et symétriques comprenant ladite ouverture traversante où coulisse l'élément allongé.
  • l'élément allongé a une longueur inférieure à la largeur totale de la quille pour définir en positionnement médian de l'élément allongé une configuration de quille neutre hydro - dynamiquement.
  • l'élément allongé a une longueur supérieure à la largeur totale de la quille.
  • l'élément allongé de correction de gîte présente en section longitudinale dans la direction principale du bateau une forme hydrodynamique à surface active dynamique sensiblement plate et sensiblement parallèle au flux d'eau horizontal.
  • l'élément allongé de correction de gîte présente une forme hydrodynamique en section longitudinale dans la direction principale du bateau à surface active dynamique sensiblement inclinée par rapport au flux d'eau horizontal avec un angle d'attaque vers le bas de valeur angulaire α pour un appui hydrodynamique de la face supérieure.
  • l'élément allongé de correction de gîte présente une forme en section transversale par rapport à la direction principale du bateau sensiblement incurvée à concavité notamment vers le bas, le déplacement par coulissement dudit élément générant une trajectoire courbée fig. 4 rep.2.
  • l'élément allongé de correction de gîte comprend au moins un élément de leste pour compenser de façon avantageuse la gîte par gravité fig.1, 4 et 6 rep.2.
  • la structure comprend des moyens de déplacement de l'élément allongé par coulissement de l'élément allongé de correction de gîte avec des moyens d'entraînement vis/crémaillère.
  • le moyen d'entraînement de type vis se situe dans le profil vertical de la quille en étant couplé à un moyen d'entraînement de type moteur dans la quille ou la coque du bateau fig.7 ( rep.m )et coopère avec au moins une crémaillère située sur l'élément allongé.
  • la structure comprend des moyens de déplacement de l'élément allongé par au moins un moyen à vérin hydraulique tirant ou poussant l'élément allongé en coulissement à l'aide de moyens de type câbles fixés à au moins chaque extrémité opposée longitudinale de l'élément allongé, et guidés par des moyens de renvoi de type à galets.
  • les moyens de type câble sont des éléments souples en composite de type en fibres de carbone avec un élément activé en traction et un élément en relâchement.
  • les moyens de type câble sont solidarisés aux extrémités de l'élément allongé par des pièces amovibles qui lors de leur désolidarisation par rupture des moyens de type câble bloquent par sécurité l'élément allongé.
  • la structure comprend des moyens de coulissement de l'élément allongé sur film d'eau
  • la structure comprend des moyens à galets répartis dans l'ouverture traversante et/ou sur l'élément allongé pour diminuer les forces de frottement dû au coulissement.


[0009] Dans le même concept inventif, l'invention concerne un système de régulation de gîte utilisant une structure d'une quille de bateau avec un élément allongé de correction de gîte selon l'invention qui comprend au moins un calculateur numérique associé à des capteurs notamment d'inclinaison du bateau, des capteur de vitesse et/ou jauge de contrainte placée notamment sur mât et son haubanage; ledit calculateur selon des programmes déterminées en fonction de caractéristiques (gîte/vitesse) prenant en compte les paramètres physiques présents dans l'environnement et le déplacement du bateau (fig.7) pour commander l'entraînement dudit élément allongé notamment avec une boucle de servocommande pour corriger en temps réel la gîte du bateau.

[0010] Le lest mobile pour stabilité de bateaux à voile.

[0011] L'invention décrite ici concerne l'application directe sur tout bateau à voile existant ou à construire. Cette application trouve son utilité pour toute unité qu'il s'agisse de bateau à déplacements dits légers, mi-lourds ou lourds.
Sont décrits ci-dessous des solutions mécaniques fiables permettant sur des bateaux se déplaçant à vitesse égale de supprimer ou diminuer la gîte occasionnée par la poussée du vent sur la voile par réciprocité, à gîte égale, il y aura augmentation de la vitesse.

[0012] L'organe mobile coulissant ou roulant défini par la suite sous le vocable OMCR repère (2) de stabilisation est intégré dans la quille de façon mobile en se déplaçant transversalement. Hormis les différentes formes, masses et sections employées pour l'utilisation de l'OMCR, plusieurs idées de base sont à retenir et peuvent être séparées, complémentaires ou indissociables.

[0013] Quatre idées de base sont à retenir concernant cette application.

1- Coulissement ou roulement de l'OMCR transversalement de tribord vers bâbord, et inversement, déplace le centre de gravité ou reste neutre en position centrale.
   (Si par exemple le bateau gîte sur bâbord, l'OMCR se déplace sur tribord) (fig.1, section A et croquis fig.3 repère (3a), le repère (3b) représentant un bateau en vue arrière en position statique.

2- La présence sur l'OMCR d'une surface dite active générant un couple (en position dynamique) s'additionnant à celui provoqué par le déplacement de l'OMCR. (fig.2, repère (2), surface (2a))

3- Les différentes formes de l'OMCR (fig.1 à 5, rep (2))

4- Les organes de manoeuvre et d'automatisation.



[0014] L'invention consiste en un :
  • Dispositif anti-gîte et de stabilisation de bateaux à voile et situé dans la quille. Il peut être actif ou non actif suivant sa position (fig.3, repère (3a) ou (3b))
  • un organe mobile se déplace transversalement de part et d'autre de l'axe de la direction principale du navire (fig.1, section A, repère (2))


[0015] II est situé le plus bas possible en de déplaçant au travers ou sous la quille (figure1 repère (2) ou (2ad) représenté en trait mixte.)
Il est coulissant ou muni de galets (ou les deux) ou sur chemin de roulement. Il est profilé à partir des bases scientifiques bien connues pour une utilisation en milieu fluide.
Sa dimension est non limitative (pour exemple seulement, sur un voilier de longueur 12 m la longueur de l'organe mobile peut être de 1500 mm )
La forme est obtenue par moulage en matériaux composites par fonderie, procédé sidérurgique ou usinage. Il est léger ou lourd (pour exemple seulement, sur un bateau à voile de 12 mètres, son poids peut être d'une tonne et demi, non limitatif.)

[0016] Il est lesté, épais ou fin, il est droit (fig.1 repère (2), section 1 ou incurvé (fig.4, repère (2)).

[0017] Les parois supérieures et inférieures (2a) et (2b) de l'organe mobile sont parallèles ou non au flux de l'eau ; la masse non négligeable se déplaçant latéralement sur tribord ou bâbord (droite ou gauche) modifient alors l'emplacement du centre de gravité de la carène.
Il est manoeuvré à partir du poste de commande par dispositif manuel, électrique, automatique ou les trois.

[0018] Les moyens de commande peut comprendre comme moyens mécaniques selon la figure 1, section A : un arbre (5) pignon (6), crémaillère (6a) plus réducteur à vis sans fin (non représenté) ; l'étanchéité de l'arbre (5) par rapport au milieu extérieur aquatique est assuré par l'intermédiaire d'un presse étoupe (7) permettant également le démontage de l'ensemble. Le presse étoupe peut être placé à hauteur différente suivant qu'il s'agit d'une quille creuse moulée ou pleine en provenance de fonderie.
La commande est effectuée à partir du poste de pilotage.

[0019] Les moyens de commande peuvent comprendre comme moyens hydrauliques: (2) vérins dits de traction (non limitatif) et renvois fixés dans le pied de quille (fig. 5, à titre d'exemple seulement). L'accès pour le démontage et entretien interne ou externe se fait grâce à des trappes amovibles fig.5 repère (1a).
Il se loge dans l'épaisseur du lest de la quille (1), cette dernière étant obtenue par procédé sidérurgique ou par moulages composites, pour exemple, la quille monolithique comme représentée fig. 5.
Les extrémités (2c et 2d, fig. 1 section A) de l'organe mobile peuvent être plates ou en forme suivant les paramètres notifiant un choix.

[0020] L'organe mobile (fig.1, 2, 3, 4) coulisse (ou roule) sur glissières composites ou plastiques suivant le choix des réalisations. Dans le cas de moulages en matériaux composites, l'organe mobile (fig. 2) peut coulisser sur film d'eau ou autre dans un logement adapté. On peut utiliser l'aide simultanée d'un groupe sous pression de débit choisi bien connu en mécanique des fluides. (Pour exemple, pompe à eau).
Quand la fonction glissement est choisie, des rainures (non limitatif) peuvent être prévues dans l'OMCR (repère (2), fig.1, 2, 3, 4) ou dans son logement (quille repère (1)). Ces rainures peuvent être circulaires, rectilignes ou hélicoïdales ou les trois.

Extension au procédé décrit en figure 2 et variantes (fig.2.)



[0021] 

1- L'OMCR possède une surface active dynamique.
Comme décrit dans les paragraphes précédents, l'organe mobile coulissant ou roulant, que nous appellerons OMCR, possède en outre une surface dite active de part sa géométrie.
La surface (fig.2, repère (s2)) représentée par l'angle α est non parallèle au flux d'eau.
En position centrale l'OMCR est totalement neutre et inactif. Sa surface portante reste cachée, le poids de la quille lestée toujours identique. En position latérale déplacée, l'importance de la variante reste l'addition des efforts simultanés en rappel provoqués par :

  • le déplacement du centre de gravité de l'OMCR déjà décrit ajouté d'une portance croissante dans le milieu aquatique appelée p ou P fonction de la vitesse (fig.2) entraîne l'augmentation du couple de redressement. Le repère f représente alors le flux d'eau. La surface active (fig.2 repère (s2)) de valeur angulaire α présente sa paroi dans la direction du flux hydraulique (repère (f)) dont l'incidence correspond à un appui sur la dite paroi (s2) constituant ainsi sa surface portante.
  • la naissance de l'appui P (fig.2) provoqué par l'écoulement du flux aquatique sur la surface et le pourtour de l'OMCR (suite à la vitesse du bateau) provoque un mouvement dit de rappel ayant pour effet de ramener la quille (repère (1)) dans le plan vertical situé dans l'axe longitudinal du bateau.

Dans l'absolu, à vitesse égale, voilure égale et réglages égaux, on observe une diminution de gîte ; inversement à gîte égale, on note une augmentation de la vitesse entraînant une augmentation de la valeur p vers P.

2- OMCR incurvé (fig.4 section a, repère (2) exemple non limitatif d'une quille moulée monolithique en forme d'aile ou de bulbe équipée d'un OMCR, possédant ou non une surface active comme décrit fig.4 repère 2a. Le montage représenté pour exemple est équipé d'un organe de manoeuvre de type pignon et crémaillère comme décrit en fig.1.
Cette solution plus coûteuse en réalisation permet de descendre le centre de gravité et d'accroître le moment dit de redressement. Il reste impératif que le corps de quille (1), fig.1, 2 et 3 pour le logement de l'OMCR possède des formes neutres. Les parois latérales (2c) et (2d) sont parallèles ou non. Les arêtes (2e) et (2f) (fig.4) peuvent être parallèles et incurvées vers avant ou arrière.

3- OMCR de longueur plus importante et apparent en position neutre.
En position neutre les appendices latéraux bâbord et tribord sont équidistants. Sa longueur non limitative est délimitée par le repère L (fig.6). Les parois (fig.6 repère (2c 2d) sont plates ou en forme ou inclinées vers l'avant ou l'arrière. L'organe mobile coulissant ou roulant OMCR de stabilisation est toujours intégré dans la quille de façon mobile en se déplaçant transversalement.
Sa particularité réside en ce que dans ce cas, la longueur L de l'OMCR est supérieure à son logement dans la quille qu'elle que soit l'épaisseur de cette dernière, de forme particulière ou en forme de bulbe ou d'aile creuse.



[0022] L'OMCR peut être léger ou lourd, épais ou fin.
Il peut posséder en outre une surface active comme stipulé fig.2 repère (2 s2).
Il peut être de forme incurvée (fig.4 repère 2), sa dimension L non limitative (fig.6).
Sa commande est de préférence effectuée par système pignon, crémaillère comme défini fig.1.
Le choix de réalisation de l'OMCR 1,2,3,4 est fait en fonction des paramètres définis pour la destination du bateau, (pour exemple, bateaux de croisières, courses, locations....
Le dispositif fig.5 représente un montage par commande hydraulique; un seul vérin est représenté; le second est placé sur la face opposée. L'OMCR est représenté en position déplacée sur tribord. (côté droit, dessin non limitatif).

[0023] Les références dans les figures 5 et 7 correspondent aux définitions ci-jointes :
  • (1) Corps de quille repère type moulé stratifié type monolithique
  • (1b) correspond au lest dans la quille
  • (1a) couvercle ou trappe escamotable pour l'entretien et montage (un ou plusieurs)
  • (2) OMCR coulissant en position transversale maximale, en trait mixte position neutre représentée
  • (2a) point de fixation et retenues
  • (3) vérins hydrauliques (un seul représenté pour exemple)
  • (4) points de fixations 4, 4a et 4b
  • (5) ancrages et galets de transmission
  • (6) câbles métalliques ou textiles ou chaînes
  • (7) arrivées hydrauliques
  • (8) dispositif de commande de régulation de gîte avec calculateur numérique, capteurs d'inclinaisons, capteurs de vitesse et capteur de contraintes sur le mât du bateau
  • (9) galets situés dans la partie traversante de quille
  • (M) Commande moteur et réducteur par vis sans fin ou commande hydraulique
  • (Cm2) Commande manuelle du réducteur ou commande par pompe hydraulique manuelle
  • (C2) Calculateur numérique ou autre
  • (P1 P2 P3) etc.... Unité de programme choisi
  • (G) Organe de détection gîte ou assiette du bateau sur l'eau
  • (V) Vers le ou les capteurs de vitesse
  • (J) Vers la ou les jauges de contraintes (fixées sur le mât ou son haubanage ou les deux)
  • (A) Vers l'enregistreur de variation de vent (anémomètre)



Revendications

1. Structure d'une quille de bateau, notamment de bateau à voile caractérisée en ce qu'elle comprend un élément allongé de correction de gîte se déplaçant transversalement en coulissant de part et d'autre de plan de symétrie de la quille monolithique situé dans la direction principale du bateau, avec des moyens de déplacement en translation de l'élément allongé pour compenser et/ou corrigèr la gîte du bateau par gravité et/ou poussée hydrodynamique en se plaçant de façon opposée à la gîte.
 
2. Structure d'une quille de bateau la revendication 1 caractérisée en ce que la quille monolithique présente une ouverture traversante perpendiculaire au plan de symétrie de la quille monolithique situé dans la direction principale du bateau, dans laquelle coulisse l'élément allongé de part et d'autre de la quille.
 
3. Structure d'une quille de bateau selon la revendication 2 caractérisée en ce que la quille monolithique comprend en partie inférieure de part et d'autre du plan de symétrie de la quille monolithique situé dans la direction principale du bateau, des protubérances latérales hydro- dynamiquement neutres et symétriques comprenant ladite ouverture traversante où coulisse l'élément allongé.
 
4. Structure d'une quille de bateau selon la revendication 3 caractérisée en ce que l'élément allongé a une longueur inférieure à la largeur totale de la quille pour définir en positionnement médian de l'élément allongé une configuration de quille neutre hydro - dynamiquement.
 
5. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que l'élément allongé a une longueur supérieure à la largeur totale de la quille.
 
6. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément allongé de correction de gîte présente en section longitudinale dans la direction principale du bateau une forme hydrodynamique à surface active dynamique sensiblement plate et sensiblement parallèle au flux d'eau horizontal.
 
7. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que l'élément allongé de correction de gîte présente une forme hydrodynamique en section longitudinale dans la direction principale du bateau à surface active dynamique sensiblement inclinée par rapport au flux d'eau horizontal avec un angle d'attaque vers le bas de valeur angulaire α pour un appui hydrodynamique de la face supérieure.
 
8. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément allongé de correction de gîte présente une forme en section transversale par rapport à la direction principale du bateau sensiblement incurvée à concavité notamment vers le bas, le déplacement par coulissement dudit élément générant une trajectoire courbée fig. 4 rep.2.
 
9. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément allongé de correction de gîte comprend au moins un élément de leste pour compenser de façon avantageuse la gîte par gravité fig.1, 4 et 6 rep.2.
 
10. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de déplacement de l'élément allongé par coulissement de l'élément allongé de correction de gîte avec des moyens d'entraînement vis/crémaillère.
 
11. Structure d'une quille de bateau selon la revendication 10 caractérisée en ce que le moyen d'entraînement de type vis se situe dans le profil vertical de la quille en étant couplé à un moyen d'entraînement de type moteur dans la quille ou la coque du bateau fig.7 rep.m et coopère avec au moins une crémaillère située sur l'élément allongé.
 
12. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de déplacement de l'élément allongé par au moins un moyen à vérin hydraulique tirant ou poussant l'élément allongé en coulissement à l'aide de moyens de type câbles fixés à au moins chaque extrémité opposée longitudinale de l'élément allongé, et guidés par des moyens de renvoi de type à galets. (fig.5)
 
13. Structure d'une quille de bateau selon la revendication 12 caractérisée en ce que les moyens de type câble sont des éléments souples en composite de type en fibres de carbone avec un élément activé en traction et un élément en relâchement.
 
14. Structure d'une quille de bateau selon la revendication 12 ou 13 caractérisée en ce que les moyens de type câble sont solidarisés aux extrémités de l'élément allongé par des pièces amovibles qui lors de leur désolidarisation par rupture des moyens de type câble bloquent par sécurité l'élément allongé.
 
15. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de coulissement de l'élément allongé sur film d'eau.
 
16. Structure d'une quille de bateau selon l'une quelconque des revendications 2 à 15 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens à galets répartis dans l'ouverture traversante et/ou sur l'élément allongé pour diminuer les forces de frottement de coulissement. (fig.5)
 
17. Système de régulation de gîte utilisant une structure d'une quille de bateau avec un élément allongé de correction de gîte selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend au moins un calculateur numérique associé à des capteurs notamment d'inclinaison du bateau, des capteur de vitesse et/ou jauge de contrainte placée notamment sur mât et son haubanage; ledit calculateur selon des programmes déterminées en fonction de caractéristiques (gîte/vitesse) prenant en compte les paramètres physiques présents dans l'environnement et le déplacement du bateau (fig.7) pour commander l'entraînement dudit élément allongé notamment avec une boucle de servocommande pour corriger en temps réel la gîte du bateau.
 




Dessins

























Rapport de recherche