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WO2022248813A1 - Element de propulsion velique, vehicule a propulsion velique - Google Patents

Element de propulsion velique, vehicule a propulsion velique Download PDF

Info

Publication number
WO2022248813A1
WO2022248813A1 PCT/FR2022/051019 FR2022051019W WO2022248813A1 WO 2022248813 A1 WO2022248813 A1 WO 2022248813A1 FR 2022051019 W FR2022051019 W FR 2022051019W WO 2022248813 A1 WO2022248813 A1 WO 2022248813A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sail
mast
wind
element according
cavity
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/051019
Other languages
English (en)
Inventor
Olivier Essinger
Bruno Fragniere
Edouard Kessi
Laurent De Kalbermatten
Original Assignee
Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale Des Etablissements Michelin filed Critical Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
Priority to JP2023572782A priority Critical patent/JP2024522097A/ja
Priority to CN202280037805.6A priority patent/CN117377617A/zh
Priority to US18/564,765 priority patent/US20240270361A1/en
Priority to EP22733696.3A priority patent/EP4347386A1/fr
Priority to KR1020237040224A priority patent/KR20240013736A/ko
Publication of WO2022248813A1 publication Critical patent/WO2022248813A1/fr

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/04—Marine propulsion provided directly by wind power using sails or like wind-catching surfaces
    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
    • B63H9/061—Rigid sails; Aerofoil sails
    • B63H9/0615—Inflatable aerofoil sails
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B2035/009—Wind propelled vessels comprising arrangements, installations or devices specially adapted therefor, other than wind propulsion arrangements, installations, or devices, such as sails, running rigging, or the like, and other than sailboards or the like or related equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Definitions

  • the invention relates to an inflatable sail and is in the field of sail propulsion or that of hybrid sail propulsion.
  • - Reefing consists of reducing the surface of a sail by folding it in part from below, in order to adapt the surface of the sail to the force of the wind. Reefing can be done manually or automatically.
  • - Lazy jacks device used to guide the sail to perform reefing and lowering maneuvers.
  • a sail that fails is a sail that is insufficiently lined and partially deflates.
  • a properly trimmed sail should be on the edge of flapping. With an inflated sail, there is no flapping, which allows you to stay facing the wind.
  • Leading edge front part of a dynamic profile (wing, propeller, etc.) where a fluid will separate into two.
  • Trailing edge characteristic part of any profile (wing, keel, rudder, etc.) subjected to a flow of a fluid (air, water, etc.) on both sides. It designates the part opposite to the direction of the direction, or in other words, the rear part considered in the direction of the flow.
  • - Sail receptacle in addition to receiving the lowered sail, it can integrate other functions, such as taking up the tension forces provided by the sail, or housing other actuators, energy storage sensors and control module used to operate the sail.
  • Aerodynamic drag component of the force experienced by a moving body in a fluid that is exerted in the opposite direction to the direction of movement. According to the invention, the sail generates aerodynamic drag.
  • Aerodynamic lift component of the force experienced by a moving body in a fluid that is exerted perpendicular to the direction of movement. According to the invention, the sail generates aerodynamic lift
  • Aerodynamic resultant vector sum of aerodynamic lift and aerodynamic drag.
  • Angle of the sail angle between the plane of the profile of the sail and the axis of the boat.
  • a sail propulsion element comprising an inflatable sail with a symmetrical profile.
  • This propulsion element comprises an inflatable sail consisting essentially of two adjacent surfaces, substantially sealed and interconnected on their periphery, thus forming at least one closed cavity.
  • the element further comprises a duct disposed between the interior and the exterior of the cavity and means for injecting air into the cavity.
  • This sail once inflated presents a profile which remains permanently symmetrical, regardless of the displacement of the element, the direction or the intensity of the wind.
  • the sail in this document is constantly inflated when used in navigation.
  • a flexible sail has the drawback of not presenting an inflation adapted to the different stages of its use, and in particular during the lowering and hoisting phases.
  • a flexible sail does not have a well-defined position during these handling steps (hoisting and lowering).
  • the subject of the invention is a sail propulsion element comprising a mast, an inflatable or non-inflatable sail consisting essentially of two substantially sealed adjacent surfaces and connected to each other on their periphery, thereby forming between them at least one closed cavity.
  • said sail comprising an upper part, a lower part, a leading edge and a trailing edge, the sail comprising different curves forming bulges over the entire length, an air duct arranged between the inside and the outside of the cavity of the sail, at least one means for injecting air into said cavity, the sail, once inflated, having a profile which remains permanently symmetrical, independently of the displacement of the said propulsion element, of the direction or of the wind intensity, a headpiece arranged on the upper part of the sail, a sail receptacle arranged between the leading edge and the trailing edge on the lower part of the sail.
  • the propulsion element according to the invention is characterized in that the mast is arranged in front of the aerodynamic center of thrust of the sail, in that the mast is free or not to rotate through 360°, and in that the sail comprises at least one means making it possible to maintain a low pressure in the sail.
  • the mast is driven in rotation by a system for adjusting the angle of incidence of the sail and it is able to rotate freely in the event of the mast being driven by a stop. said system.
  • the mast is driven in rotation using an automatic management system which acts on the system for adjusting the angle of attack of the sail and, in the event of a breakdown or incident or voluntary stoppage of automatic management control, the mast is left free to rotate.
  • the mast can thus perform several rotations on itself.
  • incident or breakdown is meant, for example, the loss of the electrical power supply to the drive motor of the mast or that of the electronic components of the automatic management system, or even the reaching of a pre-established limit value of the torque of rotation of the mast. In these cases, the mast is left free to rotate, which allows the sail to be positioned facing the wind and to reduce the stress on the rigging and the boat.
  • the sail propulsion element according to the invention has the following various advantages.
  • the aerodynamic center of thrust is quite distinct from the mast, and is sufficiently far from it towards the rear of the boat.
  • the position of the mast in front of the aerodynamic center of thrust of the sail allows the resultant of the aerodynamic forces on the sail to bring the sail, in all cases, facing the relative wind, except when the relative wind is zero.
  • keeping the wing in a sufficiently inflated position thanks to the passive air inlets located, for example, on the leading edge allows it to maintain its profile, and thus prevent it from flapping even without active power supply. . In the situation where the relative wind is zero (thus preventing the sail from inflating), the sail will not flap.
  • the aerodynamic center of thrust of the sail is remote from the mast by a length ranging from 0 to 10 m.
  • the pressure maintaining means is an air intake opening arranged facing the relative wind. This air inlet helps maintain an internal pressure in the sail maintained by the relative wind.
  • the transmission of energy and controls is carried out with a device which does not hinder said rotation.
  • the device which does not impede the rotation is chosen from among the rotating joint or the cable carrying chain if it is accepted not to have an infinite freedom of rotation but limited to a few turns.
  • the air intake opening comprises a movable closing valve.
  • At least one guide line made up of one or more parts is arranged in the closed cavity of said sail, for the maneuvers of hoisting and lowering the sail, said guide line extending from the leading edge to the trailing edge of said sail, passing through the headboard and the sail receptacle.
  • a guide line when a guide line is present, it consists of one part, and is fixed in a fixed manner to the sail receptacle on the trailing edge and movable by furler on the leading edge, or else , movable by furling at the sail receptacle on the trailing edge and fixed on the leading edge and the guide line is arranged along the headboard in a movable manner on at least one pulley between the trailing edge and the leading edge 'offensive.
  • a guide line when a guide line is present, it consists of two parts, the first part on the trailing edge side is fixed or else movable with a pulley on the headrest and movable by winder on the receptacle, the second part on the leading edge side, is fixed or mobile with a pulley on the headrest and mobile by retractor on the receptacle.
  • Another object of the present invention is a sail or hybrid propulsion vehicle comprising at least one sail propulsion element as mentioned above, a hull and a mast secured to said hull, but still free to rotate.
  • This vehicle is characterized in that the mast is arranged inside the cavity of the inflatable sail mentioned above.
  • vehicle we mean any machine including wheels or not, moving on land, on water, ice, snow, mud.
  • the sail is oriented according to the direction of the wind, and the direction of travel of the vehicle manually or automatically, making it possible to optimize the thrust in the axis of the boat or to achieve the desired thrust, while by limiting forces, pressures and list to acceptable values.
  • the mast When the mast is not free to rotate infinitely, it can simply, for example, perform two turns on itself, in one direction, without blocking with a cable carrying chain. In such a case, he will then have to turn in the opposite direction to put him back in a correct navigation position.
  • hybrid propulsion vehicle By hybrid propulsion vehicle according to the invention is meant sail propulsion coupled to another source of propulsion such as for example propulsion by a propeller, driven by an electric or combustion engine, with as energy storage from batteries, hydrogen (with a fuel cell), natural gas or fuel oil.
  • FIG. 1 shows a reminder of the different physical forces that apply to a ship, for example of the sailboat type with an engine, and in particular the projection of the resulting aerodynamic force;
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of the sail propulsion element according to the invention, arranged on a boat hull;
  • FIG. 3A, 3B and 3C each represent a schematic top view of the position of the propulsion element according to the invention, according to different relative wind angles.
  • a sail-powered vehicle hereinafter referred to as a sailboat or ship, is in contact with the air and with the water.
  • the preponderant factors are the hydrodynamic and aerodynamic forces acting on the hull, the sails and the appendages (daggerboards, keel, rudder), propeller.
  • the aerodynamic force results from the deflection of the air by at least one sail. Aerodynamic force is relative to the sail and the position and strength of the relative wind. The drag force is in the direction of the relative wind, the lift force is in the perpendicular direction of the relative wind, it is not always perpendicular to the sail. For example, at 0°, a symmetrical profile has no lift due to the fact that the air travels strictly the same distance on the upper surface and the lower surface. It only generates drag at this time.
  • the aerodynamic force generated by the sail can also be broken down in the reference frame of the boat, and not in that of the sail, to be composed of the propulsive force of the sail (which is in the axis of the boat's movement) and in a force of drift (perpendicular to the axis of the boat) which can induce list (transverse inclination of a boat caused by an external phenomenon such as the wind).
  • the hydrodynamic force results from the friction of the water on the hull and the centerboard or keel and the various submerged appendages. Its direction depends on the aerodynamic force it opposes, the propulsive force in hybrid mode, the state of the sea and the ocean currents.
  • the longitudinal component is called hydrodynamic drag
  • the transverse component is called drift lift or anti-drift force or hydrodynamic lift.
  • the direction and the intensity of the hydrodynamic force does not depend only on the aerodynamic force. For a building (boat) operating in hybrid mode (wind and other energy), the hydrodynamic force will strongly depend on the speed of the building generated by the thermal or electric propulsion for example, the state of the sea and the marine currents.
  • the boat (sailboat) will achieve its maximum performance in terms of sailing thrust in the direction of travel. Indeed, it is the optimization of the angle of the sail in relation to the relative wind, the direction of the boat and the adjustment of the surface of the sail which will allow the boat to reach the maximum of its sail propulsion in the axis of the boat. There may be additional adjustment by adjusting the internal pressure of the sail. This makes it possible to increase the speed of the boat or, on the contrary, to maintain the same speed while reducing the consumption of other energies, thanks to the sail propulsion.
  • Figure 1 takes each of the previous denominations with its own reference listed below: a: lift force b: drag force c: aerodynamic resultant force d: Aerodynamic thrust force (in the axis of the ship) e: Aerodynamic drift force f: Relative wind g: Relative wing angle - boat axis (ex: 15°) h: Relative wind angle and boat axis (ex: 30° ) i: Propeller propulsive force j: Hull k: Sail I: Mast m: Aerodynamic center of pressure n: Propeller o: sensor on fixed part (hull frame of reference) p: sensor on mobile part (sail frame of reference)
  • FIG. 1 makes it possible to pass from the data sensors originating from the reference frame of the hull, to the data sensors originating from the reference frame of the sail, and vice versa.
  • FIG. 2 shows the sail propulsion element according to the invention, mounted on a boat, sailboat type, in the operating position.
  • This element comprises a general reference sail 1 mounted on the hull 2 of a boat.
  • the element comprises a mast 3 whose base 4 is fixed to the hull 2, while allowing the rotational movement of the mast 3.
  • the mast 3 is self-supporting.
  • the connection of the mast 3 with the shell 2 is carried out using a support (not shown) intended to recover the efforts of physical force and leave the degree of freedom in rotation.
  • the forces are measured at the level of the support(s).
  • Sail 1 comprises two adjacent surfaces 5 (only one is shown in the figure) interconnected so as to form a closed cavity.
  • the material used for the two adjacent surfaces 5 must limit permeation so as to reduce air consumption, and thus allow the recovery and transmission of the various forces present. In some cases, it may be necessary to add different treatments to the material so as to guarantee by example a certain resistance to fire, to UV, or to apply an antistatic treatment.
  • the sail 1 comprises several curves (not shown) regularly distributed over the height (the curves are larger in the lower part of the sail, and smaller in the upper part).
  • the height of the curve is often linked to the length of the chord of the profile.
  • the curves give it the external appearance of a bellows.
  • the sail 1 comprises an upper part 6, a lower part 7, a leading edge 8 and a trailing edge 9.
  • At least one air inlet 18 is arranged, for example, at the level of the lower part 7 of the veil 1 .
  • Other air inlets 30 can also be arranged on the surface of the leading edge 8.
  • At least one active means for injecting air 7a within the cavity of the sail is arranged in the extension of the duct d air so as to be able to inject air into the cavity of the sail.
  • the sail further comprises a headrest 10 disposed on its upper part 6, and a sail receptacle 11 disposed on its lower part 7 between the leading edge 8 and the trailing edge 9. This receptacle 11 is intended to receive all or part of the sail when lowered.
  • This receptacle 11 is intended to receive all or part of the sail when lowered.
  • the 11 can include various actuators and sensors to facilitate manual or automatic maneuvering when raising or lowering the sail 1 .
  • the sailing propulsion element according to the invention comprises a guide rod
  • This guidance line is intended for guiding the sail during hoisting and lowering and reefing maneuvers of the sail 1 .
  • This line 12 extends substantially over the perimeter of the sail 1.
  • the guide line 12 is removably or not, but not movable, fixed at one end
  • the guide line 12 is movable along the headboard 10 at the using at least two pulleys or other possible return systems (not shown) each arranged on either side of the mast 3. This guide line 12 is adjacent to the leading edge 8, towards the sail receptacle 11, to then be fixed using a furler 19 on the sail receptacle 11 substantially at the level of the leading edge 8.
  • the guide line 12 can be mounted towards a blocking cleat if it is operated manually. On the other hand, it is wound on an automatic winder for the automated version.
  • the guide line 12 has a length of approximately 50 meters for a sail having a total area of approximately 100m 2 , and a tension of between approximately 50 and 250N depending on the uses made of it during the various maneuvers of lowering or hoisting.
  • the mast 3 can be telescopic or fixed. When the mast 3 is telescopic, the headrest 10 is secured to the last element of the telescopic mast 3, which can retain a degree of freedom in rotation, either with respect to the mast, or with the last element of the mast which rotates. When the mast 3 is telescopic, it consists of different elements which slide successively relative to each other to deploy or retract. If there is no reefing (case of transport ships) it is possible to deploy one element after the other constituting the telescopic mast, or all the elements at the same time.
  • the sail 1 being fixed to the headrest 10, descends or rises with the latter.
  • the headrest can be in free rotation, locked in rotation or locked in rotation up to a certain force value. It is also possible to have a servo control of the angular position of the headrest in order to control the twisting of the sail. Indeed, the wind speed is not the same at all altitudes, it may be interesting to adapt the angle of attack of the sail at different altitudes to adapt to different variations in relative wind.
  • the headrest 10 comprises sufficient rigidity in order to communicate the physical forces existing between the various ropes and the mast 3, but also to support the weight of the sail when it is not inflated.
  • the headrest 10 can be, as desired, in free rotation around the mast 3, locked in rotation around the mast 3, locked in rotation around the mast 3 up to a limit value of couple to limit the efforts to an acceptable value (the maximum acceptable value will depend on the construction of the system and the parts that one wishes to protect with this safety system) or even slaved so as to control the twisting of the sail.
  • the mast 3 is connected, fixed to the hull 2 using a mast support 14 whose role is to take up the different physical forces existing between the sail and the boat while leaving the mast a degree of freedom in rotation so as to be able to position oneself at the right angle in relation to the relative wind.
  • This system 15 may consist, inter alia, of a motor.
  • This system 15 allows the sail 1 to be able to perform rotations around the axis of rotation of the mast 3, and consequently to control the desired angle of incidence of the sail 1 .
  • This system for adjusting the angle of incidence can also be mounted integrally with respect to the mast 3, for example on the "nest" (or sail receptacle) with a motor driving via a pinion a crown integral with the hull .
  • the sail propulsion element according to the invention arranged on the hull of a boat can also be combined with a torque limiter, arranged at the base of the mast 3, and known to limit the maximum torque transmissible by the sail 1 to hull 2.
  • the propulsion element according to the invention disposed on the hull of a boat may further comprise an electronic control system 16 disposed in the receptacle 11 of sail.
  • An electric rotary joint 17 can be added in the hull at the lower base of the mast 3. This joint 17 makes it possible to transmit the electric power and the electric commands between the hull 2 and the lower part 7 of the sail 1, without limitation of the number rotation turns around the mast 3 achievable with the sail.
  • the seal 17 can also be replaced by a suitable conventional cable carrier chain.
  • the energy used to actuate the element according to the invention is, for example hydraulic or pneumatic, a hydraulic or pneumatic rotary joint can be used.
  • the sensors for measuring the force transmitted from the sail 1 to the hull 2 the sensors for measuring the force in the transverse axis of the hull 2, the sensors for measuring the force in the longitudinal axis of the hull 2, the pressure sensor in the internal cavity of the sail 1, and the sensor for measuring the speed and the angle of the relative wind.
  • This last measurement can just as well be carried out on the sail 1 as on the hull 2.
  • the sensors are placed on the integral part of the mast 3, they measure the forces in the longitudinal axis and the transverse axis of the veil 1 .
  • the sail 1 can further comprise a sail neutralizer (not shown) which would be stored in the sail receptacle 11 or in the headrest 10.
  • a neutralizer would allow, when deployed from the bottom to the top of the sail, or from top to bottom of the sail, to encapsulate the sail, thus reducing its volume by removing the interior air, and therefore preventing it from blowing, and reducing its wind resistance.
  • Figures 3A, B and C are distinguished from each other by a different angle of incidence of the sail.
  • the relative wind is in the axis of the sail.
  • the axis of the sail presents an angle substantially equal to 15° with respect to the direction of the relative wind
  • the axis of the sail presents an angle symmetrical and equal to that represented in Figure 3B with respect to relative wind direction.
  • the sail 1 has a substantially symmetrical profile.
  • Mast 3 is symbolized by a circle.
  • the relative wind is symbolized by arrow 23.
  • Figure 3A shows a sail 1 in a stabilized state, facing the wind 23.
  • the different forces are balanced.
  • the aerodynamic lift is zero (since it is identical on both sides of the sail due to its symmetrical profile), only the drag 24 exists and maintains the sail along an axis parallel to the axis of the relative wind.
  • Figure 3B shows a sail 1 whose axis has an angle of approximately 15° with respect to the direction of the relative wind.
  • the axis of rotation of the mast 3 is offset forward of the profile with respect to the center of thrust 25 of the aerodynamic forces along the axis of symmetry of the profile.
  • FIG. 3B shows that the torque generated by the aerodynamic force at a certain distance from the center of rotation of the mast 3 has tendency to bring the sail back to its position facing the relative wind, where it can remain stable thanks to the symmetrical profile of the sail.
  • the existing offset between the point of rotation of the mast 3 and the center of thrust 25 allows the propulsion element of the invention to guarantee maintenance of the sail 1 as much in situations of large angle difference with the direction of the wind than those of small deviation.
  • Such an offset between this point of rotation of the mast 3 and the center 25 makes it possible to carry out the abseils of the sail 1 towards the neutral position of the sail, that is to say facing the wind when it deviates from it. .
  • Such an offset makes it possible to reinforce the safety of navigation since the sail returns by itself to a suitable and optimal position in relation to the direction of the relative wind, which minimizes the efforts and keeps the sail in a position facing the wind. This distance must however be minimized so as not to excessively increase the forces necessary for the rotation of the sail.
  • Figure 3C is the figure symmetrical to that of Figure 3B with respect to the axis of the relative wind. The same remarks as those of Figure 3B apply.
  • the outer layer of the sail also called bodywork, consists of a fabric comprising an outer part in contact with the outside air, and an inner part.
  • This fabric can be made of a woven polyester coated with polyurethane.
  • the weight of this fabric can be 110 g/m 2 for a canopy of around 100 m 2 .
  • the attachment of the upper part of the sail can be carried out using hook-and-loop strips, of the VELCRO type.
  • the connections between the outer parts of the sail and the ribs (internal connections) as well as the connections between the components of the outer part, can be made by welding or gluing or any other means of connection (zipper for example) making it possible to guarantee both a sufficiently low level of permeation compatible with the existing inflation system and also guarantee the passage of forces.

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Abstract

L'invention concerne un élément de propulsion vélique comprenant un mât (3), une voile (1) gonflable ou non constituée essentiellement de deux surfaces adjacentes (5) sensiblement étanche et reliées entre elles sur leur pourtour, formant de la sorte entre elles au moins une cavité fermée, ladite voile comprenant une partie supérieure (6), une partie inférieure (7), un bord d'attaque (8) et un bord de fuite (9), la voile comprenant différents galbes formant des renflements sur toute la longueur, un conduit d'air disposé entre l'intérieur et l'extérieure de la cavité de la voile, au moins un moyen pour injecter de l'air dans ladite cavité, la voile une fois gonflée présentant un profil qui reste en permanence symétrique, indépendamment du déplacement dudit élément de propulsion, de la direction ou de l'intensité du vent, une têtière (10) disposée sur la partie supérieure de la voile, et un réceptacle de voile (11) disposé entre le bord d'attaque et le bord de fuite sur la partie inférieure de la voile. L'élément selon l'invention se caractérise en ce que le mât est disposé devant le centre de poussée aérodynamique de la voile, en ce que le mât est libre ou non de rotation à 360°, et en ce que la voile comprend au moins un moyen maintenant une pression faible dans la voile.

Description

ELEMENT DE PROPULSION VELIQUE, VEHICULE A PROPULSION
VELIQUE
[0001] L'invention concerne une voile gonflable et se situe dans le domaine de la propulsion vélique ou celui de la propulsion vélique hybride.
[0002] On rappelle ci-après quelques définitions utilisées dans ce qui suit. :
- Prise de ris : consiste à réduire la surface d’une voile en le repliant en partie par le bas, afin d’adapter la surface de la voile à la force du vent. La prise de ris peut se faire manuellement ou automatiquement.
- Bandes de ris : zones horizontales en parties renforcées permettant de fixer les renvois pour la prise de ris, avec par exemple des œillets ou des poulies. Ces bandes de ris sont disposées sur la voile au niveau de la nervure à chaque hauteur où une prise de ris est prévue. Il y a autant de bandes de ris que de possibilités de réduire la surface de la voile.
- Vérins paresseux (en anglais lazy jack) : dispositif permettant de guider la voile pour effectuer les manœuvres de prises de ris et d’affalage de la voile.
- Borne : espar horizontal, articulé proche de la base du mât, et qui permet de maintenir et d'orienter certaine voile. La borne peut également recevoir la voile lorsque celle-ci est affalée.
- Faseyer : une voile qui faseye est une voile insuffisamment bordée qui se dégonfle en partie. Une voile bien réglée doit être à la limite du faseyement. Avec une voile gonflée, il n’y a pas de faseyement, ce qui permet de rester face au vent.
- Bord d’attaque : partie avant d’un profil dynamique (aile, hélice, etc) où un fluide va se séparer en deux.
- Bord de fuite : partie caractéristique de tout profilé (aile, quille, safran, etc) soumis à un écoulement d’un fluide (air, eau, etc) de part et d’autre. Il désigne la partie opposée au sens de la direction, ou en d’autres termes, la partie arrière considérée dans le sens de l’écoulement.
- Têtière : extrémité supérieure de la voile qui épouse le contour supérieur de la voile gonflable. - Affalage : consiste à descendre la voile.
- Hissage : consiste à monter la voile.
- Gréement : ensemble des pièces fixes et mobiles d’un bateau, type voilier, permettant sa propulsion et ses manœuvres par la force du vent.
- Réceptacle de voile : en plus de recevoir la voile affalée, il peut intégrer d’autres fonctions, telles que reprendre les efforts de tension fournis par la voile, ou bien loger d’autres actionneurs, capteurs stockage d’énergie et module de commande utilisée pour opérer la voile.
- Traînée hydrodynamique : force de frottement entre le bateau et l’eau. Plus la traînée est élevée, plus le bateau est freiné.
- Traînée aérodynamique : composante de la force subie par un corps en mouvement dans un fluide qui s’exerce dans le sens opposé à la direction du mouvement. Selon l’invention, la voile génère une traînée aérodynamique.
- Portance aérodynamique : composante de la force subie par un corps en mouvement dans un fluide qui s’exerce perpendiculairement à la direction du mouvement. Selon l’invention, la voile génère une portance aérodynamique
- Vent relatif ou vent apparent : somme vectorielle du vent créé par la vitesse propre du bateau et la vitesse réelle du vent.
- Résultante aérodynamique : somme vectorielle de la portance aérodynamique et de la traînée aérodynamique.
- Angle d’incidence de la voile : angle entre le plan du profil de la voile et la direction du vent relatif.
- Angle de la voile : angle entre le plan du profil de la voile et l’axe du bateau.
Art antérieur
[0003] Il est déjà connu du document WO 2017/221117A1 un élément de propulsion vélique comprenant une voile gonflable à profil symétrique. Cet élément de propulsion comprend une voile gonflable constituée essentiellement de deux surfaces adjacentes, sensiblement étanches et reliées entre elles sur leur pourtour, formant ainsi au moins une cavité fermée. L’élément comprend en outre un conduit disposé entre l’intérieur et l’extérieur de la cavité et des moyens pour injecter de l’air dans la cavité. Cette voile une fois gonflée présente un profil qui reste en permanence symétrique, indépendamment de déplacement de l’élément, de la direction ou de l’intensité du vent. La voile de ce document est constamment gonflée lors de son utilisation en navigation. [0004] Malheureusement une telle voile souple présente l’inconvénient de ne pas présenter un gonflement adapté aux différentes étapes de son utilisation, et notamment lors des phases d’affalage et de hissage. En effet, contrairement à une voile rigide, une voile souple ne présente pas une position bien définie lors de ces étapes de manipulation (hissage et affalage). Durant ces étapes il est important de conserver la voile proche de l’axe de symétrie du profil de la voile, de manière à éviter que la voile tombe à l’eau ou ne s’accroche à un élément proche d’elle, ou ne s’empile pas de manière convenable pour pouvoir la ranger de manière compacte. Par ailleurs, il est important de conserver une faible pression à l’intérieur de la voile durant la phase d’affalage ou de prise de ris, pour éviter qu’elle ne faseye, ce qui pourrait diminuer sa durée de vie.
[0005] En outre, la voile décrite dans ce document ne peut pas être correctement sécurisée lors de l’arrivée d’une panne électronique ou électrique du dispositif d’automatisation de gestion de la voile, à savoir la partie commandes, capteurs, actionneurs ou alimentation en énergie électrique. [0006] Il est encore connu du document CN107878720A un dispositif de régulation hydraulique de voile de bateau rétractables. La voile est constituée de deux parties, une partie inférieure et une partie supérieure, qui peuvent tourner indépendamment l’une de l’autre autour du mât, en fonction des conditions de navigation ou de la direction du vent. Ce dispositif ajuste de manière automatique l’angle d’attaque de chacune des deux parties de la voile en fonction du vent. La rétractabilité des voiles assure la sécurité du bateau en cas de mauvaises conditions de navigation.
Cependant la rétractibilité de la voile nécessite le bon fonctionnement des dispositifs électroniques d’automatisation. Aucune alternative n’est proposée en cas de panne.
Résumé de l’invention [0007] Aussi il subsiste le besoin de disposer d’une voile gonflable en continu ou non, ou bien d’une voile non gonflable, ou bien d’une voile tendue, ou bien d’une voile rigide avec profil asymétrique, qui, lors d’une panne électronique de son dispositif de gestion automatique, puisse rester en position de sécurité, tant pour la voile que pour les navigateurs à bord, tout en minimisant les efforts générés par la portance de cette voile gonflable. Pour cela, la voile doit pouvoir se positionner elle-même face au vent (et/ou par un mode manuel), de manière à très fortement diminuer la création de portance aérodynamique mais n’avoir que de la traînée aérodynamique. Ceci permet de diminuer les efforts au niveau du gréement et au niveau du bateau, mais aussi d’intervenir en toute sécurité.
[0008] L’invention a pour objet un élément de propulsion vélique comprenant un mât, une voile gonflable ou non constituée essentiellement de deux surfaces adjacentes sensiblement étanche et reliées entre elles sur leur pourtour, formant de la sorte entre elles au moins une cavité fermée, ladite voile comprenant une partie supérieure, une partie inférieure, un bord d’attaque et un bord de fuite, la voile comprenant différents galbes formant des renflements sur toute la longueur, un conduit d’air disposé entre l’intérieur et l’extérieur de la cavité de la voile, au moins un moyen pour injecter de l’air dans ladite cavité, la voile une fois gonflée présentant un profil qui reste en permanence symétrique, indépendamment du déplacement dudit élément de propulsion, de la direction ou de l’intensité du vent, une têtière disposée sur la partie supérieure de la voile, un réceptacle de voile disposé entre le bord d’attaque et le bord de fuite sur la partie inférieure de la voile.
[0009] L’élément de propulsion selon l’invention se caractérise en ce que le mât est disposé devant le centre de poussée aérodynamique de la voile, en ce que le mât est libre ou non de rotation à 360°, et en ce que la voile comprend au moins un moyen permettant de maintenir une pression faible dans la voile.
[0010] Préférentiellement selon l’invention, le mât est entraîné en rotation par un système de réglage de l’angle d’incidence de la voile et il est apte à être libre en rotation en cas d’arrêt d’entraînement du mât par ledit système. Ainsi, on entraîne le mât en rotation à l’aide d’un système de gestion automatique qui agit sur le système de réglage de l’angle d’incidence de la voile et, en cas de panne ou d’incident ou encore d’arrêt volontaire du pilotage de la gestion automatique, le mât est laissé libre en rotation. Le mât peut ainsi effectuer plusieurs rotations sur lui-même. Par incident ou panne on entend par exemple la perte de l’alimentation électrique du moteur d’entraînement du mât ou celle des composants électroniques du système de gestion automatique, voire l’atteinte d’une valeur limite préétablie du couple de rotation du mât. Dans ces cas, on laisse libre en rotation le mât, ce qui permet de positionner la voile face au vent et de diminuer les efforts au niveau du gréement et du bateau.
[0011] L’élément de propulsion vélique selon l’invention présente les différents avantages suivants. Le centre de poussée aérodynamique est bien distinct du mât, et en est suffisamment éloigné vers l’arrière du bateau. La position de mât devant le centre de poussée aérodynamique de la voile permet à ce que la résultante des forces aérodynamiques sur la voile amène la voile, dans tous les cas, face au vent relatif, sauf lorsque le vent relatif est nul. En outre, le maintien en position suffisamment gonflée de la voile grâce aux entrées d'air passive situées, par exemple, sur le bord d’attaque permet de conserver son profil, et ainsi d’éviter qu’elle ne faseye même sans alimentation active. Dans la situation où le vent relatif est nul (empêchant ainsi de gonfler la voile), la voile ne faseyera pas. Dans une telle situation de panne électronique, le faseyement de la voile entraînerait un claquement de la voile, et par conséquence la création d’efforts importants risquant de détruire la voile ou le mât. Enfin en cas de panne électronique, la possibilité d’utiliser la voile très facilement et rapidement en mode manuelle renforce sa mise en sécurité, et par conséquent celle du bateau et de son équipage.
[0012] De préférence, le centre de poussée aérodynamique de la voile est éloigné du mât d’une longueur allant de 0 à 10m.
[0013] De préférence, le moyen de maintien de pression est une ouverture de prise d’air disposée face au vent relatif. Cette entrée d’air permet de conserver une pression interne dans la voile maintenue par le vent relatif.
[0014] De préférence, lors de ladite rotation du mât la transmission de l’énergie et des commandes est effectuée avec un dispositif qui n’entrave pas ladite rotation.
[0015] De préférence, le dispositif qui n’entrave pas la rotation est choisi parmi le joint tournant ou la chaîne porte câble si on accepte de ne pas avoir une liberté de rotation infinie mais limitée à quelques tours.
[0016] De préférence, l’ouverture de prise d’air comprend un clapet de fermeture mobile.
[0017] De préférence, au moins une ligne de guidage constituée en une ou plusieurs parties est disposée dans la cavité fermée de ladite voile, pour les manœuvres de hissage et d’affalage de la voile, ladite ligne de guidage s’étendant du bord d’attaque au bord de fuite de ladite voile, en passant par la têtière et le réceptacle de voile.
[0018] De préférence, lorsqu’une ligne de guidage est présente, elle est constituée en une partie, et est fixée de manière fixe au réceptacle de voile sur le bord de fuite et mobile par enrouleur sur le bord d’attaque, ou bien, mobile par enrouleur au réceptacle de voile sur le bord de fuite et fixe sur le bord d’attaque et la ligne de guidage est disposée le long de la têtière de manière mobile sur au moins une poulie entre le bord de fuite et le bord d’attaque.
[0019] De préférence, lorsqu’une ligne de guidage est présente, elle est constituée en deux parties, la première partie côté bord de fuite est fixée ou bien mobile avec une poulie sur la têtière et mobile par enrouleur sur le réceptacle, la seconde partie côté bord d’attaque, est fixée ou bien mobile avec une poulie sur la têtière et mobile par enrouleur sur le réceptacle.
[0020] Un autre objet de la présente invention est véhicule à propulsion vélique ou hybride comprenant au moins un élément de propulsion vélique tel que cité précédemment, une coque et un mât rendu solidaire de ladite coque, mais toujours libre en rotation. Ce véhicule se caractérise en ce que le mât est disposé à l’intérieur de la cavité de voile gonflable citée ci-dessus.
[0021] Par véhicule, on entend tout engin comprenant des roues ou non, se déplaçant sur terre, sur l’eau, la glace, la neige, la boue.
[0022] De préférence, la voile est orientée en fonction de la direction du vent, et la direction de marche du véhicule de manière manuelle ou automatique, permettant d’optimiser la poussée dans l’axe du bateau ou atteindre la poussée souhaitée, tout en limitant les efforts, les pressions et la gîte à des valeurs acceptables.
[0023] Lorsque le mât n’est pas libre en rotation de manière infinie, il peut simplement, par exemple, effectuer deux tours sur lui-même, dans un sens, sans blocage avec une chaîne porte câble. Dans un tel cas, il devra alors ensuite tourner dans le sens inverse pour le remettre dans une position correcte de navigation.
[0024] Par véhicule à propulsion hybride selon l’invention, on entend la propulsion vélique couplée à une autre source de propulsion comme par exemple une propulsion par une hélice, entraînée par un moteur électrique ou à combustion, avec comme stockage d'énergie des batteries, de l’hydrogène (avec une pile à combustible), du gaz naturel ou du fuel.
Description des dessins
[0025] L’invention va être décrite à l’aide des figures suivantes, schématiques et non nécessairement à l’échelle, et dans lesquelles :
- La figure 1 représente un rappel des différentes forces physiques qui s’appliquent sur un navire, par exemple du type voilier avec un moteur, et notamment la projection de la force aérodynamique résultante ;
- La figure 2 représente une vue schématique en coupe de l’élément de propulsion vélique selon l’invention, disposé sur une coque de bateau ;
- Les figures 3A, 3B et 3C représentent chacune une vue schématique de dessus de la position de l’élément de propulsion selon l’invention, en fonction de différents angles de vent relatif.
[0026] Avant d’expliquer plus en détail l’élément de propulsion vélique, objet de la présente invention, à l’aide des figures citées, un rappel de quelques définitions d’hydrodynamique et d’aérodynamique est exposé ci-après.
[0027] Un véhicule à propulsion vélique, dénommé ci-après voilier ou navire, est en contact avec l’air et avec l’eau. Sur le plan de la physique, les facteurs prépondérants sont les forces hydrodynamiques et aérodynamiques qui s’exercent sur la coque, les voiles et les appendices (dérives, quille, gouvernail), hélice.
[0028] Comme le montre la figure 1, la force aérodynamique (ou poussée vélique) résulte de la déviation de l’air par au moins une voile. La force aérodynamique est relative à la voile et, à la position et la force du vent relatif. La force de traînée est dans la direction du vent relatif, la force de portance est dans la direction perpendiculaire du vent relatif, elle n’est pas toujours perpendiculaire à la voile. Par exemple, à 0°, un profil symétrique n’a pas de portance de par le fait que l’air parcourt strictement la même distance sur l’extrados et l’intrados. Il ne génère à ce moment que de la traînée.
[0029] La force aérodynamique générée par la voile peut aussi être décomposée dans le référentiel du bateau, et non pas dans celui de la voile, pour être composée de la force propulsive vélique (qui est dans l’axe de marche du bateau) et en une force de dérive (perpendiculaire à l’axe du bateau) qui peut induire de la gîte (inclinaison transversale d’un bateau causée par un phénomène extérieur tel que le vent).
[0030] La force hydrodynamique résulte du frottement de l’eau sur la coque et la dérive ou quille et les différents appendices immergés. Sa direction dépend de la force aérodynamique à laquelle elle s’oppose, de la force propulsive en mode hybride, de l’état de la mer et des courants marins. La composante longitudinale est appelée traînée hydrodynamique, et la composante transversale est appelé portance de la dérive ou force anti-dérive ou portance hydrodynamique. La direction et l'intensité de la force hydrodynamique ne dépend pas que de la force aérodynamique. Pour un bâtiment (bateau) fonctionnant en mode hybride (vent et autre énergie), la force hydrodynamique va dépendre fortement de la vitesse du bâtiment générée par la propulsion thermique ou électrique par exemple, de l’état de la mer et des courants marins.
[0031] Lorsque la force vélique est supérieure à la force hydrodynamique le bateau accélère. Lorsque la force vélique est inférieure à la force hydrodynamique le bateau ralentit. En outre, si la force aérodynamique est plus grande mais dirigée vers l’arrière du bateau ce dernier va ralentir. Si la force hydrodynamique est dans le sens de marche du bateau (car il y a un fort courant), le bateau (voilier) va accélérer.
[0032] C’est en optimisant le réglage de la voile que le bateau (voilier) atteindra sa performance maximale en termes de poussée vélique dans le sens de marche. En effet, c’est l’optimisation de l’angle de la voile par rapport au vent relatif, à la direction du bateau et le réglage de la surface de la voile qui permettra au bateau d’atteindre le maximum de sa propulsion vélique dans l’axe du bateau. Il peut y avoir un réglage supplémentaire en jouant sur la pression interne de la voile. Ceci permet ainsi d’augmenter la vitesse du bateau ou au contraire de conserver la même vitesse tout en diminuant la consommation d’autres énergies, par la faveur de la propulsion vélique.
[0033] La figure 1 reprend chacune des dénominations précédentes avec une référence qui lui est propre listées ci-après : a : Force de portance b : Force de traînée c : Force résultante aérodynamique d : Force poussée aérodynamique (dans l’axe du navire) e : Force de dérive aérodynamique f : Vent relatif g : Angle relatif aile - axe bateau (ex : 15°) h : Angle vent relatif et axe bateau (ex : 30°) i : Force propulsive hélice j : Coque k : Voile I : Mât m : Centre de poussée aérodynamique n : Hélice o : capteur sur partie fixe (référentiel coque) p : capteur sur partie mobile (référentiel voile)
Les informations données par la figure 1 permettent de passer des capteurs de données provenant du référentiel de la coque, aux capteurs de données provenant du référentiel de la voile, et inversement.
[0034] La figure 2 représente l’élément de propulsion vélique selon l’invention, monté sur un bateau, type voilier, en position de fonctionnement. Cet élément comprend une voile de référence général 1 monté sur la coque 2 d’un bateau. L’élément comprend un mât 3 dont la base 4 est fixée à la coque 2, tout en permettant le mouvement de rotation du mât 3. Le mât 3 est autoporté. La liaison du mât 3 avec la coque 2 est effectuée à l’aide d’un support (non représenté) destiné à récupérer les efforts de force physiques et laisser le degré de liberté en rotation. Les efforts sont mesurés au niveau du ou des support(s). La voile 1 comprend deux surfaces adjacentes 5 (une seule est visualisée sur la figure) reliées entre elles de manière à former une cavité fermée. Le matériau utilisé pour les deux surfaces adjacentes 5 doit limiter la perméation de manière à diminuer la consommation d’air, et ainsi permettre la reprise et la transmission des différents efforts en présence. Dans certains cas, il peut être nécessaire d’ajouter différents traitements au matériau de manière à garantir par exemple une certaine résistance au feu, aux UV, ou alors d’appliquer un traitement antistatique.
[0035] La voile 1 comprend plusieurs galbes (non représentée) régulièrement répartis sur la hauteur (les galbes sont plus grands en partie basse de la voile, et plus petits en partie haute). La hauteur du galbe est souvent liée à la longueur de la corde du profil.
[0036] Les galbes lui donnent l’aspect extérieur d’un soufflet. La voile 1 comprend une partie supérieure 6, une partie inférieure 7, un bord d’attaque 8 et un bord de fuite 9. Au moins une entrée d’air 18 est disposée, par exemple, au niveau de la partie inférieure 7 de la voile 1 . D’autres entrées d’air 30 peuvent être également disposées sur la surface du bord d’attaque 8. Au moins un moyen actif pour injecter de l’air 7a au sein de la cavité de la voile est disposé dans le prolongement du conduit d’air de manière à pouvoir injecter de l’air dans la cavité de la voile. La voile comprend en outre une têtière 10 disposée sur sa partie supérieure 6, et un réceptacle 11 de voile disposé sur sa partie inférieure 7 entre le bord d’attaque 8 et le bord de fuite 9. Ce réceptacle 11 est destiné à recevoir tout ou partie de la voile lorsqu’elle est affalée. Ce réceptacle
11 peut comprendre différents actionneurs et capteurs facilitant la manœuvre manuelle ou automatique lors du hissage ou de l’affalage de la voile 1 .
[0037] L’élément de propulsion vélique selon l’invention comprend une lige de guidage
12 disposée dans la cavité de la voile 1 . Cette ligne de guidage est destinée au guidage de la voile pendant les manœuvres de hissage et d’affalage et de prise de ris de la voile 1 . Cette ligne 12 s’étend sensiblement sur le périmètre de la voile 1 . La ligne de guidage 12 est fixée de manière amovible ou non, mais non mobile, à une extrémité
13 située proche de l’intersection du bord de fuite 9 et du réceptacle de voile 11 . Elle s’étend ensuite vers la partie supérieure 6 de la voile 1, pour longer la têtière 10 entre le bord de fuite 9 et le bord d’attaque 8. La ligne de guidage 12 est mobile le long de la têtière 10 à l’aide d’au moins deux poulies ou autres systèmes de renvoi possibles (non représentées) chacune disposée de part et d’autre du mât 3. Cette ligne de guidage 12 est adjacente au bord d'attaque 8, vers le réceptacle de voile 11 , pour ensuite être fixée à l’aide d’un enrouleur 19 sur le réceptacle de voile 11 sensiblement au niveau du bord d’attaque 8. La ligne de guidage 12 peut être montée vers un taquet de blocage si elle est actionnée de manière manuelle. Elle est par contre enroulée sur un enrouleur automatique pour la version automatisée. [0038] La ligne de guidage 12 présente une longueur d’environ 50 mètres pour une voile ayant une surface totale d’environ 100m2, et une tension comprise entre environ 50 et 250N selon les utilisations qui en sont faites lors des différentes manœuvres d’affalage ou hissage. [0039] Le mât 3 peut être télescopique ou fixe. Lorsque la mât 3 est télescopique, la têtière 10 est solidaire du dernier élément du mât 3 télescopique, pouvant conserver un degré de liberté en rotation, soit par rapport au mât, soit avec le dernier élément du mât qui tourne. Lorsque le mât 3 est télescopique, il est constitué de différents éléments qui coulissent successivement les uns par rapport aux autres pour se déployer ou se rétracter. Si on n’a pas de prise de ris (cas des navires de transport) il est possible de déployer un élément après l’autre constituant le mât télescopique, ou tous les éléments en même temps.
[0040] Lorsque le mât 3 est fixe, seule la têtière 10 est mobile le long du mât 3. La voile 1 , étant fixée à la têtière 10, descend ou monte avec cette dernière. La têtière peut être en libre rotation, bloquée en rotation ou bloquée en rotation jusqu’à une certaine valeur d’effort. Il est aussi possible d’avoir un asservissement de la position angulaire de la têtière de manière à contrôler le vrillage de la voile. En effet, la vitesse du vent n’étant pas la même à toutes les altitudes, il peut être intéressant d’adapter l’angle d’incidence de la voile aux différentes altitudes pour s’adapter aux différentes variations de vent relatif.
[0041] Il est possible aussi de combiner un mât 3 télescopique et une têtière 10 qui coulisse le long du mât 3.
[0042] La têtière 10 comprend une rigidité suffisante afin de communiquer les forces physiques existant entre les différents cordages et le mât 3, mais aussi pour supporter le poids de la voile lorsqu’elle n’est pas gonflée. Selon les différents mode de réalisation selon l’invention, la têtière 10 peut être, au choix, en rotation libre autour du mât 3, bloquée en rotation autour du mât 3, bloquée en rotation autour du mât 3 jusqu’à une valeur limite de couple pour limiter les efforts à une valeur acceptable (la valeur maximale acceptable va dépendre de la construction du système et des parties que l’on souhaite protéger avec ce système de sécurité) ou encore asservie de manière à contrôler le vrillage de la voile. [0043] Le mât 3 est relié, fixé à la coque 2 à l’aide d’un support de mât 14 dont le rôle est de reprendre les différentes forces physiques existant entre la voile et le bateau tout en laissant au mât un degré de liberté en rotation de manière à pouvoir se positionner au bon angle par rapport au vent relatif.
[0044] A la base du mât 3, au niveau de la coque 2, existe un système 15 de réglage de l’angle d’incidence qui permet de commander la rotation de la voile 1 en faisant tourner le mât 3 et toutes les pièces de manœuvre fixées sur ledit mât 3. Ce système 15 peut être constitué, entre autres, d’un moteur. Ce système 15 permet à la voile 1 de pouvoir effectuer des rotations autour de l’axe de rotation du mât 3, et par conséquent de commander l’angle d’incidence souhaité de la voile 1 . Ce système de réglage de l’angle d’incidence peut aussi être monté de manière solidaire par rapport au mât 3, par exemple sur le « nest » (ou réceptacle de voile) avec un moteur entraînant via un pignon une couronne solidaire de la coque.
[0045] On rappelle que la mesure de l’angle d'incidence permet de connaître le positionnement angulaire de la voile 1 par rapport à l’axe du bateau. Un tel dispositif permet de mettre dans un même référentiel la voile 1 , la coque 2 et le vent relatif, quel que soit l’endroit où la mesure du vent est effectuée sur la voile 1 ou sur la coque 2. Un tel système embarqué simplifie la navigation, en mode automatique.
[0046] L’élément de propulsion vélique selon l’invention disposé sur la coque d’un bateau peut en outre être combiné à un limiteur de couple, disposé à la base du mât 3, et connu pour limiter le couple maximum transmissible par la voile 1 vers la coque 2.
[0047] L’élément de propulsion selon l’invention disposé sur la coque d’un bateau peut en outre comprendre un système électronique de commande 16 disposé dans le réceptacle 11 de voile. Un joint tournant électrique 17 peut être ajouté dans la coque à la base inférieure du mât 3. Ce joint 17 permet de transmettre la puissance électrique et les commandes électriques entre la coque 2 et la partie inférieure 7 de la voile 1 , sans limitation du nombre de tours de rotation autour du mât 3 réalisable avec la voile. Le joint 17 peut aussi être remplacé par une chaîne porte câble classique adaptée. Lorsque l’énergie utilisée pour actionner l’élément selon l’invention, est, par exemple hydraulique ou pneumatique, on peut utiliser un joint tournant hydraulique ou pneumatique. [0048] Parmi les différents capteurs de mesure, on peut trouver les capteurs de mesure de l’effort transmis de la voile 1 vers la coque 2, les capteurs de mesure de l’effort dans l’axe transversal de la coque 2, les capteurs de mesure de l’effort dans l’axe longitudinale de la coque 2, le capteur de pression dans la cavité interne de la voile 1 , et le capteur de mesure de la vitesse et de l’angle du vent relatif. Cette dernière mesure peut aussi bien être effectuée sur la voile 1 comme sur la coque 2. Dans le cas où les capteurs sont disposés sur la partie solidaire du mât 3, ils mesurent les efforts dans l’axe longitudinal et l’axe transversal de la voile 1 .
[0049] La voile 1 peut comprendre en outre un neutralisateur de voile (non représenté) qui serait stocké dans le réceptacle de voile 11 ou dans la têtière 10. Un tel neutralisateur permettrait, lorsqu’il serait déployé du bas vers le haut de la voile, ou du haut vers le bas de la voile, d’encapsuler la voile, ainsi d’en diminuer le volume en supprimant l’air intérieur, et donc de l’empêcher de fasseyer, et diminuer sa prise au vent. [0050] Les figures 3A, B et C se distinguent les unes des autres par un angle d’incidence de la voile différent.
[0051] Sur la figure 3A, le vent relatif est dans l’axe de la voile. Sur la figure 3B, l’axe de la voile présente un angle sensiblement égal à 15° par rapport à la direction du vent relatif, et sur la figure 3C, l’axe de la voile présente un angle symétrique et égal à celui représenté sur la figure 3B par rapport à la direction du vent relatif.
[0052] Sur les figures 3A, 3B et 3C, la voile 1 présente un profil sensiblement symétrique. Le mât 3 est symbolisé par un cercle. Le vent relatif est symbolisé par la flèche 23.
[0053] La figure 3A représente une voile 1 dans un état stabilisé, face au vent 23. Les différents efforts sont équilibrés. La portance aérodynamique est nulle (car identique des deux côtés de la voile du fait de son profil symétrique), seule la traînée 24 existe et maintient la voilel selon un axe parallèle à l’axe du vent relatif.
[0054] La figure 3B représente une voile 1 dont l’axe présente un angle d’environ 15° par rapport à la direction du vent relatif. L’axe de rotation du mât 3 est décalé vers l’avant du profil par rapport au centre de poussée 25 des forces aérodynamiques le long de l’axe de symétrie du profil. La figure 3B montre que le couple généré par l’effort aérodynamique à une certaine distance du centre de rotation du mât 3 a tendance à ramener la voile vers sa position face au vent relatif, où elle peut rester de manière stable grâce au profil symétrique de la voile.
[0055] Le décalage existant entre le point de rotation du mât 3 et le centre de poussée 25 permet à l’élément de propulsion de l’invention de garantir un maintien de la voile 1 autant dans les situations de grand écart d’angle avec la direction du vent que celles de petit écart. Un tel décalage entre ce point de rotation du mât 3 et le centre 25 permet d’effectuer les rappels de la voile 1 vers la position neutre de la voile, c’est-à-dire face au vent lorsqu'elle s’en écarte. Un tel décalage permet de renforcer la sécurité de la navigation puisque la voile revient d’elle-même dans une position adaptée et optimale par rapport au sens du vent relatif, ce qui minimise les efforts et maintient la voile dans une position face au vent. Cette distance doit cependant être minimisée de manière à ne pas augmenter exagérément les efforts nécessaires pour la rotation de la voile.
[0056] La figure 3C est la figure symétrique à celle de la figure 3B par rapport à l’axe du vent relatif. Les mêmes remarques que celles de la figure 3B s’appliquent.
[0057] Exemple
L’exemple qui suit, est donné uniquement à titre d’illustration, et n’est nullement limitatif. Le tableau suivant regroupe différentes situations possibles.
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[0058] La couche externe de la voile, appelée aussi carrosserie, est constituée d’un tissu comprenant une partie externe en contact avec l’air extérieur, et une partie interne. Ce tissu peut être réalisé en un tissé polyester enduit de polyuréthane. Le grammage de ce tissu peut être de 110g/m2 pour une voilure d’environ 100m2.
[0059] L’accrochage de la partie supérieure de la voile peut être effectuée grâce à des bandes auto agrippantes, de type VELCRO. Les liaisons entre les parties extérieures de la voile et les nervures (liaisons internes) ainsi que les liaisons entre les constituants de la partie extérieure, peuvent être effectuées par soudure ou collage ou tous autres moyens de liaison (fermeture éclair par exemple) permettant de garantir à la fois un niveau de perméation suffisamment faible compatible avec le système de gonflage existant et aussi garantir le passages des efforts.

Claims

Revendications
1 . Elément de propulsion vélique comprenant : a. un mât (3), b. une voile (1) gonflable constituée essentiellement de deux surfaces adjacentes (5) sensiblement étanche et reliées entre elles sur leur pourtour, formant de la sorte entre elles au moins une cavité fermée, ladite voile comprenant une partie supérieure (6), une partie inférieure (7), un bord d’attaque (8) et un bord de fuite (9), la voile comprenant différents galbes formant des renflements sur toute la longueur, ladite voile ayant un centre de poussée aérodynamique, c. un conduit d’air disposé entre l’intérieur et l’extérieur de la cavité de la voile, d. au moins un moyen pour injecter de l’air dans ladite cavité, la voile une fois gonflée présentant un profil qui reste en permanence symétrique, indépendamment du déplacement dudit élément de propulsion, de la direction ou de l’intensité du vent, e. une têtière (10) disposée sur la partie supérieure (6) de la voile (1), f. un réceptacle (11 ) de voile disposé entre le bord d’attaque (8) et le bord de fuite (9) sur la partie inférieure (7) de la voile, caractérisé en ce que le mât est disposé devant le centre de poussée aérodynamique de la voile, en ce que le mât est libre ou non de rotation à
360°, et en ce que la voile comprend au moins un moyen maintenant une pression faible dans la voile.
2. Elément selon la revendication 1, dans lequel le centre de poussée aérodynamique de la voile (1) est éloigné du mât (3) d’une longueur allant de 0 à 10 m.
3. Elément selon la revendication 1, dans lequel le moyen de maintien de pression est une ouverture de prise d’air disposée face au vent relatif.
4. Elément selon la revendication 1 , dans lequel lors de ladite rotation du mât une transmission d’énergie et de commandes est effectuée avec un dispositif qui n’entrave pas ladite rotation.
5. Elément selon la revendication 4, dans lequel le dispositif qui n’entrave pas la rotation est choisi parmi le joint tournant ou la chaîne porte câble.
6. Elément selon la revendication 3, dans lequel l’ouverture de prise d’air comprend un clapet de fermeture mobile.
7. Elément selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins une ligne de guidage constituée en une ou plusieurs parties est disposée dans la cavité fermée de ladite voile, pour les manœuvres de hissage et d’affalage de la voile, ladite ligne de guidage s’étendant du bord d’attaque au bord de fuite de ladite voile, en passant par la têtière et le réceptacle de voile.
8. Véhicule à propulsion vélique ou hybride comprenant au moins un élément selon l’une des revendications précédentes, une coque et un mât (3) rendu solidaire de ladite coque mais toujours libre en rotation, caractérisé en ce que le mât (3) est disposé à l’intérieur de la cavité de ladite voile gonflable.
9. Véhicule selon la revendication 7, dans lequel la voile est orientée en fonction de la direction du vent, et la direction de marche du véhicule de manière manuelle ou automatique.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1464877A (fr) * 1965-11-23 1967-01-06 Conservatoire Nat Arts Perfectionnements apportés aux véhicules propulsés par le vent naturel
GB2285027A (en) * 1993-12-21 1995-06-28 Robert Hill A sail
US6892659B2 (en) * 2001-09-21 2005-05-17 Gesuino Petretto Multi-section boat sail
WO2017221117A1 (fr) 2016-06-22 2017-12-28 Laurent De Kalbermatten Element de propulsion velique comprenant une voile gonflable a profil symetrique
CN107878720A (zh) 2017-11-09 2018-04-06 沈阳工程学院 一种可收放的对称翼型风帆装置
GB2578085A (en) * 2018-08-14 2020-04-22 Stephen Smith Darrell A propulsion system for a boat

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1464877A (fr) * 1965-11-23 1967-01-06 Conservatoire Nat Arts Perfectionnements apportés aux véhicules propulsés par le vent naturel
GB2285027A (en) * 1993-12-21 1995-06-28 Robert Hill A sail
US6892659B2 (en) * 2001-09-21 2005-05-17 Gesuino Petretto Multi-section boat sail
WO2017221117A1 (fr) 2016-06-22 2017-12-28 Laurent De Kalbermatten Element de propulsion velique comprenant une voile gonflable a profil symetrique
CN107878720A (zh) 2017-11-09 2018-04-06 沈阳工程学院 一种可收放的对称翼型风帆装置
GB2578085A (en) * 2018-08-14 2020-04-22 Stephen Smith Darrell A propulsion system for a boat

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