FR3008382A1

FR3008382A1 - Voilure en forme d'aile d'avion pour engin a propulsion velique

Info

Publication number: FR3008382A1
Application number: FR1401649A
Authority: FR
Inventors: Jean Luc Hauser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2015-01-16
Anticipated expiration: 2034-07-15
Also published as: FR3008381A1; FR3008382B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif permettant de réaliser un profil aérodynamique asymétrique réversible, à surface réductible et orientable. La voilure placée verticalement, auto-portée et orientable à 360°est composée d'une partie avant dite bord d'attaque et d'une partie arrière dite bord de fuite, chacun de ces deux éléments, ayant la forme d'un tronçon du profil aérodynamique prédéfini pour l'ensemble de la voilure, orientables l'un par rapport à l'autre selon un axe vertical, permettant l'inversion du profil asymétrique généré d'une face à l'autre. L'un et l'autre de ces éléments, pouvant être partiellement ou totalement gonflables, seront dans cette configuration fermés et totalement étanches, mis sous pression indépendamment de la pression de l'air circulant autour du profil et réalisés selon la technique de tissage dit double paroi, les fils de chaîne du tissu de chaque face étant simultanément tissés sur les deux trames se faisant face. L'élément porteur de l'ensemble de l'aile sera selon la configuration de fabrication choisie sera intégré dans l'un ou l'autre de ces deux éléments. Un tel dispositif permet de cumuler les avantages d'une voilure rigide en forme d'aile et d'une voilure souple et repliable.

Description

La présente invention concerne un profil aérodynamique en forme d'aile d'avion pour tout engin à propulsion vélique. Dans le domaine de la navigation, cette propulsion est assurée par une ou plusieurs voiles 5 faites de toile tendue. Plus récemment fut étudiée la voile dite épaisse du type aile d'avion dont les performances sont supérieures à la voile simple. Ces recherches ont fait l'objet de nombreuses réalisations que l'on peut regrouper en deux catégories : Ailes rigides telles que celles équipant les multicoques AC 45et AC 72 de l'América's Cup. Ce sont des ensembles mécaniques extrêmement complexes et d'un coût 10 de fabrication limitant l'usage à la haute compétition De plus ce type d'aile ne permet pas la réduction de la surface de voilure impérative pour les navires de croisière. Ailes souples. Toile double, hissée sur un espar et tendue par des lattes ou cambers maintenant la forme d'un profil épais. Ce type d'aile présente l'inconvénient majeur des déformations du profil entre les éléments rigides (cannbers) . De plus les inconvénients 15 d'efforts de tension de la voile classique persistent. Il faut en effet tendre fortement la toile de haut en bas pour conserver au mieux le profil choisi. Une autre technologie consiste en une toile double hissée sur un espar, gonflée par la pression d'arrêt du vent et dont le profil asymétrique est généré par déformation en tendant l'une des faces du profil (intrados) ou détendant l'autre face (extrados) mécaniquement ou grâce à des 20 entrées d'air alternativement fermées et ouvertes sur chaque face de l'aile. Il est connu de l'état de la technique des dispositifs ayant fait l'objet de demandes de brevet DE 202012001514 et WO 9826982. Ces dispositifs ont pour principaux inconvénients de générer des profils d'aile dont la géométrie est difficilement contrôlable et différente des profils aérodynamiques porteurs issus de la recherche tels que les profils NACA ou CLARK. En effet, la supériorité de l'aile sur la voile 25 classique n'est vraie que si les performances du profil aérodynamique choisi sont avérées et que le contrôle de ce profil est assuré sur toute la surface de l'aile. De plus, la mise en forme de tels dispositifs dépend de la pression de l'air circulant autour du profil pour se maintenir à l'état gonflé. 30 Le dispositif selon l'invention vise à pallier ces inconvénients. Ce dispositif, permet de réaliser une voilure en forme d'aile d'avion placée verticalement, auto-portée et orientable à 360 °. Il se compose de deux parties principales : une partie avant dite bord d'attaque et une partie arrière dite bord de fuite de l'aile. Chacun de ces deux éléments a la forme d'un tronçon d'un profil aérodynamique prédéfini, l'ensemble générant une aile complète. Le profil d'aile ainsi créé pourra être rendu asymétrique par une liaison libre en rotation selon un axe vertical entre les deux éléments bord d'attaque et bord de fuite précités. Le profil asymétrique ainsi créé est réversible d'une face sur l'autre. Un support utilisé à la fois comme porteur de l'ensemble de l'aile et axe vertical de rotation, pourra, selon deux configurations différentes, être intégré dans l'un ou l'autre de ces deux éléments. Ce support sera réalisé dans le cas général en matériaux composites type résine de synthèse et fibres. La plus grande part de la voilure, liée à ce support sera souple, totalement étanche et mise en forme par gonflage d'air à l'aide d'un moyen quelconque de gonflage en fonction des dimensions de la voilure tel que pompe à air manuelle, compresseur d'air, bouteille d'air comprimée ou autre. L'obtention d'un profil précis sur toute sa surface est rendue possible par l' utilisation de textile dit double paroi pour la réalisation des parties gonflables de cette voilure. Cette technique de tissage lie les fils de chaîne du tissu simultanément sur les deux trames se faisant face. En faisant varier la longueur de ces fils de liaison lors du tissage par la variation de la distance entre les deux parois sur une machine adaptée à cet effet, il est possible de générer ainsi un profil défini. Ces pièces de textile double paroi seront fermées par un tissu collé et cousu en haut et bas du profil généré, le tout rendu étanche à l'air par enduction d'une résine élastomère, le maintien du profil ainsi obtenu étant assuré par la mise en pression de ces éléments ou parties d'éléments par un quelconque moyen connu de mise sous pression d'air, indépendamment de la pression statique ou dynamique de l'air circulant autour de ce profil. Dans les pièces de tissu hautes et basses seront implantés des embouts de gonflage, soupapes de surpression et valves de dégonflage. La voilure réalisée selon l'invention vise à obtenir les performances d'une aile rigide, tout en étant un plan de voilure souple de faible poids et à la surface réductible. En effet, les éléments ou parties d'éléments gonflables ainsi conçus se comportent après mise en pression, comme des éléments à structure rigide. Ils rendent indéformable le profil de la voilure soumise à la pression exercée par le vent. Dans une première configuration, la partie avant dite bord d'attaque de l'aile sera rigide et réalisée en matériaux composites, cet élément étant alors porteur de l'ensemble de la voilure. À la base de cet élément est fixée une pièce cylindrique servant d'axe de rotation à l'ensemble de la voilure. La partie arrière dite bord de fuite sera gonflable fermée, étanche à l'air et réalisée en tissu dit double paroi tel que décrit précédemment. L'articulation entre les deux éléments (1) et (2) permet de générer un profil asymétrique précis en contrôlant l'angle ainsi formé. La liaison entre les deux éléments pourra être composée d'une toile qui enserre la partie avant rigide constituant le bord d'attaque et fixée sur la partie gonflable sur toute sa hauteur. Cette toile pourra être détachable sur un des côtés de la partie gonflable afin de faciliter la mise en place de cette dernière. Sur le même mode cette toile peut être remplacée par des sangles réparties sur la hauteur de la partie gonflable. Selon une autre technique, cette liaison pourra être réalisée par un système rail et coulisseaux, le rail fixé à l'arrière du bord d'attaque et les coulisseaux sur l'avant de la partie gonflable. Enfin l'angle généré entre les deux éléments de l'aile sera contrôlé par des systèmes simples de cordages ou palans bien connus de l'homme de métier fixés dans la partie basse de l'aile entre les deux éléments. Un simple cordage appelé écoute fixé en bas et à l'arrière du bord de fuite assurera le positionnement de la voilure par rapport au vent. Dans une deuxième configuration, la structure rigide en matériaux composites servant de mât porteur (3 bis figure 3) sera intégrée dans l'élément (2) et composera ainsi l'avant du bord de fuite. La partie arrière de cet élément (2) ainsi que la totalité de l'élément (1) dit bord d'attaque seront du type gonflable comme décrit ci-dessus dans la première configuration. La partie gonflable de l'élément (2) pourra être hissée sur le mât porteur sur un double rail avec coulisseaux (8) et (9) sur l'arrière du profil porteur afin de maintenir correctement cette partie en toile gonflable sur les deux côté du profil. L'élément (1) pourra être hissé sur le mât porteur par rail et coulisseaux et orienté par rapport à l'élément (2) comme dans la première configuration. Dans cette configuration, l'augmentation de la surface de voilure en avant du point de rotation de l'aile compense partiellement l'effort à exercer sur le cordage d'écoute. Dans une adaptation de cette voilure aux très petites unités de la voile légère du type dériveur ou catamaran de sport, les deux éléments de l'aile seront entièrement gonflables. Un des deux éléments dont le tissage aura été renforcé en conséquence, sera gonflé à une pression plus importante de manière à apporter la rigidité nécessaire à la tenue de l'aile. Cet élément sera alors I' élément porteur de l'ensemble de la voilure. Il sera muni d'une pièce cylindrique en matériau rigide à sa base, afin d'assurer la liaison en rotation avec la structure du navire.

Dans les deux premières configurations, la ou les parties gonflables pourront être divisées en au moins deux poches superposées dans la hauteur et misent sous pression indépendamment afin de permettre la réduction de la surface de voilure.

Lors d'une étude faite sur la base de ce dispositif les profils aérodynamiques ont été choisis comme suit : Elément (1) 18 % de la corde du profil NACA 0012 à partir du bord d'attaque. Cet élément étant conçu sur le modèle de la première configuration (bord d'attaque rigide) Elément (2) les 82 % de la corde du profil NACA 0012 jusqu'au bord de fuite (bord de 5 fuite entièrement gonflable.) Un angle de 6° donné entre les deux éléments (1) et (2) permet d'obtenir un profil très proche du profil asymétrique NACA 23012. Les performances aérodynamiques de cette solution ont montré des résultats très satisfaisants en simulation numérique sur un logiciel de mécanique des fluides. Une étude complémentaire a permis de dimensionner le mât porteur pour une 10 fabrication en composite fibre de carbone-résine époxy et pour une surface de voilure totale de 22 m2. Les dessins en annexe illustrent l'invention, figures 1, 2 et 3. La figure 1 illustre la composition de l'aile selon l'invention et met en évidence la simplicité 15 de la conception. L'aile se compose des éléments (1) et (2), la pièce cylindrique (6) assurant la liaison en rotation avec la structure du navire est ici fixée sous l'élément (1). La figure 2 illustre en coupe vue de dessus la première configuration décrite ci-dessus. L'élément (1) composé d'un tronçon de profil aérodynamique (3) ayant la fonction de mât porteur de l'ensemble de l'aile et de la toile (5) qui assure la liaison avec l'élément gonflable(2). On voit ici 20 la forme asymétrique de l'aile avec un angle de 6° entre les éléments (1) et (2). La figure 3 illustre en coupe vue de dessus un montage selon la deuxième configuration décrite ci-dessus. L'élément gonflable (1) est relié par un système rail-coulisseaux (7) au mât porteur (3 bis) intégré dans l'élément (2) de la voilure. Le système double rail-coulisseaux (8) (9) assure la liaison entre le 25 mât porteur (3 bis) et la partie arrière gonflable de l'élément (2). La présente invention est principalement destinée à la propulsion vélique d'une embarcation. Ces caractéristiques de simplicité et d'efficacité pourraient intéresser aussi bien la navigation de plaisance que des navires de fort tonnage en complément de leur propulsion à moteur. 1

Claims

REVENDICATIONS1) Voilure en forme d'aile d'avion pour engin à propulsion vélique placée verticalement, auto-portée et orientable à 360 ° composée d'une partie avant dite bord d'attaque et d'une partie arrière dite bord de fuite, chacun de ces deux éléments (1) et (2), ayant la forme d'un tronçon du profil aérodynamique prédéfini pour l'ensemble de la voilure, orientables l'un par rapport à l'autre selon un axe vertical, caractérisée en ce que l'élément (1) ou tout ou partie de l'élément (2) selon la configuration de fabrication choisie pourront être réalisés dans un textile de type textile double paroi, les fils de chaîne de chaque paroi étant simultanément tissés sur les deux trames desdites parois se faisant face, la distance entre ses deux parois variant tout au long du profil généré, le haut et bas de ces profils étant fermés par un tissu collé et cousu, le tout rendu étanche à l'air par enduction d'une résine élastomère, le maintien du profil ainsi obtenu étant assuré par la mise en pression de l'élément (1) et de tout ou partie d'élément (2) par un quelconque moyen connu de mise sous pression d'air, indépendamment de la pression statique ou dynamique de l'air circulant autour de ce profil.
2) Voilure en forme d'aile d'avion pour engin à propulsion vélique selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément (1) dit bord d'attaque est entièrement gonflable et fabriqué selon la technique décrite, un profil rigide porteur de l'ensemble de la voilure, doté à sa base d'un support cylindrique faisant fonction d'axe de rotation pour l'ensemble de la voilure étant intégré à l'avant de l'élément (2) dit bord de fuite, la partie arrière de cet élément étant gonflable et réalisée selon la technique décrite.
3) Voilure en forme d'aile d'avion pour engin à propulsion vélique selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément (2) ou bord de fuite étant entièrement gonflable et fabriqué selon la technique décrite, l'élément (1) constituant le bord d'attaque de l'aile est de structure rigide et réalisé en matériaux composites, assurant le maintien de l'ensemble de la voilure, doté à sa base d'une partie cylindrique faisant fonction d'axe de rotation de l'ensemble de la voilure.
4) Voilure en forme d'aile d'avion pour engin à propulsion vélique selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux éléments (1) et (2) de la voilure sont tous deux entièrement gonflables, l'élément (1) dit bord d'attaque étant gonflé avec une pression d'air suffisante pour assurer le maintien de l'ensemble de la voilure, cet élément étant équipé dans sa partie basse d'un support rigide cylindrique ayant fonction d'axe de rotation pour l'ensemble de la voilure.
5) Voilure en forme d'aile d'avion pour engin à propulsion vélique selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux éléments (1) et (2) de la voilure sont tous deux entièrement gonflables, l'élément (2) dit bord de fuite étant gonflé avec une pression d'air suffisante pour assurer le maintien de l'ensemble de la voilure, cet élément étant équipé dans sa partie basse d'un support rigide cylindrique ayant fonction d'axe de rotation pour l'ensemble de la voilure.
6) Voilure en forme d'aile d'avion pour engin à propulsion vélique selon les revendications 1 2 ou 3 caractérisée en ce que les éléments entièrement ou partiellement gonflables de cette voilure sont cloisonnés en au moins deux parties superposées dans la hauteur de la voilure, celles-ci pouvant être mises sous pression indépendamment l'une de l'autre.