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WO2002087961A1 - Navire a voilure distribuee - Google Patents

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Publication number
WO2002087961A1
WO2002087961A1 PCT/FR2002/001520 FR0201520W WO02087961A1 WO 2002087961 A1 WO2002087961 A1 WO 2002087961A1 FR 0201520 W FR0201520 W FR 0201520W WO 02087961 A1 WO02087961 A1 WO 02087961A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
float
mast
floats
wind
cables
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2002/001520
Other languages
English (en)
Inventor
Philippe Cinquin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Priority to EP02738210A priority Critical patent/EP1383675B1/fr
Publication of WO2002087961A1 publication Critical patent/WO2002087961A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/10—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with multiple hulls
    • B63B1/14—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with multiple hulls the hulls being interconnected resiliently or having means for actively varying hull shape or configuration
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a multihull ship using as a driving force natural elements such as the force of the wind or waves.
  • the force of the wind tends to cause the boat to heel.
  • stability is obtained by widening the "lift polygon".
  • the airfoil is carried by a limited number of masts, rigidly connected to the hulls, themselves rigidly fixed to each other (with the exception of a possible possibility of rotation of the mast on its axis).
  • the object of the present invention is to allow movement on the water characterized by the following points:
  • the present invention generally provides for replacing the rigid structure of the sailboat with a highly deformable structure, consisting of a passenger compartment and a "hitch" of "floats" connected by inter-float connections, constituted rigid articulated cables or rods, and by a set of masts. Some of these masts can carry a sail, hence the term "distributed sail”.
  • This architecture therefore separates several functions conventionally united in the rigid structure of a boat: a) "hotel” function:
  • the cockpit is limited to a structure as light as possible to resist the weight of the crew and its equipment, - this cockpit can be towed by 1 hitch of floats;
  • This cabin can have fins arranged in contact with water, capable of generating a force whose direction and intensity depend on the geometry and position, as well as the speed relative to water, commonly called “foils”; these “foils” may be arranged so as to generate a vertical force directed upwards, thus allowing the passenger compartment to touch the water only by means of said "foils", - this passenger compartment may have “foils” whose action generates a vertical force directed downwards, which will allow it to sink underwater,
  • this cabin can have wings which will allow it to take off from the surface of the water, b) motor function:
  • drift force resistance function provided by drifts carried by each float
  • direction function - ability to advance in a determined direction, ensured by the slaving of the movements of all the floats to the direction determined by at least one "director" float
  • the invention can be considered as a "set of windsurfers", connected by joints.
  • Said joints may consist of rigid rods
  • the invention combines the advantages of windsurfing and the ability to tow a cabin compatible with long journeys possibly made by crew.
  • the present invention provides a sailing vessel, comprising a plurality of floats, some of which carry sails linked to masts, characterized in that the floats are movable relative to each other, in that the position and 1 ' relative orientation of said floats are adjusted by means of a set of interfloat connections, and in that the rigging which makes it possible to define and maintain the position of each mast connects said mast to at least one other float than that which carries said mast.
  • the floats are arranged in line.
  • the floats and the inter-float connections are arranged so as to form a set of closed geometric figures, such as for example triangles.
  • the inter-float connections consist of rigid rods, fixed to each float by means of a joint, such as for example a cardan joint.
  • the inter-float connections are made up of cables.
  • the components of the rigging which connect a mast to a float different from that which carries said mast consist of cables.
  • the components of the rigging which connect a mast to a float different from that which carries said mast comprise rigid rods.
  • At least one float carries two sails, carried by two masts, arranged so that the effect of the wind on one of these sails tends to sink the float underwater , and that the effect of the wind on the other sail tends to make the float take off.
  • the floats tow by means of towing links a cockpit having wings which allow it to rise above the sea from a speed relative to the sufficient wind.
  • the floats tow by means of towing connections a passenger compartment capable of sinking below sea level, for example under the effect of the action of a foil.
  • Figure 1 shows an overall perspective view of a Distributed Wing Vessel with 4 floats and two sails, sailing starboard tack upwind, where the capsizing force is compensated by cables,
  • FIG. 2 shows a side view of one of the floats of the system shown in Figure 1
  • - Figure 3 shows a top view of the system shown in Figure 1, adjusted to allow starboard tack to sail crosswind
  • FIG. 4 represents a schematic view illustrating the principle of a "foil" intended to create a vertical force directed downwards
  • FIG. 5 shows a schematic front view illustrating the possibility of having two sails on each float, the capsizing force being compensated by cables
  • - Figure 6 represents a schematic front view illustrating the possibility of compensating the capsizing force by rigid rods
  • FIG. 7 represents a perspective view of a Distributed Wing Vessel system with 7 floats and 3 sails, where the floats are associated in groups of 3, and where the capsizing force is compensated by rigid rods,
  • FIG. 8 shows the rigging necessary for tacking for the Distributed Wing Vessel presented in Figure 8
  • - Figure 9 is a vertical section showing 3 floats of a Distributed Wing Vessel system using the force of waves. 1 Main embodiment: "cable capsizing"
  • FIGS. 1 to 3 a hull 1 is towed by cables 2 to a set of four floats 3 equipped with fins 4, the two central ones of which are fitted with sails 5.
  • the parts relating to a given float will be identified by a letter (a, b, c, d).
  • the floats 3a, 3b, 3c and 3d appear from left to right in Figure 1.
  • the Distributed Wing Vessel moves to the upper left corner of the figure.
  • the hull 1 is towed by towing cables 2 (2b and 2c) fixed to the rear of the floats 3b and 3c.
  • the crew will be able to live in hull 1, which therefore serves as their "cockpit", and it is from there that they will make the necessary maneuvers.
  • All floats are fitted with 4 fins (4a, 4b, 4c, 4d).
  • the floats 3b and 3c carry sails 5 (5b and 5c). These sails are of the type used in windsurfing boards.
  • Each sail has a mast 6 (6b and 6c), fixed to the float by a mast foot 7 (7b and 7c) which allows the mast to rotate freely relative to the float.
  • the mast feet are of the type used in windsurfing.
  • a pulley 9 (9b and 9c) which allows a forestay 10 (10b and 10c) to connect the top of the mast 6 (6b and 6c) to the hull 1.
  • the floats 3b and 3c carry at the rear a backstay base 11 (11b and lie), on which is fixed a pulley 12 (12b and 12c) which allows a backstay 13 (13b and 13c) to connect the top of the mast 6 to the hull 1.
  • the possibility of adjusting the forestay 10 and the backstay 13 will make it possible to adapt to the different gaits (relative position of the wind relative to the route followed by the float), and if necessary, use the hull 1 to contribute to the balance of the mast 6.
  • the masts 6 are subjected to a force which tends to cause them to tilt forward.
  • the traction exerted by the backstay 13 on the mast 6 will compensate for this force.
  • Upwind the mast tends to tip backwards, which will be compensated by the forestay.
  • the control of the balance of the masts 6 also depends on the angle between the wind and the sails 5.
  • the sails 5 have a terminal 14 (rigid bar at the base of the sail).
  • Sheets 15 (15b and 15c) connect the rear ends of the booms 14 to the hull 1, passing through pulleys 16 (16b and 16c) fixed to the rear of the floats 3b and 3c.
  • a connecting cable 17 connects the rear ends of the booms 14. In this way, the crew can from the hull 1 adjust the angle between the sails 5 and the wind.
  • the solution used for anteroposterior balance cannot be applied to control lateral balance.
  • the mast is held laterally by guy lines.
  • the capsizing effect is offset by the keel and its ballast, or by the width of the multihull.
  • shrouds could not be fixed on the float which carries the mast.
  • the width of the floats 3 is too limited to allow an effective action of a possible stay cable.
  • the guy line principle can however be used, provided that it is fixed on a different float than the one carrying the mast. It is then necessary that a device is implemented to compensate for the approaching force of the floats that a shroud would exert.
  • This device is an interfloat connection, which can be implemented as follows.
  • the floats 3 are connected by rigid connecting rods 18 (18al, 18a2, 18bl, 18b2, 18cl, 18c2).
  • Two floats neighbors are connected by two such rods, located respectively at the front and at the rear of each float. It will be noted that the use of two rods makes it possible to impose on two neighboring floats 3 and on the two rods which connect them to form a deformable parallelogram.
  • the sea is not flat, it is necessary that the floats can go up and down relatively to each other.
  • adjusting the vessel according to the various gaits may require varying the relative position of the floats in a horizontal plane. It is therefore necessary to allow the rigid rods 18 to be articulated relative to the floats.
  • the ends of each rod are fixed to the floats by joints 19 of cardan type, which allow them to rotate freely along two axes.
  • the float 3b acts as a "steering float". It is in fact connected to the shell 1 by a director cable 20 which is fixed to the front of the float 3b. We will see in the paragraph "Definition of the direction of the Vessel” how this cable is used.
  • the masts 6 of the floats 3b and 3c are connected to the floats which frame them (the 3a and the 3c in the case of the float 3b, the 3b and the 3d in the case of the float 3c) by anti-turning cables 21 (21a, 21b, 21c, 21d), one end of which is fixed to the top of the mast 6.
  • These anti-capsizing cables 21 play the role of the shrouds of a conventional sailboat.
  • the rear of the float 3a (respectively of the 3d float) is connected to the float 3b (respectively to the float 3c) by a cable 22a
  • the masts 6 can rotate around two horizontal axes, one perpendicular to the direction of the floats (anteroposterior balance), and the other parallel to this direction (lateral equilibrium).
  • the crew can adjust the tension exerted on the forestay 10 and the backstay 13 of each sail carried by the floats 3b and 3c. This makes it possible to transmit to the floats 3b and 3c the forces necessary for the anteroposterior balance of the sail. These forces will be compensated by the buoyancy force generated by the interaction between the water and the float. It will be noted that the fact of pulling, from the shell 1 on a cable such as the backstay 13 could tend to bring said shell 1 closer to the floats 3. However, the shell 1 is pulled by the cables 2. It is therefore possible to exercise by means cables such as the backstay 13 of the forces, the result of which remains less than the tensile force of the cables 2. In order to be able to exert higher forces, one of the cables 2 may be replaced by a rigid rod. This principle can be applied to each cable used to adjust the components of the Distributed Wing Vessel, and will not be described again below. a.2) lateral balance
  • FIG. 1 represents a perspective view of the Distributed Wing Vessel, the wind being represented by arrow 23.
  • the wind makes an angle of approximately 30 ° with the direction followed by the floats.
  • the Distributed Sail Vessel therefore sails starboard tack, upwind.
  • the wind tends to capsize to port 6, which explains why they are tilted to port.
  • the anti-capsizing cables 21b and 21d which connect the top of the masts 6 to a float "in the wind” are stretched, while the anti-capsizing cables 21a and 21c which connect the top of the masts 6 to a float “ downwind "are relaxed.
  • the float 3c is subjected to several forces, which balance each other:
  • the force FI is broken down into a horizontal drift component, which will be compensated by the drift 7c, and a vertical component Fvl directed upwards.
  • the force F2 is broken down into a horizontal component, which prevents the mast 6b from capsizing, and a component Fv2 directed downwards.
  • Fvl and Fv2 have the same intensity. If we balance the vertical forces, we see that the result of the forces exerted on the float, with the exception of the buoyancy force, is directed downwards. The buoyancy force will therefore ensure the vertical balance of this float.
  • the direction of the ship is determined by the relative tension exerted on the towing cable 2b, as well as on the steering cable 20. Under the effect of traction exerted by the wind on the sails and transmitted to the floats, these cables are under tension.
  • the crew When the crew wishes to advance in a straight line, the moments exerted by these cables on the float 3b compensate each other. To change direction, the crew varies the tension exerted on the steering cable 20, which varies the moment it exerts on the float, and therefore makes it possible to orient the latter in the chosen direction. Then, the crew adjusts the length of the towing cables 2b and 2c, which determines the relative position of the float 3b and the float 3c (the latter remains parallel to the float 3b, due to the action of the rigid connecting rods 18 which connect them, but it can move forward or backward relative to the float 3b). The floats 3a and 3d remain stationary relative to the float 3b and the float 3c respectively, due to the combined action of the rigid connecting rods 18 and of the cables 22a and 22d.
  • the angle between the booms 14 and the wind is regulated by the sheets 15.
  • the sheet 15c which is taut (conversely, it is the sheet 15b which is stretched under port tack ).
  • the connecting cable 17 makes it possible to adjust only the terminal 14 to the wind (in FIG. 1, this is therefore terminal 14c): the position of the boom 14 under the wind (14b in FIG. 1) is in fact determined by the (fixed) length of the connecting cable 17, as soon as the boom 14 in the wind has been adjusted by the corresponding sheet 15. c) choice of the relative position of the ship's floats according to the wind direction
  • FIG. 3 represents a view from above of the ship when the wind is 90 ° from the course followed by the floats (crosswind). If the floats had kept the relative position they occupied in FIG. 1, the sail 5c would "unveil" the sail 5b. The crew will choose according to the pace a relative position of the floats which allows to keep the two sails inflated. d) tack
  • the steering float can be provided with a rudder on which the crew acts by means of cables.
  • Each extreme float (on the left and on the right, 3a and 3d in figure 1) must exert a vertical force directed downwards to prevent the capsizing of the neighboring mast.
  • This force can be generated by a suitable "foil” 27 (surface immersed under the float, oriented so that the effect of the water on this surface generates a vertical force directed downwards).
  • Figure 4 shows schematically a view lateral of a 3d float equipped with such a "foil” 27d (the 3d float advances to the left of the figure, the water therefore exerts on the foil 27d a force directed downwards).
  • the anteroposterior balance of the float may vary (tendency to sink the rear of the float or the front of the float, depending on the direction of the wind relative to the float axis). It will be noted that an alternative to varying the orientation of the mast is a displacement of the mast foot towards the front or towards the rear.
  • the float 3b carries two sails
  • the float 3c also carries two sails (5c and 5'c). None of the masts 6 is vertical.
  • the masts 6b and 6c are inclined in the wind, the masts 6'b and 6'c are inclined in the wind.
  • the sail 5c exerts on the float 3c a force whose vertical component is directed downwards, while the sail 5'c exerts on the float 3c a force whose vertical component is directed upwards.
  • the tops of the two masts of the same float are connected by a cable 39.
  • the booms 14b and 14c point towards the rear of the float, while the booms 14 'b and 14' c point towards its front (this makes it possible to prevent the sail 5'b (respectively the sail 5'c) from venting the sail 5b (respectively 5c).
  • the two sails play a symmetrical role, and the cables 21 keep a constant tension.
  • the sails change roles, the one that tended to sink the float having after the tack tends to make it take off, and vice versa. No specific maneuver is therefore necessary at the mast level, nor at the head of the sail.
  • the result of the vertical forces exerted by the wind on each float is approximately zero.
  • the anti-capsizing effect can therefore only be based on the weight of the float, or on a force exerted by a "foil" (similar to that described in paragraph 2.2).
  • the position of the supports 24 on the masts 6 is determined according to the characteristics of the sails 5 so that the center of thrust of the sail (point at which the result of the forces exerted by the wind on the sail is exerted) is as close as possible to the supports 24.
  • the length of the connecting cables 18 ′ a and the angle of inclination of the mast 6b are chosen so that the force exerted by the wind on the sail 5b cuts the connection cable 18 'a inside the segment delimited by the floats 3a and 3b. The same reasoning applies to sailing 5c. Under these conditions, the force exerted by the wind cannot capsize the ship. 4.2 Triangle scheduling
  • FIG. 7 represents a possible arrangement of such triangles.
  • Four “downwind” floats (3a, 3b, 3c, 3d) are connected to three “downwind” floats (3rd, 3f, 3g) by 18 "connecting cables. All floats carry a mast 6, except the "last" leeward float
  • the floats 3b, 3c and 3d additionally carry a rigid support rod 21 "(21" b, 21 “c and 21” d).
  • the 6th mast is supported by the mast 6a and by the rigid support rod 21 "b (and likewise the wind masts 6f and 6g are supported by a mast and a rigid rod).
  • Each 5th, 5f and 5g sail is “shared” by two masts.
  • the 5th sail is shared by the 6th mast and by the 6a mast.
  • the mast “in the wind” and the mast “in the wind” exchange their roles during the tack.
  • a mast hedge 31st allows the port mast 6a to be put in the "support” position for its corresponding starboard 6th, when the ship is sailing "starboard tack".
  • a mast bottom hedge 31a makes it possible to put the starboard mast 6th in the "support” position for its corresponding port 6a, when the ship is sailing "port tack".
  • a boom hedge 32e makes it possible to fix the boom 14e on the appropriate mast.
  • the maneuvers are controlled from the hull 1.
  • all the ends of the cables which make it possible to control these maneuvers are related to the hull 1 (halyards 26, mast hedge 31, hedge below boom 32, eavesdropping 15).
  • other embodiments could be proposed, making it possible to handle from the hull 1 only 8 control cables (divided into two groups, a group of port cables and a group of starboard cables, and making it possible to control respectively halyards, mast hedges, boom hedges, sheets).
  • These control cables will for example be fixed to the front of the port head float (respectively starboard) and will pass over each port float (respectively starboard). It may prove useful to group them in sheaths fixed to the connecting rods 18.
  • the tack is done as follows for a group of 3 floats. Suppose that we sail under starboard tack (the 5th sail is therefore carried by the 3rd float). The halyard 26e is bordered (pulled) on the port float 3a which will receive the sail. Similarly, the 31st mast hedge that hangs over the port mast is shocked (released). Therefore, the port mast 6a rises to the starboard mast head 27e. When the two mastheads meet, the halyard point 28e of the sail comes into contact with the port masthead 27a. The halyard
  • anti-capsizing cables 21 and rigid anti-capsizing rods 21 ′ may possibly make it possible to limit the number of floats.
  • the "leeward" float has its mast held by an anti-capsizing cable 21 which pulls on the "windward” float, and the mast of the latter is held by a rigid anti-capsizing rod 21 ' which presses the float "downwind”.
  • the driving force of the waves is used.
  • FIG. 9 represents the principle implemented.
  • the floats 3 are subjected to relative vertical movements.
  • the float 3b is connected to the float 3a by the rod 18a.
  • Said rod 18a is fixed to the float 3b by a joint 35bl, and to the float 3a by a joint 35a2.
  • the float 3b is connected to the float 3c by a rod 18b, which is fixed to the float 3b by a joint 35b2, and to the float 3c by a joint 35cl.
  • Said joints 35 are of cardan type, and allow rotational movements relative to a horizontal axis parallel to the axis of the float.
  • Said rotational movements of the rod 18a are transmitted by a reduction gear system 36bl to a propeller 37b carried by the float 3b.
  • a “freewheel” type device 38bl is positioned between the joint 35bl and the propeller 37b. Said freewheel 38bl makes it possible to drive the propeller 37b (in the direction which enables it to propel the float 3b) during counterclockwise rotational movements of the rod 18a. On the contrary, this same freewheel 38bl makes it possible to separate the propeller 37b from the rod 18a during the clockwise movements of the latter.
  • the articulations 35 may be integral with "reversing" devices, making it possible to transmit a propellant movement to the propeller whatever the direction of rotation of the rod 18.
  • the use has been described above. of the force of the waves as a complement to a sail, it will be noted that one can make a ship only driven by the force of the waves, or in addition to another mode of propulsion (oars, paddles, ). In this case also, we can have a ship with only two floats.
  • the passenger compartment is integrated into the motor device (it is carried by one of the floats 3). In another embodiment, the hull which carries it is towed by the motor device.
  • An interesting feature of this cabin is its ability to carry the materials (masts, sails, rigid rods, cables, ...) necessary for the implementation and maintenance of the functions presented above. Long-distance navigation can indeed lead to failures of certain components of the equipment.
  • One of the interesting features of the proposed system is that the materials used are relatively small.
  • the passenger compartment is carried by a conventional hull, capable of floating by its own means. It plays the role of one of the floats discussed above, and can in particular carry its own mast, and receive the devices necessary to compensate for the capsizing forces of the neighboring floats.
  • the hull which carries the passenger compartment carries the only mast, the capsizing forces of which are compensated by two floats located on either side of the hull which carries the passenger compartment.
  • the passenger compartment is towed, for example by means of rods or cables.
  • the driving device exerts on it essentially horizontal forces.
  • One embodiment implements a conventional shell; another embodiment implements a shell mounted on "foils"; a third embodiment uses a hull capable of going underwater; a fourth embodiment provides a hull capable of taking off from the surface of the water. 6.2.1 Classic hull
  • any shell may be suitable.
  • a hull with a large living space or a very light hull (type inflatable boat with flat bottom).
  • This embodiment implements a hull having "foils”, capable of "leveling out” from a sufficient speed, which considerably reduces the interaction with water.
  • Solutions have been devised (hydrofoil) which make it possible to combine such a principle with propulsion by a sail.
  • the mechanical design as well as the control are very delicate, because the structure must absorb all the stresses linked to the fact that the mast is rigidly linked to the foils.
  • This embodiment of the present invention is aimed at the comfort of the crew in very heavy seas. Indeed in this case, it can be very difficult for the crew to live on a boat tossed by the waves.
  • a waterproof hull connected to the surface of the water by a tube allowing the renewal of air, and connected to the previously described motor device, is equipped in this embodiment with a foil capable of exerting a directed vertical force. down, likely to cause said shell down.
  • the invention is then transformed into a "sailing submarine", and allows the crew to face difficult seas in much more comfortable conditions.
  • the hull is equipped with wings capable of creating, from a certain speed relative to the air, a lift force allowing it to take off. It is therefore necessary to compensate for the upwardly directed reaction force created by this wing.
  • the floats connected to the hull are equipped with foils capable of creating a downward force capable of compensating for this force.

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Abstract

L'invention concerne un navire utilisant comme force motrice des éléments naturels comme la force du vent ou des vagues, dans lequel l'élément moteur est constitué de plusieurs flotteurs (3a, 3b, 3c, 3d) articulés les uns aux autres, et peut tracter l'habitacle (1) réservé à l'équipage. La répartition des flotteurs permet de distribuer les contraintes engendrées par l'action du vent, habituellement absorbées par une structure mécanique rigide, et de gagner ainsi en performance. Elle permet également de transformer en composante motrice l'effet mécanique des vagues. Elle permet enfin de prévoir pour l'habitacle (1) un déplacement classique à la surface de l'eau, mais également un déplacement au-dessous et au-dessus de cette surface.

Description

NAVIRE A VOILURE DISTRIBUEE
La présente invention concerne un navire multicoque utilisant comme force motrice des éléments naturels tels que la force du vent ou des vagues.
Dans les voiliers classiques, la force du vent a tendance à faire gîter le bateau. Pour les multicoques, la stabilité est obtenue par l'élargissement du "polygone de sustentation". Classiquement, la voilure est portée par un nombre limité de mâts, reliés rigidement aux coques, elles-mêmes rigidement fixées les unes aux autres (à l'exception d'une éven- tuelle possibilité de rotation du mât sur son axe) .
Ces caractéristiques ont pour conséquence :
- une surface de voilure directement fonction de la hauteur du ou des mâts, ce qui implique des contraintes énormes dans les "maxi-voiliers" (capables de porter "au près" plusieurs centaines de m2 de voilure) ,
- la quasi-impossibilité de compenser le poids du voilier par la portance créée par la vitesse du bateau (au contraire des planches à voile) , et donc un ralentissement du bateau à chaque choc dans une vague, - la nécessité de réduire, parfois considérablement, la voilure lorsque le vent forcit. L'objet de la présente invention est de permettre un déplacement sur l'eau caractérisé par les points suivants :
- la capacité à utiliser la force motrice du vent ou des vagues, - un déplacement d'eau quasiment nul, indépendant de la surface de voilure mise en oeuvre,
- une masse minimale, des composants mécaniques élémentaires simples, robustes et facilement remplaçables en cas d'avarie, - la capacité pour l'ensemble de "planer" sur l'eau même pour des vents faibles, d'où une résistance de l'eau quasiment nulle,
- la capacité pour l'habitacle de s'enfoncer sous l'eau, - la capacité pour l'habitacle de décoller de la surface de l'eau,
- une surface de voilure équivalente à celle des voiliers "classiques", mais répartie sur des mâts de hauteur beaucoup plus faible, - la capacité de conserver toute la toile même par vent très fort (chaque voile a une surface relativement faible, et crée donc une force compatible avec la résistance des mâts, même si ces derniers sont relativement légers et le vent fort) .
Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit de façon générale de remplacer la structure rigide du voilier par une structure hautement deformable, constituée d'un habitacle et d'un "attelage" de "flotteurs" reliés par des liaisons inter-flotteurs, constituées de câbles ou de tiges rigides articulées, et par un ensemble de mâts. Certains de ces mâts peuvent porter une voile, d'où le terme "voilure distribuée". Cette architecture sépare donc plusieurs fonctions classiquement réunies dans la structure rigide d'un bateau : a) fonction "hôtelière" :
- l'habitacle se limite à une structure aussi légère que possible pour résister au poids de l'équipage et de son équipement, - cet habitacle peut être remorqué par 1 ' attelage de flotteurs ;
- cet habitacle peut disposer d'ailerons disposés au contact de l'eau, capables de générer une force dont la direction et 1 ' intensité dépendent de la géométrie et de la position, ainsi que de la vitesse par rapport à l'eau, communément appelés "foils" ; ces "foils" pourront être disposés de manière à engendrer une force verticale dirigée vers le haut, permettant ainsi à l'habitacle de ne toucher l'eau que par l'intermédiaire desdits "foils", - cet habitacle peut disposer de "foils" dont l'action engendre une force verticale dirigée vers le bas, qui lui permettront de s'enfoncer sous l'eau,
- cet habitacle peut disposer d'ailes qui lui permettront de décoller de la surface de l'eau, b) fonction motrice :
- fonction de "prise au vent", assurée par n voiles, portées par n mâts positionnés sur n "flotteurs au vent",
- fonction de résistance au moment de chavirement créé par l'effet du vent sur la voile, assurée par le report sur d'autres flotteurs de la force de chavirement exercée sur une voile,
- fonction de résistance à la force de dérive, assurée par des dérives portées par chaque flotteur ; c) fonction de direction : - capacité à avancer dans une direction déterminée, assurée par 1 ' asservissement des mouvements de 1 ' ensemble des flotteurs à la direction déterminée par au moins un flotteur "directeur",
- capacité à changer de direction, assurée par un greement permettant de définir la nouvelle direction, et si nécessaire par un greement permettant de modifier la relation entre les voiles et les mâts.
L'invention peut être considérée comme un "train de planches à voile", reliées par des articulations. Lesdites articulations pourront être constituées de tiges rigides
(capables de travailler en compression ou en traction) ou de câbles (capables de travailler uniquement en traction) . Ces articulations sont fixées sur deux flotteurs distincts, qu'elles associent. Lorsqu'un câble est utilisé, une fixation quelconque est suffisante. Lorsqu'une tige rigide est utilisée, l'articulation comprendra une pièce mécanique (type cardan) permettant à ladite tige de prendre par rapport à chaque flotteur une orientation quelconque.
L' invention combine les avantages d'une planche à voile et la capacité à tracter un habitacle compatible avec de longs voyages effectués éventuellement en équipage.
Plus particulièrement, la présente invention prévoit un navire à voiles, comprenant une pluralité de flotteurs dont certains portant des voiles liées à des mâts, caractérisé en ce que les flotteurs sont mobiles les uns par rapport aux autres, en ce que la position et 1 ' orientation relative desdits flotteurs sont réglées au moyen d'un ensemble de liaisons interflotteurs, et en ce que le greement qui permet de définir et de maintenir la position de chaque mât relie ledit mât à au moins un autre flotteur que celui qui porte ledit mât.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les flotteurs sont disposés en ligne.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les flotteurs et les liaisons inter-flotteurs sont disposés de manière à former un ensemble de figures géométriques fermées, telles que par exemple des triangles.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les liaisons inter-flotteurs sont constituées de tiges rigides, fixées à chaque flotteur au moyen d'une articulation, telle que par exemple un cardan. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les liaisons inter-flotteurs sont constituées de câbles.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les composantes du greement qui relient un mât à un flotteur différent de celui qui porte ledit mât sont constituées de câbles.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les composantes du greement qui relient un mât à un flotteur différent de celui qui porte ledit mât comportent des tiges rigides.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins un flotteur porte deux voiles, portées par deux mâts, disposées de telle sorte que 1 ' effet du vent sur 1 'une de ces voiles ait tendance à enfoncer le flotteur sous l'eau, et que l'effet du vent sur l'autre voile ait tendance à faire décoller le flotteur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les flotteurs remorquent au moyen de liaisons tractrices un habitacle disposant d'ailes qui lui permettent de s'élever au- dessus de la mer à partir d'une vitesse relative au vent suffisante.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les flotteurs remorquent au moyen de liaisons tractrices un habitacle capable de s'enfoncer au-dessous du niveau de la mer, par exemple sous l'effet de l'action d'un foil.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'énergie correspondant aux mouvements de rotation des tiges rigides est transmise à un dispositif moteur, tel qu'une hélice. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite à titre non-limitatif en relation avec les figures très schématiques jointes, parmi lesquelles : la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective d'un Navire à Voilure Distribuée à 4 flotteurs et deux voiles, naviguant tribord amure au près, où la force de chavirement est compensée par des câbles,
- la figure 2 représente une vue de côté de l'un des flotteurs du système présenté à la figure 1, - la figure 3 représente une vue d'en haut du système représenté sur la figure 1, réglé pour permettre de naviguer tribord amure par vent travers, la figure 4 représente une vue schématique illustrant le principe d'un "foil" destiné à créer une force verticale dirigée vers le bas,
- la figure 5 représente une vue schématique de face illustrant la possibilité de disposer deux voiles sur chaque flotteur, la force de chavirement étant compensée par des câbles, - la figure 6 représente une vue schématique de face illustrant la possibilité de compenser la force de chavirement par des tiges rigides,
- la figure 7 représente une vue en perspective d'un système de Navire à Voilure Distribuée à 7 flotteurs et 3 voiles, où les flotteurs sont associés en groupe de 3, et où la force de chavirement est compensée par des tiges rigides,
- la figure 8 représente le greement nécessaire au virement de bord pour le Navire à Voilure Distribuée présenté à la figure 8, - la figure 9 est une coupe verticale représentant 3 flotteurs d'un système de Navire à Voilure Distribuée mettant en oeuvre la force des vagues. 1 Mode principal de réalisation : "anti-chavirement à câbles"
Selon un mode de réalisation de la présente invention, illustré en figures 1 à 3, une coque 1 est remorquée par des câbles 2 à un ensemble de quatre flotteurs 3 équipés de dérives 4, dont les deux centraux sont équipés de voiles 5. Pour faciliter la compréhension des schémas, les pièces relatives à un flotteur donné seront identifiées par une lettre (a, b, c, d) . Les flotteurs 3a, 3b, 3c et 3d apparaissent de gauche à droite sur la figure 1. Dans cette figure, le Navire à Voilure Distribuée se déplace vers le coin supérieur gauche de la figure.
La coque 1 est remorquée par des câbles tracteurs 2 (2b et 2c) fixés à l'arrière des flotteurs 3b et 3c. L'équipage pourra vivre dans la coque 1, qui lui sert donc "d'habitacle", et c'est de là qu'il fera les manoeuvres nécessaires. Tous les flotteurs sont équipés de dérives 4 (4a, 4b, 4c, 4d) . Les flotteurs 3b et 3c portent des voiles 5 (5b et 5c) . Ces voiles sont du type de celles utilisées dans les planches à voile. Chaque voile comporte un mât 6 (6b et 6c) , fixé au flotteur par un pied de mât 7 (7b et 7c) qui permet au mât de tourner librement par rapport au flotteur. Les pieds de mât sont du type de ceux utilisés dans les planches à voile.
Dans cette configuration, l'effet du vent sur les voiles 5 (5b et 5c) a tendance à faire pivoter les mâts 6 (6b et 6c) . Il faut donc équiper lesdits mâts 6 (6b et 6c) d'un greement qui permet de définir la position des mâts, et de maintenir cette position. Ce problème peut se décomposer en deux parties : contrôler l'équilibre antéro-postérieur des mâts, contrôler l'équilibre latéral des mâts.
Le contrôle de 1 'équilibre antéro-postérieur sera assuré, comme sur plusieurs voiliers classiques, par deux câbles fixés en tête de mât et accrochés respectivement à l'avant (étai) et à l'arrière (pataras) du flotteur. Il faut cependant que ces câbles ne gênent pas les mouvements de la voile, ce qui nécessite que le point d'accroché sur le flotteur soit le plus en avant (ou le plus en arrière) possible. Pour cela, les flotteurs 3b et 3c portent à l'avant une base d'étai rigide 8 (8b et 8c), qui permet d'avancer le point d'accroché sur le flotteur de l'étai, sans pour autant devoir allonger l'étai. Sur la base d'étai 8 est fixée une poulie 9 (9b et 9c) qui permet à un étai 10 (10b et 10c) de relier le sommet du mât 6 (6b et 6c) à la coque 1. Les flotteurs 3b et 3c portent à l'arrière une base de pataras 11 (11b et lie) , sur laquelle est fixée une poulie 12 (12b et 12c) qui permet à un pataras 13 (13b et 13c) de relier le sommet du mât 6 à la coque 1. La possibilité de réglage de l'étai 10 et du pataras 13 permettra de s'adapter aux différentes allures (position relative du vent par rapport à la route suivie par le flotteur) , et si nécessaire d'utiliser la coque 1 pour contribuer à 1 'équilibre du mât 6. Ainsi, vent arrière, les mâts 6 sont soumis à une force qui a tendance à les faire basculer vers l'avant. La traction exercée par le pataras 13 sur le mât 6 compensera cette force. Au près, le mât a tendance à basculer vers 1 'arrière, ce qui sera compensé par l'étai.
Le contrôle de l'équilibre des mâts 6 dépend également de 1 'angle entre le vent et les voiles 5. Pour permettre ce contrôle, les voiles 5 comportent une borne 14 (barre rigide à la base de la voile) . Des écoutes 15 (15b et 15c) relient les extrémités arrière des bômes 14 à la coque 1, en passant par des poulies 16 (16b et 16c) fixées à l'arrière des flotteurs 3b et 3c. Un câble de liaison 17 relie les extrémités arrière des bômes 14. De cette manière, l'équipage peut depuis la coque 1 régler l'angle entre les voiles 5 et le vent. La solution utilisée pour l'équilibre antéro- postérieur ne peut s'appliquer au contrôle de l'équilibre latéral. Dans les voiliers classiques, le mât est maintenu latéralement au moyen de haubans. L'effet de chavirement est compensé par la quille et son lest, ou par la largeur du multi- coque. Dans notre cas, de tels haubans ne pourraient être fixés sur le flotteur qui porte le mât. En effet, la largeur des flotteurs 3 est trop limitée pour permettre une action efficace d'un éventuel hauban. Le principe du hauban peut cependant être utilisé, à condition qu'il soit fixé sur un autre flotteur que celui qui porte le mât. Il faut alors qu'un dispositif soit mis en oeuvre pour compenser la force de rapprochement des flotteurs qu'exercerait un hauban. Ce dispositif est une liaison interflotteurs, qui peut être mise en oeuvre de la manière suivante. Les flotteurs 3 sont reliés par des tiges rigides de liaison 18 (18al, 18a2, 18bl, 18b2, 18cl, 18c2) . Deux flotteurs voisins sont reliés par deux telles tiges, situées respectivement à l'avant et à l'arrière de chaque flotteur. On notera que l'utilisation de deux tiges permet d'imposer à deux flotteurs 3 voisins et aux deux tiges qui les relient de former un parallé- logramme deformable. La mer n'étant pas plate, il faut que les flotteurs puissent monter et descendre relativement l'un à l'autre. Par ailleurs, le réglage du navire selon les diverses allures pourra nécessiter de faire varier la position relative des flotteurs dans un plan horizontal. Il est donc nécessaire de permettre aux tiges rigides 18 d'être articulées par rapport aux flotteurs. Les extrémités de chaque tige sont fixées aux flotteurs par des articulations 19 de type cardan, qui leur permettent de tourner librement selon deux axes. Le flotteur 3b joue un rôle de "flotteur directeur". Il est en effet relié à la coque 1 par un câble directeur 20 qui se fixe à l'avant du flotteur 3b. On verra au paragraphe "définition de la direction du Navire" comment ce câble directeur est utilisé. Les mâts 6 des flotteurs 3b et 3c sont reliés aux flotteurs qui les encadrent (le 3a et le 3c dans le cas du flotteur 3b, le 3b et le 3d dans le cas du flotteur 3c) par des câbles antichavirement 21 (21a, 21b, 21c, 21d) , dont une extrémité est fixée sur le sommet du mât 6. Ces câbles anti-chavirement 21 jouent le rôle des haubans d'un voilier classique. L'arrière du flotteur 3a (respectivement du flotteur 3d) est relié au flotteur 3b (respectivement au flotteur 3c) par un câble 22a
(respectivement 22d) , de longueur fixe, a) équilibre des mâts
Grâce aux pieds de mâts 7, les mâts 6 peuvent tourner autour de deux axes horizontaux, l'un perpendiculaire à la direction des flotteurs (équilibre antéro-postérieur), et l'autre parallèle à cette direction (équilibre latéral).
a.l) équilibre antéro-postérieur
L'équipage peut régler la tension exercée sur 1 'étai 10 et le pataras 13 de chaque voile portée par les flotteurs 3b et 3c. Cela permet de transmettre aux flotteurs 3b et 3c les forces nécessaires à l'équilibre antéro-postérieur de la voile. Ces forces seront compensées par la force de flottaison générée par l'interaction entre l'eau et le flotteur. On notera que le fait de tirer, depuis la coque 1 sur un câble tel que le pataras 13 pourrait avoir tendance à rapprocher ladite coque 1 des flotteurs 3. Cependant, la coque 1 est tirée par les câbles 2. On peut donc exercer au moyen de câbles tels que le pataras 13 des forces dont la résultante reste inférieure à la force de traction des câbles 2. Pour éventuellement pouvoir exercer des forces supérieures, on pourra remplacer 1 'un des câbles 2 par une tige rigide. Ce principe peut s'appliquer à chaque câble permettant de régler les composants du Navire à Voilure Distribuée, et ne sera pas décrit à nouveau par la suite. a.2) équilibre latéral
La figure 1 représente une vue en perspective du Navire à Voilure Distribuée, le vent étant représenté par la flèche 23. Le vent fait un angle d'environ 30° avec la direction suivie par les flotteurs. Le Navire à Voilure Distribuée navigue donc tribord amure, au près. Le vent a tendance à faire chavirer vers bâbord les mâts 6, ce qui explique que ceux-ci penchent vers bâbord. De ce fait, les câbles anti-chavirement 21b et 21d qui relient le sommet des mâts 6 à un flotteur "au vent" sont tendus, alors que les câbles anti-chavirement 21a et 21c qui relient le sommet des mâts 6 à un flotteur "sous le vent" sont détendus. Le flotteur 3c est soumis à plusieurs forces, qui s ' équilibrent :
- une force FI, dirigée vers le sommet du mât 6b, transmise par le câble anti-chavirement 21b (cette force empêche le mât 6b de s ' incliner plus vers bâbord) ;
- le poids du mât 6c et de la voile 5c, dirigé vers le bas ;
- une force F2, dirigée vers le flotteur 3d, transmise par le câble anti-chavirement 21d, d'intensité égale à celle de FI, - la force engendrée par 1 ' effet du vent sur la voile ; compte tenu de 1 ' inclinaison du mât 6c vers bâbord, cette force a une composante verticale dirigée vers le bas,
- la force de flottaison générée par 1 ' interaction entre le flotteur et l'eau.
La force FI se décompose en une composante de dérive horizontale, qui sera compensée par la dérive 7c, et une composante verticale Fvl dirigée vers le haut. De même, la force F2 se décompose en une composante horizontale, qui empêche le mât 6b de chavirer, et une composante Fv2 dirigée vers le bas. On remarque que Fvl et Fv2 ont la même intensité. Si l'on fait le bilan des forces verticales, on constate donc que la résultante des forces qui s'exercent sur le flotteur, à l'exception de la force de flottaison, est dirigée vers le bas. La force de flottaison permettra donc d'assurer l'équilibre vertical de ce flotteur.
En appliquant un raisonnement du même type aux flotteurs 3a et 3b, on constate qu'ils sont en équilibre vertical. Par contre, pour le flotteur 3d, il n'y a que le poids du flotteur qui génère une force dirigée vers le bas. C'est le moment de redressement exercé par ce poids sur le mât 6c qui compensera le moment de chavirement exercé par le vent sur la voile 5c. Il faudra donc prévoir un poids "suffisant" pour le flotteur 3d. La valeur exacte du poids nécessaire sera déterminée en fonction de la force exercée par le vent sur la voile, qui peut être estimée par l'homme de l'art en fonction de caractéristiques telles que la surface de la voile. Pour la même raison, le poids du flotteur 3a devra être équivalent à celui du flotteur 3d (de manière à permettre à ce flotteur de jouer son rôle de "contrepoids" lorsque le navire naviguera bâbord amure) . b) définition de la direction du navire
La direction du navire est déterminée par la tension relative exercée sur le câble tracteur 2b, ainsi que sur le câble directeur 20. Sous l'effet de traction exercée par le vent sur les voiles et transmis aux flotteurs, ces câbles sont sous tension.
Lorsque l'équipage veut avancer en ligne droite, les moments exercés par ces câbles sur le flotteur 3b se compensent. Pour changer de direction, l'équipage fait varier la tension exercée sur le câble directeur 20, ce qui fait varier le moment qu'il exerce sur le flotteur, et permet donc d'orienter ce dernier dans la direction choisie. Puis, l'équipage règle la longueur des câbles tracteurs 2b et 2c, ce qui détermine la position relative du flotteur 3b et du flotteur 3c (ce dernier reste parallèle au flotteur 3b, du fait de l'action des tiges rigides de liaison 18 qui les relient, mais il peut avancer ou reculer par rapport au flotteur 3b) . Les flotteurs 3a et 3d restent immobiles relativement respectivement au flotteur 3b et au flotteur 3c, du fait de l'action combinée des tiges rigides de liaison 18 et des câbles 22a et 22d.
L'angle entre les bômes 14 et le vent est réglé par les écoutes 15. Lorsque le navire navigue tribord amure, c'est l'écoute 15c qui est tendue (réciproquement, c'est l'écoute 15b qui est tendue sous bâbord amure) . Le câble de liaison 17 permet de ne régler que la borne 14 au vent (dans la figure 1, il s'agit donc de la borne 14c) : la position de la bôme 14 sous le vent (14b dans la figure 1) se trouve en effet déterminée par la longueur (fixe) du câble de liaison 17, dès lors que la bôme 14 au vent a été réglée par l'écoute 15 correspondante. c) choix de la position relative des flotteurs du navire en fonction de la direction du vent
L'équipage doit faire varier la position relative des flotteurs 3b et 3c, selon l'angle entre la direction du vent et le cap suivi par les flotteurs (allure) . La figure 3 représente une vue d'en haut du navire lorsque le vent est à 90° du cap suivi par les flotteurs (vent de travers) . Si les flotteurs avaient conservé la position relative qu'ils occupaient dans la figure 1, la voile 5c "déventerait" la voile 5b. L'équipage choisira en fonction de 1 ' allure une position relative des flotteurs qui permette de garder les deux voiles gonflées. d) virement de bord
Lors d'un virement de bord, l'équilibre latéral des mâts 6 change. Ainsi, sous bâbord amure, ce sont les câbles anti-chavirement 21a et 21c qui sont tendus, les câbles antichavirement 21b et 21d devenant détendus. 2 Généralisations de "1'anti-chavirement à câbles"
2.1 Multiplication des flotteurs L'homme de l'art pourra appliquer le principe décrit précédemment en utilisant non pas deux flotteurs centraux porteurs de voile, mais un nombre n quelconque de tels flotteurs, multipliant ainsi la surface de voilure utile, et donc la force motrice. Les (n+2) flotteurs restent liés deux à deux par des tiges de liaison 18, et forment donc une "ligne".
Pour éviter d'augmenter trop la largeur du navire, plusieurs telles lignes de (n+2) flotteurs peuvent être formées. Deux lignes successives sont reliées par des câbles d'une longueur suffisante pour qu'une ligne ne "dévente" pas la ligne suivante .
2.2 Alternative à la définition de la direction
D'autres approches pourront être utilisées pour piloter le ou les flotteurs directeurs. Ainsi, le flotteur directeur peut être doté d'un gouvernail sur lequel l'équipage agit au moyen de câbles.
2.3 Alternative à l'utilisation d'un poids sur les flotteurs extrêmes
Chaque flotteur extrême (à gauche et à droite, 3a et 3d dans la figure 1) doit exercer une force verticale dirigée vers le bas pour empêcher le chavirement du mât voisin. Cette force peut être générée par un "foil" 27 adéquat (surface immergée sous le flotteur, orientée de telle sorte que l'effet de 1 'eau sur cette surface génère une force verticale dirigée vers le bas) . La figure 4 représente schématiquement une vue latérale d'un flotteur 3d équipé d'un tel "foil" 27d (le flotteur 3d avance vers la gauche de la figure, l'eau exerce donc sur le foil 27d une force dirigée vers le bas) .
2.4 Alternative au contrôle des tensions des étais et des pataras
L' homme de 1 ' art pourra proposer des solutions qui permettent de contrôler l'ensemble des étais 10 par un seul câble. De même, l'ensemble des pataras 13 pourra être contrôlé au moyen d'un seul câble. En effet, toutes les voiles sont orientées de la même manière, et tous les mâts peuvent donc être orientés de la même manière. De plus, compte tenu du fait qu'un allongement de 1 ' étai doit s 'accompagner d'un raccourcissement du pataras, un câble unique pourra être utilisé pour obtenir ce réglage . Selon les caractéristiques des flotteurs, le réglage de l'étai et du pataras est plus ou moins crucial. En particulier, si le flotteur retenu a une longueur suffisante, on pourra imposer une longueur fixe à l'étai et au pataras, évitant ainsi de devoir régler ces câbles depuis 1 'habitacle . Dans ce cas, selon l'allure suivie, l'équilibre antéro-postérieur du flotteur pourra varier (tendance à l'enfoncement de l'arrière du flotteur ou de l'avant du flotteur, selon la direction du vent par rapport à l'axe du flotteur) . On notera qu'une alternative à la variation de l'orientation du mât est un déplacement du pied de mât vers 1 'avant ou vers 1 'arrière .
2.5 Alternative à l'utilisation des tiges rigides de liaison
Ces tiges ne sont nécessaires que pour éviter que deux flotteurs voisins puissent trop s ' approcher 1 'un de 1 ' autre . En effet, les câbles anti-chavirement empêcheront des flotteurs voisins de s'éloigner trop l'un de l'autre. Il est possible de supprimer ces tiges rigides de liaison 18 en contrôlant la direction de chaque flotteur, par exemple par le truchement d'un "câble directeur" du type du câble 20, installé sur chaque flotteur, ou par tout autre moyen approprié permettant de contrôler la direction suivie par chaque flotteur. 2.6 Utilisation de voiles ou de flotteurs différents de ceux des planches à voile
Bien que le mode de réalisation décrit propose de mettre en oeuvre des voiles de planche à voile, rien n'interdit d'utiliser des voiles de forme ou de taille très différentes. On notera en particulier que la description précédente faisait appel, pour des raisons de commodité, à la notion de bôme (14) , alors qu'habituellement cette pièce est remplacée dans les voiles de planche à voile par un "wishbone". On pourra selon les cas utiliser une bôme ou un wishbone pour régler le plan de la voilure par rapport à la direction du vent. De même, des flotteurs de type quelconque pourront être mis en oeuvre.
3 Utilisation de flotteurs portant deux voiles
Dans le mode de réalisation de la présente invention, représenté dans la figure 5, le flotteur 3b porte deux voiles
(5b et 5'b), et le flotteur 3c porte également deux voiles (5c et 5'c) . Aucun des mâts 6 n'est vertical. Les mâts 6b et 6c sont inclinés sous le vent, les mâts 6'b et 6'c sont inclinés au vent. La voile 5c exerce sur le flotteur 3c une force dont la composante verticale est dirigée vers le bas, alors que la voile 5'c exerce sur le flotteur 3c une force dont la composante verticale est dirigée vers le haut. Les sommets des deux mâts d'un même flotteur sont reliés par un câble 39. Les bômes 14b et 14c pointent vers l'arrière du flotteur, alors que les bômes 14 'b et 14 'c pointent vers son avant (ceci permet d'éviter que la voile 5'b (respectivement la voile 5'c) ne dévente la voile 5b (respectivement 5c) .
Dans cette configuration, les deux voiles jouent un rôle symétrique, et les câbles 21 gardent une tension constante. Lors du virement de bord, les voiles changent de rôle, celle qui tendait à enfoncer le flotteur ayant après le virement de bord tendance à le faire décoller, et réciproquement. Aucune manoeuvre spécifique n'est donc nécessaire au niveau du mât, ni au niveau de la tête de la voile. Dans une telle approche, la résultante des forces verticales exercées par le vent sur chaque flotteur est approximativement nulle. L'effet anti-chavirement ne peut donc reposer que sur le poids du flotteur, ou sur une force exercée par un "foil" (similaire à celui décrit au paragraphe 2.2) .
4 Obtention de l'effet anti-chavirement par des tiges rigides travaillant en compression 4.1 Ordonnancement en ligne
Dans cette approche, décrite dans la figure 6, on conserve l'ordonnancement "en ligne" représenté dans la figure 1, à l'exception des câbles anti-chavirement 21 et des tiges rigides de liaison 18. Les câbles anti-chavirement 21 sont remplacés par des tiges rigides 21' travaillant en compression. Dans ce cas, l'effet anti-chavirement est obtenu par transfert au flotteur "sous le vent" des forces de chavirement (alors que jusqu'ici nous avions considéré uniquement un transfert de ces forces aux flotteurs "au vent") . Ces tiges rigides s'appuient sur un support 24b (respectivement 24c), fixé sur l'avant du mât 6b (respectivement 6c) . Des câbles 25 relient les sommets des mâts 6 aux supports 24. La longueur de ces câbles détermine l'angle d'inclinaison des mâts 6. On notera que, dans la configuration décrite dans la figure 6, ce sont les câbles 25a et 25c qui sont tendus, les câbles 25b et 25d restant détendus. Dans une telle approche, les tiges rigides 18 peuvent être remplacées par des câbles 18'. En effet, les tiges anti-chavirement 21' auront pour effet secondaire de maintenir écartés deux flotteurs voisins (des câbles travaillant en traction suffiront donc à limiter cet écartement) .
La position des supports 24 sur les mâts 6 est déter- minée en fonction des caractéristiques des voiles 5 de telle sorte que le centre de poussée de la voile (point sur lequel s'exerce la résultante des forces exercées par le vent sur la voile) soit aussi proche que possible des supports 24. La longueur des câbles de liaison 18 'a et l'angle d'inclinaison du mât 6b sont choisis de telle sorte que la force exercée par le vent sur la voile 5b coupe le câble de liaison 18 'a à l'intérieur du segment délimité par les flotteurs 3a et 3b. Le même raisonnement s'applique à la voile 5c. Sous ces conditions, la force exercée par le vent ne peut faire chavirer le navire. 4.2 Ordonnancement en triangle
Dans cette approche, les flotteurs sont reliés deux à deux pour former des triangles. La figure 7 représente un agencement possible de tels triangles. Quatre flotteurs "sous le vent" (3a, 3b, 3c, 3d) sont reliés à trois flotteurs "au vent" (3e, 3f, 3g) par des câbles de liaison 18". Tous les flotteurs portent un mât 6, sauf le "dernier" flotteur sous le vent
(flotteur 3d) . Par ailleurs, les flotteurs 3b, 3c et 3d portent en plus une tige rigide de soutien 21" (21"b, 21"c et 21"d) . Le mât 6e est soutenu par le mât 6a et par la tige rigide de soutien 21"b (et de même les mâts au vent 6f et 6g sont soutenus par un mât et une tige rigide) .
Chaque voile 5e, 5f et 5g est "partagée" par deux mâts. Par exemple, la voile 5e est partagée par le mât 6e et par le mât 6a. Le mât "au vent" et le mât "sous le vent" échangent leurs rôles lors du virement de bord. Ces opérations sont rendues possibles par un greement approprié, qui comprend plusieurs composantes, comme cela est indiqué à la figure 8 (la figure 7 n'étant qu'une vue d'ensemble, ce greement n'y figure pas d'une manière détaillée) . Ainsi, par exemple, pour la voile 5e : - une drisse 26e permet à la fois de hisser la voile sur le mât 6e, et de hisser ledit mât 6e sur son correspondant bâbord 6a. Cette drisse 26e :
- passe par le pied de mât tribord 7e,
- passe par la tête de mât tribord 27e, - est attachée au point de drisse 28e de la voile 5e,
- passe par la tête de la tige rigide de soutien 21"b, notée 27b,
- passe par la tête de mât bâbord 27a,
- passe par le pied de mât bâbord 7a. - un haie-bas de mât 31e permet de mettre le mât bâbord 6a en position de "support" pour son correspondant tribord 6e, lorsque le navire navigue "tribord amure". Ce haie-bas de mât : - passe par le pied de mât tribord 7e,
- passe par la tête de la tige rigide de soutien 21"b, notée 27b,
- passe par la tête de mât bâbord 27a,
- revient vers le pied de mât tribord 7e. - un haie-bas de mât 31a permet de mettre le mât tribord 6e en position de "support" pour son correspondant bâbord 6a, lorsque le navire navigue "bâbord amure" . Ce haie-bas de mât :
- passe par le pied de mât bâbord 7a,
- passe par la tête de la tige rigide de soutien 21"b, notée 27b,
- passe par la tête de mât tribord 27e,
- revient vers le pied de mât bâbord 7a.
- un haie-bas de bôme 32e permet de fixer la bôme 14e sur le mât adéquat. Ce haie-bas de bôme 32e : - passe par le pied de mât tribord 7e,
- passe par un point de haie-bas 33e du mât tribord 6e situé à la hauteur désirée,
- est fixé au point d'amure 34e de la bôme 14e (le point qui doit être le plus proche du mât) , - passe par un point de haie-bas 33a du mât bâbord 6a situé à la hauteur désirée,
- passe par le pied de mât bâbord 7a,
- une écoute 15e permet de régler la voile 5e, et :
- part du flotteur tribord 3e, - est fixée au point d'écoute 34e de la voile 5e,
- arrive au flotteur bâbord 3a.
Les manoeuvres sont contrôlées depuis la coque 1. Dans un mode de réalisation de l'invention, toutes les extrémités des câbles qui permettent de contrôler ces manoeuvres sont rappor- tées à la coque 1 (drisses 26, haie-bas de mât 31, haie-bas de bôme 32, écoutes 15) . Pour simplifier la manoeuvre, d'autres modes de réalisation pourront être proposés, permettant de ne manipuler depuis la coque 1 que 8 câbles de contrôle (répartis en deux groupes, un groupe de câbles bâbord et un groupe de câbles tribord, et permettant de contrôler respectivement les drisses, les haies-bas de mât, les haie-bas de bôme, les écoutes) . Ces câbles de contrôle seront par exemple fixés à l'avant du flotteur de tête bâbord (respectivement tribord) et passeront sur chaque flotteur bâbord (respectivement tribord) . II pourra s'avérer utile de les regrouper dans des gaines fixées aux tiges de liaison 18.
Le virement de bord se fait de la manière suivante pour un groupe de 3 flotteurs. Supposons que l'on navigue sous tribord amure (la voile 5e est donc portée par le flotteur 3e) . La drisse 26e est bordée (tirée) sur le flotteur bâbord 3a qui va recevoir la voile. De même, le haie-bas de mât 31e qui pèse sur le mât bâbord est choqué (relâché) . De ce fait, le mât bâbord 6a monte vers la tête de mât tribord 27e. Lorsque les deux têtes de mât se rejoignent, le point de drisse 28e de la voile arrive au contact de la tête de mât bâbord 27a. La drisse
26e est alors bloquée sur le flotteur bâbord 3a, et choquée sur le flotteur tribord 3e. Simultanément, on borde le haie-bas de mât 31a, qui pèse alors sur le mât tribord 6e. De ce fait, le point de drisse 28e de la voile reste au contact de la tête de mât bâbord 27a, alors que la tête de mât tribord 27e s'éloigne en s 'abaissant.
On notera que de nombreuses autres configurations où les flotteurs 3 et les tiges rigides de liaison 18 forment des figures fermées pourront être proposées. Il pourra dans certains cas être intéressant de contrôler 1 'équilibre des mâts 6 par plus que deux câbles anti-chavirement 21, liant ainsi un mât à plus que deux flotteurs.
On notera également que l'utilisation combinée de câbles anti-chavirement 21 et tiges rigides anti-chavirement 21 ' peut éventuellement permettre de limiter à deux le nombre de flotteurs. Dans une telle configuration, le flotteur "sous le vent" a son mât maintenu par un câble anti-chavirement 21 qui tire sur le flotteur "au vent", et le mât de ce dernier est maintenu par une tige rigide anti-chavirement 21' qui appuie sur le flotteur "sous le vent".
De nombreuses combinaisons des câbles et des tiges anti-chavirement, ainsi que des câbles et tiges de liaison inter-flotteurs sont envisageables. Le choix retenu optimisera les caractéristiques mécaniques de ces composants, en tenant compte de leur interaction avec la mer. On choisira ainsi de préférence des câbles comme composants destinés à être au contact ou proches de l'eau.
5 Utilisation de la force des vagues
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la force motrice des vagues est mise à profit. La figure 9 représente le principe mis en oeuvre.
Sous l'effet des vagues, les flotteurs 3 sont soumis à des mouvements relatifs verticaux. Le flotteur 3b est relié au flotteur 3a par la tige 18a. Ladite tige 18a est fixée au flotteur 3b par une articulation 35bl, et au flotteur 3a par une articulation 35a2. De même, le flotteur 3b est relié au flotteur 3c par une tige 18b, qui est fixée au flotteur 3b par une articulation 35b2, et au flotteur 3c par une articulation 35cl. Lesdites articulations 35 sont de type cardan, et autorisent les mouvements de rotation par rapport à un axe horizontal parallèle à l'axe du flotteur. Lesdits mouvements de rotation de la tige 18a sont transmis par un système d'engrenage démultiplicateur 36bl à une hélice 37b portée par le flotteur 3b. Un dispositif de type "roue libre" 38bl est positionné entre l'articulation 35bl et l'hélice 37b. Ladite roue libre 38bl permet d'entraîner l'hélice 37b (dans le sens qui lui permet de propulser le flotteur 3b) lors des mouvements de rotation anti-horaire de la tige 18a. Au contraire, cette même roue libre 38bl permet de désolidariser l'hélice 37b de la tige 18a lors des mouvements de rotation horaire de cette dernière. Ainsi, lorsque le flotteur 3a "descend" par rapport au flotteur 3b, l'hélice de ce dernier est entraînée (alors qu'elle ne l'est pas lorsque le flotteur 3a "monte" par rapport au flotteur 3b) . Les mouvements de rotation de la tige 18b sont également transmis à l'hélice 37b, au moyen d'un engrenage démultiplicateur 36b2 et d'un dispositif "roue libre" 38b2. Les autres flotteurs 3 peuvent être équipés de dispositifs similaires .
Diverses variantes d'un tel principe, permettant de tirer le meilleur parti moteur de la multiplicité des flotteurs et de leurs mouvements verticaux, pourront être proposées par l'homme de l'art. Par exemple, les articulations 35 peuvent être solidaires de dispositifs "inverseurs", permettant de transmettre un mouvement propulseur à l'hélice quel que soit le sens de rotation de la tige 18. Bien que l'on ait décrit ci-dessus l'utilisation de la force des vagues comme complément à une voilure, on notera que l'on peut réaliser un navire uniquement mû par la force des vagues, ou en complément à un autre mode de propulsions (rames, pagaies, ... ) . Dans ce cas également, on pourra avoir un navire à deux flotteurs seulement.
6 Mise en oeuvre de la fonction "hôtelière" (habitacle)
Elle impose de pouvoir abriter un équipage et les matériels nécessaires à une navigation au long cours. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'habitacle est intégré au dispositif moteur (il est porté par l'un des flotteurs 3) . Dans un autre mode de réalisation, la coque qui le porte est remorquée par le dispositif moteur.
Une caractéristique intéressante de cet habitacle est sa capacité à emporter les matériels (mâts, voiles, tiges rigides, câbles, ...) nécessaires à la mise en oeuvre et à la maintenance des fonctions présentées supra. Une navigation au long cours peut en effet entraîner des défaillances de certaines composantes du matériel. Une des caractéristiques intéressantes du système proposé consiste en ce que les matériels utilisés sont de relativement faible taille. Dans un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu d'embarquer dans l'habitacle une réserve de matériels, qui pourront être utilisés pour pallier toute défaillance. Contrairement à un voilier classique, où le démâtage crée habituellement une situation catastrophique, la rupture d'un élément tel qu'un mât, une tige de liaison, un câble, une voile ou un flotteur, prêtera ici peu à conséquence, car aucun de ces éléments n'est ni unique ni irremplaçable . 6.1 Intégration de l'habitacle au dispositif moteur Dans ce mode de réalisation de la présente invention, l'habitacle est porté par une coque classique, capable de flotter par ses propres moyens. Elle joue le rôle de l'un des flotteurs discutés précédemment, et peut en particulier porter son propre mât, et recevoir les dispositifs nécessaires à la compensation des forces de chavirement des flotteurs voisins. Dans un mode particulier de réalisation, la coque qui porte l'habitacle porte le seul mât, dont les forces de chavirement sont compensées par deux flotteurs situés de part et d'autre de la coque qui porte 1 'habitacle . 6.2 Remorquage de l'habitacle
Dans ce mode de réalisation de la présente invention, l'habitacle est tracté, par exemple au moyen de tiges ou de câbles. Le dispositif moteur exerce sur lui des forces essentiellement horizontales. Un mode de réalisation met en oeuvre une coque classique ; un autre mode de réalisation met en oeuvre une coque montée sur "foils" ; un troisième mode de réalisation utilise une coque capable d'aller sous l'eau ; un quatrième mode de réalisation prévoit une coque capable de décoller de la surface de 1 ' eau. 6.2.1 Coque classique
Dans ce mode de réalisation, n'importe quelle coque pourra convenir. Selon l'objectif visé (confort ou performance), on pourra retenir une coque avec un espace habitable important, ou un coque très légère (type bateau pneumatique à fond plat) . 6.2 .2 Coque sur "foils"
Ce mode de réalisation met en oeuvre une coque disposant de "foils", capable de "déjauger" à partir d'une vitesse suffisante, ce qui diminue considérablement l'interaction avec l'eau. Des solutions ont été imaginées (hydroptère) qui permettent de combiner un tel principe avec la propulsion par une voile. Cependant, dans ces solutions, la conception mécanique ainsi que le pilotage sont très délicats, car la structure doit absorber toutes les contraintes liées au fait que le mât est rigidement lié aux foils.
Dans ce mode de réalisation, le fait que l'élément moteur n'est pas porté par les foils simplifie considérablement l'architecture. La mise en oeuvre fera appel aux solutions développées dans d'autres cadres pour faire porter une coque par des foils.
6.2.3 Coque capable d'aller sous l'eau
Ce mode de réalisation de la présente invention vise le confort de 1 ' équipage par mer très forte. En effet dans ce cas, il peut être très difficile pour l'équipage de vivre sur un bateau ballotté par les vagues. Une coque étanche, reliée à la surface de 1 ' eau par un tube permettant le renouvellement de l'air, et reliée au dispositif moteur précédemment décrit, est équipée dans ce mode de réalisation d'un foil capable d'exercer une force verticale dirigée vers le bas, susceptible d'entraîner ladite coque vers le bas. L'invention se transforme alors en un "sous-marin à voile", et permet à l'équipage d'affronter des mers difficiles dans des conditions beaucoup plus confortables. La stabilité verticale sera en particulier assurée par la multiplicité des flotteurs moteurs : en moyenne, la composante verticale de la résultante des forces de traction exercée par l'ensemble de ces flotteurs est en effet constante, même si individuellement chaque flotteur monte et descend au gré des vagues . 6.2.4 Coque capable de décoller
Dans ce mode de réalisation de la présente invention, la coque est équipée d'ailes susceptibles de créer à partir d'une certaine vitesse relative à l'air une force de portance lui permettant de décoller. Il est pour cela nécessaire de compenser la force de réaction dirigée vers le haut créée par cette voilure. Dans un mode particulier de réalisation, les flotteurs reliés à la coque sont équipés de foils capables de créer une force dirigée vers le bas susceptible de compenser cette force.

Claims

REVENDICATIONS
1. Navire à voiles, comprenant une pluralité de flotteurs dont certains portent un mât, chaque mât portant une voile individuelle, caractérisé en ce que les flotteurs (3) sont mobiles les uns par rapport aux autres, en ce que la position et l'orientation relative desdits flotteurs (3) sont réglées au moyen d'un ensemble de liaisons inter-flotteurs, et en ce que le greement qui permet de définir et de maintenir la position de chaque mât (6) relie ledit mât (6) à au moins un autre flotteur
(3) que celui qui porte ledit mât (6) .
2. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les flotteurs (3) sont disposés en ligne.
3. Navire selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les flotteurs (3) et les liaisons inter-flotteurs sont disposés de manière à former un ensemble de figures géométriques fermées, telles que par exemple des triangles.
4. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liaisons inter-flotteurs sont constituées de tiges rigides (18) , fixées à chaque flotteur au moyen d'une articulation (19) , telle que par exemple un cardan.
5. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liaisons inter-flotteurs sont constituées de câbles (18').
6. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composantes du greement qui relient un mât (6) à un flotteur (3) différent de celui qui porte ledit mât (6) sont constituées de câbles (21) .
7. Navire selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les composantes du greement qui relient un mât (6) à un flotteur (3) différent de celui qui porte ledit mât (6) comportent des tiges rigides (21') .
8. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un flotteur (3) porte deux voiles (5 et 5'), portées par deux mâts (6 et 6'), disposées de telle sorte que l'effet du vent sur l'une de ces voiles (5) ait tendance à enfoncer le flotteur (3) sous l'eau, et que l'effet du vent sur l'autre voile (5') ait tendance à faire décoller le flotteur (3) .
9. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les flotteurs (3) remorquent au moyen de liaisons tractrices (2) un habitacle (1) disposant d'ailes qui lui permettent de s'élever au-dessus de la mer à partir d'une vitesse relative au vent suffisante.
10. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les flotteurs (3) remorquent au moyen de liaisons tractrices (2) un habitacle (1) capable de s'enfoncer au-dessous du niveau de la mer, par exemple sous l'effet de l'action d'un foil (27) .
11. Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie correspondant aux mouvements de rotation des tiges rigides (18) est transmise à un dispositif moteur, tel qu'une hélice (37) .
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