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WO1986000591A1 - Dispositif aerodynamique a concavite reversible, souple et affalable, pour la propulsion par la force du vent - Google Patents

Dispositif aerodynamique a concavite reversible, souple et affalable, pour la propulsion par la force du vent Download PDF

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WO1986000591A1
WO1986000591A1 PCT/FR1985/000189 FR8500189W WO8600591A1 WO 1986000591 A1 WO1986000591 A1 WO 1986000591A1 FR 8500189 W FR8500189 W FR 8500189W WO 8600591 A1 WO8600591 A1 WO 8600591A1
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mast
profile
leading edge
slats
sail
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PCT/FR1985/000189
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Inventor
Jean Marie Nicolas Graveline
Original Assignee
Jean Marie Nicolas Graveline
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a device for improving the lift and reducing the drag by adopting a thick profile instead of a simple flat surface held by a fixed mast. Unlike classic sailing, this thick profile can be controlled at will and independently of the ambient wind. These classic single-surface sails cause an accumulation of aerodynamic disturbances (drag of the mast disturbing the laminar flow, significant induced drag where a lamentable fineness ratio, etc.) and moreover they cannot be controlled correctly:
  • the sail should be as flat as possible when the wind strength, reverse result, since the wind digs this sail, and enormous forces must be used to prevent this deformation. 2o The sail should be dug when the wind weakens, passable result, since this weak wind no longer has the strength to dig this thin profile.
  • the device of the present invention overcomes these drawbacks, as well as certain others, in a spirit of simplification.
  • the present invention relates to the propulsion of land or sea vehicle without any external energy input outside the wind and without having the drawbacks mentioned in the previous paragraph.
  • the device consists of a mast (1) of round (1 ") or square (1") section, flexible, guyed or not, rotating in the hull of the vehicle supporting it and being able to be controlled in its rotation from precisely.
  • FIG.1 On this mast slide from bottom to top at least six sets (FIG.1), perpendicular to the axis of the mast and which consist of a mechanism (2), a leading edge profile (3) equipped an inflatable part (4) and two slats (5) held symmetrically by spacers (E1, E2, E3).
  • FIG. 1 is a perspective view of the assembly, mechanism, leading edge and slats.
  • FIG. 1 is an exploded elevation view of the parts that make up this set.
  • FIG. 3 is an elevational view of a complete assembly, mounted.
  • FIG. 4 and 5 illustrate schematically and in side view of the alternative embodiments of the mechanism with a round (1 ') or square (1 ") section mast and round (5') or rectangular (5") section slats.
  • FIG. 7 is a schematic elevational view of two profile deformation control systems.
  • FIG. 8 is a perspective view of the complete device not equipped with its coating and illustrating the internal maneuvers.
  • FIG. 9 schematically illustrates the inflatable leading edge, the reefing system, the swing system.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the different embodiments of the coating of the two faces of this wing and their connection system with the different assemblies.
  • FIG. 1 1 schematically illustrates the installation of two devices according to the invention on a monohull sailboat.
  • the invention consisted in obtaining from a thick aerodynamic profile that its upper surface becomes intrados and vice versa by passing through all the profiles of the aerodynamic catalog chosen.
  • a ring (10) slides from bottom to top on the mast (1) of round (1 ') or square (1 ") section and is driven in its rotation either by the square section of the mast, or, for the round mast , by a rail (13) fixed vertically on the latter and circulating in the groove (13 ') of the ring.
  • This ring is made in such a way that it can be entirely dismantled (FIG. 4 & 5) without having to remove it from the mast.
  • the mechanism housing (2) consists of two identical parts (11) rotating around the ring without touching the mast.
  • the leading edge profile (3) will be made of wood, molded plastic or other, always looking for lightness and resistance.
  • 11 consists of a front recess through which passes the inflatable hose (4) serving to stiffen the leading edge, a central recess crossed by a rotary axis (7) on which the rope (17) turns reefing which descends at the foot of the mast passing through the central recesses of the other lower assemblies.
  • the part (12) stiffening the rear part of the mechanism deserves to be made of nylon or identical material allowing the wear of the two cables (8 & 9) crossing it in the horizontal direction as well as the wear by raging of the halyards (24) and lifts (23) passing through the three vertically drilled holes. It also has four passages for the screws fixing to the mechanism housing.
  • the slats (5) can be round (5 ') or rectangular (5 "), made for spun glass, epoxy, carbon or bamboo rounds and for rectangular ones in hardened durai, glued laminated wood or other. front parts up to the spacer (E1) will benefit from being reinforced to minimize the deformation of the lower surface in this part and to better respect all the different curvatures of the aerodynamic profiles chosen.
  • the two flexible cables (18 & 19) are used to limit, when stretched, the deformations of the lower surface to the height of the spacer E1. To do this they are fixed respectively on the part 12 of one edge and on the articulation of the spacer E1 on the other edge (and vice versa for the second), leaving them sufficient play so that there is a minimum deformation best corresponding to the curvature of the aerodynamic profile chosen.
  • the two cables (20 & 21) are used to stiffen the profile whatever its curvature to prevent deformation of the upper surface at the level of the E1 mechanism. They are mounted as follows:
  • It is inflatable by two valves, one at the top and the other at the bottom, where it is fixed, either by a hand pump blowing air or by any other means blowing adequate gas.
  • valves are connected by a waterproof pipe to the foot of the mast or to any other useful place.
  • the two coating possibilities are shown in section in Figure 10, knowing that it rotates around the six sets and the headrest to form the leading edge and the two sides of the profile can either represent the upper surface or the underside of this device.
  • it is a conventional covering of sailcloth (25) ligated to the sets according to the two methods indicated in FIG. 10, or by internal ligature (27) of a covering going from bottom to top of the profile. , or by making pieces of independent fabrics (28) ligated by their low and high parts (29) in turn.
  • Figure 1 1 a sailboat equipped with two devices according to the invention.
  • this device for energy production by its adaptation as multiple blades of a wind turbine, which drives a generator or any other mechanism.
  • the device thus defined will give 2 and a half to 3 times more power than a conventional thin sail such as "I.O.R.” for example. It will therefore be possible for an equal power to reduce its surface and obtain a much lower cost.
  • the device presented on the previous pages represents a very important safety for navigation.

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Abstract

Dispositif permettant à une voile à profil épais, de voir sa concavité devenir réversible et réglable à distance, pour passer par tous les profils aérodynamiques du catalogue choisi (clark Y ou Goettingen ou autres). Il est constitué d'un mât souple (1), tournant, non haubanné, d'au moins six ensembles coulissant sur le mât, comportant chacun un profil de bord d'attaque (3) équipé d'une partie gonflable (4), un mécanisme (2) ainsi que deux lattes souples (5) placées symétriquement de part et d'autre de ce mécanisme. Le bord de fuite ou extrémité arrière des lattes est contrôlé par un système de pattes d'oie et de bras d'écoutes (6). Dispositif destiné notamment à la propulsion des navires.

Description

DISPOSITIF AERODYNAMIQUE A CONCAVITE REVERSIBLE, SOUPLE ET AFFALABLE, POUR LA PROPULSION PAR LA FORCE DU VENT.
La présente invention concerne un dispositif perrtiettant d'améliorer la portance et de diminuer la trainée en adoptant un profil épais au lieu d'une simple surface plane maintenue par un mât fixe. Contrairement à la voile classique ce profil épais pourra être contrôlé à volonté et indépendamment du vent ambiant. Ces voiles classiques à simple surface entraînent une accumulation de pertubations aérodynamiques ( trainée du mât pertubant l'écoulement laminaire, trainée induite importante d'où un rapport de finesse lamentable, etc. ) et de plus elles ne peuvent être contrôlées correctement :
1 º La voile devrait être le plus plat possible lorsque le vent forcit, résultat inverse, puisque le vent creuse cette voile, et que des forces énormes doivent être employées pour empêcher cette déformation. 2º La voile devrait être creusée lorsque le vent faiblit, résultat passable, puisque ce vent faible n'a plus la force de creuser ce profil mince.
Le dispositif de la présente invention permet de remédier à ces inconvénients, ainsi qu'à certains autres, et ce, dans un esprit de simplification.
On connait actuellement plusieurs types de systèmes propulsifs épais ou voiles épaisses :
- L'effet d'aspiration dans le cylindre mis au point par la Fondation Cousteau qui est une importante amélioration des découvertes de Monsieur Malavard basé sur le principe Magnus du cylindre tournant.
- Le propulseur épais de Messieurs Philippe et Coessin.
- La voile rigide utilisée sur le caboteur pétrolier "Shin Aito Kumaru" inventé au Japon. Ces différentes découvertes malgré leurs intérêts évidents, comportent certaines lacunes comme un poids important dans les parties hautes, des systèmes complexes et fragiles nécessitant soit un personnel nombreux soit une assistance par ordinateur, l'absence de possibilité d'affalage, l'utilisation d'un minimum d'énergie pour leur mise en oeuvre et, d'autre part, ils sont souvent très loin de l'idée que se font de la voile les consommateurs habituels, tant par l'esthétique, le coût, mais surtout par le besoin de continuer à utiliser des cordages et autres manoeuvres comme dans la marine à voile classique.
La présente invention a pour objet la propulsion de véhicule terrestre ou marin sans apport d'aucune énergie extérieure en dehors du vent et sans présenter les inconvénients cités dans le paragraphe précédent. A cet effet le dispositif se compose d'un mât ( 1 ) de section ronde ( 1" ) ou carrée ( 1" ), souple, haubanné ou non, tournant dans la coque du véhicule le soutenant et pouvant être contrôlé dans sa rotation de façon précise.
Sur ce mât coulissent de bas en haut au minimum six ensembles ( FIG.1 ), perpendiculaires à l'axe du mât et qui se composent d'un mécanisme ( 2 ), d'un profil de bord d'attaque ( 3 ) équipé d'une partie gonflable ( 4 ) et de deux lattes (5) maintenues symétriquement par des entretoises ( E1, E2, E3 ).
La bague ( 10 ) située dans le mécanisme qui coulisse sur le mât ( 1 ) et qui est entrainée par lui dans sa rotation à droite ou à gauche, agit par traction sur les câbles ( 8 & 9 ) fixés aux deux lattes ( 5 ) à la hauteur de l'entretoise ( E3 ).
Cette traction amène la déformation des lattes car elles sont également maintenues à leur extrémité (bord de fuite) par un système de bras d'écoute ( 6 ).
L'ensemble de ces deux manoeuvres coordonnées permet le contrôle précis de la courbure et de l'incidence de ces ensembles en rapport avec les profils aérodynamiqus choisis ( FIG.6 ).
Les différentes figures annexées vont permettre de mieux comprendre la réalisation et le fonctionnement de la présente invention.
- La figure 1 est une vue cavalière de l'ensemble, mécanisme, bord d'attaque et lattes.
- La figure 2 est une vue en élévation éclatée des pièces qui composent cet ensemble.
- La figure 3 est une vue en élévation d'un ensemble complet, monté.
- Les figures 4 et 5 illustrent de façon schématique et en vue cavalière les variantes de réalisation du mécanisme avec un mât de section ronde ( 1' ) ou carrée ( 1" ) et des lattes de section rondes ( 5' ) ou rectangulaires ( 5" ).
- La figure 6 définit quelques possibilités d'obtention de profil avec réversabilité.
- La figure 7 est une vue schématique en élévation de deux systèmes de contrôle des déformations du profil.
- La figure 8 est une perspective cavalière du dispositif complet non équipé de son revêtement et illustrant les manoeuvres internes.
- La figure 9 illustre de façon schématique le bord d'attaque gonflable, le système de prise de ris, le système de balancines.
- La figure 10 est une vue en coupe transversale des différentes variantes de réalisation du revêtement des deux faces de cette voilure et de leur système de liaison avec les différents ensembles.
- La figure 1 1 illustre de façon schématique l'installation de deux dispositifs conformes à l'invention sur un voilier monocoque. L'invention consisté e obtenir à partir d'un profil aérodynamique épais que son extrados devienne intrados et inversement en passant par tous les profils du catalogue aérodynamique choisi.
En regard des dessins annexés, les éléments suivants permettent la réalisation conformément à l'invention principale :
- Une bague ( 10 ) coulisse de bas en haut sur le mât ( 1 ) de section ronde ( 1' ) ou carrée ( 1" ) et est entrainée dans sa rotation soit par la section carrée du mât, soit, pour le mât rond, par un rail ( 13 ) fixé verticalement sur ce dernier et circulant dans la gorge ( 13' ) de la bague.
Cette bague est réalisée de telle façon qu'elle soit entièrement démontable ( FIG.4 & 5 ) sans avoir à la sortir du mât.
Pour ce faire elle est réalisée à partir de plusieurs demi-flasques circulaires ( 14 ) assemblées entres elles par chevauchement pour former un ensemble homogène dont les parties en frottement ( 15 ) seront réalisées en matière ayant de très bonnes caractéristiques de glissement. Elle comporte également une gorge de réa ( 16) dans laquelle seront fixés et circuleront les câbles (8 & 9) actionnant la courbure des lattes (5) par rotation du mât.
- Le boîtier de mécanisme (2) se compose de deux pièces ( 11 ) identiques tournant autour de la bague sans toucher le mât.
Ces deux pièces qui portent les deux lattes symétriques (5) sont fixées en avant sur le profil de bord d'attaque (3) et en arrière sur la pièce ( 12) rigidifiant le mécanisme et qui sert au passage des câbles (8 & 9) de modification de courbure. Elles sont toutes deux réalisées de préférence en matériau léger et rigide tel que 1'AG4 utilisé en aéronautique.
- Le profil de bord d'attaque (3) sera réalisé en bois, plastique moulé ou autre, en recherchant toujours la légèreté et la résistance. 11 se compose d'un évidement avant dans lequel passe le boyau gonflable (4) servant à rigidif ier le bord d'attaque, d'un évidement central traversé par un axe rotatif (7) sur lequel vient tourner le cordage ( 17) de prise de ris qui redescend au pied du mât en passant à travers les évidements centraux des autres ensembles inférieurs.
Il est également percé de trois trous pouvant être munis de passe fil évitant l'usure par ragage des balancines (23) et de quatre passages pour les vis de fixation du boîtier de mécanisme.
- La pièce ( 12) rigidifiant la partie arrière du mécanisme gagne à être réalisée en nylon ou matière identique permettant d'éviter l'usure des deux câbles (8 & 9) la traversant dans le sens horizontal ainsi que l'usure par ragage des drisses (24) et balancines (23) passant par les trois trous percés verticalement. Il comporte également quatre passages pour les vis de fixation au boîtier de mécanisme.
- Les lattes (5) peuvent être de section ronde (5') ou rectangulaire (5"), réalisées pour les rondes en verre filé, époxi, carbone ou bambou et pour les rectangulaires en durai trempé, bois lamelle collé ou autre. Leurs parties avant jusqu'à l'entretoise (E1 ) gagneront à être renforcées pour minimiser la déformation d'intrados dans cette partie et pour respecter au mieux toutes les différentes courbures des profils aérodynamiques choisis. Elles comportent au minimum trois entretoises d'écartement ( E1, E2, E3 ) dont chaque extrémité est articulé sur les lattes, un encrage de renvoi du câble de courbure ( 8 & 9 ) à la hauteur des articulations de l'entretoise ( E3 ) la plus proche du bord de fuite et enfin à l'extrémité de ce même bord de fuite, deux anneaux en inox traversant chacun une des deux lattes, permettant de réunir leurs extrémités par un cordage pour qu'elles puissent se déplacer l'une par rapport à l'autre et être reliées au sytème de bras d'écoute par les pattes d'oie. - Deux sytèmes de contrôle de déformations des lattes sont représentés figure 7 , ils ont les utilisations suivantes :
1º Les deux câbles souples ( 18 & 19 ) servent à limiter, lorsqu'ils sont tendus, les déformations de l'intrados à la hauteur de l'entretoise E1. Pour ce faire ils sont fixés respectivement sur la pièce 12 d'un bord et sur l'articulation de l'entretoise E1 sur l'autre bord ( et inversement pour le deuxième ), en leur laissant un jeu suffisant pour qu'il existe une déformation minimum correspondant le mieux à la courbure du profil aérodynamique choisi. 2º Les deux câbles ( 20 & 21 ) servent à rigidifier le profil quelle que soit sa courbure pour empêcher les déformations de l'extrados au niveau du mécanisme E1. Ils sont montés de la façon suivante :
L'extrémité de ces câbles souples ( 20 & 21 ) est fixée sur un bord à l'articulation de l'entretoise E 1 1 et va ensuite sur l'autre bord tourner sur une poulie fixée sur la pièce 12, et revient sur le même bord de l'entretoise E1 contourner une autre poulie pour aller ensuite se fixer de l'autre bord sur l'articulation de l'entretoise E2 ( et inversement pour l'autre câble ). - Le bord d'attaque gonflable ( 4 ) fixé sous la têtière (22) ainsi qu'à l'ensemble situé le plus bas, passe dans une cheminée ( 26 ) du revêtement entre chaque ensemble et dans les évidements avant du profil de bord d'attaque ( 3 ).
Il est gonflable par deux valves l'une en haut l'autre en bas, là où il est fixé, soit par une pompe à main insufflant de l'air soit par tout autre moyen insufflant un gaz adéquat.
Ces valves sont reliées par un tuyau étanche au pied du mât ou à tout autre endroit utile. - Les deux possibilités de revêtement sont représentées en coupe sur la figure 10, sachant que celui-ci tourne autour des six ensembles et de la têtière pour former le bord d'attaque et les deux faces du profil pouvant indifféremment représenter l'extrados ou l'intrados de ce dispositif.
Dans un premier cas il s'agît d'un revêtement classique de toile à voile ( 25 ) ligaturée sur les ensembles suivant les deux méthodes indiquées figure 10, soit par ligature interne ( 27 ) d'un revêtement allant de bas en haut du profil, soit par la réalisation de pièces de toiles indépendantes ( 28 ) ligaturées par leurs parties basses et hautes ( 29 ) à tour de rôle.
Dans le deuxième cas il s'agit d'un revêtement réalisé à partir de deux enveloppes étanches pouvant être gonflées ( 25 ) et fixées de la même façon que ci-dessus. Ce gonflage rigidifiant la surface du profil entre chaque ensemble, sert comme le bord d'attaque gonflable, de volume de sécurité empêchant le chavirage par retournement dans le cas d'une utilisation maritime sur un navire.
Pour illustrer une application du dispositif selon l'invention on a représenté sur la figure 1 1 un voilier équipé de deux dispositifs conformes à l'invention.
Il est également possible et envisageable d'utiliser ce dispositif à la production d'énergie par son adaptation comme pales multiples d'un éolienne, qui entraine un générateur ou tout autre mécanisme.
Toutes les variantes tant en formes, qu'en matériaux utilisés, sont envisageables, l'invention n'est pas limitée par la description qui vient d'en être faite dans les paragraphes précédents. Le dispositif ainsi défini va donner 2 et demi à 3 fois plus de puissance qu'une voile mince classique telle que "I.O.R." par exemple. Il sera donc possible pour une puissance égale de réduire sa surface et d'obtenir un coût très inférieur.
L'utilisation d'un tel dispositif ne nécessite plus les forces colossales employées actuellement (palans, winchs, rails, étarqueurs, etc. ) car la partie du dispositif dépassant sur l'avant du mât agit comme compensateur des efforts appliqués par le vent à l'arrière de ce dernier. Les multiples bras d'écoute du système de la voile de Jonque rendent les efforts inutiles par leur démultiplication.
S'il est muni de ses parties gonflables, le dispositif présenté dans les pages précédentes représente une sécurité très importante pour la navigation.
Pour toutes les raisons exposées ci-dessus tant dans la partie réalisation que dans la partie fonctionnement, mais ausi grâce à son rendement, l'invention présentée est d'un intérêt certain pour " Monsieur tout le monde ", pour l'adaptation à tout futur voilier ou pour gagner sur un voilier de course.

Claims

REVENDICATIONS
1) Dispositif de voilure à profil aérodynamique choisi dans les catalogues de profil clark Y, Goettingen et/ou autres, à concavité réversible; affalable et comportant un bord d'attaque pouvant devenir rigide, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mât tournant (1 ) de section ronde ou carrée, sur lequel coulissent six ensembles au minimum, perpendiculaires à l'axe du mât (1 ), chacun d'eux portant : sur l'avant du mât ( 1 ) un profil de bord d'attaque (3) équipé d'une partie gonflable (4) à distance, de part et d'autre d'un mécanisme (2), deux lattes (5) souples et symétriques , et enfin sur ces six ensembles, un revêtement (25) qui représente la surface de la voilure. Seuls le mât ( 1 ) et les écoutes (6) participent à la déformation des lattes (5) et à l'incidence de la voilure. Il n'existe pour cette fonction aucun accessoire complémentaire tel que cames sur arbres ou cordages doubles longeant le mât à l'intérieur de ce profil épais. 2) Dispositif selon la revendication ci-dessus caractérisé en ce que la déformation des lattes (5) est assurée par la bague coulissante ( 10) actionnée directement par la rotation du mât ( 1 ) dans le mécanisme (2). Cette bague ( 10) agît par l'intermédiaire de câbles (8 & 9) sur ces lattes (5) écartées par des entretoises (E1 ,E2 & E3).
3) Dispositif selon la revendication Nº 1 caractérisé en ce que le mécanisme (2) ne comporte en son sein qu'une seule pièce mobile et coul issante sur le mât ( 1 ) : la bague ( 10).
4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le mécanisme (2) est fabriqué en deux pièces (1 1 ) et la bague ( 10) en plusieurs pièces ( 14, 15) pour permettre leur démontage total, à l'intérieur de la double voile, sans avoir à démâter et à démonter l'ensemble de la voilure, et ce même lors de son fonctionnement. 5) Dispositif selon la revendication N° 1 caractérisé en ce que la partie avant des ensembles comporte un boyau gonflable (4) qui passe dans l'évidement avant du profil de bord d'attaque (3). Ce boyau (4) passe simultanément dans le tube (26) formé par la toile à voile (25) et dans le profil de bord d'attaque (3), définissant ainsi une cheminée (bord d'attaque de la voile) pouvant être plus ou moins rigidif iée par la pression intérieure d'un gaz quelconque. 6) Dispositif selon la revendication Nº 1 caractérisé en ce que l'extrémité arrière des deux lattes (5) symétriques comporte un cordage (6') les reliant et sur lequel circule le réa d'une poulie (6") tenue par l'une des deux extrémités d'une patte d'oie du système d'écoute (6).
7) Dispositif selon la revendication N° 1 caractérisé en ce que toutes les manoeuvres, cordages ou autres passent à travers les mécanismes (2) et à l'intérieur du profil épais de la voile, sans aucune gêne pour le fluide extérieur. 8) Dispositif selon la revendication Nº 1 caractérisé en ce que chaque ensemble comporte entre le bord d'attaque et le passage du mât (2) dans le profil de bord d'attaque (3), un évidement traversé par un axe rotatif (7) pouvant être éventuellement remplacé par une poulie ayant la même fonction. 9) Dispositif selon la revendication N° 1 caractérisé en ce que chacun des six ensembles ainsi que la têtière (22) de la voile sont reliés entre eux dans le sens vertical sur les deux faces par un tissu étanche double et gonflable (25').
10) Dispositif selon les revendications 5 & 9 caractérisé en ce que ces parties gonflables (Boyau (4) et revêtement (25')) représentent des volumes gonflés de sécurité empêchant le chavirage par retournement dans le cas d'une utilisation maritime.
1 1 ) Dispositif selon la revendication Nº 1 caractérisé en ce qu'il existe deux paires de câbles ( 18/ 19 & 20/21 ) entre lés lattes (5) de chaque ensemble servant respectivement :
- à contrôler les déformations du profil sur l'intrados ( 18 & 19)
- à bloquer les déformations de l'extrados (20 & 21 ).
12) Dispositif selon les revendications Nº 9 & 10 caractérisé en ce que le revêtement (25/25') du dispositif est ligaturé de façon interne (27) dans le cas où il est réalisé en une seule pièce, et de façon alterné (29) dans le cas de pièces de revêtements indépendantes (28) entre chaque ensemble.
PCT/FR1985/000189 1984-07-05 1985-07-04 Dispositif aerodynamique a concavite reversible, souple et affalable, pour la propulsion par la force du vent WO1986000591A1 (fr)

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